RV減速器傳動精度分析研究

王江月

（東莞市技師學院，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、少齒差行星傳動機構，其是以擺線針輪傳動為基礎，在工業(yè)機器人關節(jié)、自動化設備以及數(shù)控機床等諸多方面都有重要的應用。其具較大的傳動比以及扭轉剛度、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，眾多的研究學者和機構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構和擺線針輪行星減速機構等兩部分，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，當漸開線太陽輪1進行順時針旋轉時，漸開線行星齒輪就會在進行公轉的同時進行逆時針自轉，并且在此時還會通過曲柄軸來帶動擺線輪進行偏心運動。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的同時還會進行相反方向的自轉。在此時，它也會借助曲柄軸來推動行星架輸出機構向順時針方向轉動。

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，機電一體化領域要求機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)達到了非常高的水平。我國也對RV減速器進行了很多的研究，為了促進機器人工業(yè)的發(fā)展，還需要繼續(xù)努力進行RV減速器的研究。

關于RV減速器最早開始于上個世紀30年代，德國研究人員L.Braren在少齒差行星傳動基礎上進行進一步研究，設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用的擺線針齒傳動進行了進一步研究，并且在其基礎之上研究出了RV減速器，在這之后其它國家的研究機構也對其進行了研究。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)機器人的發(fā)展。在上個世紀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。大連交通大學李力行團隊是我國最早進行RV減速器研究的科研團隊，從上個世紀80年代末期就開始進行了研究，并且取得了不錯的成果，成功的總結了完善的機器人用高運動精度、小回差、高剛性的RV傳動的優(yōu)化設計理論，并且基于此設計并制成了RV-250AⅡ減速器樣機，這一機械無論是在運動精度和傳動效率上，還是間隙回差和扭轉剛度上都能夠達到國際先進水平。

2 RV減速器傳動精度的研究

由于RV減速器需要應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到預定的位置，因此很多國內(nèi)外的專家學者都對RV減速器的傳動精度進行了深入的研究，并且取得了很多成果。

早在上個世紀80年代，Blanche等就通過應用純幾何學的方法進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振動之間存在的關系進行了研究，通過使用CAD的方法推導出了三者的關系，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系，而沒有進行雙擊、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行了更進一步的研究工作，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)學模型，并且對誤差的影響方面進行了進一步的研究，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)傳動誤差沒有進行進一步的探討，間隙、零件彈性變形和負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。李力行教授和何衛(wèi)東教授在上個世紀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制作提供了理論依據(jù)，使樣機制作過程中能夠根據(jù)科學依據(jù)進行合理的尺寸與形位公差的確定，并且有助于先進、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，并且應用Matlab進行編程而解出來的。

（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之上，建立起了RV減速器的動態(tài)傳動精度剛柔耦合分析模型，并且通過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減速器整機的動力學特征，并且通過對擺線輪等機器中重要零件的模型分析，創(chuàng)建了RV傳動系統(tǒng)的非線性的動力學模型，并且在此基礎之上對于系統(tǒng)的動力學特性進行了分析。

3 RV減速器未來的發(fā)展方向

RV減速器系統(tǒng)具有十分復雜的特點，因此在其傳動精度的研究過程中學者們進行了大量的簡化處理，尤其是在進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于復雜齒輪系統(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器還有非常重要的應用，工業(yè)機器人、數(shù)控機床等領域是其應用的主要方向。

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)成為機器人傳動裝置必須解決的問題。隨著技術的發(fā)展，CAE技術等高新技術為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。

參考文獻：

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