全面解析機(jī)器人三大減速機(jī)技術(shù)（一）

精密減速器行業(yè)屬于多學(xué)科領(lǐng)域交叉的行業(yè)，其發(fā)展涉及到金屬材料、熱處理、小模數(shù)齒輪硬齒面加工、集成及檢測等諸多技術(shù)。精密減速器的技術(shù)特點(diǎn)要求生產(chǎn)廠商擁有長期的技術(shù)積累，掌握核心技術(shù)，具備較強(qiáng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究開發(fā)能力。

隨著工業(yè)4.0、機(jī)械自動工業(yè)化的普及，機(jī)器人運(yùn)用更加普及，機(jī)器人驅(qū)動部件廣泛用到減速機(jī)，減速機(jī)在機(jī)器人驅(qū)動中起到了關(guān)鍵作用，機(jī)器人減速機(jī)屬于精密減速機(jī)，在工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂中廣泛采用諧波減速器、RV減速機(jī)運(yùn)用在機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動中；小型服務(wù)機(jī)器人、教育機(jī)器人采用的行星減速機(jī)、齒輪減速機(jī)等微型減速機(jī)，運(yùn)用在不同行業(yè)、領(lǐng)域的機(jī)器人減速機(jī)特點(diǎn)也不一樣。工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂用減速機(jī)特點(diǎn)：

（1）、諧波減速機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：減速比高、齒隙小、精度高、零部件少、安裝簡便、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩容量高、良好、噪音??；承載能力高諧波驅(qū)動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數(shù)（重疊系數(shù)）比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他驅(qū)動形式高。

（2）、RV減速機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：RV減速機(jī)也稱為RV減速器，主要結(jié)構(gòu)由擺線針輪和行星支架組成以其體積小，抗沖擊力強(qiáng)，扭矩大，定位精度高，振動小，減速比大等特點(diǎn)。扭轉(zhuǎn)剛度大，輸出機(jī)構(gòu)即為兩端支承的行星架，用行星架左端的剛性大圓盤輸出，大圓盤與工作機(jī)構(gòu)用螺栓聯(lián)結(jié)，其扭轉(zhuǎn)剛度遠(yuǎn)大于一般擺線針輪行星減速器的輸出機(jī)構(gòu)。在額定轉(zhuǎn)矩下，彈性回差??；小型服務(wù)機(jī)器人、教育機(jī)器人減速機(jī)特點(diǎn)：

（1）、行星減速機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：行星減速機(jī)屬于精密減速機(jī)、驅(qū)動間隙精度可以做到1弧分，同時具備體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、輸出扭矩大，速比大、良好、性能安全的特點(diǎn)。兼具功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性。廣泛運(yùn)用在機(jī)器人驅(qū)動、自動工業(yè)化設(shè)備

（2）、齒輪減速機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)：齒輪減速機(jī)也稱為齒輪減速器，齒輪箱中的驅(qū)動齒輪均采用數(shù)控磨齒工藝，精度高，接觸性好，驅(qū)動率高、單級大于96.5%，雙級大于93%，三級大于90%，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，體積小，重量輕，使用壽命長，承載能力高等特點(diǎn)。在機(jī)器人、工業(yè)4.0、工業(yè)自動化設(shè)備廣泛運(yùn)用。

不同的領(lǐng)域、行業(yè)機(jī)器人，對鎖采用的減速機(jī)、減速器的技術(shù)參數(shù)、性能特點(diǎn)也不一樣。

1、減速器簡介

（1）減速器概述

機(jī)械設(shè)備一般由動力、傳動與執(zhí)行三大系統(tǒng)構(gòu)成，多數(shù)機(jī)械設(shè)備的傳動方式為齒輪傳動，齒輪傳動具有精密、高效、安全、可靠、性價(jià)比優(yōu)越等特點(diǎn)。由于多數(shù)機(jī)械設(shè)備不適宜用原動機(jī)直接驅(qū)動，因此需要通過減速器來降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩。

減速器又稱減速機(jī)，在原動機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起降低轉(zhuǎn)速和增加扭矩的作用，主要應(yīng)用在機(jī)械傳動領(lǐng)域。通常減速器把電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達(dá)到減速的目的，并傳遞更大的扭矩，以實(shí)現(xiàn)原動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動。

