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人力成本增加下机器人发展迫切 减速器行业随之得到加速发展

劳动力成本抬升,推动机器人及减速器行业发展

1947年,前苏联工程师首次提出谐波机械传动原理;20 世纪 50 年代,美国工程师 Musser C. W.根据空间应用需求发明了谐波减速机并取得专利。由此可见,前苏联、美国很早就开始研究谐波减速器,但主要集中在空间应用领域;日本虽起步稍晚,但发展迅速,在机器人领域后来居上;我国对谐波减速器的研究始于 1961 年,1985 年“谐波减速器标准系列产品”正式通过鉴定,成为继美国、日本、俄罗斯后第四个具有谐波传动减速器标准系列产品的国家。

谐波减速器由波发生器、柔轮和钢轮组成。按机械波数量分类,可分为单波/双波/三波传动,刚轮和柔轮的齿数差应等于机械波的整数倍,通常取为波数,目前最常用的为双波传动。其中钢轮为带有内齿圈的刚性圆环状零件,通常固定在减速器机体上,具有良好的抵抗外载荷不变形的能力;柔轮为带有外齿圈的柔性薄壁弹性体零件,通常安装在减速器输出端;波发生器由柔性轴承和刚性椭圆凸轮组成,通常安装在减速器输入端,柔性轴承内圈固定在凸轮上,外圈通过滚珠实现弹性变形成椭圆形。

从结构和传动原理方面来看,谐波减速器具有体积小、重量轻、传动比大、承载力高、传动精度高、传动效率高等优势。与普通减速器相比,其体积减小 2/3,重量减轻 1/2;单级传动比可达 30-500;传动效率可达 69%-96%。基于以上优势,谐波减速器可广泛运用于机器人、数控机床、光伏设备、医疗器械、半导体设备、航空航天等其他领域。

资料来源:公开资料整理

据《机器人用谐波齿轮减速器》(GB/T 30819-2014)国家标准,减速器的精密等级可通过传动误差和空程来衡量,传动误差≤30 弧秒为高精密级减速器,30 弧秒<传动误差≤1 弧分为精密级减速器,1 弧分<传动误差≤3 弧分为普通级减速器;空程≤1 弧分为 1 级,1 弧分<空程≤3 弧分为 2 级,3 弧分<空程≤6 弧分为 3 级。参考各公司产品参数,应用在机器人中的多为精密级减速器,等级在 2 级以上。

机器人用谐波齿轮减速器国家标准(以传动误差衡量)

精度等级 指标
高精密级减速器(A 级) 传动误差≤30 弧秒
精密级减速器(B 级) 30 弧秒<传动误差≤1 弧分
普通级减速器(C 级) 1 弧分<传动误差≤3 弧分

资料来源:公开资料整理

机器人用谐波齿轮减速器国家标准(以空程衡量)

精度等级 指标
1 级 空程≤1 弧分
2 级 1 弧分<空程≤3 弧分
3 级 3 弧分<空程≤6 弧分

资料来源:公开资料整理

从 2022 年工业机器人大国的人口数量来看,美国/德国总人口增长率短期受移民增加影响小有上涨,但长期下降趋势不变;中国人口自然增长率首次为负值;日/韩人口数量分别同比-0.4%/-0.2%。从人口结构来看,老龄化程度日益加深,以我国情况为例,60 周岁及以上人口比例逐年上涨,2022 年为 19.8%,同比+0.9pct。人口减少、老龄化加剧问题将使得强度大、重复性高、条件恶劣的低端工作面临用工荒的问题。

随着全球范围内劳动力成本提高,各国工业自动化渗透率和制造业机械设备密度有望逐步提高,或带动传动基础部件减速器的需求持续上升,预计2026年全球减速器市场规模可达1766亿美元。