RV減速器和諧波減速器發(fā)展進程

諧波齒輪減速機主要由波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪3個基本構(gòu)件組成，依靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力，單級傳動速比可達70～1000，借助柔輪變形可做到反轉(zhuǎn)無側(cè)隙嚙合。與一般減速機比較，輸出力矩相同時，諧波齒輪減速機的體積可減小2/3，重量可減輕1/2。柔輪承受較大的交變載荷，因而其材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高，制造工藝復(fù)雜，柔輪性能是高品質(zhì)諧波齒輪減速機的關(guān)鍵。

諧波減速器誕生于上世紀美蘇月球探測時期，主要是為了解決航天運動機構(gòu)對結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小而減速比大、傳動效率高、傳動精度高的減速器的迫切需求。諧波機械傳動原理是前蘇聯(lián)工程師A.摩察尤唯金于1947年首次提出摩擦諧波傳動實驗?zāi)Ｐ?，而美國的C.WaltonMusser根據(jù)空間應(yīng)用需求于1953年發(fā)明了諧波減速機，美國專家麥修用試驗的方法創(chuàng)出28.6直線齒廓諧波齒輪傳動樣品，取專利，完成系列化，他為了實現(xiàn)傳動、避免干涉、工藝性：不得不齒厚減小1/8齒距，而把配偶齒槽加大1/8齒距、把齒廓曲線簡化為直線。因此28.6直線齒廓，并非是諧波齒輪理論齒廓。而是通過實驗測試，作圖得到的。并于1955年獲得美國專利，1960年在紐約展出諧波減速器實物。1961年諧波減速引入中國，國內(nèi)開始在諧波減速機的設(shè)計、制造和應(yīng)用方面展開了研究。主要包括剛輪、柔輪和波發(fā)生器等三個部件組成。

美國、日本和德國等航天工業(yè)強國均有專門從事空間諧波生產(chǎn)和研究的研究所及公司。著名的是HD公司，為了應(yīng)對航天飛行器對空間諧波減速器的應(yīng)用需求，設(shè)立了專門從事空間諧波減速器的研究部門，并開發(fā)出了系列化的航天用諧波減速器。目前，HD公司已成為全球諧波傳動裝置著名的生產(chǎn)商，且完成了諧波傳動裝置的標準化、系列化工作。目前，諧波傳動系統(tǒng)有限公司研制的雙圓弧齒廓產(chǎn)品中的超短杯型號CSD和SHD,其柔輪長度僅有常規(guī)諧波傳動柔輪的1/3,既增加傳動剛度，又大幅減輕了諧波減速器質(zhì)量。20世紀90年代以來，英國、法國、德國、瑞士、瑞典等歐洲國家除了在機器人和數(shù)控機床等領(lǐng)域大量使用諧波傳動外，也開始在衛(wèi)星等空間機構(gòu)開展了空間諧波傳動的設(shè)計和應(yīng)用研究。因此，歐美在諧波減速器的設(shè)計、制造、使用及空間潤滑等方面積累了豐富的經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)。  

我國諧波傳動技術(shù)的發(fā)展早可以追溯到20世紀60年代初。1961年上海紡織科學(xué)研究院將這一技術(shù)引入我國，初只是用于軍事和航天等方面，直到20世紀80年代才逐漸開始民用。因此，小模數(shù)精密短筒柔輪諧波減速器是諧波傳動的發(fā)展趨勢。

與此同時（20世紀60年代）在我國航空工業(yè)部303精密研究所司光晨、張微元、林祖南、范又功4人明確了諧波齒輪傳動機理：諧波齒輪傳動副，是由三個構(gòu)件（波發(fā)生器組件、鋼輪、柔輪）組成的，經(jīng)過一段時間研究和分析得出：嚙合副的機理乃是兩條（柔輪節(jié)曲線、剛輪節(jié)圓）共軛曲線，在波發(fā)生器組件作用下，作無滑動貼展運動；由此推出諧波齒輪傳動三定律：一.傳動比只與剛、柔周長差有關(guān)、波發(fā)生器波數(shù)有關(guān)與波發(fā)生器（如，雙波凸輪、四滾輪、雙偏心盤或凸輪…等）外形無關(guān)；二.節(jié)曲線與共軛齒形相關(guān)；三.共軛齒廓應(yīng)有無數(shù)對一一對應(yīng)。

此后,我國由李克美，范又功等一批老科學(xué)家們組成七人攻關(guān)小組從前蘇聯(lián)積極引進并研究發(fā)展該項技術(shù),1983年成立了北京諧波研究所,1984年"諧波減速器標準系列產(chǎn)品"在北京通過鑒定,1993年制定了GB/T14118-93諧波傳動減速器標準,并且在理論研究、試制和應(yīng)用方面取得了較大的成績,成為早掌握該項技術(shù)的國家之一。