（2）減速器的分類

減速器的種類繁多，按照使用場景劃分，減速器分為一般傳動用減速器和伺服（精密控制）用減速器；按照精度劃分，分為一般傳動減速器和精密減速器；按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐、圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。各類常見減速器結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)如下：

（3）精密減速器簡介

①精密減速器分類

按照使用場景劃分，減速器分為伺服（精密控制）用減速器和一般傳動減速器。精密減速器具備體積小、重量輕、精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠?qū)C(jī)械傳動實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，主要用于機(jī)器人、新能源設(shè)備、高端機(jī)床、電子設(shè)備、印刷機(jī)械等高端制造領(lǐng)域。一般傳動減速器可以分為通用減速器和專用減速器：通用減速器通常以中小型為主，可廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，包括蝸輪蝸桿減速器、圓柱齒輪減速器等；專用減速器通常以大型、特大型為主，多為非標(biāo)、行業(yè)專用產(chǎn)品，包括船用齒輪箱、冶金齒輪箱、風(fēng)力發(fā)電齒輪箱、工程機(jī)械齒輪箱等。

②主要精密減速器特點(diǎn)

根據(jù)原理不同，精密減速器主要分為精密行星減速器、諧波減速器、RV減速器。各類精密減速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域如下：

行星減速器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

19世紀(jì)80年代德國出現(xiàn)第一個行星齒輪傳導(dǎo)裝置的專利。20世紀(jì)20年代，首次量產(chǎn)行星齒輪傳動裝置。隨著機(jī)械工業(yè)發(fā)展，行星減速器應(yīng)用越來越廣泛，20世紀(jì)50年代，德國首次研發(fā)成功高速大功率行星齒輪減速器，20世紀(jì)60年代，意大利、英國、蘇聯(lián)等國家也陸續(xù)研發(fā)出低速重載行星減速器。伴隨工業(yè)自動化的進(jìn)程，德國、意大利等國又研制出精密行星減速器。我國從20世紀(jì)60年代起開始研制應(yīng)用行星減速器，20世紀(jì)70年代首次制訂了NGW型漸開線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)，并生產(chǎn)了多種高速大功率行星減速器。20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)低速大轉(zhuǎn)矩的行星減速器。

圖1NGW型單級行星減速器

(太陽輪浮動，＝2.8~4.5，zA＞zC)

圖2NGW型單級行星減速器

(太陽輪浮動，＞4.5，zA＜zC)

圖3NGW型單級行星減速器

(無多余約束的浮動zA＜zC)

圖4NGW型行星齒輪減速器

(彈性油膜浮動與太陽輪浮動均載)

圖5NGW型單級行星減速器

(行星架浮動)

圖6雙排直齒NGW型大規(guī)格行星減速器

(兩排內(nèi)齒輪之間采用彈性桿均載，高速端的端蓋為軸向剖分式)

圖7NGW型高速行星增(減)速器

(太陽輪與內(nèi)齒圈同時浮動)

圖8NGW型二級行星減速器

(高速級太陽輪與行星架同時浮動，低速級太陽輪浮動)

圖9定軸齒輪傳動與NGW型組合的行星減速器

(低速級太陽輪浮動)

圖10NGW型二級行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖11法蘭式NGW型二級行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動；低速軸采用平鍵連接或縮套無鍵連接)

圖12二級NGW型大規(guī)格行星減速器

(高速級太陽輪與行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖13挖掘機(jī)用行走型行星減速器

(二級NGW型傳動與一級平行軸傳動組合；低速級太陽輪浮動，中間級行星架浮動；高速級帶制動器)

圖14挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)型行星減速器

(高速級行星架浮動，低速級太陽輪浮動)

圖15NGW型三級行星減速器

(一級：行星架浮動；二級：太陽輪與行星架同時浮動；三級：太陽輪浮動)

圖16NGW型三級大規(guī)格行星減速器

(高速級行星架浮動，中間級太陽輪與行星架同時浮動，低速級太陽輪浮動并采用雙排齒輪，兩排內(nèi)齒輪以彈性桿均載)

圖17行星架固定的NW型準(zhǔn)行星減速器

(傳動比i＝5~50，兩個行星輪與水平方向成45°，雙聯(lián)行星輪采用彈性脹套連接，加工、裝配方便)

圖18NGWN(Ⅰ)型行星減速器

(內(nèi)齒輪通過浮動，雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與輸出軸相連，太陽輪不浮動)

