工业机器人，是自动控制的、可重复编程、多用途的操作机，可对三个或三个以上轴进行编程。它可以是固定式或移动式，在工业自动化中使用。随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降，工业机器人在制造业中的普及程度不断上升。2023 年中国工业机器人市场销量达28.2万台;在役工业机器人存量达到428.2万台(截至2023年年末)，占全球总量的41%。精密减速器通常是指能够提供高精度、高刚度、高效率和大传动比的减速器。RV减速器和谐波减速器是在工业机器人关节中最常用的两类精密减速器。其中，RV减速器是在摆线针轮减速器行星传动的基础上发展起来的一种精密传动型式，具有传动比范围大、传动误差小、 承载能力大、扭转刚性大、振动小及耐冲击性强等诸多优点，越来越多地在主流工业机器人精密减速器中得到应用。近年来，随着中国工业机器人应用规模的不断扩大，对于配套润滑剂的需求日益增长。国内也开展了工业机器人减速器专用油的开发。 由于工业机器人减速器和整机OEM不开放油品认证，不公开油品规格和要求，一度没有公开的国际、国内标准可以作为油品评价的依据，对国产工业机器人减速器润滑产品进入市场造成了很大困难。2022年5月，由中国石化润滑油公司牵头制定的石化行业标准NB/SH/T6040《机器人用摆线针轮(RV)减速器润滑油》开始实施，成为全球范围内首个公开的相关标准，在工业机器人减速器和整机OEM(原始设备制造商)及用户中受到广泛关注，并得到认可。NB/SH/T6040标准中给出了寿命台架等关键性能评价方法，为国内机器人油品市场的规范生产和使用提供了科学、可靠的技术依据。为了考察所开发的Sinopec RO150机器人减速器专用油(以下简称 Sinopec RO150)与减速器、机器人整机OEM指定润滑油的性能差异，本文参考NB/SH/T6040，对自主开发的机器人减速器专用油Sinopec RO150和2款整机OEM指定用油进行了精密减速机寿命台架试验与油品理化性能评价。

　　工业机器人减速器的工况特点及对润滑剂的性能要求

　　工业机器人的工况特点包括：

　　◇在室内外、南北方均有使用，使用温度范围广;

　　◇连续工作时间长，甚至是24h满负荷连续运转，关节减速机部位连续工作不断产生热量，正常使用时运行温度约50~70 ℃，极端条件下可达到100℃;

　　◇关节部位通常承受中、重负荷，负荷范围200~5000N;

　　◇执行重复动作，对定位精度和重复定位精度要求高;

　　◇运动形式多为往复运动，加速度大，频繁启动和转向，易产生微动磨损;

　　◇工作状态下不同关节减速机保持方位不同且随时变化，要求减速机密封材料的密封性能优异，确保油品不发生泄漏;

　　◇维护周期很长，要求润滑产品有很长的使用寿命。RV减速器的润滑方式与啮合齿轮润滑不完全相同，需要考虑滑动摩擦、滚动摩擦等多种摩擦形式存在条件下的润滑，同时要考虑产品的特殊工况以及对稳定性和精度的要求。根据工业机器人的工况条件和减速器的润滑特点，润滑剂需要满足以下性能要求：

　　◇温度适应性广，可在室内外、南北方通用，满足-20~120℃甚至更宽的使用温度范围的使用要求;

　　◇热稳定性能优良，保证在70℃甚至100℃能够正常工作;

　　◇极压抗磨性能好，能满足重负荷工况要求;

　　◇抗微动磨损性能好，摩擦性能良好，可减少设备摩擦部位磨损;

　　◇与密封材料的兼容性能良好，确保设备油品不发生泄漏;

　　◇抗氧化性能好，经长期使用后，无明显氧化现象;

　　◇使用寿命长，具有10000h以上的换油周期。

　　试验部分

　　试验用油：

　　试验用油选择自主开发的机器人减速器专用油Sinopec RO150、两款整机OEM指定用油A、B。油品典型理化数据见表1。从表1可以看出，Sinopec RO150、指定用油A和指定用油B的各项指标都满足质量指标要求。Sinopec RO150的理化性能与指定用油A和指定用油B相当，运动黏度、黏度指数、倾点、闪点等关键参数均在合格范围内，显示出良好的低温流动性和高温稳定性，在抗泡性、液相锈蚀、氧化安定性等指标上也表现出良好的性能。

表1 试验油品理化数据对比

　　台架试验：

　　表1中所列的测试项目中，台架试验(E110减速器)是针对机器人关节减速器的特征性台架，能良好地反映油品的性能差异。

　　试验设备

　　采用GB/T35089—2018《 机器人用精密齿轮传动装置试验方法》中规定的机器人用精密齿轮传动装置台架，根据减速器的结构和运行特点设定试验条件。该台架试验方法是减速器行业用于测评价机器人减速器的综合性能的台架方法。本研究引用该方法，固定减速器型号(作为标准测试件)，测试润滑油长周期运行对于减速器参数的影响，用以评价油品对设备的润滑和保护的综合性能。精密减速机寿命试验台架为摆臂式负载试验平台，其结构如图1所示。试验平台可以模拟工业机器人精密减速器在实际使用时的周期性负载，并通过调节配重块数量改变负载值。通过内置的转矩转速传感器测量减速器输入端的转矩值，监测润滑油在减速器全寿命周期内性能变化对扭矩值的影响，评估润滑油在减速器使用过程中的状态变化。同时采用接触式温度传感器对减速器内的润滑油进行温度测量，监测运行过程中的温度变化。

