國外精密減速機市場發(fā)展概況
國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。目前,減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應用前景遠大。
國外在先進減速機的設(shè)計生產(chǎn)上已經(jīng)十分成熟，一些知名生產(chǎn)商已經(jīng)擁有一百余年的減速機生產(chǎn)經(jīng)驗，市場份額也十分可觀。比如西門子公司旗下FLENDER減速機是目前業(yè)內(nèi)最大減速機供應商，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造方面具有很高的造詣。 國外減速機在食品、電力、建筑、礦業(yè)、水利等諸多行業(yè)都有著廣泛的應用，其制造生產(chǎn)標準相比國內(nèi)也更高，我國的硬齒面減速機標準也來源于西門子公司的生產(chǎn)標準。國內(nèi)減速機的發(fā)展歷史也有近40年，生產(chǎn)廠家數(shù)目眾多，形式也多樣，目前，國內(nèi)各類通用減速器的標準系列已達數(shù)百個，基本可滿足各行業(yè)對通用減速器的需求。但是與國外相比我國減速機水平仍然有較大差距，同國外外減速器行業(yè)存在的比較突出的問題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低。
工業(yè)機器人減速機生產(chǎn)企業(yè)主要是日本公司，納博特斯克、哈默納科、住友是其中的主要代表公司，現(xiàn)在納博特斯克公司由帝人制機株式會社和納博克株式會社于2003 年合并組成。納博特斯克和哈默納科兩家公司占據(jù)工業(yè)機器人七成以上的減速機市場，納博特斯克優(yōu)勢產(chǎn)品是RV 減速機，哈默納科的優(yōu)勢產(chǎn)品是諧波減速機。其中日本納博是一家從事尖端核心部件的跨國企業(yè)，主要從事靜液壓驅(qū)動裝置、液壓裝置、減速裝置及其部件的研發(fā)、制造。自1985 年發(fā)明至今，日本納博的精密減速機累計已向全球銷售400 萬臺，2014年銷售額達442 億日元（約合人民幣30 億），營業(yè)利潤達80 億日元（約合人民幣6 億）。日本納博精密減速機扭矩大且精度高，高剛性且抗震性強，尤其產(chǎn)品質(zhì)量保障期超長（根據(jù)不同應用領(lǐng)域環(huán)境從50 年-100 年），成為全球汽車工業(yè)機器人制造商的獨家選擇。20 多年來，日本納博精密減速機全球市場占有率穩(wěn)居60%，持續(xù)保持世界第一。其次是韓國的減速機，韓國減速機一直以來用于軍用，前些年在工業(yè)機器人市場很少推廣，近兩年開始大力在工業(yè)機器人推廣，以SEJINIGB、韓中減速機等為例。
我國機器人用減速機產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境分析
減速機在我國的發(fā)展已有近40年的歷史，廣泛應用于國民經(jīng)濟及國防工業(yè)的各個領(lǐng)域。產(chǎn)品已從最初單一的擺線減速機，發(fā)展到現(xiàn)在五大類產(chǎn)品，即擺線減速機、無級變速器、齒輪減速機、蝸輪蝸桿減速機、電動滾筒。據(jù)初步統(tǒng)計，減速機用量比較大的行業(yè)主要有：電力機械、冶金機械、環(huán)保機械、電子電器、筑路機械、化工機械、食品機械、輕工機械、礦山機械、輸送機械、建筑機械、建材機械、水泥機械、橡膠機械、水利機械、石油機械等，這些行業(yè)使用減速機產(chǎn)品的數(shù)量已占全國各行業(yè)使用減速機總數(shù)的60%～70%。
機器人產(chǎn)業(yè)是未來十年國內(nèi)成長性最快的行業(yè)，作為國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，機器人技術(shù)體現(xiàn)著國家科技的綜合實力。攻克機器人核心零部件技術(shù)是國內(nèi)機器人企業(yè)產(chǎn)業(yè)化的必然選擇。
