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(cè)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)能力。

隨著工業(yè)4.0、機(jī)械自動(dòng)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(dòng)部件廣泛用到減速機(jī)，減速機(jī)在機(jī)器人驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)便、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩容量高、良好、噪音?。怀休d能力高諧波驅(qū)動(dòng)中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(pán)輸出，大圓盤(pán)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；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(dòng)間隙精度可以做到1弧分，同時(shí)具備體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、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(dòng)、自動(dòng)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(dòng)齒輪均采用數(shù)控磨齒工藝，精度高，接觸性好，驅(qū)動(dòng)率高、單級(jí)大于96.5%，雙級(jí)大于93%，三級(jí)大于90%，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，體積小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，承載能力高等特點(diǎn)。在機(jī)器人、工業(yè)4.0、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備廣泛運(yùn)用。

不同的領(lǐng)域、行業(yè)機(jī)器人，對(duì)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(jiǎn)介

（1）減速器概述

機(jī)械設(shè)備一般由動(dòng)力、傳動(dòng)與執(zhí)行三大系統(tǒng)構(gòu)成，多數(shù)機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)方式為齒輪傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)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(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，因此需要通過(guò)減速器來(lái)降低轉(zhuǎn)速、增加扭矩。

減速器又稱減速機(jī)，在原動(dòng)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(dòng)領(lǐng)域。通常減速器把電動(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，并傳遞更大的扭矩，以實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)。

（2）減速器的分類

減速器的種類繁多，按照使用場(chǎng)景劃分，減速器分為一般傳動(dòng)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(dòng)減速器和精密減速器；按照傳動(dòng)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(dòng)級(jí)數(shù)不同可分為單級(jí)和多級(jí)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(dòng)的布置形式又可分為展開(kāi)式、分流式和同軸式減速器。各類常見(jiàn)減速器結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)如下：

（3）精密減速器簡(jiǎn)介

①精密減速器分類

按照使用場(chǎng)景劃分，減速器分為伺服（精密控制）用減速器和一般傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(guó)出現(xiàn)第一個(gè)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(dòng)裝置。隨著機(jī)械工業(yè)發(fā)展，行星減速器應(yīng)用越來(lái)越廣泛，20世紀(jì)50年代，德國(guó)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(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)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(dòng)化的進(jìn)程，德國(guó)、意大利等國(guó)又研制出精密行星減速器。我國(guó)從20世紀(jì)60年代起開(kāi)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(kāi)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(kāi)始生產(chǎn)低速大轉(zhuǎn)矩的行星減速器。

圖1NGW型單級(jí)行星減速器

(太陽(yáng)輪浮動(dòng)，＝2.8~4.5，zA＞zC)

圖2NGW型單級(jí)行星減速器

(太陽(yáng)輪浮動(dòng)，＞4.5，zA＜zC)

圖3NGW型單級(jí)行星減速器

(無(wú)多余約束的浮動(dòng)zA＜zC)

圖4NGW型行星齒輪減速器

(彈性油膜浮動(dòng)與太陽(yáng)輪浮動(dòng)均載)

圖5NGW型單級(jí)行星減速器

(行星架浮動(dòng))

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(yáng)輪與內(nèi)齒圈同時(shí)浮動(dòng))

圖8NGW型二級(jí)行星減速器

(高速級(jí)太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖9定軸齒輪傳動(dòng)與NGW型組合的行星減速器

(低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖10NGW型二級(jí)行星減速器

(高速級(jí)行星架浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖11法蘭式NGW型二級(jí)行星減速器

(高速級(jí)行星架浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng)；低速軸采用平鍵連接或縮套無(wú)鍵連接)

圖12二級(jí)NGW型大規(guī)格行星減速器

(高速級(jí)太陽(yáng)輪與行星架浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖13挖掘機(jī)用行走型行星減速器

(二級(jí)NGW型傳動(dòng)與一級(jí)平行軸傳動(dòng)組合；低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng)，中間級(jí)行星架浮動(dòng)；高速級(jí)帶制動(dòng)器)

圖14挖掘機(jī)用回轉(zhuǎn)型行星減速器

(高速級(jí)行星架浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖15NGW型三級(jí)行星減速器

(一級(jí)：行星架浮動(dòng)；二級(jí)：太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng)；三級(jí)：太陽(yáng)輪浮動(dòng))

