【材制·视角】RV减速器

初原载于 爱学习的 青春材制

2020-04-23

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    近日，光明日报编辑部策划推出“科技成果产业化”系列报道，4月11日《光明日报》头版头条报道：我校张跃明教授从基础研究的源头进行创新，攻克工业机器人的“卡脖子”技术难题，并将论文成果成功实现产业化，为千万科研人员在新时代建功立业提供了可资借鉴的范本。这一报道在社会各界，特别是工大师生中引起广泛关注和积极讨论。

    所以，什么是RV减速器？

    RV减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成的减速器。其中的RV是Rotary Vector的缩写，代指减速器的传动原理是RV传动。

    RV减速器的传动装置是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成。

    主动的太阳轮与输入轴相连，如果渐开线中心轮顺时针方向旋转，它将带动三个呈120°布置的行星轮在绕中心轮轴心公转的同时还有逆时针方向自转，三个曲柄轴与行星轮相固连而同速转动，两片相位差180°的摆线轮铰接在三个曲柄轴上，并与固定的针轮相啮合，在其轴线绕针轮轴线公转的同时，还将反方向自转，即顺时针转动。输出机构(即行星架)由装在其上的三对曲柄轴支撑轴承来推动，把摆线轮上的自转矢量以1:1的速比传递出来。

    从结构上讲，RV减速器由摆线针轮和行星支架组成，以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人。

    张跃明教授指出：“减速器是工业机器人的核心功能部件。工业机器人的RV减速器，对制造业来说，相当于手机、电脑的芯片，其核心技术和全球90%的市场一直被日本垄断。当前国产机器人使用的RV减速器大量从日本进口，中国制造业要转型升级，必须要解决这个“卡脖子”的技术难题。

    打个比方，把工业机器人当成人的手臂来看，减速器就相当于手臂的关节，这个关节主要决定了工业机器人手臂摆动的精度，使用时间长后其磨损会影响工业机器人的使用寿命。世界上高精度机器人传动多采用RV减速器，一台工业机器人的腿部、腰部和肘部，需要4到6台RV减速器，减速器占到工业机器人总成本的30%以上。”

    通俗的讲，RV减速器传动比范围大，减速效率高；扭转刚度大，在额定转矩下，弹性回差小，滞后较少；精度高且间隙回差小；传动效率高；传递同样转矩与功率时的体积小(或者说单位体积的承载能力大)，RV减速器由于第一级用了三个行星轮，特别是第二级，摆线针轮为硬齿面多齿啮合，高集成度决定了它可以用小的体积传递大的转矩，又加上在结构设计中，让传动机构置于行星架的支承主轴承内，使轴向尺寸大大缩小，所有上述因素使传动总体积大为减小，方便其在各个工业领域灵活应用。

    为什么张教授的研究如此振奋人心？因为我们一直都在被“卡脖子”。

    日本的纳博斯特在RV减速器处于垄断地位。几乎占据了全球 75%的市场。而另一家住友重工也占了10%的市场。反观我国，秦川机床1987 年才开始从事减速器的研究。但是。受加工水平的限制，我国RV减速器缺点主要是受制精度不能长时间保持。当前，我国提出了工业和数字产业升级，相信在不久的将来，我国的工业生产水平能逐渐向高端迈进。改进当前的生产工艺，提高摆线轮和轴承的控制精度，使减速器研究取得更大的进步。

    随着“中国制造‘2025’”的提出，我国不断支持和鼓励机器人核心部件的研发工作。据悉，目前的一个机器人本体，有50%的利润要被国外厂商赚走。此外，在机器人伺服系统和控制器方面，中国还与国外的先进产品也有着不少的差距。特别是材料成型和加工方面，我们相较于日本的减速器还有不小的差距。目前，国内的厂商想要弥补差距，需要对减速器进行优化设计，满足减速器的精度和强度要求，同时升级传统制造业，解决我国减速器运行一段时间后，精度难以保持的问题。

    我校张跃明教授团队对RV减速器的自主创新，实现了从基础研究突破到产业化，十分难得。这对迫使日本减速器价格降低，使国产机器人核心技术不再依赖进口，提高国产机器人市场竞争力，参与国际市场竞争都具有重要意义。

    4月16日，《光明日报》头版刊载中国科学院欧阳钟灿院士致信“都来为科技界破除‘四唯’尽一份绵薄之力”。欧阳钟灿院士特别指出：“欣闻北京工业大学、中南大学等高校已开始为产业报国者破格评教授，这种导向很好，也很符合现在国家发展需要，我大力支持。真理总是来源于实践，也会越辩越明！”

    所以，何为“四唯”？

    是饱受诟病，但又难以革除的“唯论文、唯职称、唯学历、唯奖项”的现象。

    如何破除“四唯”？

    我校校长聂院士给出了答案。

    4月19日，《光明日报》头版刊发中国工程院院士、北京工业大学校长聂祚仁署名文章《重视“实践导向” 让科研工作者勇做源头创新的“挖井人”》，特别指出：“‘破四唯’，科研人员评价应该重视实践导向，让高校科研工作者勇做创新人才培养的“栽树人”和源头创新的“挖井人”，把国家需求和自己的教学科研工作结合起来，到生产一线去建功立业，把论文写在祖国的大地上。”

    破除“四唯”，激发科技创新活力，让科技创新的光芒照亮发展的到路。相信在不远的未来，在国家大力的支持下，科研工作者不断涌现创新活力、点亮创新思维。我国一定能突破一个又一个的技术瓶颈，实现我们建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦。

引用文献：

1.  熊嘉豪,张广宇,孙启凡.工业机器人精密减速器的应用及现状[J].科技风,2021(07):171-172.

2. 《光明日报》2021年04月11日 01版——源头创新解决“卡脖子”技术难题——一名工科教师翻越成果产业化“四座大山”的启示

3. 《光明日报》2021年04月16日 01版——都来为科技界破除“四唯”尽一份绵薄之力

4．《光明日报》2021年04月19日 01版——《重视“实践导向” 让科研工作者勇做源头创新的“挖井人”》

撰稿人：科技协会科创部  张凯旋 窦筝 马浩然

执行编辑：科技协会科创部       杨梦馨

责任编辑：科技协会主席团成员 于世龙

总编辑：                            李晓萌

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