工業機器人作為經典的機電一體化數字設備，應用領域廣泛。單個完整的工業機器人系統的成本中減速器占 35%左右，可以看出影響工業機器人發展的主要因素是減速器。雖然機器人的應用已經在國內得到快速發展，但目前工業機器人的主要供應商仍來自日本和歐洲。所以對其中的核心部件減速器的國產化是降低成本和打破國外壟斷的首要任務。

       1、RV 減速器原理

        RV（Rotate Vector）減速器是在擺線針輪的基礎上開發的 2 級封閉式低齒差行星傳動機構，是CNC 機床、工業用機器人關節等機電學領域所是用的新型行星傳動機構。由于其擁有運動精度高，傳動比大，扭轉剛度大，傳動效率高等優點，許多學者和研究機構將其作為研究的重點。

       圖1 是 RV 減速器傳動的簡圖，第一級漸開線圓柱齒輪行星傳動機構和第二級擺線針輪行星齒輪減速機構組成，輸入軸和太陽輪形成 RV 減速器的輸入部。擺線針齒輪的輸入由行星齒輪和曲柄軸共同完成。當機構開始傳動時，若太陽輪進行順時針旋轉，行星齒輪進入公轉與逆時針旋轉共存的狀態，此時，擺線輪由曲柄軸驅動以進行偏心運動。這種情況下，擺線輪將受到嚙合針輪的碰撞，其軸線以輪軸為中心公轉，向相反方向自轉。此時，其將通過曲柄軸推動行星架輸出機構順時針旋轉。

                                                                                   圖1  RV 減速器傳動簡圖

        2、二級擺線針輪輪傳動機構誤差研究現狀

        RV 減速器傳動精度的主要指標是回差和傳動誤差，主要影響因素有：一級漸開線圓柱齒輪行星傳動機構誤差、二級擺線針輪傳動機構誤差、輸出機構誤差。

        由于二級擺線針輪傳動機構的誤差不需要通過一系列的傳動傳遞到輸出機構，而與之相反的是，RV減速器一級減速機構的誤差需要，即除以系統的總傳動比。因此，漸開線齒輪在一級齒輪傳動中的相關誤差對 RV 減速器的傳動精度影響不大，而擺線針輪行星機構的傳動精度加權系數大，對傳動誤差影響大。當設計并生產 RV 減速器時，應認真考慮二級擺線針輪傳動機構中的誤差因素。改變二級擺線針輪傳動機構誤差的主要因素有擺線齒廓的修形、曲柄軸偏心距誤差、曲柄軸軸承游隙等。

        2.1 擺線齒廓的修形

        擺線齒廓修形的研究對于載荷分布、側隙等的影響有重要意義，對提高 RV 減速器傳動精度有巨大的工程應用價值。

        李力行等在擺線針輪行星傳動的齒形修正及受力分析中提出了有隙嚙合的齒形修正方法及較為準確的受力分析方法和計算公式。關天民等在新型擺線針輪行星傳動受力分析方法與齒面接觸狀態有限元分析中提出了一套擺線輪齒形修形下的齒面受力分析理論，并對針齒和擺線輪齒的接觸狀態進行了有限元分析，但沒有分析不同修形方式及修形量對嚙合齒對和輪齒最大負載的影響。在多數負荷分布計算模型中，都忽略了修形參數帶來的短幅系數 K1 的變化對載荷計算的影響。Chmurawa 等通過優化擺線齒輪的齒廓以實現更優的傳動性能。研究對負荷分布和應力的修正參數的影響，同時根據有限元素法分析負荷分布。聶少文等在RV 減速機擺線針輪齒廓修形優化分析中提出了一種綜合齒厚修形以及等距、移距三者的優化方案，其可以同時保證 RV減速器的承載能力與傳動精度。焦文瑞等在擺線輪齒廓修形的優化設計，劉洪建等在RV 減速器擺線輪的修形優化中基于 MATLAB 設計對于等距加移距的擺線針輪優化方案，建立了一系列模型。趙博等在機器人RV 減速器擺線輪修形的理論研究中基于單齒無側隙失配修形的理念，將二階拋物線修形量沿法線方向直接疊加到擺線齒輪的理論共軛齒廓上，得出修形后的擺線齒廓的齒廓方程。

        在此基礎之上，魏波等在RV減速器擺線輪齒廓修形方法對比研究中基于正等距加上負移距修形的幾種模型，對各個模型進行了對比，得出基于法向齒廓間隙的模型的優化齒廓具有更明顯的優勢。