图1 精密减速机寿命台架试验示意

　　减速器的选择

　　依据GB/T37718—2019《机器人用精密行星摆线减速器》，采用具有代表性的中型摆线针轮减速器RV-110E-161作为固定标准件。

　　试验周期

　　GB/T37718—2019规定减速器的额定寿命不低于6000h。这是绝大多数减速器的额定寿命，也是整机OEM要求的减速器工作时间，因此油品测试周期应满足减速器6000h寿命要求。同时该标准中规定了对应6000h寿命的台架试验时间——减速器当量寿命的计算方法，可据此结合台架实际参数计算出试验时间。其当量寿命(即试验时间)按照下述公式计算：

      式中：

      按照RV-110E-161的参数及上述公式，计算出试验周期为300h。

　　测试过程

　　测试过程如下：

　　◇测试减速器的寿命之前首先按GB/T35089—2018测试减速器的基础数据，包括传动误差、扭转刚度和传动效率，保证被测减速器的性能符合测试要求。基础参数的测试设备如图2所示。

图2 减速器基础数据测试台架

　　◇将被测减速器安装到寿命测试台上，按GB/T30589—2018进行跑合。

　　◇待减速器温度稳定时，将负载增加至2.5倍减速器的额定转矩，转速增加至额定转矩，实时监测被测减速器的运行状况。

　　◇当减速器的运转时间达到计算出的当量寿命，或减速器温度超过60℃时，将减速器停机检查。

　　◇试验结束后，再次按GB/T35089—2018测试RV减速器的基础参数——传动误差、扭转刚度和传动效率。

　　结果与讨论

　　精密减速器寿命台架试验结果：

　　Sinopec RO150、指定用油A、指定用油B在3台RV-110E-161型号减速器上开展测试的结果如图3~ 图5所示。

图3 SinoPec RO150台架试验结果

图4 指定用油A台架试验结果

　　图5 指定用油B台架试验结果

　　根据寿命台架试验前后减速器的传动误差、传动效率和扭转刚度的数值计算出的3台减速器试验前后的参数变化见表2及图6。从表2、图6可以看出，完成寿命试验后，装填3种不同润滑油的减速器的基础参数都发生了变化。3种油品的基础参数变化趋势相同——传动误差增大，传动效率提高，扭转刚度下降，但变化程度有差异：

　　◇ 传动误差的增大：Sinopec RO150<指定用油B<指定用油A;

　　◇ 传动效率的提高：Sinopec RO150>指定用油A> 指定用油B;

　　◇ 扭转刚度的下降：Sinopec RO150<指定用油B<指定用油A。在固定设备、操作条件的前提下，润滑油的不同可以认为是引起传动误差、传动效率和扭转刚度变化的唯一因素。RV减速器传动误差、扭转刚度的变化与轴承刚度、齿轮啮合刚度、构件弹性、材料疲劳、润滑条件等多种因素有关，传动误差的增加和扭转刚度的下降表明，减速器在经历过相当于全寿命周期的运行后，轴承、齿面结构件、材料等都发生了一定程度的磨损和破坏，装填Sinopec RO150的设备传动误差增大最小、扭转刚度下降最少，表明该设备的磨损最轻微，相应所装填的润滑油对设备的保护性最好，性能优于另外两种润滑油。理论上，传动效率应与扭转刚度的变化趋势相同，且随着设备运行时间的增加，两者都应该呈现下降的趋势。但台架试验数据表明，装填了3种润滑油的减速器的传动效率都不降反升，这是由于试验中采用了全新减速器，在台架试验前测量传动效率，设备还处在磨合阶段，而试验后再次测量传动效率，设备已经完成了磨合，故此传动效率上升。

　　表2 寿命台架试验前后减速器的参数变化

图6 油品测试前后减速器的基本参数变化

　　试验前后油品的理化性能：

　　试验前后油品的理化性能见表3。由表3可以看出，试验后Sinopec RO150和指定用油A、B的黏度等级都在150黏度范围内，杂质元素和磨损金属元素含量增加量在合理范围内。

表3 试验前后油品的理化性能

　　结论

　　☆ Sinopec RO150的各项理化性能与国际品牌指定用油相当，甚至在某些关键指标上表现更为优异，能够满足工业机器人精密减速器的润滑需求，具备替代进口油品的潜力。

　　☆ 在寿命台架测试中，使用Sinopec RO150的减速器在传动误差、传动效率和扭转刚度等关键参数的变化上，相较于指定用油A和B，显示出更小的性能退化，表明Sinopec RO150具有更好的设备保护性能，能够为工业机器人的长期稳定运行提供更为可靠的保障。

　　参考文献：略