柯壮宾
减速器是一种常见的机械传动装置，之所以称之为减速是值其大部分情况是用于降低输出端的旋转速度同时增大输出端的力矩，如果进行的是反向操作则称之为增速器，减速器是机器人中的关键部件，伺服电机输出的转速高、力矩小不满足机器人的运动需求，减速器则可以保障机器人正常运转。
根据架构和传动原理的不同，减速器可以分为通用减速器、专用减速器以及精密减速器，其中通用减速器以中小规格为主，模块化、系列化、应用较为广泛；专用减速器一般以大型、特大型为主，需要根据不同的应用场景进行专业化定制；精密减速器质量轻、易控制功率较大，主要应用于机器人、数控机床等行业。
此外，减速器按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥、圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。
减速器下游应用丰富，市场空间广阔。减速器下游应用丰富，可用于起重运输、水泥建材、机器人、重型矿山、冶金业等，截至2023年，我国减速器下游应用中，起重运输、水泥建材、机器人分别为应用市场前三名，市场分别占比25%、15%、11%。
图表：减速器下游应用
数据来源：中研普华产业研究院整理
2022年中国减速器行业市场规模达到1321亿元，同比增长5.01%，2023年中国减速器市场规模增长至1387亿元。从产量看，2021年中国减速机产量达1203万台，同比增长31.19%，2022年约为1380万台，2023年进一步增长至1570万台。
相较于传统减速器，精密减速器回程间隙小、精度更高，使用寿命更长，在机器人、数控机床等高端领域应用较多。精密减速器可分为谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器等。
RV减速器由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构组成，其特点在于结构紧凑、振动小、能耗低，目前广泛应用于机器人之中。谐波减速器是利用柔性构件的弹性变形波进行动力传动变换的结构，包含谐波发生器、柔性轮和钢轮，其传动比大、传动精度高。行星减速器运动方式类似于地球围绕太阳旋转，体积小、负载大、运行平稳。
RV减速器，全称为“RotaryVectorReducer”，是一种精密的行星齿轮减速器，它采用摆线针轮啮合机构作为核心传动部件。RV减速器具备高精度、高刚性、负载能力强的特点，因此，RV减速器通常被运用于工业机器人的关节驱动，如焊接机器人、装配机器人、搬运机器人等对运动控制要求极高的领域。
1960年，RV减速器的概念和原理逐步形成，进入1980年代，计算机的引入使得RV减速器设计的精准度以及效率进一步提升，RV减速器由此开始模块化标准化生产，至今，RV减速机已经成为机器人手臂、精密机床、半导体制造设备等高端装备的关键组件。
谐波减速器主要由柔轮、波发生器、钢轮三个部件组成，其中，谐波发生器为主动轴。柔轮和钢轮通过啮合组成传动轴。谐波减速器相较于一般减速器具备传动比大、体积小、质量小的特点，可以广泛应用于机器人小臂、腕部、手部等位置。
精密行星减速器由行星轮、太阳轮和内齿圈构成，行星齿轮传动结构是传动效率最高的齿轮传动结构。精密行星减速器工作时，由伺服电机等原电机驱动太阳轮旋转，再通过与行星轮的啮合使行星轮转动，进而通过行星轮啮合减速器壳体内部的环形内齿，最终行星轮通过公转驱动行星架旋转，行星架与输出轴项链，输出扭矩。
行星减速器有三大特性：
高扭力耐冲击：行星减速器齿轮可以实现接触面360度负荷，相较于传统的点接触挤压驱动，行星减速器可以避免单点负荷较高进而容易断裂的问题，行星齿轮结构具备高扭力耐冲击的特性。
体积小重量轻：传统齿轮减速机大小齿轮之间需要一定距离咬合，整体占据空间体积较大，行星减速器可以实现段数重复连接，有效改善了空间和体积问题。
高效率低背隙：行星齿轮可以实现多点均匀密合，外齿轮环与行星齿轮紧密结合，提升了减速机效率。
综合来看，针对减速器主要指标：
传动效率方面：精密行星减速器最优，RV减速器次之，谐波减速器位居第三位；
传动精度方面：精密行星减速器依旧最优，RV减速器与谐波减速器不相上下；
传动比方面：RV减速器与谐波减速器略优于精密行星减速器。
精密减速器可用于机床行业，精密行星减速器广泛应用于金属切削机床、金属成形机床、木工机械等细分机床领域。由于机床本身的加工，负载惯性系统的条件变化很大，有必要安装精密减速器以增加扭矩，改善负载端的惯性匹配，从而使惯性操作平稳。根据VDW统计的数据，2021年全球金属加工机床产值达到了709亿欧元，同比增长20%，其中，全球金属切削机床产值为501亿欧元，金属成形机床产值为207亿欧元，金属切削机床与金属成形机床比例约为70%与30%。2021年我国金属切削机床产值为218.14亿欧元，同比增长28.7%，占全球市场规模的30.7%。
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