|
|
泰兴减速机2018年11月1日讯 减速器在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。目前成熟并标准化的减速器有：圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、RV减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器。
八九十年代以来，在新兴产业如航空航天、机器人和医疗器械等发展的推动下，结构简单紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器需求加大，其中RV减速器和谐波减速器更是精密减速器中重要的两种减速器。
六轴工业机器人中精密减速器位置分布
RV减速器是在摆线针轮传动基础上发展起来的，具有二级减速和中心圆盘支承结构。自1986年投入市场以来，因其传动比大、传动效率高、运动精度高、回差小、低振动、刚性大和高可靠性等优点，成为机器人的“御用”减速器。
Nabotesco(帝人)RV系列减速器结构图
Nabotesco(帝人)RV系列减速器
谐波减速器由三部分组成：谐波发生器、柔轮和刚轮，其工作原理是由谐波发生器使柔轮产生可控的弹性变形，靠柔轮与刚轮啮合来传递动力，并达到减速的目的。按照波发生器的不同有凸轮式、滚轮式和偏心盘式几种类别。谐波减速器传动比大、外形轮廓小、零件数目少，且传动效率高，单机传动比可达到50-4000，而传动效率高达92%-96%。
HarmonicaDrive产品结构示意图
HarmonicaDriveCSF-LW系列产品
三种常见的谐波减速器类型
普通齿轮传动啮合示意图
谐波传动啮合示意图
顾名思义，行星减速器就是有三个行星轮围绕一个太阳轮旋转的减速器。行星减速器体积小，重量轻，承载能力高，使用寿命长，运转平稳，噪声低，具有功率分流、多齿啮合独用的特性，是一种用途广泛的工业产品。其性能可与其它军品级行星减速器产品相媲美，却有着工业级产品的价格，被应用于广泛的工业场合。
精密减速器在工业机器人上的作用
工业机器人的动力源一般为交流伺服电机，因为由脉冲信号驱动，其伺服电机本身就可以实现调速，为什么工业机器人还需要减速器呢？工业机器人通常执行重复的动作，以完成相同的工序；为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保工艺质量，对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。因此，提高和确保工业机器人的精度就需要采用RV减速器或谐波减速器。
精密减速器在工业机器人中的另一作用是传递更大的扭矩。当负载较大时，一味提高伺服电机的功率是很不划算的，可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩。此外，伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。
精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比，机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。大量应用在关节型机器人上的减速器主要有两类：RV减速器和谐波减速器。
相比于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部；行星减速器一般用在直角坐标机器人上。
国内减速机的市场现状
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。
从成本上来说，目前全球机器人产业的成本构成，35%左右是减速器，20%左右是伺服电机，15%左右是控制系统，机械加工本体可能只占15%左右，其他的部分主要就是应用。可以看出，减速器是制约机器人产业发展的关键因素。目前中国机器人的核心技术上还缺乏整体的突破，这导致我国高端装备制造领域机器人产业发展缓慢，只能依靠进口RV减速器。
据估计，到2020年中国每年需要消耗190000台机器人，到2020年实现机器人国产市场份额达50%(95000 台)，2025年实现机器人国产市场份额超70%。在未来五年，这将为中国制造商提供超过740亿美元的机器人及相关服务潜在市场。随着我国工业机器人应用市场的快速发展，工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长。一般情况下，一台工业机器人需要的减速器个数为4-6台。随着未来工业机器人的发展，中投顾问产业研究中心预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元，未来五年复合增长率约为30%。
而据行业人士介绍，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3万元~5万元，卖给国内关系好的客户约7万元，关系一般的普通客户约12万元，内资企业采购精密减速机的成本比国际巨头贵一倍还多，可见其间的利润差别有多大。
对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断(业界俗称RV减速机和谐波减速机)，包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。其中HarmonicDrive在工业机器人关节领域拥有15%的市场占有率。
值得一提的是，日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破，花了6-7年时间；而国内率先出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年；可以看出，技术是没有捷径可走的。换句话说，国内RV减速器现在的发展水平或许还停留在日本八十年代后期。
据行业内不具名人士透露，ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机，并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件，即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品，否则将解除合作关系。
核心零部件一直限制着中国机器人的快速发展，中国如果想要形成机器人产业化， 摆脱国外机器人企业的掣肘，在机器人领域赢得自主，必须要将减速器国产化加速提上日程。
