被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

2018/11/09 来源:機械cax360

【機械cax360第423期】全球工業機器人用的精密減速器基本為日本所壟斷,最近幾年,雖然國內也有量產的RV減速器,但卻鮮有國產機器人企業選用,目前中國市場的減速器普遍依賴進口。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

▲日本安川機器人揮刀削豌豆

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作為傳統的制造強國,德國、意大利、日本等國傢的減速機產品在材料、設計水平、質量控制、精度、功率密度、可靠性和使用壽命等方面處於行業領先地位。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

減速器在機械傳動領域是連接動力源和執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,並傳遞更大的轉矩。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

在航空航天、機器人和醫療器械等發展的推動下,結構簡單緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動平穩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。

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精密減速機,是一種動力傳達機構,其利用齒輪的速度轉換器,將電機的回轉數減速到所要的回轉數,並得到較大轉矩的裝置。

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▲Nabtesco減速機

目前全球能夠提供規模化且性能可靠的精密減速器生產企業不多,絕大多數市場份額都被日本企業占據:Nabtesco的RV減速器約占60%,Harmonica的諧波減速器約占15%,還有住友重工(SUMITOMO,未查到比例)。尤其在機器人領域的應用比例,是壓倒性的。

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▲拆解精密減速機的內部結構

Nabtesco(納博特斯克)是由帝人精機和納博克(1956年生產瞭日本第一個自動門)這兩傢日本公司強強合並組成。作為運動控制系統和零部件的生產商,這兩傢公司都在其特定的業務領域,掌握瞭高端核心技術,控制著很大的市場份額。

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作為世界上最大的精密擺線針輪減速機制造商,Nabtesco生產高性能減速機、中空軸減速機,以及單軸伺服執行器和控制器。

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其生產的精密設備具有高扭矩、高剛性和高耐過載沖擊荷載能力的同時,兼有高精密和非常低的回程間隙,被廣泛應用於衛星、雷達天線、工業機器人、半導體和焊接技術等工業自動化領域。

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▲工業機器人各關節應用精密減速機

日本Harmonic Drive Systems Inc.(簡稱HDSI)是整體運動控制的領軍企業,其生產的Harmonic Drive組合型諧波減速機,具有輕量小型、無齒輪間隙、高轉矩容量等特點,被廣泛應用於工業機器人、仿人機器人、半導體液晶生產裝置、光伏設備、光學儀器、精密機床等各種尖端領域。

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▲諧波減速器內部結構

為瞭涵蓋諧波減速機所不能做到的低減速比領域,HDSI產品還涉及到精密行星齒輪箱型諧波減速機Harmonic Planetary。獨特的內齒圈形變工藝,可以使得行星齒輪與其嚙合的更緊、消除背隙,已達到精密級的傳動誤差。

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▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器

諧波傳動減速器是一種靠波發生器使柔性齒輪產生可控彈性變形,並與剛性齒輪相嚙合,從頭傳遞運動和動力的齒輪傳動系統。

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▲ Harmonic Planetary Gears諧波行星減速器

日本住友SUMITOMO是擁有400多年歷史的世界500強之一的住友集團旗下的建設機械廠傢,住友產品在1967年憑借自身技術,開發研制瞭第一臺液壓挖掘機之後,目前世界各地到處活躍著住友液壓挖掘機的身影。

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▲住友減速機

住友減速機包含各種型號減速機,如住友大型斜齒輪減速箱,住友行星齒輪減速機,住友斜齒輪減速機,住友蝸輪蝸桿減速機等。減速比大,效率高,針齒嚙合系套式滾動摩擦,嚙合表面無相對滑動,一級減速效率可達94%。

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作為精密機械工業的一個巔峰之作,減速機的技術門檻非常之高,RV減速機裡面完全是由高精度的元件,齒輪相互嚙合,對材料科學,精密加工裝備,加工精度,裝配技術,高精度檢測技術提出瞭極高的要求。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

國內企業研發多是通過反向工程獲得數據,完全知其然而不知其所以然。所以盡管國內有部分企業在技術水平上取得瞭重大突破,但國產減速器在精度的保持性、精度壽命和產品壽命上都存在研發難點,各項難點導致國產減速器的一致性較差,產品之間可復制性低。

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另一方面,加工制造減速機零部件的設備都非常昂貴,比如美蓋勒平面磨床,單價折合人民幣就接近千萬元。在沒有足夠的產量支撐下,設備攤銷成本高得嚇人。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

國產精密減速機成本比國外競爭對手高,性能卻比對手差,銷量當然不好,也不可能實現規模效應,實現盈利。而沒有盈利,沒有批量就沒有足夠的資源進行技術改進探索研發,也沒有辦法形成質量控制,更沒有辦法改進技術和性能。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

目前應用於機器人領域的減速機主要有兩種,一種是RV減速器,另一種是諧波減速器。在關節型機器人中,由於RV減速器具有更高的剛度和回轉精度,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。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

對於高精度機器人減速器,日本具備絕對領先優勢,目前全球機器人行業75%的精密減速機被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩傢壟斷(業界俗稱RV減速機和諧波減速機),包括ABB、FANUC、KUKA等國際主流機器人廠商的減速器均由上述兩傢公司提供。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

據行業內部人士透露,ABB、發那科、安川、庫卡等國際主流機器人整機廠商均由以上兩傢日本公司提供減速機,並且與兩傢公司有著非常苛刻的合作條件,即在使用這兩傢公司產品時不能再使用別傢的產品,否則將解除合作關系。

被日本壟斷的精密減速器,到底牛在哪?

核心零部件一直限制著中國機器人的快速發展,如果我們想要形成機器人產業化, 擺脫國外機器人企業的掣肘,在機器人領域贏得自主,必須要將減速器國產化加速提上日程。

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