国产谐波减速器技术高壁垒主要体现在哪些方面?

最佳答案 匿名用户编辑于2022/10/12 10:19

想了解相关问题,可以下载报告《谐波减速器行业深度报告:机器人核心零部件,国产替代加速进行时》查看,以下内容都是根据该报告总结的,仅供参考。

①材料方面:目前,国内厂商虽然能供应相应的原材料,但由于材料的颗粒度、刚度和 硬度等指标不足,相较于国外日本、德国等国家的高端材料有较大差距。日本哈默纳科的专 用材料涵盖二十余种金属粉末,具备特定的粒度和配比,未申请专利的情况下,就形成了产 品高性能的护城河。

尤其是柔轮,受力环境复杂,基础材料决定了其性能的好坏。柔轮属于杯型薄壁直尺圆 柱形齿轮,相较于普通齿轮,工作过程中受到的应力十分复杂,这些应力需要通过大量的建 模和试验去探索。

柔轮在工作状态下受力复杂,因此对材料的要求也十分苛刻,是目前谐波减速器最大的 技术壁垒。目前,国内外谐波减速器柔轮材料基本为 40Cr 合金钢,包括 40CrMoNiA,40CrA, 30CrMoNiA,38Cr2Mo2VA,其中前两种较为常用。同样的原材料,但是由于国内提纯技术 不达标,因而含有的杂质比国外的杂质多,使得减速器的寿命大幅度降低,国产谐波减速器 的柔轮材料几乎都要依赖进口。

②齿形和结构设计方面:新进入厂商很难绕开专利,设计出性能接近或者更好的齿形和 传动结构。例如哈默纳科,在产品齿形设计和传动结构方面申请了专利,获得了先发优势, 其他厂商不得使用类似的齿型设计和传动机理,只能自行研发齿形和传动结构,否则涉及专 利侵权。后进入的厂商避开专利限制,设计出同样优良性能的齿形难度很高。

目前齿形设计优化带来的减速器性能提升已进入瓶颈期,同时国内也涌现出一批齿轮设 计独具特色的供应商。绿的谐波、来福谐波等国内减速器厂商的齿型设计各有特色,基本满 足谐波减速器的性能需求。但对于其他后来进入的,或即将进入的谐波减速器小厂商,齿形 设计方面仍然存在壁垒。

哈默纳科:在齿形设计方面起步很早,目前已研发出具有自主知识产权的“S”齿形。相 较于双圆弧齿形,其共轭区齿隙更小,实现了在空载条件下的连续接触,更有利于分配齿间 载荷,降低空程,提升精度。相较于渐开线齿形,柔轮齿轮的抗疲劳强度能力提升 1 倍,扭 转刚度提高 70%-100%。

绿的谐波和来福谐波在齿型设计等领域均有自己的知识产权。绿的谐波率先打破了哈默 纳科的垄断,开发出具有自主知识产权的 P 齿形,尺高较低、齿宽较大,能承受更大转矩。 《谐波减速器研究现状及问题研究》中指出绿的谐波的 Y 系列谐波减速器,采用了最新结构 和齿形设计,柔轮和轴承材料及热处理工艺均为特质,使得减速器的扭转刚度提升 1 倍,单 向传动精度提升两倍;来福谐波在新产品上全面使用δ齿形,寿命提高超过 30%,转矩容量 提升 30%。

③加工工艺方面:减速器对加工工艺的要求极高,误差需要控制在 1 微米以内。高精度 的加工设备需要从日、德等国家进口,对于厂商而言,设备价格高,初期投入大,还可能面 临其他国家的出口管控。并且,由于市场几乎被国外品牌垄断,国内减速器厂商能获得的订 单量小,导致设备的采购量小,这提高了采购单价。在设备成本上,领先厂商也与新进入的 厂商拉开了差距。即便买回了最新加工设备,但是加工工艺仍未必能保证。头部减速器厂商 哈默纳科,在谐波减速器领域已经深耕了多年,在加工方面的经验非常丰富,例如如何控制 机床的运行温度、湿度、加工流程,这些在实际操作上都需要长期探索。

④装配方面:高精度的装配技术也是决定减速器性能的核心方面。谐波减速器的装配过 程,不是将零件进行简单拼接组装,而需要根据总装的技术要求,不断调整、校正、平衡、 试验,才能最终组装出合格的产品。目前,减速器装配仍以手工流水线作业为主,装配效果 依赖人的经验。龙头厂商哈默纳科拥有大批从业 10 年以上的拥有丰富经验的高级技工,能 够将减速器的装配环节做到极致。而新进入的谐波减速器厂商组装环节经验不足,很难短时 间内拥有如此多经验丰富的技工,组装出的谐波减速器质量很难与国外厂商匹敌。