（报告出品方/作者：东北证券，李恒光、韦松岭）

1.精密减速器——机器人成本占比最高的核心零部件

1.1.减速器分类及精密减速器简介

减速器可分为通用减速器、精密减速器和专用减速器。减速器作用是把高速运转的动力，通过输入轴上齿数少的齿轮啮合输出轴上齿数多的大齿轮，从而达到改变输出转速、扭矩和承载能力的目的。减速器按用途可分为三大类：①通用减速器（一般传动减速器）控制精度较低，可满足机械设备基本的动力传动需求；②专用减速器主要应用于汽车、工程机械、航空航天等特定行业；③精密减速器背向间隙小、精度高、更加可靠稳定，更加适用于机器人、数控机床等高端领域。

精密减速器是工业机器人的三大核心零部件之一，成本占比超30%。工业机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。而精密减速器又是工业机器人的三大核心零部件之一，通常精密减速器占工业机器人成本的30%以上，成本占比最高、研发难度最大。

精密减速器种类较多、型号各异。全球机器人领域使用的精密减速器包括RV减速器、谐波减速器、精密行星减速器、摆线针轮减速器、滤波减速器等。其中RV、谐波减速器的市场销售数量占比大约分别为40%、40%。

1.2.各类精密减速器传动原理及结构特点

1.2.1.精密行星减速器：成本低、传动效率高、承载能力强，但重量体积大、单级减速比小

精密行星减速器主要由太阳轮、行星轮、内齿圈构成，其减速传动原理就是齿轮减速原理。通过太阳轮输入转速与行星轮啮合，行星轮啮合自转的同时围绕中心轮公转，最后由行星架将转速和扭矩传到输出轴上。精密行星减速器通过对重量结构精密化，以及严格的零部件制造和装配工艺控制，获得相对普通行星减速器具备更为优异的性能，通常配合步进电机或伺服电机应用于工业机器人关节中。

精密行星减速器优势：（1）相对普通行星减速器体积重量小，精度高。通过对重量结构精密化，以及严格的零部件制造和装配工艺控制，获得相对普通行星减速器更优异的性能指标。（2）传动效率高。行星减速器传动结构对称，均匀分布的行星轮使得作用中心轮与行星架轴承的反作用力相互平衡，能有效提高传动效率，单级传动效率可达97-98%。（3）承载能力强、抗冲击和振动性能好，运动平稳。多个行星轮的使用增加啮合齿数、分担载荷，对称结构使得惯力平衡，提高了减速器的承载能力。（4）结构简单、成本相对谐波、RV低。通常行星减速器价格低于元。

精密行星减速器劣势：（1）单级精密行星减速器传动比小，多级减速的长度重量限制其使用场景。精密行星减速器单级传动减速比最小为3，最大一般不超过10。当一级行星齿轮传动系统无法满足较大减速比需要时，则需2-3级减速来满足较大的减速比需求。但由于增加了传动级数和齿轮数量，多级精密行星减速器的长度重量也会有所增加，这限制了其使用场景。（2）需要定期维护，同时高精度、高效率等特殊要求会带来更高的制造成本。精密行星减速器需要定期维护和保养（包括定期更换润滑油和维修传动部件等），以确保其长期可靠性。同时对于精度、效率等的额外要求会相应增加制造成本，例如人形机器人若要使用行星减速器则需要对电机进行扁平化设计，同时行星减速器也需要定制成微型多级传动的形式（但不排除部分特定场合使用定制化行星减速器仍具备经济效益）。

1.2.2.RV减速器：体积质量较小、减速比范围大、承载能力强，但工艺复杂、成本高

RV减速器由摆线针轮行星传动发展而来。RV减速器是20世纪80年代日本帝人精机（年与纳博克合并成立纳博特斯克）在传统摆线针轮减速器和行星减速器的基础上研发的一种2级减速机构，结构上可以看成是由第1级的行星齿轮减速部分和第2级的摆线针轮减速部分组合而成。其秉承了传统行星和摆线针轮减速器高刚性、高精度等特点，同时克服了体积重量大、传动比低的问题，在工业机器人、数控机床、医疗检测设备、卫星接收系统等领域广泛使用。

RV减速器的传动原理：一级减速装置为行星齿轮结构，由输入齿轮（太阳轮）和行星轮组成。（1）输入齿轮与电机相连同步旋转，带动2-3个行星轮同时转动。由于行星轮的齿数较多、形状较大，因此行星轮的转动速度慢于输入齿轮，实现第一级减速。（2）曲柄轴前后端分别与行星轮和摆线轮相连，在行星轮旋转后，曲柄轴以相同的转速旋转。

