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泰興減速機(jī)2018年11月1日訊 減速器在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域是連接動(dòng)力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中間裝置,通常它把電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高速運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力通過(guò)輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來(lái)達(dá)到減速的目的,并傳遞更大的轉(zhuǎn)矩。目前成熟并標(biāo)準(zhǔn)化的減速器有:圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星減速器、行星齒輪減速器、RV減速器、擺線針輪減速器和諧波減速器。
八九十年代以來(lái),在新興產(chǎn)業(yè)如航空航天、機(jī)器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的推動(dòng)下,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)的高性能精密減速器需求加大,其中RV減速器和諧波減速器更是精密減速器中重要的兩種減速器。
六軸工業(yè)機(jī)器人中精密減速器位置分布
RV減速器是在擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,具有二級(jí)減速和中心圓盤(pán)支承結(jié)構(gòu)。自1986年投入市場(chǎng)以來(lái),因其傳動(dòng)比大、傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)精度高、回差小、低振動(dòng)、剛性大和高可靠性等優(yōu)點(diǎn),成為機(jī)器人的“御用”減速器。
Nabotesco(帝人)RV系列減速器結(jié)構(gòu)圖
Nabotesco(帝人)RV系列減速器
諧波減速器由三部分組成:諧波發(fā)生器、柔輪和剛輪,其工作原理是由諧波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形,靠柔輪與剛輪嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力,并達(dá)到減速的目的。按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤(pán)式幾種類別。諧波減速器傳動(dòng)比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少,且傳動(dòng)效率高,單機(jī)傳動(dòng)比可達(dá)到50-4000,而傳動(dòng)效率高達(dá)92%-96%。
HarmonicaDrive產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖
HarmonicaDriveCSF-LW系列產(chǎn)品
三種常見(jiàn)的諧波減速器類型
普通齒輪傳動(dòng)嚙合示意圖
諧波傳動(dòng)嚙合示意圖
顧名思義,行星減速器就是有三個(gè)行星輪圍繞一個(gè)太陽(yáng)輪旋轉(zhuǎn)的減速器。行星減速器體積小,重量輕,承載能力高,使用壽命長(zhǎng),運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪聲低,具有功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性,是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品。其性能可與其它軍品級(jí)行星減速器產(chǎn)品相媲美,卻有著工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的價(jià)格,被應(yīng)用于廣泛的工業(yè)場(chǎng)合。
精密減速器在工業(yè)機(jī)器人上的作用
工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源一般為交流伺服電機(jī),因?yàn)橛擅}沖信號(hào)驅(qū)動(dòng),其伺服電機(jī)本身就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速,為什么工業(yè)機(jī)器人還需要減速器呢?工業(yè)機(jī)器人通常執(zhí)行重復(fù)的動(dòng)作,以完成相同的工序;為保證工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務(wù),并確保工藝質(zhì)量,對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定位精度和重復(fù)定位精度要求很高。因此,提高和確保工業(yè)機(jī)器人的精度就需要采用RV減速器或諧波減速器。
精密減速器在工業(yè)機(jī)器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當(dāng)負(fù)載較大時(shí),一味提高伺服電機(jī)的功率是很不劃算的,可以在適宜的速度范圍內(nèi)通過(guò)減速器來(lái)提高輸出扭矩。此外,伺服電機(jī)在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動(dòng),對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間和周期性工作的工業(yè)機(jī)器人這都不利于確保其精確、可靠地運(yùn)行。
精密減速器的存在使伺服電機(jī)在一個(gè)合適的速度下運(yùn)轉(zhuǎn),并精確地將轉(zhuǎn)速降到工業(yè)機(jī)器人各部位需要的速度,提高機(jī)械體剛性的同時(shí)輸出更大的力矩。與通用減速器相比,機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。大量應(yīng)用在關(guān)節(jié)型機(jī)器人上的減速器主要有兩類:RV減速器和諧波減速器。