        由于以上學者建立數學模型對擺線輪齒廓優化設計是靜態的，未考慮到這些實際存在的動態因素。因此，趙大興等在基于神經網絡遺傳算法的 RV減速器擺線輪齒廓修形研究中結合仿真實驗和神經網絡遺傳算法，將加權傳動精度和運轉平穩度之和作為適應度，求出同時保證 RV 減速器高傳動精度和良好運轉平穩性的修形方式和具體修形量，并計算已得出修形組合下擺線針輪的受力情況，得出最佳的負等距加正移距修形方式，使得適應度值最小，但是 RV減速器承載能力較差，正等距加負移距修形方式下求得適應度值最大，但是承載能力較好的結論。

        2.2 針齒與針輪（針齒殼）齒合間隙誤差

        齒合間隙是 RV 減速器傳動精度的主要影響因素之一，有著一系列的對擺線針輪的齒合間隙的研究。

         J.G.Blanche 等通過采用了幾何學原理，分析了擺線輪情況下回轉齒輪的回轉精度，推導了多重加工誤差和裝配誤差影響下擺線輪齒側間隙的計算公式，同時，使用 CAD 方法計算速比波動、齒隙、扭振三者之間的關系。李力行等在擺線針輪行星傳動中擺線輪齒形通用方程式的研究中對包含等距、移距和轉角修形的擺線針輪副傳動原理進行分析，得到擺線輪通用齒廓方程與初始嚙合間隙方程。

        基于此，蒙運紅等在修正齒形針擺傳動初始間隙計算方法中，于影等在關于修正擺線輪嚙合初始間隙與最佳修形方式的研究中分別推導和比較了嚙合游隙的大小以及它的變化規則、不同修改方法產生的齒側游隙以及修行后擺線針輪嚙合副的初始徑向游隙的分布規律。基于理想擺線齒廓擴張的原理，Lvanovic L等建立了帶有間隙的齒輪傳動的數學模型，并確定了齒廓的最小游隙與瞬時傳動比之間的關系。奚鷹等在基于 ADAMS 仿真的機器人用高精度 RV 減速器輪齒間隙研究中利用 UG 和 ADAMS 分析了 RV 減速器傳動過程中嚙合齒數和嚙合間隙對傳動精度的影響。徐立新和楊宇虎建立了擺線針齒輪傳動的接觸模型，并分析了擺線針齒輪的多齒嚙合動力學。

        楊婧釗等在RV減速器擺線針輪傳動的精確嚙合間隙計算中之前的一系列研究得到的理論基礎，提出了精確齒隙的新定義，即擺線針輪的實際齒廓與沿共同法線的理論齒廓之間的距離，同時基于 TCA 與幾何分析相結合的方法，計算各個位置下的精確齒合間隙在任意轉角的值。

        2.3 曲柄軸偏心距誤差與曲柄軸軸承游隙

        傳動誤差與回差是影響傳動精度的重要因素，曲柄軸偏心距誤差與曲柄軸軸承游隙是影響傳動誤差與回差的主要因素之一。

        奚鷹等在機器人用高精度 RV 減速器曲軸誤差中建立了曲軸偏心率及其誤差影響的數學模型，并利用 MATLAB 仿真了 RV 減速器曲柄軸偏心率誤差的數學模型。獲得偏心誤差的負分布有助于提升精度，加載后有助于降低回差間隙的成果。

        韓林山等在2K-V 型傳動裝置動態傳動精度理論研究中綜合考慮 RV 減速器系統中各零件的尺寸誤差、裝配誤差、齒輪嚙合剛度、軸承游隙等非線性行為，建立了系統動態傳動精度的非線性動力學計算模型，為研究加工誤差和游隙對角傳動誤差的影響提供了相應的理論依據。

        以此為根據，朱斌等在2K-V 型擺線針輪減速器的動態回轉傳動誤差分析中基于 ADAMS 軟件，分析了擺線針輪齒輪減速器的動態回差，發現影響擺線針輪齒輪回差的主要因素是由二級擺線針輪的修形引起的游隙和轉臂軸承的游隙。常安全等在基于多體動力學仿真的 RV減速器角傳動誤差虛擬樣機的建立中、王曉雨等在RV 傳動機構精度分析中分別采用了基于相對坐標系的形位空間法和邊界盒法的混合接觸檢驗算法、正交試驗分析法和控制變量法相結合的方法，以動力學仿真技術為基礎，對不同軸承游隙的組合形式對 RV 傳動精度的影響規律和作用敏感性進行建模分析，得到以尺寸公差的配合和控制來設計軸承游隙的方法。

