王江月

（東莞市技師學(xué)院，廣東 東莞 523000）

1 RV減速器及其發(fā)展過程

1.1 RV減速器的特點和原理

RV（Rotate Vector）減速器是一種二級封閉式的、少齒差行星傳動機(jī)構(gòu)，其是以擺線針輪傳動為基礎(chǔ)，在工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)、自動化設(shè)備以及數(shù)控機(jī)床等諸多方面都有重要的應(yīng)用。其具較大的傳動比以及扭轉(zhuǎn)剛度、很高的運動精度和傳動效率，以及較小的回差和體積等特點，也正因如此，眾多的研究學(xué)者和機(jī)構(gòu)將其作為研究的重點。

RV減速器的傳動簡圖如圖1中所示，其主要組成部分包括漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)等兩部分，擺線針輪傳動部分的輸入由漸開線行星輪2與曲柄軸6連成一體來完成。在工作過程中，當(dāng)漸開線太陽輪1進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)時，漸開線行星齒輪就會在進(jìn)行公轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行逆時針自轉(zhuǎn)，并且在此時還會通過曲柄軸來帶動擺線輪進(jìn)行偏心運動。在這樣的情況下，擺線輪由于會受到和其嚙合針輪的約束，會在其軸線繞著輪軸線公轉(zhuǎn)的同時還會進(jìn)行相反方向的自轉(zhuǎn)。在此時，它也會借助曲柄軸來推動行星架輸出機(jī)構(gòu)向順時針方向轉(zhuǎn)動。

圖1 RV減速器傳動簡圖

1.2 RV減速器的研究現(xiàn)狀

隨著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的不斷推進(jìn)，機(jī)電一體化領(lǐng)域要求機(jī)器要具有越來越高的傳動效率以及定位精度，為了滿足這一發(fā)展要求，人們越來越重視RV減速器的研究工作。一些發(fā)達(dá)國家對于其研究投入很大，發(fā)展的速度很快，例如日本在這方面的研究已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平。我國也對RV減速器進(jìn)行了很多的研究，為了促進(jìn)機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展，還需要繼續(xù)努力進(jìn)行RV減速器的研究。

關(guān)于RV減速器最早開始于上個世紀(jì)30年代，德國研究人員L.Braren在少齒差行星傳動基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步研究，設(shè)計出了擺線針輪行星減速器，之后被引入到了日本。隨著工業(yè)化不斷發(fā)展，市場不斷提高了對于機(jī)器人傳動精度的研究，在這樣的情況下，日本帝人公司對以前應(yīng)用的擺線針齒傳動進(jìn)行了進(jìn)一步研究，并且在其基礎(chǔ)之上研究出了RV減速器，在這之后其它國家的研究機(jī)構(gòu)也對其進(jìn)行了研究。經(jīng)過數(shù)十年的不斷發(fā)展，目前RV減速器已經(jīng)發(fā)展出了不同承載能力和傳動比的一系列產(chǎn)品，并廣泛的應(yīng)用于許多的行業(yè)之中，日本帝人公司較早的將RV減速器實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，這也使得其基本上壟斷了這種產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，其生產(chǎn)的產(chǎn)品占據(jù)了全球約60%的市場。我國在這方面的研究開始的較晚，這也一定程度上制約了我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。在上個世紀(jì)80年代，我國的許多企業(yè)和高校開始了RV減速器的產(chǎn)業(yè)化以及國產(chǎn)化方面的研究工作，但是這些研究大多停留在了理論和實驗室的層面，即使少部分研究并制造出了成品，其傳動性能也和日本、德國等國家的同類產(chǎn)品存在較大差距，傳動性能落后。大連交通大學(xué)李力行團(tuán)隊是我國最早進(jìn)行RV減速器研究的科研團(tuán)隊，從上個世紀(jì)80年代末期就開始進(jìn)行了研究，并且取得了不錯的成果，成功的總結(jié)了完善的機(jī)器人用高運動精度、小回差、高剛性的RV傳動的優(yōu)化設(shè)計理論，并且基于此設(shè)計并制成了RV-250AⅡ減速器樣機(jī)，這一機(jī)械無論是在運動精度和傳動效率上，還是間隙回差和扭轉(zhuǎn)剛度上都能夠達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2 RV減速器傳動精度的研究

由于RV減速器需要應(yīng)用于高精密的傳動之中，因此對其運動性能和位置精度都有非常高的要求，這樣才能夠滿足精密器械的工作需要，使其在工作過程中能夠非常精確的達(dá)到預(yù)定的位置，因此很多國內(nèi)外的專家學(xué)者都對RV減速器的傳動精度進(jìn)行了深入的研究，并且取得了很多成果。

早在上個世紀(jì)80年代，Blanche等就通過應(yīng)用純幾何學(xué)的方法進(jìn)行了單擺線輪的擺線針輪行星減速器的傳動精度的研究工作，并且對齒隙和速比波動與扭轉(zhuǎn)振動之間存在的關(guān)系進(jìn)行了研究，通過使用CAD的方法推導(dǎo)出了三者的關(guān)系，但是依舊存在一定的局限性，在研究過程中只考慮到了單級、單擺線輪的擺線針輪減速器的傳動精度，而沒有將雙級、多擺線輪、多曲柄的RV減速器考慮在內(nèi)；同時在研究過程中只考慮到了針齒銷半徑變化一種誤差的影響與扭振的關(guān)系，而沒有進(jìn)行雙擊、多曲柄、多擺線輪和各元件等在加工以及安裝過程中產(chǎn)生的誤差的影響。