圖16NGW型三級(jí)大規(guī)格行星減速器

(高速級(jí)行星架浮動(dòng)，中間級(jí)太陽(yáng)輪與行星架同時(shí)浮動(dòng)，低速級(jí)太陽(yáng)輪浮動(dòng)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(dòng)比i＝5~50，兩個(gè)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(guò)浮動(dòng)，雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與輸出軸相連，太陽(yáng)輪不浮動(dòng))

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(yáng)輪不浮動(dòng))

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，已超過(guò)日本和美國(guó)，機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域減速器行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大。在一般傳動(dòng)領(lǐng)域，我國(guó)減速器及減速電機(jī)已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)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(chǎng)主要參與者為外資廠商、合資廠商，高端精密行星減速器國(guó)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(wàn)臺(tái)，銷售金額為12.03億美元，其中中國(guó)境內(nèi)銷量為231.91萬(wàn)臺(tái)，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(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)11.49億美元。

全球行星減速器的主要市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(lái)的一種全新傳動(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力矩的傳遞和轉(zhuǎn)換的一種傳動(dòng)裝置，并于1947年制造出了世界第一臺(tái)采用諧波傳動(dòng)原理的諧波摩擦傳動(dòng)器。1955年美國(guó)提出了諧波齒輪傳動(dòng)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(kāi)始，諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)迅速在前蘇聯(lián)、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家推廣開(kāi)來(lái)。經(jīng)日本引入后發(fā)展實(shí)用化。目前，諧波傳動(dòng)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(lái)，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(duì)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(dòng)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(chǎng)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(guó)從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始諧波方面的研制工作，但到目前為止國(guó)內(nèi)諧波減速器的專業(yè)生產(chǎn)廠家仍然很少。國(guó)外的生產(chǎn)廠家有哈默納科、日本新寶；國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有綠的諧波、來(lái)福諧波等。近年來(lái)，隨著機(jī)器人等行業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)減速器市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)20億元，根據(jù)頭豹研究院預(yù)計(jì)，2025年，中國(guó)諧波減速器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到41億元。

下游行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

（1）移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)

移動(dòng)機(jī)器人是指應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、分揀中心、以及運(yùn)輸途中等場(chǎng)景的，進(jìn)行貨物轉(zhuǎn)移、搬運(yùn)等操作的機(jī)器人，常見(jiàn)有AGV、AMR及無(wú)人叉車等類型。移動(dòng)機(jī)器人在整個(gè)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(chǔ)、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(dòng)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(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元。

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

（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(lái)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，特別是政府各部門(mén)大力支持和推廣新能源汽車發(fā)展的政策不斷出臺(tái)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量迎來(lái)快速增長(zhǎng)。

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(dòng)系統(tǒng)中。采用回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)為旋轉(zhuǎn)部件的太陽(yáng)能光伏組件，可根據(jù)一天中太陽(yáng)不同的位置來(lái)對(duì)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(zhǎng)、防護(hù)等級(jí)高等特點(diǎn)。

近年來(lái)，受光伏技術(shù)進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)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(gè)國(guó)家或地區(qū)接近甚至低于常規(guī)能源，推動(dòng)越來(lái)越多地區(qū)光伏市場(chǎng)的增長(zhǎng)，美洲、南亞、中東等多個(gè)地區(qū)光伏市場(chǎng)開(kāi)始蓬勃發(fā)展，成為拉動(dòng)全球光伏市場(chǎng)增長(zhǎng)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(dòng)力源一般來(lái)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(jiǎn)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(dòng)發(fā)展到精密行星減速器傳動(dòng)。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(zhǎng)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(guó)金屬切削機(jī)床產(chǎn)值為218.14億歐元，同比增長(zhǎng)28.7%，占全球市場(chǎng)規(guī)模的30.7%。機(jī)床行業(yè)增長(zhǎng)將有效帶動(dòng)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(dòng)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(dòng)中布置合理的特點(diǎn)，能滿足頂管機(jī)械切削刀盤(pán)低速、大轉(zhuǎn)矩的特殊工況要求。隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，新管道的開(kāi)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(duì)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(guó)的地下管廊的需求量也在逐年增加，加之人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，頂管技術(shù)將在我國(guó)地下管廊的工程施工起到愈來(lái)愈重要的地位和作用。

編輯：黃飛