相比于諧波減速器,RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度。因此在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中,一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置;而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部;行星減速器一般用在直角坐標(biāo)機(jī)器人上。
國(guó)內(nèi)減速機(jī)的市場(chǎng)現(xiàn)狀
目前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的減速機(jī)主要有兩種,一種是RV減速器,另一種是諧波減速器。在關(guān)節(jié)型機(jī)器人中,由于RV減速器具有更高的剛度和回轉(zhuǎn)精度,一般將RV減速器放置在機(jī)座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置,而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部。
從成本上來(lái)說(shuō),目前全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的成本構(gòu)成,35%左右是減速器,20%左右是伺服電機(jī),15%左右是控制系統(tǒng),機(jī)械加工本體可能只占15%左右,其他的部分主要就是應(yīng)用??梢钥闯?,減速器是制約機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前中國(guó)機(jī)器人的核心技術(shù)上還缺乏整體的突破,這導(dǎo)致我國(guó)高端裝備制造領(lǐng)域機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢,只能依靠進(jìn)口RV減速器。
據(jù)估計(jì),到2020年中國(guó)每年需要消耗190000臺(tái)機(jī)器人,到2020年實(shí)現(xiàn)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)份額達(dá)50%(95000 臺(tái)),2025年實(shí)現(xiàn)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)市場(chǎng)份額超70%。在未來(lái)五年,這將為中國(guó)制造商提供超過(guò)740億美元的機(jī)器人及相關(guān)服務(wù)潛在市場(chǎng)。隨著我國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)的快速發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人用減速器市場(chǎng)需求規(guī)模也隨之增長(zhǎng)。一般情況下,一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人需要的減速器個(gè)數(shù)為4-6臺(tái)。隨著未來(lái)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展,中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測(cè)到2020年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人減速器市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)40億元,未來(lái)五年復(fù)合增長(zhǎng)率約為30%。
而據(jù)行業(yè)人士介紹,一臺(tái)精密減速器四大國(guó)際巨頭采購(gòu)價(jià)為3萬(wàn)元~5萬(wàn)元,賣(mài)給國(guó)內(nèi)關(guān)系好的客戶約7萬(wàn)元,關(guān)系一般的普通客戶約12萬(wàn)元,內(nèi)資企業(yè)采購(gòu)精密減速機(jī)的成本比國(guó)際巨頭貴一倍還多,可見(jiàn)其間的利潤(rùn)差別有多大。
對(duì)于高精度機(jī)器人減速器,日本具備絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),目前全球機(jī)器人行業(yè)75%的精密減速機(jī)被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩家壟斷(業(yè)界俗稱RV減速機(jī)和諧波減速機(jī)),包括ABB、FANUC、KUKA等國(guó)際主流機(jī)器人廠商的減速器均由上述兩家公司提供。其中HarmonicDrive在工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)領(lǐng)域擁有15%的市場(chǎng)占有率。
值得一提的是,日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設(shè)計(jì)到1986年RV減速器研究獲得實(shí)質(zhì)性突破,花了6-7年時(shí)間;而國(guó)內(nèi)率先出結(jié)果的南通振康和恒豐泰花費(fèi)時(shí)間也為6-8年;可以看出,技術(shù)是沒(méi)有捷徑可走的。換句話說(shuō),國(guó)內(nèi)RV減速器現(xiàn)在的發(fā)展水平或許還停留在日本八十年代后期。
據(jù)行業(yè)內(nèi)不具名人士透露,ABB、發(fā)那科、安川、庫(kù)卡等國(guó)際主流機(jī)器人整機(jī)廠商均由以上兩家日本公司提供減速機(jī),并且與兩家公司有著非常苛刻的合作條件,即在使用這兩家公司產(chǎn)品時(shí)不能再使用別家的產(chǎn)品,否則將解除合作關(guān)系。
核心零部件一直限制著中國(guó)機(jī)器人的快速發(fā)展,中國(guó)如果想要形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化, 擺脫國(guó)外機(jī)器人企業(yè)的掣肘,在機(jī)器人領(lǐng)域贏得自主,必須要將減速器國(guó)產(chǎn)化加速提上日程。
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