一、减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用
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。
减速器功能示意图
资料来源:观研天下数据中心整理
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。
减速器按控制精度分类
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二、政策助力减速器行业加快发展
根据观研报告网发布的《中国减速器行业发展趋势分析与未来前景研究报告(2025-2032年)》显示,受益于工业化进程持续深化,机器人及细分领域备受国家重视。为支持工业精密减速器行业发展,国家及地方政府颁布一系列政策、行业标准支持行业持续发展。国家层面上,工信部联合多部门多次颁布政策推动行业技术攻关、产品质量提升等。2023年工信部等五部门颁布《制造业可靠性提升实施意见》,其中提出机械行业重点提升工业机器人用精密减速器、智能控制器等关键专用基础零部件和高端轴承、精密齿轮等通用基础零部件的可靠性水平。2024年国家认监委颁布《质量认证服务强企业强链强县行动方案(2024-2026 年)》,提出制定工业机器人整机安全认证实施规则、系统与集成安全认证实施规范、减速器安全及性能认证实施规则。
地方层面上,北京市颁布《关于贯彻落实<质量强国建设纲要>的意见》、浙江省颁布《浙江省人形机器人创新发展实施方案(2024-2027 年)》,其中提出持续推进减速器等核心零部件技术攻关及产业化进程,同时加强在产业链中核心零部件配套和协同能力。
减速器相关政策
时间 | 政策 | 部门 | 主要内容 |
2021年 | 《机械通用零部件行业“十四五”发展规划》 | 中国机械通用零部件工业协会 | 到 2025 年,破解一批卡脖子核心技术、重点装备和关键材料,突破一批为高档装备制造配套短板产品,扶植一批龙头企业和具有可持续创新能力的专精特新企业,培育一批知名品牌和优质产品。以高速度、高精度齿轮及传动装置作为产品发展重点。 |
2021年 | 《“十四五”机器人产业发展规划》 | 工信部等十五部门 | 到 2025 年,我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。“十四五”期间,将推动一批机器人核心技术和高端产品取得突破,整机综合指标达到国际先进水平,关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平;机器人产业营业收入年均增速超过 20%;形成一批具有国际竞争力的领军企业及一大批创新能力强、成长性好的专精特新“小巨人”企业,建成 3 到 5 个有国际影响力的产业集群;制造业机器人密度实现翻番。到 2035 年,我国机器人产业综合实力达到国际领先水平,机器人成为经济发展、人民生活、社会治理的重要组成。主要任务包括夯实产业发展基础,提升机器人关键零部件的功能、性能和可靠性;针对高性能减速器,研发 RV 减速器和谐波减速器的先进制造技术和工艺,提高减速器的精度保持性(寿命)、可靠性,降低噪音,实现规模生产。 |
2021年 | 《“十四五”智能制造发展规划》 | 工信部等八部门 | 加强自主供给,壮大产业体系新优势。大力发展智能制造装备。加强用产学研联合创新,突破一批“卡脖子”基础零部件和装置。针对基础零部件和装置,研发先进控制器、高精度伺服驱动系统、高性能高可靠减速器、可穿戴人机交互设备、工业现场定位设备、智能数控系统等;针对通用智能制造装备,研发智能焊接机器人、智能移动机器人、半导体(洁净)机器人等工业机器人等。 |
2023年 | 《“机器人+”应用行动实施方案》 | 工信部等十七部门 | 到 2025 年,制造业机器人密度较 2020 年实现翻番,服务机器人、特种机器人行业应用深度和广度显著提升。在制造业,研制焊接、装配、喷涂、搬运、磨抛等机器人新产品,加快机器人化生产装备向相关领域应用拓展;发展基于工业机器人的智能制造系统,助力制造业数字化转型、智能化变革。鼓励产用共同参与特种机器人产业链“揭榜”推进活动,带动机器人企业协同攻关和成果转化。 |
