1.目的及意义

1.1研究目的以及意义

近十几年来，由于中国的机械制造业和工业化处于空前发展的阶段，对高效率，高传动比，结构紧凑轻便，刚度性能好的减速装置的需求日益增加，而普通的减速器结构笨重，体积大且使用寿命短，因此普通减速器已经不能在最大程度上满足当前工业化发展的需求。摆线针轮传动作为一种新兴的传动方式，与传动的齿轮传动方式相比，其结构紧凑、传动比大、传动效率高等显著优点，使之在现代工业中倍受青睐和飞速发展^[1]。其中，RV减速机便是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型减速器，它是由第一级行星齿轮减速部分和第二级摆线针轮减速部分组成的一种传动装置，在具备体积小，重量轻的特点的同时，也具有传动效率高，传动比范围大，承载能力强，传动精度高，传动平稳性能好，使用寿命长等诸多突出优点。因而RV减速机被广泛地应用于工业机器人、航空航天、军事国防装备、半导体设备、医疗器械、物流搬运装置、数控机械、测量仪表等高精度设备中，也成为了许多重大设备中所必需的关键基础和核心部件^[2-7]。

鉴于当前工业化发展对减速器提出的更高需求，我们可以看出，研制减速比更高、结构更紧凑、精度更高的设备的工作仍在继续。同时，《中国制造2025》规划的提出，标志着我国工业化将以高精度设备的研发和生产作为现阶段工业发展的目标^[8]。虽然我国早在“九五”期间，已将摆线针轮传动列为重点科研攻关项目，而国内对于RV减速机的研究和开发也在近十几年得到快速发展。目前，我国生产RV减速机的厂家已经有很多，并且产品的种类也日趋齐全，但由于我国对其的研究相比于国外较晚，国内生产商现阶段仍尚未完全掌握RV减速机的设计与加工工艺中的关键性技术，因此在产品总体质量上，尤其是精度和传动效率性能方面，与国际先进技术水平相比还存在一定差距，因此，我国仍有不少高精度设备、重大设备中所需的RV减速机是依赖于进口^[9,10]，未能实现核心零部件国产化，导致设备的制造成本居高不下，这也是当前制约我国工业智能化发展的一个重要原因。

因此，对RV摆线针轮减速机进行较为系统的设计计算、力学性能分析等相关领域关键技术的研究，对缩短与国际先进技术水平之间的差距，从根本上提高国内相关产品的综合质量，以及研究开发新型减速器有着实际的指导意义和工程实用价值。

1.2国内外的研究现状分析

RV减速器作为一种新型的摆线针轮行星传动机构，因比普通的齿轮传动和谐波传动具有更高的刚度、疲劳强度及稳定的回转精度，使其在工业机器人领域得到了广泛的应用。

摆线针轮传动起源于德国，兴起于日本。德国人L.Braren最早提出齿廓曲线为外摆线的少齿差行星传动机构并开始摆线针轮行星减速器的设计与制造。随后L.Braren在此基础上发明了RV减速机，1931 年，L.Braren在慕尼黑成立生产摆线减速器的公司，之后日本住友公司签订技术合作。1939年，日本住友公司在摆线轮修形和加工工艺方面进行改进，使摆线针轮减速机进入实际工程应用阶段。其FA减速器结构及物理样机如图1.1所示。1983年日本帝人公司研制出可用于增强机器人性能、提高其运动精度的减速装置，并取名为RV减速器。1986年日本帝人公司推出RV系列减速机，并迅速实现商业化生产^[11]，如图1.2所示。上世纪七十年代，德国一家制造公司就研发制造了两种使用双曲柄、少齿差式行星减速器的起重用卷扬机，而法国的专利局也向外发布出类似RV减速器的包含摆线齿轮和渐开线齿轮两种齿形的行星减速器^[12-14]。

国内外学者对摆线针轮传动的理论研究和实践开发也在不断深入，摆线针轮传动在短短几十年时间内得以快速发展。日本学者日高照晃建立RV减速器的力学模型，解决了减速器零件刚度的计算方法，同时，他提出应用质量弹簧等价模型，分析机构回转传动误差，解释了零件的各种误差带来的影响^[15]。波兰学者Manfred.Chmurawa教授对理论摆线齿廓的接触力和接触变形应用有限元法进行计算，证明经过修形的摆线轮实际齿廓，理论值与实际值相比误差较大^[16]。JG.Blanche教授应用纯几何方法，推导出因加工误差和装配误差导致的计算齿隙公式，对齿隙、回转精度和速比波动对单摆线针轮行星减速器扭转振动的影响^[17]。

我国对于摆线针轮行星传动机构的研究开始于20世纪50年代。1959年，浙江省镇海县人王阳明为北京第一机床厂成功地设计出我国第一台摆线针轮减速机^[18]。限于当时的设计、工艺及装备条件，减速器的设计制造技术没有实现太大突破，总体水平与国际水平有较大差距。20世纪80年代末，国内大连交通大学以李力行、何卫东教授为首的科研团队最早对RV减速器展开研究并总结该类减速器的优化设计理论，满足机器人的高运动精度、小回差、高刚性的传动要求。该科研团队成功研制出的RV-250A-II减速器样机，是我国的第一台在间隙回差、运动精度、传动效率和扭转刚度技术性能指标达到国际先进水平的减速器^[19]。

到目前为止，从国内外学者对RV传动的研究来看，主要是围绕回转精度，承载能力，扭转刚度，摆线轮的齿廓修形，综合性能实验等方面展开。此外，也有部分学者对RV减速器热-结构耦合、故障信号分析、可靠性分析等方面进行研究。由于齿廓修形对回转精度与承载能力的影响比较大，所以对RV减速机齿廓修形的研究成为国内外RV减速机研究和开发的一大重点课题。

就目前世界范围内发展形势来看，以德国和日本为代表，RV减速器已经形成了不同传动比、不同承载能力的系列产品。而且现今日本生产的RV减速器的回差及传动精度均已达到30″以内，达到了国际先进水平，使其在工业机器人、医疗器械、精密包装设备、雷达等方面得到了广泛的应用。由于国内起步较晚，至九十年代初才有学者开始了对RV传动相关技术的研究，目前国内自行设计研制的RV 传动，其传动误差和回差均达到了1′以内，基本满足了传动精度方面的要求^[20]。