机器人系列报告(五)之减速器:机器人领域高渗透,下游需求增加拉动增量空间

1.相辅相成,技术进化促下游拓展
1.1减速器分类与区别
机械设备一般由动力、传动与执行三大系统构成,多数机械设备的传动方式为齿轮传动,齿轮传动具有精密、高效、安全、可靠、性价比高等特点。由于多数机械设备不适宜用原动机直接驱动,因此需要通过减速器来降低转速、增加扭矩。
减速器又称减速机,在原动机和工作机或执行机构之间起降低转速和增加扭矩的作用,主要应用在机械传动领域。通常减速器把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速目的,并传递更大扭矩,以实现原动机和执行机构之间传动。

减速器种类繁多,可按照使用场景、精度、传动类型/级数、齿轮形状等进行划分。按照使用场景来看,减速器分为一般传动减速器和精密减速器(精密控制减速器、伺服用减速器)。一般传动减速器控制精度低,可满足通用机械设备的基本动力传动需求,可分为通用减速器和专用减速器。通用减速器通常以中小型为主,包括蜗轮蜗杆减速器、圆柱齿轮减速器等;专用减速器通常以大型、特大型为主,多为非标、行业专用产品,包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等。精密减速器具备体积小、重量轻、高精度高和稳定性等特点,能对机械传动实现精准控制,包括谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器。
RV减速器:RV减速器在传统针摆行星传动的基础上进化而成,其减速结构由行星减速器的前级和摆线针轮减速机的后级组成,采用至少两根以上偏心轴连接二级减速机构,壳体和摆线针轮由实体铸件和钢件配合传动。当电机输出的高速旋转力矩通过输出轮转换后,经过行星齿轮和太阳齿轮的作用转换为低速输出的高扭矩力矩。当输出轮继续旋转时,主齿轮的齿数发生相应改变,从而实现RV减速器的整体输出速度的调整。此外,RV减速器内置一个偏心轮,可将RV减速器的输出轮转动方向改变180度,并控制输出轮对行星齿轮的连接和断开,从而实现对输出停止或启动的控制。RV减速器具备高精度、高刚性、高耐久性、高输出密度、减速比范围大、低振动、低噪音等特点,其被广泛应用于起重机械、纺织机械、钢铁冶金、矿山机械、化工和建筑、自动化设备、数控机床等各类传动控制领域。
谐波减速器:谐波减速器构造由带有内齿圈的刚性齿轮(刚轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)、波发生器三个基本构件组成。其工作原理采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式,由电机带动波发生器转动,柔轮作为从动轮输出转动,带动负载运动。当波发生器装入柔轮后,迫使柔轮的剖面形状变成椭圆形,其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合,而短轴两端附近的齿与刚轮完全脱开。当波发生器连续转动时,迫使柔轮不断产生变形并产生错齿运动,从而实现波发生器与柔轮的运动传递。谐波减速器凭借单级传动比高、传动精度高、体积小、结构简单紧凑等特点,应用于机器人、数控机床、光伏设备、航天航空、医疗器械等领域。
精密行星减速器:行星齿轮传动主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成。其工作原理通常是伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转,太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产生自转,此外,由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合,行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动,形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。行星轮通过公转驱动行星架旋转,行星架与输出轴联接,带动输出轴输出扭矩。通常来说,每台精密行星减速器会有多个行星轮,在输入轴和太阳轮旋转驱动下围绕太阳轮旋转,共同输出动力,带动负载运动。太阳轮和齿圈存在齿数差,从而达到减速目的。高效率、高减速比、低噪音等特点使精密行星减速器广泛被使用,如机械加工行业、印刷行业、电子行业等。

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