隨著第四次工業(yè)革命的高潮到來，智能軟件與機器人的關(guān)節(jié)部件的傳動裝置，其中軟件已較成熟(已集成化、模塊化、標準化),關(guān)鍵的問題是關(guān)節(jié)部件傳動的機理、制造和高級工匠。

中國企業(yè)相比國外起步晚了20年，在質(zhì)量控制和工藝上與國際品牌仍有差距，在無法判斷質(zhì)量差異的情況下，機器人企業(yè)都優(yōu)先選擇國外品牌產(chǎn)品。

另外，我國嚴重缺乏制造減速機的高端裝備，國產(chǎn)減速機很難加速量產(chǎn)，這導(dǎo)致產(chǎn)品成本居高不下，與國際品牌翻倍賣給國產(chǎn)機器人公司的價格相比，沒有價格優(yōu)勢，抑制了中國減速機企業(yè)研發(fā)投入。

正因如此，至今國際減速機企業(yè)仍在施行有差別供貨策略。如納博特斯克、哈默納科在供貨給ABB、發(fā)那科、安川、庫卡等國際主流機器人整機廠商供貨時，售價則是ABB等企業(yè)采購價的2-4倍，大幅壓縮了本土機器人企業(yè)的利潤空間。

為了更好滿足國產(chǎn)機器人的需求，市場涌現(xiàn)出了一批中國減速機廠家，在2018年多達上百家，該年也被稱為中國減速機元年。

但由于技術(shù)沉淀少、行業(yè)積累少、成本高、市場拓展難等原因，目前專注于機器人領(lǐng)域減速機的廠家已不多，行業(yè)也發(fā)出了“真正有產(chǎn)品上市的國產(chǎn)減速器企業(yè)已經(jīng)不超過10家”的論斷。

德國人LorenzBaraen于1926年提出擺線針輪行星齒輪傳動原理，日本帝人株式會社（TEIJINSEIKICo.，Ltd）于20世紀80年代率先開發(fā)了RV減速機。RV減速機由一個行星齒輪減速機的前級和一個擺線針輪減速機的后級組成。相比于諧波齒輪減速機，RV減速機具有更好的回轉(zhuǎn)精度和精度保持性。

1931年 勞倫茲·勃朗在德國慕尼黑創(chuàng)建了“賽古樂”股份有限公司，先開始了擺線減速器的制造和銷售；

1939年，日本住友公司和“賽古樂”公司簽訂了技術(shù)合作協(xié)議，并生產(chǎn)銷售；

1944年，日本帝人精機成立，這個未來的RV減速機霸主，在飛機制造、紡織機械、機床等多個行業(yè)碩果累累；

1950年-1960年，擺線磨床的出現(xiàn)，解決了擺線齒形的精度不高的難題，使擺線傳動得到了進一步的發(fā)展。

1956年，日本納博克公司發(fā)售全球第一個自動門，在市場上展露頭角。

1980年左右，日本帝人精機提出RV傳動理論，著手應(yīng)用于機器人行業(yè)。

1986年，日本帝人精機RV減速機正式大規(guī)模生產(chǎn)，取得成功；

2003年，帝人精機和納博克合并組成Nabtesco（納博特斯克）公司，并取得快速發(fā)展，現(xiàn)在已成為RV減速機行業(yè)的領(lǐng)頭羊，占據(jù)了60%以上的市場，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速機市場占有率高達90%。

在RV減速機領(lǐng)域，中國品牌主要有中大力德、雙環(huán)傳動、綠的諧波、南通振康、秦川機床等，機器人制造商埃斯頓也有一定的自給自足能力。

科技日報2015年05月13日報道：江蘇泰隆集團依托自身技術(shù)優(yōu)勢和國家重點實驗室技術(shù)支撐，繼日本與捷克之后，攻克RV機器人減速器國際技術(shù)壁壘，國內(nèi)首創(chuàng)機器人關(guān)節(jié)用擺線包絡(luò)精密減速器。5月19—21日，泰隆自主研發(fā)的RV減速器、諧波減速器、擺線鋼球減速器、輪邊馬達減速器等四款高精密減速器將亮相上海某展會。

澎湃新聞2019年12月3日報道：等效7000小時以上，上銀“諧波減速機”打破日本壟斷。新聞報道指出，上銀成為全球第三家量產(chǎn)諧波減速機且符合國際標準等效7000小時以上的廠商。

