谐波减速器的产业化壁垒是什么?

最佳答案 匿名用户编辑于2022/10/26 16:32

在《减速器行业深度研究:从人形机器人关节设计看待减速器投资机会》这篇报告中,对减速器产业做了详细的介绍,如果想要查看更多内容,请下载原报告。

总体来看:谐波减速器技术壁垒较高,在基础材料、设计、加工工艺、加 工设备等方面均具有较强护城河,谐波减速器作为技术密集型行业,先进 入者依靠其工艺技术和加工经验等具备先发优势。

柔轮是谐波减速器关键部件,在谐波减速器运动中不断变形,容易发生疲 劳断裂。因此提升柔轮精度、保持寿命已然成为柔轮设计和热处理工艺最 为关键的目标,其原材料、齿轮齿形设计以及热处理工艺都会对其性能产 生影响。

 

疲劳断裂作为柔轮主要失效形式,决定了谐波减速器的使用寿命。在谐波 减速器运转过程中,柔轮作为一个薄壁壳体,受波发生器和外部载荷的双 重作用,处于循环弹性变形的状态,既承受弯曲应力,又承受扭转应力, 很容易发生疲劳失效,从而直接影响谐波减速器的使用寿命。根据《谐波 减速器柔轮疲劳断裂失效分析》表示,传动过程中应力较容易集中在筒部 和膜片部位,从而发生失效。

柔轮材料的选择和热处理工艺尤为重要。国内外柔轮材料较多使用 40Cr 材料,但晶粒和铁氧体相的不合理会导致局部微裂纹和尺寸精度的变化, 所以材料方面,选择的材料要求原始坯料的纯度较高,包含的杂质和非金 属夹杂物水平较低。同时,在热处理工艺上,针对柔轮的薄壁变形部位的 热处理产线需要定制化,保证材料的结构组织一致和晶粒度的合理。以日 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。

柔轮的齿形不同也会直接决定齿轮的传动性能。柔轮可分为端面、径向等 多种,齿形作为齿轮最核心的部分,直接决定着齿轮的传动性能。目前谐 波减速器中柔轮最常用的是摆线齿形,完美的继承了圆弧形齿廓的优点, 啮合性良好,承载能力强,传动精度高等特点。

各家公司在摆线的基础上开发了不同的齿形,例如哈默纳科的 IH 齿形、绿 的谐波的 P 齿形以及来福谐波的δ 齿形。相比传动渐开线齿形,IH 齿形有 效增加柔轮齿槽的齿厚比,显著增加啮合齿数至总齿数的 30%。齿底应力 松弛使得柔轮的疲劳极限得到了极大的改善。同时啮合的齿数的显著增加 也使扭转刚度提高了约 2 倍。

齿形的复杂造就加工工艺和加工设备上壁垒。传统的摆线齿形可以使用带 直边切削刃的插刀进行加工,目前大部分的厂商,例如哈默纳科、同川科 技、来福谐波等,采用特殊的刀具机加工齿形,而绿的谐波则采用线切割 的方式加工齿形,两种加工方式各有优劣。同时加工设备方面,当下高精 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。在设备成本上,领先厂商也 与新进入的厂商拉开了差距。