回顧過去三年,減速器廠商經(jīng)歷了2017年“供不應求”的黃金時代,2018年“供過于求”的白銀時代,2019年“求生存”的青銅時代。傳統(tǒng)中帶著“高精尖”的外衣光環(huán),過去一直吸引著眾多企業(yè)和資本躍躍欲試。市場變化的速度遠遠超出想象,量價齊跌的當下,減速器行業(yè)作為重資產(chǎn)投資的典型代表,眾多已入局的企業(yè)面臨進退維谷的境地。
從中國工業(yè)機器人產(chǎn)量數(shù)據(jù)來看,按照國家統(tǒng)計局的口徑,名義增速上,2019年前三季度均處于同比下滑的態(tài)勢;實際增速上,實際增速大于名義增速,并在逐年拉大,說明新進企業(yè)在增加,并貢獻了工業(yè)機器人的產(chǎn)量,側面反映出機器人企業(yè)數(shù)量持續(xù)增加,行業(yè)在穩(wěn)步向前。四季度開始,名義增速由負轉正,預示行業(yè)拐點或將來臨。對于減速器廠商而言,2020年有望迎來英雄時代。
新增的工業(yè)機器人需求必然能帶動減速器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,同時,減速器本身有額定的使用壽命,需要定期更換。工業(yè)機器人的工作壽命一般為8-10年,期間減速器作為傳動、承重部件,磨損不可避免,其使用壽命通常在兩年左右,因而,當前保有的工業(yè)機器人維修保養(yǎng)亦需要大量的減速器替換。GGII預計,2020-2023年,工業(yè)機器人用減速器需求量超360萬臺。
由于機器人用精密減速器在精度、速度等方面要求極高,國產(chǎn)廠商技術水平仍有待提高。GGII數(shù)據(jù)顯示,國內機器人減速器70%以上的市場份額被外資減速器企業(yè)壟斷(Nab、HD、住友、新寶等),國產(chǎn)化率不足30%。
從產(chǎn)品類型來看,國產(chǎn)諧波減速器進步相對明顯,目前已經(jīng)涌現(xiàn)如綠的、來福、大族精密等廠商,從品牌度和市場份額上均有較大的提升;國產(chǎn)RV減速器發(fā)展相對緩慢,雖然具備量產(chǎn)能力的廠商不在少數(shù),但是從市場占比和品牌度來看,稍顯弱勢,國產(chǎn)廠商中尚無綜合優(yōu)勢較為突出的廠商代表,年產(chǎn)銷量在2萬臺左右的廠商屈指可數(shù),尚難以對外資巨頭構成直接威脅。從另一方面來看,RV減速器市場格局的不確定性強于諧波減速器市場,RV減速器的高技術和高投資是主要的門檻,在一定程度上對入局者提出更高的要求。
減速器在機械傳動領域是連接動力源和執(zhí)行機構之間的中間裝置,通常它把電動機、內燃機等高速運轉的動力通過輸入軸上的小齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的,并傳遞更大的轉矩。目前成熟并標準化的減速器有: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。80-90年代以來,在新興產(chǎn)業(yè)如航空航天、機器人和醫(yī)療器械等發(fā)展的需求下,需要結構簡單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動平穩(wěn)的高性能精密減速器,其中RV減速器和諧波減速器是精密減速器中重要的兩種減速器。
RV(Rot-Vector)減速器
▲RV-E型減速器▲
RV減速器是在擺線針輪傳動基礎上發(fā)展起來的,具有二級減速和中心圓盤支承結構。自1986年投入市場以來,因其傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、低振動、剛性大和高可靠性等優(yōu)點是機器人的“御用”減速器。
諧波減速器
諧波減速器由三部分組成:諧波發(fā)生器、柔性論和剛輪,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傳遞動力,并達到減速的目的;按照波發(fā)生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤式。諧波減速器傳動比大、外形輪廓小、零件數(shù)目少且傳動效率高。單機傳動比可達到50-4000,而傳動效率高達92%-96%。
行星減速器
行星顧名思義行星減速器就是有三個行星輪圍繞一個太陽輪旋轉的減速器。行星減速器體積小、重量輕,承載能力高,使用壽命長、運轉平穩(wěn),噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合獨用的特性;是一種用途廣泛的工業(yè)產(chǎn)品,其性能可與其它軍品級行星減速器產(chǎn)品相媲美,卻有著工業(yè)級產(chǎn)品的價格,被應用于廣泛的工業(yè)場合。
工業(yè)機器人的動力源一般為交流伺服電機,因為由脈沖信號驅動,其伺服電機本身就可以實現(xiàn)調速,為什么工業(yè)機器人還需要減速器呢?
工業(yè)機器人通常執(zhí)行重復的動作,以完成相同的工序;為保證工業(yè)機器人在生產(chǎn)中能夠可靠地完成工序任務,并確保工藝質量,對工業(yè)機器人的定位精度和重復定位精度要求很高。因此,提高和確保工業(yè)機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)機器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當負載較大時,一味提高伺服電機的功率是很不劃算的,可以在適宜的速度范圍內通過減速器來提高輸出扭矩。此外,伺服電機在低頻運轉下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動,對于長時間和周期性工作的工業(yè)機器人這都不利于確保其精確、可靠地運行。
精密減速器的存在使伺服電機在一個合適的速度下運轉,并精確地將轉速降到工業(yè)機器人各部位需要的速度,提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。與通用減速器相比,機器人關節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。大量應用在關節(jié)型機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精度。因此在關節(jié)型機器人中,一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置;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機器人上。