第二级减速装置为摆线针轮传动，主要由滚动轴承、摆线轮、针轮等结构组成。（3）曲柄轴上含有偏心部，偏心部与滚动轴承相连接，摆线轮在滚动轴承的作用下随曲柄轴运动。RV减速器通常有2个摆线轮，2个摆线轮相位差为度，用于抵消运动过程中的径向跳动，提升精度的同时，提高安全系数和抗冲击强度。（4）在外壳内侧有与摆线轮同等齿距排列的针齿，其数量比摆线轮齿数多一个。曲柄轴旋转一圈，摆线轮与针齿接触的同时做一圈偏心运动。在针轮保持固定的情况下，摆线轮沿着与曲柄轴的旋转方向相反的方向旋转一个齿数的距离，实现第二级减速。（5）摆线轮外接输出轴，并向外实现最终传动。最终减速比为一二级减速比的乘积。

ＲV减速器具有结构紧凑、体积小质量轻、减速比大、承载能力强、寿命长、精度稳定等一系列优点。（1）结构紧凑，体积小质量轻。行星传动结构与紧凑的W输出机构组合，使整个摆线针轮减速装置结构十分紧凑，因此其结构体积小、质量轻。（2）减速比范围大，传动效率高。RV减速器为两级传动，摆线针轮传动的减速比大小取决于摆线针轮的齿数，齿数越多减速比越大，因此减速比较传统行星减速器和摆线针轮减速器更高，同时传动效率可达85%～92%。（3）承载能力强，传动平稳。摆线轮呈°相位角对称分布，使得摆线轮受力均匀；同时啮合齿数较多，增加了减速器的传动平稳性和承载能力。另外，采用两端支撑的输出结构，比普通的摆线减速器具有更大的刚性、更高的抗过载冲击性能。（4）在正确的设计和严格的制造工艺保证下，可获得较高的传动精度。

RV减速器的劣势：（1）结构复杂，制造工艺和成本控制难度大。（2）产线投资相对其他类型精密减速器更高。（3）体积重量相对谐波减速器大。

1.2.3.谐波减速器：体积质量小、减速比范围较大，但承载能力较弱、容易疲劳损坏

谐波减速器的三个基本构件：波发生器、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）。三个构件可任意固定一个，其余两个一为主动、一为从动，可实现减速或增速（固定减速比），也可变换成两个输入，一个输出，组成差动传动。

谐波传动的原理是利用柔轮可控的弹性形变来传递运动和动力。最常见的谐波传动模式及原理是波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出的形式。将波发生器装入柔轮内圆中，迫使柔轮在凸轮作用下产生变形而呈椭圆状，使其长轴处柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内，成为完全啮合状态；而其短轴处两轮轮齿完全不接触，处于脱开状态，当波发生器连续转动时，迫使柔轮不断产生变形并产生了错齿运动，从而实现波发生器与柔轮的运动传递。

谐波传动具有传动精度高、减速比大、体积小重量轻、传动平稳、可向密封空间传递运动等优点。（1）传动精度高。多齿在两个度对称位置同时啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，可得到极高的位置精度和旋转精度。（2）减速比大。单级谐波齿轮传动的减速比可达30~，且结构简单，3个在同轴上的基本零部件就可以实现高减速比。（3）体积小、重量轻。谐波减速器结构简单零件少，与一般减速器比较，在输出力矩相同的情况下，体积可减少2/3，重量可减轻1/2。（4）传动平稳。由于同时啮合的齿数多，齿面相对滑动速度低，使得谐波减速器承载力高，传动平稳。（5）能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作。这是其他类型减速器不具备的特征，广泛应用于军工、航空航天、船舶潜艇、宇宙飞船等领域。

谐波减速器的劣势：（1）柔轮易发生疲劳破坏，刚性差，承载能力有限。谐波减速器是通过柔轮不断发生变形来传递扭矩的，极易引起材料的疲劳损坏，同时随着使用时间增长运动精度可能会显著降低。这决定了其承受大扭矩和冲击载荷的能力有限，因此一般运用在轻负载部分。（2）成本相对精密行星减速器高，但低于RV减速器。（3）转动惯量和启动转矩大，不适合小功率跟踪传动。（4）散热条件差。

2.特斯拉人形机器人持续进化，精密减速器不可或缺

2.1.机器人减速器选型

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/6824.html