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减速器是连接动力源和执行器的中间机构，可以降低速度和放大扭矩，提供高刚性和高精度定位。 动力源高速旋转，直接输出扭矩小，不能承受负载。 但大多数设备都是在重载、低速的情况下运行，不宜直接由电源驱动。 减速器可以通过一般齿轮比传动（输入轴上的小齿轮与输出轴上的大齿轮啮合）或低齿差传动（由于齿数少）高速传递动力源的动力在输入和输出齿轮上）差产生减速）以达到降低转速和增加扭矩的目的。 一般齿数比减速器，如圆柱齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器，整体传动比不高，单位质量输出对应的额定转矩小； 而小齿差减速器的传动比范围更广，额定输出大小相同。 更高的扭矩。
减速机可分为通用减速机、专用减速机和精密减速机。 通用减速机一般指齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机和行星减速机，以中小型为主，广泛应用于各行业； 专用减速机一般有大型和特大型，多为行业专用减速机，如汽车减速机、光伏减速机、风电减速机。 通用和专用减速机控制精度较低，能满足机械设备基本的动力传动要求。 精密减速机以微型和小型为主，回程间隙小，精度高，寿命长，更加可靠稳定。 广泛应用于机床、半导体、航空航天等高精度场景，尤其是机器人领域。
精密减速机的种类很多，有精密行星减速机、摆线针轮减速机、RV减速机、谐波减速机、过滤减速机等。
(1)精密行星减速机
精密行星减速机主要由行星齿轮、太阳轮和内齿圈组成。 由于其布局类似于太阳系中的行星绕太阳公转，所以被称为“行星减速机”。 太阳齿轮位于机构的中心。 通常有3-6个行星齿轮均匀排列在太阳轮周围，内侧与太阳轮啮合，外侧与齿圈啮合，固定在行星架上。 太阳轮、齿圈和行星架都是可旋转的。 行星齿轮除了绕行星架的支撑轴旋转外，在行星架驱动的某些工况下，还会绕太阳轮的轴线旋转。 . 如果要确定相互运动关系，一般需要固定其中一个部件，然后确定主动部分的转速和旋转方向，再确定被动部分的转速和旋转方向。 由于结构原因，单级减速比最小为3，最大一般不超过10。常见的减速比有3、4、5、6、8、10。通过不同的减速比可以形成不同的减速比操作模式。 例如，如果齿圈固定，太阳轮为主动部分，则行星架为被动部分，转向与太阳轮相同，传动比一般为2.5-5； 如果行星架是固定的，太阳轮是主动部分，齿圈是被动部分。 转向与太阳轮相反，传动比一般为1.5-4。 考虑到单级减速比的限制，有时需要2级或3级传动来满足更大的传动比要求，但这会导致长度增加，效率降低。
(2)摆线针轮减速机
摆线针轮减速机是应用行星传动原理，采用摆线针轮啮合的传动机械。 输入轴装有位移180°的双偏心套，偏心套上装有两个称为摆臂的滚子轴承，构成输入部分。 减速部分由行星摆线轮和针轮组成，两个摆线轮偏心180°安装在偏心套上，并与针轮上一组圆周排列的针齿啮合，实现减速平衡径向力的目的。 输出部分由输出轴和柱销组成。 当输入轴正转一圈时，偏心套也转一圈。 由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受销齿轮上销齿的限制，摆线轮不仅绕自身轴线自转，而且还绕输入轴轴线公转，转一个齿在相反的方向。 摆线轮的低速自转通过销轴传递给输出轴，从而获得较低的输出转速，传递较大的输出扭矩。
(3) RV减速器
RV减速机由摆线针轮减速机发展而来，包括两级行星齿轮传动系统。 第一级为渐开线外啮合行星齿轮传动，包括齿轮轴和行星齿轮； 第二级为摆线针轮行星传动，包括曲轴、摆线轮、针轮、针齿壳、行星架等。通常以行星架作为输出，固定针轮壳进行传动。 在传动过程中，电机通过联轴器与输入轴相连，将电机输入的转速传递给多个行星齿轮进行一级减速。 传动比是两个齿轮的齿数之比。 与行星齿轮相连的曲轴将带动两个180°错位的摆线轮进行偏心平移。 由于两个摆线轮同时与销轮啮合，当曲轴旋转一圈时，摆线轮将与曲轴反方向转动一个齿，该运动通过曲轴传递给行星架，从而实现旋转输出。 二级减速机构使RV减速器的传动比更大。 与传统的摆线行星减速机相比，RV减速机具有更大的传动比和负载能力，更高的传动效率和精度，同时减小了尺寸和重量。