        2.4 其他影響因素

        除此之外，RV 減速器轉速與載荷等因素、針輪中心圓等也對傳動精度有影響，在這方面的相關研究也有部分進展。

        楊玉虎等在RV 傳動機構精度分析中使用作用線增量規律，基于誤差分析的傳輸矩陣法明確了機構內的公共部件的誤差傳遞過程，以及固定輸出盤與系桿產生的機構反饋誤差與部件原始誤差的結合關系，發現了輸出機構的曲軸孔的偏心誤差對 RV 減速器的傳動誤差的影響。Li YongHua 等首先提出了考慮 RV 減速器輸出機構誤差的四桿機構轉角為不可控噪聲因素，建立了以四桿長為可控因素，轉角為噪聲因素的正交試驗模型。并以鉸鏈四桿機構誤差為例，應用田口穩健設計法進行穩健設計。得到了一組四桿機構的最佳組合長度，比原結果更能有效地減小誤差。通過這種方法，分析并得出了各桿件誤差的影響。研究結果為今后四桿機構制造誤差的精度控制提供了參考。

        李輝等在基于正交試驗法的 RV 減速器傳動誤差分析中在 ADAMS 上建立了 RV40E 減速器的虛擬原型。根據正交實驗，綜合視覺分析以及分散分析兩個工具對針齒的中心圓徑、擺線輪移距和等距修形、偏心誤差以及針齒半徑的誤差對傳動誤差的影響進行比較。針齒的中心圓徑誤差對 RV 減速器的角傳動誤差產生最大影響。

        肖定坤等在RV精密減速器的傳動誤差分析及應用中通過博立葉變換觀察與實驗數據擬合函數相結合的方法，得出 RV 減速器傳動誤差隨轉速和載荷的增加而增大，且載荷對傳動誤差影響較大。

        3、 RV減速器傳動精度研究的現存問題

        由于 RV 減速器系統的復雜程度高，國內的研究者在研究傳動精度的影響因素時，特別是用了很多簡化方法對 RV 減速器進行建模，這種做法使得研究者可以做到更加簡便地研究 RV 減速器，然而，對復雜齒輪系統傳動精度的研究就會遭受一定的約束。

        （1）在研究 RV 減速器傳動精度模型時，研究人員無視特定組件、彎曲變形、軸承剛性對 RV 減速器傳遞精度的影響。同時也忽略了溫度與摩擦等因素的影響；使用定值處理行星齒輪與擺線針輪嚙合線的等效誤差也是現有問題之一。

        （2）研究多項誤差對 RV 減速器傳動精度綜合影響時，對各項誤差的相關性研究不足，把各項誤差單純地疊加一起，一旦出現多項誤差一起變動時，傳動精度變化規律與多項誤差耦合影響 RV 減速器傳動精度的原理十分關鍵。

        （3）RV 減速器有著高精度要求、復雜結構的特點。作為一種比較新型的高精密傳動機構，其傳動精度檢測平臺的設計和傳動精度檢測原理的研究是急需解決的問題。

        4、總結與展望

        隨著中國智能制造 2025 的提出，RV減速器由其高精度和性能具有十分重要的用途，是工業用機器人、CNC 機床等主要的應用區域。當前，RV 減速器的研究主要集中在效率和精度的改善上，通過改良其效率和精度，可以更好地滿足中國制造業智能升級的需要。其傳動精度和運行安全性已是工業用機器人核心組件必須解決的問題。

         RV 減速器系統具有非常復雜的特性，學者們在對其傳動精度的研究中進行了大量的省略，特別是在建模過程中，簡化處理的現象更為廣泛，這在一定程度上限制了復雜齒輪系統傳動精度的研究。將來可以按照時間變化為脈絡做與 RV 減速器相關的研究，以此綜合變形、摩擦、溫度和各零件誤差等相關性對傳動精度的影響，作為計算嚙合線上各誤差瞬時等效誤差的條件，從而提高模型的傳動精度。

        伴隨中國智能制造 2025 政策的推出，CAE 技術等的高新技術，對 RV 減速器系統的傳動精度的研究同樣能提供更有利的技術支持。通過對 RV 減速器的傳遞精度機制進行詳細的研究，不僅能提高傳遞精度和運行的安全性，還能起到改善耐用年數的關鍵作用。