2023年 | 《制造业可靠性提升实施意见》 | 工信部等五部门 | 到 2025 年,重点行业关键核心产品的可靠性水平明显提升,可靠性标准体系基本建立,企业质量与可靠性管理能力不断增强,可靠性试验验证能力大幅提升,专业人才队伍持续壮大;到 2030 年,10 类关键核心产品可靠性水平达到国际先进水平。机械行业重点提升工业机器人用精密减速器、智能控制器等关键专用基础零部件和高端轴承、精密齿轮等通用基础零部件的可靠性水平。 |
2023年 | 《产业结构调整指导目录(2024 年本)》 | 国家发改委 | 鼓励类产业机械部分包括“工业机器人高精密减速器”、“工业机器人RV 减速机谐波减速机轴承”,智能制造部分包括“机器人用高精密减速”。 |
2024年 | 《关于推动未来产业创新发展的实施意见》 | 工信部等七部门 | 加快构建新发展格局,统筹发展和安全,以传统产业的高端化升级和前沿技术的产业化落地为主线,以创新为动力,以企业为主体,以场景为牵引,以标志性产品为抓手,遵循科技创新及产业发展规律,加强前瞻谋划、政策引导,积极培育未来产业,加快形成新质生产力,为强国建设提供有力支撑。到 2027 年的发展目标为:未来产业综合实力显著提升,部分领域实现全球引领。关键核心技术取得重大突破,一批新技术、新产品、新业态、新模式得到普遍应用,重点产业实现规模化发展,培育一批生态主导型领军企业,构建未来产业和优势产业、新兴产业、传统产业协同联动的发展格局,形成可持续发展的长效机制,成为世界未来产业重要策源地。重点任务包括全面布局未来产业,加强前瞻谋划部署。把握全球科技创新和产业发展趋势,重点推进未来制造、未来信息、未来材料、未来能源、未来空间和未来健康六大方向产业发展,前瞻部署新赛道中,未来制造包括发展智能制造等,突破智能控制等关键核心技术。 |
2024年 | 《质量认证服务强企业强链强县行动方案(2024-2026年)》 | 国家认监委 | 开展质量认证强链重点任务攻关。制定工业机器人整机安全认证实施规则、系统与集成安全认证实施规范、减速器安全及性能认证实施规则。 |
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三、精密减速器迎来稳健增长期,工业机器人仍为精密减速器最大下游应用领域
精密减速器产业链分为上游、中游和下游三个环节。上游环节涵盖钢材、铜材等金属原材料,以及润滑油脂和各类加工设备的供应商。中游则集中在核心零部件的制造与精密减速器的组装生产,代表性企业包括纳博特斯克、哈默纳科、威腾斯坦,以及国内的绿的谐波、环动科技等。下游应用领域广泛,覆盖工业机器人、精密机床、半导体设备及人形机器人等多个高端制造场景。
减速器产业链
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据MIR睿工业,2024年中国精密减速器市场规模达91亿元。从出货量口径,谐波减速器95万台,同比增长8.9%;RV减速器64万台,同比增长2.5%。谐波和RV减速器由于高精度、结构扁平化的特点主要应用工业机器人行业,受工业机器人增速放缓影响,市场规模增速相对较小;而精密行星减速器、精密蜗杆类减速器如滚子凸轮、蜗轮蜗杆主要应用在机床行业,受近年高端精密机床需求增长及国产替代拉动,机床行业对精密减速器需求增加,带动精密行星减速器、精密蜗杆类减速器较高增速增长。
数据来源:观研天下数据中心整理
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减速器下游应用领域广泛,覆盖工业机器人、精密机床、半导体设备及人形机器人等多个高端制造场景。2024 年,以精密减速器为例,精密减速器的下游应用中,工业机器人占比最高,达 36%,得益于近年来该领域的迅速扩张,主要配套使用谐波减速器与RV减速器。紧随其后的是机床行业,占比为23%,以精密行星减速器为主。在新兴应用方面,人形机器人于2024年开始实现小批量生产,虽然当前占比仍较小,但随着技术持续进步和应用场景的不断拓展,其在工业与商业领域具备广阔的发展空间,未来有望成为精密减速器实现大规模增长的重要推动力。
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