(4) 谐波减速器
谐波减速器是根据谐波传动原理发明的一种齿轮传动装置，它由柔轮、钢轮和谐波发电机三部分组成。 三部分中任意一个固定，一个主动，另一个被驱动，实现减速或加速； 也可以转化为两输入一输出构成差动传输。 通常采用电机驱动波发生器，刚性轮固定，柔轮作为输出。 波发生器在运动过程中，会按一定规律产生形变。 柔轮为薄壁件，前段为带齿环。 由于柔轮内壁半径小于波发生器的半径，波发生器安装在柔轮前段，使柔轮前段呈椭圆形。 刚性花键是内部带齿的结构，齿数比柔性花键多2个。 将波发生器和柔轮插入刚性花键中，柔轮与波发生器长轴接触的齿与钢轮齿啮合，与波发生器短轴接触的部分波发生器与钢轮脱离。 波发生器在旋转过程中，由于长轴位置的不断变化，柔轮的齿和钢轮的齿不断地啮合和脱离。 波发生器每旋转半圈，柔轮就会反方向旋转一个齿。 当波发生器旋转一整圈时，柔轮将沿相反方向旋转两个齿。 这种交错的牙齿运动产生了减速效果。 减速比是刚性齿轮的齿数与刚性齿轮和柔性齿轮齿数之差的比值，可以通过改变柔性齿轮和刚性齿轮的齿数来调节。
(5) 过滤减速器
过滤减速器由偏心减速机构、过滤花键机构和三向推力轴承组成。 偏心减速机构由内齿轮、滚动轴承、双齿轮和偏心轴组成； 过滤花键机构由双齿轮、钢珠、偏心轴和输出齿轮内齿轮组成； 三向推力轴承由输出齿轮和固定齿轮组成。 以偏心轴为输入，偏心轴同时与行星双联齿轮和小隔套形成滚动副，滤除电机的高速运动。 行星双联齿轮的齿与固定齿轮上的内齿轮和输出齿轮的内齿轮呈双齿差动啮合，使双联齿轮既公转又自转，行星轮的小轮双联齿轮和输出齿轮的内齿轮由滤波齿轮副组成，滤除二次谐波后，将旋转传递给输出齿轮，完成力的传递。 双齿轮与固定齿轮啮合实现一级传动，双齿轮与输出齿轮啮合实现二级传动。 滤波减速器在谐波减速器的基础上省略了柔轮，采用刚性结构。 过滤减压器虽然性能较好，但由于尚处于技术研发阶段，尚未大规模商业化。
三
精密减速机产业链
(1) 上游
上游企业主要包括设备制造商、零部件制造商和原材料企业。 减速机的主要生产设备是金属切削机床； 零部件生产企业包括铸件、轴承生产企业； 原材料主要是钢、铜、铝等金属。 我国的钢、铜、铝等金属产量高，品种丰富，可以满足一般传动减速机的质量要求，但部分减速机生产厂家为了更高的质量要求，考虑采用进口钢材。 由于减速机产业链上游资源获取难度较低，上游相关企业在产业链中议价能力最弱。
金属切削机床：大连机床集团有限公司、沉阳机床有限公司、秦川机床集团有限公司等；
钢铁：首钢、宝钢、鞍钢等；
铸件：图南股份、光大特材、科德数控等；
轴承：长盛轴承、新强联、恒润等。
(2) 中游
中游参与者主要是减速机制造商。 全球70%的精密减速机市场被日本和日本占据。 与日本和欧洲相比，我国在精密减速机领域的技术实力还有待提升。 国产减速机精度和稳定性不如进口减速机，主要抢占低端市场份额，对进口的依赖程度较高。 由于研发难度大，在精密加工、量产和检测等环节技术壁垒高，精密减速机厂商在与下游客户的谈判过程中处于强势地位，在产业链中拥有最强的话语权和定价权。 利率维持在40%的较高水平。
设计制造：双环传动、格陵兰谐波、中代德等。
(3) 下游
减速机的下游应用领域比较广泛。 根据《中国精密减速机行业现状及投资策略研究报告（2022-2029）》，精密减速机产业链下游的主要应用领域是工业机器人，占比44.90%。 此外，在半导体制造设备、光学设备、机床、电机制造设备、平板显示器制造设备等领域也有很多应用。 精密减速器作为机器人的核心部件，是成本和附加值最高的部件，分别占工业机器人和类人机器人总成本的32%和20%左右。
四
精密减速机相关扶持政策
精密减速机等关键零部件的重要性日益凸显。 为推动国内精密减速机行业加快发展，2015年以来，国家发改委、科技部、工信部等部委相继出台了一系列相关文件。政策措施。
