减速器 | 机器人核心零部件,解析其产业格局
根据《“十四五”机器人产业发展规划》统计,中国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国家。
当前,中国工业机器人研发将突破关键核心技术作为首要目标和重要工程,不断提升减速器、控制器、伺服系统、操作系统等核心环节的技术能力,核心零部件国产化趋势显现。
工业机器人成本结构中,上游核心零部件占比较高,其中减速器占比30%以上,成本占比最高、研发难度最大。减速器作为机器人的关键核心零部件,对机器人国产化具有重要意义。随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域的快速发展,谐波减速器与RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。
RV减速器
RV减速机是蜗轮蜗杆减速机家族中比较常见的减速机之一,它由蜗杆和蜗轮组成,具有结构紧凑,传动比大,以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械,是最常用的减速机之一而且震动小,噪音低,能耗低。
RV减速器主要应用于机器人机座、大臂、肩部等重负载位置,通常用于涉及汽车制造、交通运输、港口码头等领域的重载荷机器人。从行业竞争格局来看,RV减速器市场目前仍然被外资品牌的垄断,全球超过85%的减速器市场份额被日本厂商占据,其中日本纳博特斯克在RV 减速器领域处垄断地位。
目前国内参与厂商主要有双环传动、秦川机床、中大力德等。其中双环传动新研制的大负载及高功重比的系列化减速机产品已成功批量应用于国内主流机器人产品中,已基本实现机器人减速器产品全覆盖。
谐波减速器
用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴,谐波减速器是谐波传动装置的一种,谐波传动装置包括谐波加速器和谐波减速器。谐波减速器主要包括:刚轮、柔轮、轴承和波发生器三者,四者缺一不可。其中,刚轮的齿数略大于柔轮的齿数。谐波减速机用于小型机器人特点是体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高,单机传动比大。
谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成,谐波齿轮减速机是齿轮减速机中的一种新型传动结构,它是利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波,引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。这种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别,在啮合理论、集合计算和结构设计方面具有特殊性。谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力等优点,和普通减速器相比,由于使用的材料要少50%,其体积及重量至少减少1/3。
谐波减速器市场集中度非常高,市场基本处于日本企业垄断状态。虽然短期内外资主导地位还将持续,但中国本土优秀品牌也在不断崛起。我国企业绿的谐波率先打破国际品牌垄断实现规模化生产,2021年绿的谐波国内市占率24.7%较2020年提升3.7pct,获得了较高的市场份额。
整体来看,当前海外厂商处于领先地位,现阶段机器人减速器的市场份额较多集中在日本供应商手中,国产替代需求强烈。
某机构认为,有三大长期逻辑看好国产减速器:
一:在下游需求和政策扶持的带动作用下,中国已经是并将继续保持全球第一大机器人市场的地位。国产机器人本体发展迅速,外资巨头深耕中国市场,带来供应链转移新机遇。
二:从供给端看,由于高技术含量、重资产投入和较长的验证期,全球能够批量提供减速器的只有日本纳博特斯克、住友等寥寥可数的几家企业,而中国的技术突破,给了中国企业赶超的机遇。
三:作为机器人最核心零部件,减速器是纯机械部件。国产减速器企业缺的是设备摊销和工艺打磨带来的成本降低和稳定性问题,经多年投入和工艺积累,已具备量产能力。国内减速器企业有望在国产替代和自动化节奏下迎来新一轮发展机遇。
减速机优劣
传动效率:输出功率降低
传动效率是减速机重要评价指标之一。要测试传动效率是需要专业设备的,客户自己比较难测出具体数据,但是做横向对比是可以的。发热就是最直观的一个对比方式,能量是守恒的,热量散发的比较大就代表电机更多的功率被用来消除摩擦了,那输出功率自然就少了。输出功率少了,负载能力自然就弱,则会导致力度缺失,加速度自然就小,节拍自然就慢了。
寿命:时间决定品质
减速机的寿命主要取决于轴承的寿命,一般来说,轴承是最先损坏的,特别是谐波减速机。RV减速机的话,行星结构部分也是易损坏的点。提前磨损的情况一般会在数月到一年左右出现,视运行情况而定,所以那些趁着机器人需求量增大而大量出货的减速机厂家就要有所注意了。
发热:要精度还是要热量
减速机精度取决于齿轮的啮合程度,啮合间隙过大,减速机的精度越差,而采用微过盈的方式,精度就会提高,但是就会导致发热过大的问题。
精度:考量减速机的重要指标
这里包括了两种,一种叫传动精度,这是减速机手册里都会做出标识,这影响的是机器人的绝对定位精度;另一种是重复定位精度,这是减速机手册里没有,这影响的是机器人的重复定位精度。角传动精度一般减速机厂家都有专业的设备,但是客户自己也可以设计一些简易的方法去测量。
漏油:真假漏油如何分辨?
不管什么减速机,这是一定要面对的问题。而漏油的原因比较复杂,涉及到油封品牌、油封装配、轴的加工工艺、使用方法等等。而且漏油还分真漏油和假漏油。所谓假漏油,是指在运行之后不久出现漏油,漏油量不多,而且短时间后就不再出现。这种一般是内部的压力释放,压力释放了就没事了。而真漏油出现的时间点就不定了,可能是一开始就漏了,这时很可能是产品品质或装配品质问题;也有可能是运行很长时间之后出现,这一般是油封寿命问题。
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部分信息来源:乐晴智库精选
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