圖19NGWN(Ⅱ)型行星減速器

(采用薄壁彈性輸出內(nèi)齒輪，并以齒輪聯(lián)軸器與輸出軸相連，太陽輪不浮動)

近年來，我國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，已超過日本和美國，機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展帶動了機(jī)械傳動領(lǐng)域減速器行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。在一般傳動領(lǐng)域，我國減速器及減速電機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。但在行星減速器領(lǐng)域，由于其技術(shù)含量高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，存在較高的進(jìn)入壁壘，目前市場主要參與者為外資廠商、合資廠商，高端精密行星減速器國產(chǎn)化率很低。根據(jù)QYResearch的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球行星減速器銷量為540.15萬臺，銷售金額為12.03億美元，其中中國境內(nèi)銷量為231.91萬臺，銷售金額為5億美元。根據(jù)QYResearch的研究報(bào)告，2029年全球行星減速器銷售規(guī)模達(dá)22.31億美元，中國市場規(guī)模達(dá)11.49億美元。

全球行星減速器的主要市場集中在亞太、歐洲和北美，該三地占全球供應(yīng)和消費(fèi)市場的90%以上。根據(jù)QYResearch的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年全球行星減速器市場銷售金額按區(qū)域分布情況如下：

（2）諧波減速器行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀諧波減速器是20世紀(jì)40年代伴隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于在彈性薄殼彈性變形理論，應(yīng)用金屬撓性和彈性力學(xué)原理發(fā)展起來的一種全新傳動形式。1944年，前蘇聯(lián)首先提出利用機(jī)械波控制柔性構(gòu)件的彈性變形來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和力矩的傳遞和轉(zhuǎn)換的一種傳動裝置，并于1947年制造出了世界第一臺采用諧波傳動原理的諧波摩擦傳動器。1955年美國提出了諧波齒輪傳動機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)方案，并于1959年取得專利授權(quán)。由此開始，諧波齒輪傳動技術(shù)迅速在前蘇聯(lián)、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家推廣開來。經(jīng)日本引入后發(fā)展實(shí)用化。目前，諧波傳動已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、精密加工設(shè)備、航天航空、雷達(dá)設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。

近年來，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)機(jī)器人與服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)量不斷增加，使得機(jī)器人行業(yè)對于諧波減速器的需求不斷提升。此外，諧波減速器在除機(jī)器人以外的精密傳動領(lǐng)域亦可廣泛適用，應(yīng)用行業(yè)正不斷拓寬至高端數(shù)控機(jī)床、半導(dǎo)體制造設(shè)備、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。根據(jù)東吳證券的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年，全球諧波減速器市場規(guī)模達(dá)30.4億元，考慮人形機(jī)器人需求，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到129.1億元。

我國從20世紀(jì)60年代就開始諧波方面的研制工作，但到目前為止國內(nèi)諧波減速器的專業(yè)生產(chǎn)廠家仍然很少。國外的生產(chǎn)廠家有哈默納科、日本新寶；國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有綠的諧波、來福諧波等。近年來，隨著機(jī)器人等行業(yè)的快速發(fā)展，中國減速器市場規(guī)模已超過20億元，根據(jù)頭豹研究院預(yù)計(jì)，2025年，中國諧波減速器市場規(guī)模將達(dá)到41億元。

下游行業(yè)發(fā)展趨勢

（1）移動機(jī)器人行業(yè)

移動機(jī)器人是指應(yīng)用于倉庫、分揀中心、以及運(yùn)輸途中等場景的，進(jìn)行貨物轉(zhuǎn)移、搬運(yùn)等操作的機(jī)器人，常見有AGV、AMR及無人叉車等類型。移動機(jī)器人在整個智能物流系統(tǒng)中起關(guān)鍵性的作用，主要完成裝卸、搬運(yùn)、存儲、分揀和運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，廣泛應(yīng)用于汽車、新能源、3C電子、電商零售、醫(yī)藥醫(yī)療等行業(yè)。精密行星減速器是移動機(jī)器人核心零部件，主要與伺服電機(jī)、控制器共同組成移動機(jī)器人的驅(qū)動單元。

