柯壯賓
減速器是一種常見的機械傳動裝置，之所以稱之為減速是值其大部分情況是用于降低輸出端的旋轉速度同時增大輸出端的力矩，如果進行的是反向操作則稱之為增速器，減速器是機器人中的關鍵部件，伺服電機輸出的轉速高、力矩小不滿足機器人的運動需求，減速器則可以保障機器人正常運轉。
根據架構和傳動原理的不同，減速器可以分為通用減速器、專用減速器以及精密減速器，其中通用減速器以中小規格為主，模塊化、系列化、應用較為廣泛；專用減速器一般以大型、特大型為主，需要根據不同的應用場景進行專業化定制；精密減速器質量輕、易控制功率較大，主要應用于機器人、數控機床等行業。
此外，減速器按照傳動級數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。
減速器下游應用豐富，市場空間廣闊。減速器下游應用豐富，可用于起重運輸、水泥建材、機器人、重型礦山、冶金業等，截至2023年，我國減速器下游應用中，起重運輸、水泥建材、機器人分別為應用市場前三名，市場分別占比25%、15%、11%。
圖表：減速器下游應用
數據來源：中研普華產業研究院整理
2022年中國減速器行業市場規模達到1321億元，同比增長5.01%，2023年中國減速器市場規模增長至1387億元。從產量看，2021年中國減速機產量達1203萬臺，同比增長31.19%，2022年約為1380萬臺，2023年進一步增長至1570萬臺。
相較于傳統減速器，精密減速器回程間隙小、精度更高，使用壽命更長，在機器人、數控機床等高端領域應用較多。精密減速器可分為諧波減速器、RV減速器、精密行星減速器等。
RV減速器由第一級漸開線圓柱齒輪行星減速機構和第二級擺線針輪行星減速機構組成，其特點在于結構緊湊、振動小、能耗低，目前廣泛應用于機器人之中。諧波減速器是利用柔性構件的彈性變形波進行動力傳動變換的結構，包含諧波發生器、柔性輪和鋼輪，其傳動比大、傳動精度高。行星減速器運動方式類似于地球圍繞太陽旋轉，體積小、負載大、運行平穩。
RV減速器，全稱為“RotaryVectorReducer”，是一種精密的行星齒輪減速器，它采用擺線針輪嚙合機構作為核心傳動部件。RV減速器具備高精度、高剛性、負載能力強的特點，因此，RV減速器通常被運用于工業機器人的關節驅動，如焊接機器人、裝配機器人、搬運機器人等對運動控制要求極高的領域。
1960年，RV減速器的概念和原理逐步形成，進入1980年代，計算機的引入使得RV減速器設計的精準度以及效率進一步提升，RV減速器由此開始模塊化標準化生產，至今，RV減速機已經成為機器人手臂、精密機床、半導體制造設備等高端裝備的關鍵組件。
諧波減速器主要由柔輪、波發生器、鋼輪三個部件組成，其中，諧波發生器為主動軸。柔輪和鋼輪通過嚙合組成傳動軸。諧波減速器相較于一般減速器具備傳動比大、體積小、質量小的特點，可以廣泛應用于機器人小臂、腕部、手部等位置。
精密行星減速器由行星輪、太陽輪和內齒圈構成，行星齒輪傳動結構是傳動效率最高的齒輪傳動結構。精密行星減速器工作時，由伺服電機等原電機驅動太陽輪旋轉，再通過與行星輪的嚙合使行星輪轉動，進而通過行星輪嚙合減速器殼體內部的環形內齒，最終行星輪通過公轉驅動行星架旋轉，行星架與輸出軸項鏈，輸出扭矩。
行星減速器有三大特性：
高扭力耐沖擊：行星減速器齒輪可以實現接觸面360度負荷，相較于傳統的點接觸擠壓驅動，行星減速器可以避免單點負荷較高進而容易斷裂的問題，行星齒輪結構具備高扭力耐沖擊的特性。
體積小重量輕：傳統齒輪減速機大小齒輪之間需要一定距離咬合，整體占據空間體積較大，行星減速器可以實現段數重復連接，有效改善了空間和體積問題。
高效率低背隙：行星齒輪可以實現多點均勻密合，外齒輪環與行星齒輪緊密結合，提升了減速機效率。
綜合來看，針對減速器主要指標：
傳動效率方面：精密行星減速器最優，RV減速器次之，諧波減速器位居第三位；
傳動精度方面：精密行星減速器依舊最優，RV減速器與諧波減速器不相上下；
傳動比方面：RV減速器與諧波減速器略優于精密行星減速器。
精密減速器可用于機床行業，精密行星減速器廣泛應用于金屬切削機床、金屬成形機床、木工機械等細分機床領域。由于機床本身的加工，負載慣性系統的條件變化很大，有必要安裝精密減速器以增加扭矩，改善負載端的慣性匹配，從而使慣性操作平穩。根據VDW統計的數據，2021年全球金屬加工機床產值達到了709億歐元，同比增長20%，其中，全球金屬切削機床產值為501億歐元，金屬成形機床產值為207億歐元，金屬切削機床與金屬成形機床比例約為70%與30%。2021年我國金屬切削機床產值為218.14億歐元，同比增長28.7%，占全球市場規模的30.7%。
研究院服務號
中研網訂閱號