又據(jù)科技日報2021年4月23日報道：重慶大學(xué)15年攻關(guān)，讓國產(chǎn)機器人減速器不再被“卡脖子”。報道指出，重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室王家序教授，經(jīng)過15年攻關(guān)，攻克了諧波減速器正向設(shè)計分析、測試評價體系的共性關(guān)鍵技術(shù)等技術(shù)難題，成功研制出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的，高可靠精密諧波減速器系列產(chǎn)品。并通過產(chǎn)學(xué)研合作，實現(xiàn)了3萬臺套以上的年生產(chǎn)規(guī)模，完成了近1萬套的銷售。

2020年6月3日，南京高精傳動設(shè)備制造集團有限公司（下稱：南高齒）亮相蘇州展會，展示旗下N系列，E系列及C系列機器人減速機（NGCRV）產(chǎn)品, 正式拉開了公司進軍機器人減速機業(yè)務(wù)領(lǐng)域的序幕。為了滿足客戶需求，南高齒前期推出了同等扭矩密度下重量和轉(zhuǎn)動慣量小的NGCRV-N型，傳動扭矩高、安裝空間要求低的NGCRV-E型，可用于電纜布線的中空型結(jié)構(gòu)的NGCRV-C型三種系列產(chǎn)品面向市場。秉承南高齒50余年深厚的技術(shù)積淀、嚴苛的工藝標準及高可靠性的數(shù)字化開發(fā)平臺，南高齒NGCRV機器人減速機具有結(jié)構(gòu)緊湊，抗過負荷能力強，性能高效，定位精度高等特點，產(chǎn)品綜合性能達到國際同類先進水平。

2015年，張躍明爭取到北京市科委的科研項目“RV減速器產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”，拿到200萬元的科研經(jīng)費，研發(fā)“機器人關(guān)節(jié)RV減速器制造工藝”技術(shù)。他花了1000多個日夜，建立了一個齒輪修形技術(shù)模型，解決了齒輪磨損問題，終掌握了“機器人關(guān)節(jié)RV減速器設(shè)計及制造工藝”核心技術(shù)。

張躍明，北京工業(yè)大學(xué)教授、河北智昆首席科學(xué)家、精密傳動研究院院長。2014年，張躍明主持的北京市科委國家重大專項，主攻RV減速器理論研究。他下定決心一定要生產(chǎn)出自己的高精密RV減速器，打破日本人的壟斷。2015年，北京工業(yè)大學(xué)張躍明教授以首席科學(xué)家的身份，與河北智昆進行校企產(chǎn)學(xué)研合作攻關(guān)RV減速器。

皇天不負有心人，經(jīng)過4年的努力，經(jīng)過一千多個日日夜夜的攻關(guān)，張躍明教授團隊終于成功解決了困擾國內(nèi)企業(yè)多年的精度、壽命等關(guān)鍵問題，完成了RV減速器產(chǎn)品設(shè)計、關(guān)鍵零部件制造工藝和測試技術(shù)研究。開發(fā)并量產(chǎn)了精度、壽命、噪音等指標均達到或超過納博特斯克水平的高精密RV減速器，打破了日企30年的壟斷。這也讓日本收割中國市場的行為就此終結(jié)。

據(jù)張躍明介紹，雖然目前高精密RV減速器主要技術(shù)已經(jīng)解決，但是對RV減速器零部件加工工藝缺乏經(jīng)驗，尤其是RV減速器核心零部件軸承，在性能和壽命都不及歐洲日本的產(chǎn)品。而日本對我國禁售RV減速器軸承，歐洲的價格又極高。這都是導(dǎo)致我國的RV減速器缺乏直接同日本企業(yè)競爭的能力。因此，目前還需要國內(nèi)軸承企業(yè)潛心研究，能夠早日制造出性能達標的產(chǎn)品，從而徹底扭轉(zhuǎn)RV減速器被動的局面。

就目前來看，雖然我國基本上解決了RV減速器的關(guān)鍵問題，不再任由日本稱霸市場。但現(xiàn)在還不能與日本企業(yè)展開直接競爭，而是采取錯位競爭的辦法，首先讓國內(nèi)高精密RV減速器企業(yè)存活下來。等待國內(nèi)企業(yè)解決并完善了相關(guān)生產(chǎn)制造的各種所需，再與日本企業(yè)一較高下。到那時，日本人再想卡我們的脖子，再想收割中國市場，那就只能是在夢中了，而且還是白日夢。

日本確實具有相當?shù)墓I(yè)和科技實力，但日本還沒有強大到那些日吹們所說的那般程度。就目前來看，日本在基礎(chǔ)工業(yè)方面要稍強于中國，但在極高集成能力的行業(yè)方面，中國已超過日本。綜合科技對比，可以說兩個國家是相當?shù)摹５袊l(fā)展趨勢比日本更好，在科技方面全面超越日本，也只是一個不太長的時間罷了。