《增强制造业核心竞争力三年行动计划（2015-2017年）》指出，要发展高精度减速机、高速高性能控制器、高性能伺服电机及驱动器，推动自主品牌关键零部件应用示范，满足工业机器人需求。
“中国制造2025”要求在新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机、驱动器、减速器等智能核心器件上取得突破，推动工程化和产业化； 突破机器人本体、减速器、伺服电机等关键零部件和系统集成设计制造等技术瓶颈。
《机器人产业发展规划（2016-2020年）》提出，全面提升高精度减速机、高性能机器人专用伺服电机及驱动器、高速高性能控制器、传感器等5个关键零部件质量稳定性和末端执行器。 并实现量产，突破技术壁垒，打破长期依赖进口的局面。
“十三五”国家战略性新兴产业发展规划明确提出，要构建工业机器人产业体系，全面突破高精度减速机、高性能控制器、精密测量等关键技术和核心零部件，重点发展高精度、高可靠性的中高端工业机器人。
“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划提出，研发高性能机器人核心部件（RV减速器、谐波减速器、伺服电机及驱动器、机器人控制器）、专用传感器、软件系统和多任务操作系统等共性关键技术研究，建立机器人安全可靠性技术体系，使机器人性能达到国际同类产品水平，解决我国机器人产业空心化问题，提升国产机器人的国际竞争力。
五
精密减速机的需求
高工产研数据显示，2017年至2021年，我国工业机器人减速机总需求量呈逐年增长趋势，从31.96万台增至93.11万台。 2021年减速机需求同比增速达78.06%。 目前，国内对减速机的需求处于增量阶段。 2021年增量市场将迎来一定程度的爆发，增量需求增速接近100%。
减速机市场作为机器人的核心部件，在机器人产业蓬勃发展的推动下，必将继续快速发展。 使用的减速器数量取决于“自由度”的数量。 机器人本体制造商根据负载、体积、速度和精度的要求选择和组合RV减速器、谐波减速器或其他类型的减速器。 一般来说，工业机器人销量最高的多关节机器人采用6谐波/RV减速器，这大大增加了对减速器的需求。 协作机器人可与人近距离交互辅助生产，采用6-7谐波减速器。 尚处于起步阶段，将形成较大的增量需求。 SCARA机器人使用3个谐波/RV减速器，并联/DELTA机器人使用1个谐波减速器。 仿人机器人的腿部结构和运动系统复杂，需要设计多个自由度以实现平衡灵活的运动，因此对减速器的数量和性能要求更高。 Tesla Bot 的手臂关节有 12 个自由度，腿关节有 12 个自由度，躯干和颈部有 4 个自由度。 预计使用谐波减速机20台，RV减速机8台。 随着仿人机器人的逐步落地，供大于求或将成为精密减速机行业的中长期格局。
六
总结与展望
随着我国国民经济的持续增长，国内生产总值和固定资产投资逐年增长，许多下游领域呈现快速增长态势。 精密减速机行业市场规模有望继续扩大。 精密减速机的发展趋势主要体现在以下几个方面：
(1)高效节能：随着环保意识的增强和能源消耗问题的日益严重，高效节能将是未来发展的重点。 精密减速机行业将重点研发长寿命、低振动、低噪音的产品。
（2）智能化：随着工业4.0和智能制造的推进，精密减速机行业也将向智能化方向发展。 通过引入物联网、云计算等技术，实现设备自动化控制和远程监控运维，提高生产效率和产品质量。
(3)小型化：随着机械设备的体积越来越小，精密减速机也需要适应这一趋势。 因此，未来精密减速机行业将重点开发更小、更轻、更紧凑的产品。
在精密减速机技术迭代升级的过程中，有望涌现出一批高新技术企业和创新型企业。 产业链上会有很多零部件配套企业和维修服务商。 您可以关注相关企业发展带来的投资机会。
参考
[1] 国金证券《机器人系列报告二：从人形机器人的联合设计看减速机投资机会》，2022。
[2] 开源证券《特斯拉机器人孕育新机遇，国产减速机蓄势待发》，2022。
注：以上内容不作为任何投资或建议，仅供参考。
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