目前，中國是在全球移動機(jī)器人市場規(guī)模中最大的國家。一方面，中國的制造業(yè)和物流業(yè)正在快速發(fā)展，需要大量的自動化和智能化解決方案，因此移動機(jī)器人在這些領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用；另一方面，中國政府也在積極推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過政策支持和投資吸引國內(nèi)外企業(yè)進(jìn)入市場。

（2）新能源設(shè)備行業(yè)

①鋰電設(shè)備

在鋰電設(shè)備領(lǐng)域，精密行星減速器產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于涂布機(jī)、卷繞機(jī)、分切機(jī)、輥壓機(jī)等鋰電池生產(chǎn)設(shè)備。近年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，特別是政府各部門大力支持和推廣新能源汽車發(fā)展的政策不斷出臺，我國新能源汽車產(chǎn)銷量迎來快速增長。

②光伏設(shè)備

減速器在光伏設(shè)備領(lǐng)域主要用于回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)中。采用回轉(zhuǎn)驅(qū)動為旋轉(zhuǎn)部件的太陽能光伏組件，可根據(jù)一天中太陽不同的位置來對主機(jī)的轉(zhuǎn)角及仰角進(jìn)行精確的調(diào)整。精密行星減速器能有效保證設(shè)備的跟蹤精度，并且具有扭矩大、壽命長、防護(hù)等級高等特點(diǎn)。

近年來，受光伏技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和競爭加劇等因素影響，光伏設(shè)備價(jià)格下降速度較快，組件全年價(jià)格降幅達(dá)到40%以上，使得光伏發(fā)電成本在全球多個國家或地區(qū)接近甚至低于常規(guī)能源，推動越來越多地區(qū)光伏市場的增長，美洲、南亞、中東等多個地區(qū)光伏市場開始蓬勃發(fā)展，成為拉動全球光伏市場增長的主力。

（3）機(jī)床行業(yè)

機(jī)床是制造業(yè)的基本生產(chǎn)設(shè)備，也被稱為“工業(yè)母機(jī)”。精密行星減速器廣泛應(yīng)用于金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)床、木工機(jī)械等細(xì)分機(jī)床領(lǐng)域。機(jī)床的動力源一般來自伺服電機(jī)，隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，電機(jī)已朝著高精度、高效率、簡單控制和創(chuàng)新的方向發(fā)展，機(jī)械匹配也從傳統(tǒng)的螺桿傳動發(fā)展到精密行星減速器傳動。由于機(jī)床本身的加工，負(fù)載慣性系統(tǒng)的條件變化很大，有必要安裝精密減速器以增加扭矩，改善負(fù)載端的慣性匹配，從而使慣性操作平穩(wěn)。根據(jù)VDW統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2021年全球金屬加工機(jī)床產(chǎn)值達(dá)到了709億歐元，同比增長20%，其中，全球金屬切削機(jī)床產(chǎn)值為501億歐元，金屬成形機(jī)床產(chǎn)值為207億歐元，金屬切削機(jī)床與金屬成形機(jī)床比例約為70%與30%。2021年我國金屬切削機(jī)床產(chǎn)值為218.14億歐元，同比增長28.7%，占全球市場規(guī)模的30.7%。機(jī)床行業(yè)增長將有效帶動精密減速器行業(yè)發(fā)展。

（4）工程機(jī)械行業(yè)

在工程基建領(lǐng)域，行星減速器產(chǎn)品重點(diǎn)應(yīng)用于頂管機(jī)、盾構(gòu)機(jī)、挖掘機(jī)等工程施工機(jī)械。減速器作為盾構(gòu)主驅(qū)動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，具有比強(qiáng)度、比功率極高的特點(diǎn)。減速器也是頂管機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，行星減速器具有在頂管機(jī)械功率合流傳動中布置合理的特點(diǎn)，能滿足頂管機(jī)械切削刀盤低速、大轉(zhuǎn)矩的特殊工況要求。隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的持續(xù)增長，新管道的開挖、鋪設(shè)與老管道的修復(fù)與更換工程日趨廣泛，利用頂管機(jī)進(jìn)行施工，可以最大程度的減少施工對環(huán)境、周圍建筑設(shè)施以及交通造成的影響。城市化進(jìn)程的加快促使我國的地下管廊的需求量也在逐年增加，加之人們對生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的提高，頂管技術(shù)將在我國地下管廊的工程施工起到愈來愈重要的地位和作用。

編輯：黃飛