在1994年，日本人日高照晃等對RV減速器的傳動精度進(jìn)行了更進(jìn)一步的研究工作，將兩級、三曲柄、雙擺線輪RV減速器也納入了研究范圍，彌補了在這方面研究存在的不足。其研究過程中使用的方法是“質(zhì)量彈簧等價模型”，通過這種方法創(chuàng)建起了擺線針輪行星齒輪減速器的傳動誤差數(shù)學(xué)模型，并且對誤差的影響方面進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，對單項加工誤差、裝配誤差對傳動精度的影響進(jìn)行了深入的研究，并且還探討了一些誤差的綜合作用可能對傳動精度產(chǎn)生的影響，他們所做的實驗成果和Blanche等人所取得的實驗成果有著很好的一致性。

不過其在研究過程中也存在一定的缺陷，那就是其在對誤差的研究過程中，只考慮到了無負(fù)載的靜態(tài)傳動誤差，對于有條件影響下的動態(tài)傳動誤差沒有進(jìn)行進(jìn)一步的探討，間隙、零件彈性變形和負(fù)載大小等因素也會造成RV減速器的動態(tài)傳動誤差。

大連交通大學(xué)。李力行教授和何衛(wèi)東教授在上個世紀(jì)80年代就開始了RV減速器的精度研究，研究從單純的幾何精度、靜態(tài)精度開始，不斷的深入，已經(jīng)深入到了非線性動態(tài)精度的領(lǐng)域之中，將眾多的因素納入到對RV減速器的傳動精度的研究之中，并且取得了非常重要的成果，主要包括以下幾方面。

（1）通過研究提出了RV減速器的傳動幾何回差的計算模型，并且對回差的敏感性問題進(jìn)行了研究，并且確定了針齒銷半徑誤差、針齒銷與孔的配合間隙、擺線輪的修形方法及等距修形誤差等對于幾何回差具有較大的影響。通過上述的研究為樣機(jī)制作提供了理論依據(jù)，使樣機(jī)制作過程中能夠根據(jù)科學(xué)依據(jù)進(jìn)行合理的尺寸與形位公差的確定，并且有助于先進(jìn)、實用的工藝的制定工作。

（2）建立了動態(tài)傳動精度分析模型。通過研究建立起了將各構(gòu)件的加工及裝配誤差、配合間隙和變形動態(tài)因素考慮在內(nèi)的傳動精度分析模型，此研究采用的是傳遞矩陣法。

（3）求解了RV減速器系統(tǒng)動態(tài)傳動精度，并且計算出了系統(tǒng)傳動誤差的值，此研究成果是通過變步長數(shù)值積分Runge-Kutta，并且應(yīng)用Matlab進(jìn)行編程而解出來的。

（4）通過研究，再綜合的考慮到擺線輪、針齒、行星架變形以及部件之間存在的間隙等因素對輸出端傳動精度的影響的基礎(chǔ)之上，建立起了RV減速器的動態(tài)傳動精度剛?cè)狁詈戏治瞿Ｐ停⑶彝ㄟ^模型獲取了綜合傳動誤差曲線，探討了誤差對傳動精度的影響并不是簡單疊加的，而是相互耦合作用。

（5）研究并分析了RV減速器整機(jī)的動力學(xué)特征，并且通過對擺線輪等機(jī)器中重要零件的模型分析，創(chuàng)建了RV傳動系統(tǒng)的非線性的動力學(xué)模型，并且在此基礎(chǔ)之上對于系統(tǒng)的動力學(xué)特性進(jìn)行了分析。

3 RV減速器未來的發(fā)展方向

RV減速器系統(tǒng)具有十分復(fù)雜的特點，因此在其傳動精度的研究過程中學(xué)者們進(jìn)行了大量的簡化處理，尤其是在進(jìn)行建模的過程中簡化處理的現(xiàn)象更是十分普遍，這一定程度上限制了關(guān)于復(fù)雜齒輪系統(tǒng)傳動精度方面的研究。

隨著工業(yè)不斷的向現(xiàn)代化方向發(fā)展，RV減速器這種具有非常高的精密度和性能的傳動機(jī)器還有非常重要的應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域是其應(yīng)用的主要方向。

目前，RV減速器的研究主要集中在提高效率和精度等方面，通過提高其效率和精度使其更好的滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，其傳動精度和工作時的安全可靠性已經(jīng)成為機(jī)器人傳動裝置必須解決的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAE技術(shù)等高新技術(shù)為RV減速器系統(tǒng)的傳動精度研究提供了更為有利的研究。未來對于RV減速器傳動精度的研究將集中在零部件的變形、溫度、摩擦力及誤差相關(guān)性對傳動精度的影響方面。通過更深入的研究RV減速器的傳動精度機(jī)理，不僅有助于其傳動精度以及平穩(wěn)性方面的提升，對于提高其使用壽命也有重要的作用。

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