进退维谷,减速器厂商2020年有望迎来英雄时代

减速机的市场现状

减速器市场的冷暖可谓是工业机器人市场的晴雨表。

回顾过去三年,减速器厂商经历了2017年“供不应求”的黄金时代,2018年“供过于求”的白银时代,2019年“求生存”的青铜时代。传统中带着“高精尖”的外衣光环,过去一直吸引着众多企业和资本跃跃欲试。市场变化的速度远远超出想象,量价齐跌的当下,减速器行业作为重资产投资的典型代表,众多已入局的企业面临进退维谷的境地

从中国工业机器人产量数据来看,按照国家统计局的口径,名义增速上,2019年前三季度均处于同比下滑的态势;实际增速上,实际增速大于名义增速,并在逐年拉大,说明新进企业在增加,并贡献了工业机器人的产量,侧面反映出机器人企业数量持续增加,行业在稳步向前。四季度开始,名义增速由负转正,预示行业拐点或将来临。对于减速器厂商而言,2020年有望迎来英雄时代

进退维谷,减速器厂商2020年有望迎来英雄时代

新增的工业机器人需求必然能带动减速器产业的快速发展,同时,减速器本身有额定的使用寿命,需要定期更换。工业机器人的工作寿命一般为8-10年,期间减速器作为传动、承重部件,磨损不可避免,其使用寿命通常在两年左右,因而,当前保有的工业机器人维修保养亦需要大量的减速器替换。GGII预计,2020-2023年,工业机器人用减速器需求量超360万台

由于机器人用精密减速器在精度、速度等方面要求极高,国产厂商技术水平仍有待提高。GGII数据显示,国内机器人减速器70%以上的市场份额被外资减速器企业垄断(Nab、HD、住友、新宝等),国产化率不足30%。

从产品类型来看,国产谐波减速器进步相对明显,目前已经涌现如绿的、来福、大族精密等厂商,从品牌度和市场份额上均有较大的提升;国产RV减速器发展相对缓慢,虽然具备量产能力的厂商不在少数,但是从市场占比和品牌度来看,稍显弱势,国产厂商中尚无综合优势较为突出的厂商代表,年产销量在2万台左右的厂商屈指可数,尚难以对外资巨头构成直接威胁。从另一方面来看,RV减速器市场格局的不确定性强于谐波减速器市场,RV减速器的高技术和高投资是主要的门槛,在一定程度上对入局者提出更高的要求

减速机的分类

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。80-90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需求下,需要结构简单紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳的高性能精密减速器,其中RV减速器和谐波减速器是精密减速器中重要的两种减速器。

RV(Rot-Vector)减速器

▲RV-E型减速器▲

▲RV-E型减速器▲

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是机器人的“御用”减速器。

谐波减速器

▲谐波减速器▲

▲谐波减速器▲

谐波减速器由三部分组成:谐波发生器、柔性论和刚轮,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。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%。

行星减速器

▲行星减速器▲

▲行星减速器▲

行星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。

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