1926年,德国人劳伦兹·勃朗创造性地提出了一种少齿差行星传动机构,即最早期的针摆行星传动。同时,RV减速器也在传统针摆行星传动基础上演变发展。
1947年,前苏联工程师A.摩察尤唯金初次明确提出谐波齿轮传动基本原理;美国C.WaltonMusser于1953年创造发明了谐波减速器,并且于1955年得到美国专利。
在几十年的发展历程中,减速器三大主要技术路线经过迭代与沉淀,已经走向技术成熟度曲线的末端,这也意味着市场竞争格局已经非常稳定。事实上,世界75%的精密减速器市场已基本被日本哈默纳科和纳博特斯克两大厂商占领。
对于起步晚、基础制造能力受限的国内减速器厂商而言,行业马太效应正在发挥影响,想要“虎口夺食”必须另辟蹊径。
换道超车
目前市场上主流的机器人减速器存在三大主要技术路线即摆线传动、渐开线、谐波技术,三者各有优劣及应用场景。
宁波瀚晟传动技术有限公司(以下简称:瀚晟传动)CEO金秋博士表示,目前国内用于机器人的减速器厂家主要是沿着RV和谐波的技术路线跟进,本质上与纳博和HD的技术路线并没有差异,反观住友、Spinea却形成了独特的创新,从而占据减速器市场的一席之地。
对于减速器技术沉淀极强的行业来说,通过“逆向工程”可以追赶,但弯道超车几乎是不可能的,换道超车才能带来希望。从国产减速器发展的角度来看,要想实现对国外品牌的超越,必须在产品结构或传动原理上做出创新。
那么改变的突破口是什么?瀚晟传动技术总监陈宇昊认为解决三大主流技术存在的软肋将是创新的一个思考路径。
其中,摆线传动技术,在对外输出受力的情况下,轴承载荷非常大,效率则只能达到90%,而渐开线可以达到99%;摆线结构对加工精度要求非常高,差一分,连装配都很难完成。
渐开线在内啮合时,基本只能做到两齿差,导致减速器在同样速比下,体积较大,同时加工难度大。谐波减速器最关键的限制则是其柔轮部件,由于柔轮较薄,其抗冲击性、承载、寿命和加工成为了主要问题。
经过近十年的开发和验证,瀚晟传动的MRG技术应运而生。其传动原理的核心是实现了内啮合一齿差,基于MRG传动原理既可以生产设计出替代RV的减速器,同时也可以设计并制造出与谐波减速器体积相同但抗冲击性及承载更强的减速器。基于其创新的传动原理,瀚晟对目前机器人关节减速器的软肋进行了“短板”改进。
陈宇昊表示,瀚晟传动MRG传动技术可以做到内啮合一齿差并且不干涉,相较于渐开线,MRG传动技术轴承径向力较小;同时,省去了谐波减速器的柔轮部件,避免了机器人在高速运行过程中因碰撞导致柔轮损坏,从而使机械臂出现抖动、精度变差等情况。
MRG传动结构将使其减速器的摩擦小于RV,在性能方面体现为更长的寿命,也可接受更大的输入功率。MRG传动结构比RV更为简单,其材料成本和加工成本也比RV更低,因此具有更强的竞争力。
在效率提升上,传统渐开线在外啮合上可以做到99%的啮合效率,而摆线达到92%已经是极限,陈宇昊表示,MRG传动技术在效率方面虽然略低于渐开线但是远高于摆线结构。
只做差异先行者
无论是日本还是欧洲,其在生产减速器的技术和工艺上都有极深的壁垒,这是长期经验积累所得。国产如果不发展新型的精密减速器,而是单纯作为追随者,在赛道日益狭窄的市场上,势必将面临更大的困难。比如谐波减速器的制造材料和热处理工艺,RV减速器的齿形、加工精度等技术难题,这些难题未能一一解决的话,就会直接影响产品的品质。
要突破只能通过差异创新。尤其国产减速器正深陷低价竞争、毛利润被压缩至极限的泥潭中,真正有点情怀,想要做点实事的厂商一方面要直面国际大厂,另一头又“腹背受敌”,惟有思变。
这是瀚晟传动为自己确立的长期发展路线。对外差异上,进行产品结构的创新以打破日本、欧美等厂商通过主流技术垄断的局面;对内竞争上,定位中高端,同时在保障高性能的前提下实现有竞争力的价格。
目前除了国外的住友、Spinea、ZF以及国内极少数的厂家外,市面上的新型减速器还很少,接下来的发展态势,还要取决于新型减速器本身。要让市场明白,相较于RV、谐波,这种新型减速器究竟新在什么地方,差异化在哪里,自身的优势是什么。金秋如是强调,如果这些特性都不明显,就无法形成竞争优势,也无法为用户创造价值,那又何谈市场呢?
瀚晟传动已经推出自主研发对标纳博N系列(相同的尺寸,但不同的结构)和对标HD谐波尺寸的减速器,其在产品尺寸上能够替代RV的N系列和谐波减速器,在性能要求上同样能够满足RV的应用场景。经过内部及国家减速器测试中心的性能及耐久测试后,瀚晟传动产品达到了同类产品的领先水平,其对标纳博42N的减速器,在其他性能指标同等的情况下,其刚性达到180N以上(是同类产品的1.5倍以上),具有更高的扭矩密度比。
瀚晟传动设计制造的对标谐波尺寸的减速器(谐波25),也在额定输出扭矩、刚性及耐冲击方面表现优异,与同样体积的谐波减速器相比,其刚性是同体积谐波减速器的2-3倍,抗冲击能力则与RV减速器类似,不会出现谐波在过载冲击后柔轮撕裂的破坏性损坏。
瀚晟传动A系列客户应用测试性能指标
瀚晟传动M系列客户应用测试性能指标
目前,瀚晟传动已经开始批量生产其M系列(对标纳博的N系列)和A系列(对标谐波减速器的体积)减速器并提供给各户。
在将创新技术转化为产品力上,瀚晟传动将立足于“1+N”的市场策略,即在工业机器人基本盘上以核心技术优势打开并占领市场,同时开拓其产品在其它不同行业中的应用。瀚晟传动始终坚持,产品的本源是来自应用,在公司具备较强技术先行优势的前提下,只要能够熬住时间培育更多的市场应用,瀚晟传动的市场壁垒将愈发深且广。
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原文标题:减速器换道超车的曙光
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