利用渐开线形成齿面形状的技术路径于1760年被瑞士数学家莱昂哈德•欧拉率先提出,后来日本在谐波减速器的研制中引进这一技术,并在市场上大力推广,渐开线因此成为目前机器人减速器三大主流技术路线之一。
事实上,从提出到现在,历经漫长的发展历史,渐开线仍然存在难以克服的弊端,其在运用过程中,容易出现扭力低、磨擦系数大、温升高等问题。
浙江众兴智能科技股份有限公司(以下简称:众兴智能)总经理王永庆表示,以哈默纳科为代表的国际巨头早已淘汰渐开线技术路线三十年有余,转而采用了IH形齿轮结构。而国内有些谐波减速器厂商仍在继续生产与发展渐开线或者渐开线变种齿形。
这主要是因为渐开线齿轮有现存的加工方式,只要增加精密制造设备,则人人都可以生产与制造,不用投入在艰辛的研发过程中,即可快速进入市场。王永庆认为,特别是在日本厂商长期垄断市场中,谐波减速器处于国际巨头主导的强卖方市场中,买方几乎丧失了市场议价权,导致产品价格居高不下。为实现降本,不少企业转而选择国产厂商。
如果不寻求改变,依然保持现有的结构发展,那么国产只能做日本厂商的追随者。众兴智能更希望走一条不一样的道路,实现从追随者到引领者的跃迁,这是公司成立之初就已确立好的“指导思想”。
S形齿形谐波减速器走向市场
在这一中心思想的指引下,2020年6月,众兴智能正式面向市场销售其基于S形齿形传动机构的谐波减速器产品,并在自动化设备、协作机器人、延迟摄影专用云台等领域获得小批量应用。
据了解,众兴智能的S形齿形传动机构设计参考了日本哈默纳科的IH齿形结构,并在其基础上进行了一定程度的改进。与传统渐开线或渐开线变形齿形结构相比,其能够提供更多的啮合齿,在提高减速器负载能力的同时,又减小了波发生器薄壁轴承的变形量,从而提高了整机使用寿命。
王永庆解释道,要做到真正的S形齿形,依靠传统或普通的滚齿、插齿等齿轮加工方式是完全行不通的。为此,众兴智能花费上千万的资金、用了近十年的时间,在上百次的试验失败后,终于一步步改进并完成了独有的创新工艺研发。
该工艺不仅能够生产出符合要求的S形齿形,还可以做到规模化量产谐波减速器。以1:120减速比的谐波减速器为例:传统制齿工艺的加工时间一般在120min-140min左右制作完成1个,而众兴智能只需要花费2min的时间就能做出一个,在生产效率上至少提升了几十倍。
这些年随着越来越多的新进者入局减速器市场,创新、颠覆,被反复提及,甚至一度成为部分厂商营销的噱头。而在王永庆看来,一切不能带来性能提升的创新,都将毫无意义。十年的研发之路,大量资金的投入,直到S形齿形谐波减速器的发售,众兴智能的创新轨迹才逐渐显现。
但目前国内市场上,无论是RV减速器还是谐波减速器,其主流技术路线市场接受度较高,众兴智能如何才能撕开突破口并获得市场的认可?
王永庆表示,首先RV减速器和谐波减速器应用领域不同。RV减速器由于自重太大,使其在机器人手臂上只能用于三轴关节或者大型/超大型工业机器人。因此,二者并不存在市场应用的冲突。其次,众兴智能S形齿形传动结构与国内市场采用渐开线或渐开线变形齿形结构的厂家形成了明显的差异,既能保证稳定运行,同时在产品性能各方面都优于渐开线及其变形。
基于工艺的变革带来了齿轮结构的创新,在保证性能的前提下,众兴智能形成了三大独特竞争优势:
产品质量稳定可靠:采用S形齿形传动机构,能够做到与日本IH齿形基本一致,从而使得产品获取了核心技术优势,保证产品质量。
快速量产:新型制齿工艺大幅提升了生产效率,使得公司可以在有限投资的情况下,大规模量产谐波减速器。
性价比高:一方面,在快速量产的基础上,产品单位生产成本被降低,企业能够实行具有价格优势的定价策略;其次,众兴智能的目标是将谐波减速器从高端小众消费市场“带货”到通用大众消费产品上,企业对应的策略也是薄利多销,让客户以能接受的价格,买到质量稳定可靠的产品。
谐波减速器市场价值逐渐回归
近些年,在谐波减速器市场上可以看到明显的价格走低,有人认为这是不好的势头,因为它极大地压缩了厂商的利润空间。而在王永庆眼里,这恰恰是谐波减速器市场正在回归正常市场价值的表现。
王永庆表示,以前的高价、高利润实际上都是虚高的,是建立在行业龙头企业垄断销售的基础之上。而随着国产厂商的崛起,市场格局出现了松动的迹象,供需矛盾逐渐缓和,谐波减速器价格亦开始逐渐下降。未来,国产谐波减速器厂商业务增长的幅度将与谐波减速器价值回归的速度息息相关。正常市场价值回归得越快,国产厂商增长的幅度越快。
而谐波减速器价值回归的速度又与其市场渗透深度及广度密切相关。王永庆向「高工机器人」阐述道,后疫情时代,企业自动化升级改造步伐加快,将带动谐波减速器市场进入确定性增长阶段。如果把关注点放在工业自动化及工业机器人领域,谐波减速器市场不会有太大幅度的变化,将保持稳步增长的态势。
如果关注谐波减速器的新兴应用领域,如协作机器人、自动仓储部件、自动跟踪云台等衍生产品上,一旦谐波减速器价格降到用户心理价位后,谐波减速器市场必然迎来爆发性增长。
基于这一市场预判,众兴智能将致力于把谐波减速器产品做成能够被大众消费得起的通用产品,同时拟定了下一个“三年计划”:进一步提升公司产品知名度,推广众兴智能特有的S形齿形的谐波减速器产品,同步打造产业生态圈,给予“圈内”企业最合适的产品价位并满足其特殊定制需求,共同将整个谐波减速器及衍生品市场做大,实现多方共创共赢。
在产品开发上,王永庆表示,公司将继续在原有产品线上向小巧、轻便方面进行研究,同时开发用于医疗保健领域的新型产品。
原文标题:【越疆科技 | 前沿】十年完成S形齿轮传动谐波减速器的规模化
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