精密減速器是工業(yè)機器人可靠、精確運行不可或缺的零部件與通用減速器相比，機器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點。大量應用在關(guān)節(jié)型機器人上的減速器主要有兩類：RV 減速器和諧波減速器。精密減速器使機器人伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機器人各部位需要的速度，提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。一般將RV 減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置；而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。
當前中國工業(yè)機器人用減速機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況與技術(shù)成熟度分析
1.RV減速機
RV減速機工作原理 RV傳動是在擺線針輪傳動基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動。 RV減速機是由漸開線圓柱齒輪行星減速機構(gòu)和擺線針輪星減速機構(gòu)二部分構(gòu)成。 漸開線形行星齒輪與曲柄連成一體，作為擺線針輪傳動部分的輸入。 曲柄軸帶動擺線輪作偏心運動。 曲柄軸向順時針方向旋轉(zhuǎn)1周，擺線輪將沿逆時針方向移動1個齒 RV減速機的核心部件為針齒殼、曲柄軸、擺線輪。
RV減速機在國際上僅有極少數(shù)國家能生產(chǎn)，“十二五”時期，國家“863”計劃將其列入重點攻克的技術(shù)瓶頸。國內(nèi)頂尖大學和科研機構(gòu)幾年攻關(guān)也只有論文，沒有實物。近兩年隨著工業(yè)機器人的發(fā)展有部分企業(yè)開始投資研發(fā)國產(chǎn)RV減速機，目前大多數(shù)處在技術(shù)研發(fā)和公關(guān)階段。
RV減速器的技術(shù)難點在于該部件需要保證傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，并保證預期的工作壽命，因而在設(shè)計上使用了過定位結(jié)構(gòu)，這使得零件加工精度要求極高，加工十分困難，機器人其規(guī)模化生產(chǎn)的重要制約則在于加工設(shè)備和加工工藝。國產(chǎn)RV減速機在額定扭矩和傳動效率等方面與國外產(chǎn)品差距較小，但在扭轉(zhuǎn)剛度、傳動精度等穩(wěn)定性和精度指標方面差距還比較明顯，由于材料和工藝水平差距，耐疲勞強度方面差距也比較明顯。預計國產(chǎn)減速機在未來一段時間主要發(fā)展方向在于技術(shù)突破和完善，市場方面，首先進入中低端工業(yè)機器人市場，在2016 年以后才可能進入汽車生產(chǎn)線焊接機器人等高端產(chǎn)品，但減速機的國產(chǎn)化會大幅降低國產(chǎn)工業(yè)機器人成本。
國產(chǎn)RV減速機目前在材料，工藝，配合，精度，耐磨性，材料，熱處理，軸承等方面需要改進。
圖1、國產(chǎn)RV減速機與國外產(chǎn)品主要差距示意圖
圖2、某國產(chǎn)RV減速機效率情況
2.諧波減速機
諧波減速機是機器人實現(xiàn)運動功能的核心部件，是輕型工業(yè)機器人和機械臂可靠、精確運行不可或缺的部件，它可以使機器人的伺服電機在一個合適的速度下運轉(zhuǎn)，并精確地將轉(zhuǎn)速降低到機器人各部位需要的速度，在提高機械本體剛性的同時可輸出更大的扭矩。諧波傳動的構(gòu)成：僅三個基本零部件， 波發(fā)生器，由外周嵌有薄壁滾珠軸承的橢圓形凸輪組成。軸承內(nèi)圈固定在凸輪上，外圈通過滾珠實現(xiàn)彈性變形。通常安裝在輸入軸上。 柔輪，具有薄壁結(jié)構(gòu)的金屬彈性體部件。開口部外周加工有齒輪。通常安裝在輸出軸上。剛輪剛體環(huán)狀部件。內(nèi)周加工有齒輪，比柔輪多兩個輪齒。通常固定在外殼上。
國產(chǎn)諧波減速機與國外減速機在技術(shù)等方面已經(jīng)幾乎沒多大差距，甚至在某些方面超過國外諧波減速機性能。
國內(nèi)主要代表企業(yè)投資減速機發(fā)展情況
