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2025-03-28 14 智能制造行业报告
谐波减速器作为技术密集型行业,技术壁垒高。从谐波减速器相关技术的专利申请看, 可以分为总体结构、柔轮、刚轮、柔性轴承、齿形等 10 个分支,其中近年来国内外厂商在 减速器结构、波发生器、柔轮和加工工艺这几个方面加大研发力度。我们认为,材料、齿形 和轴承工艺是决定谐波减速器性能的核心环节,随着国内厂商近年来不断加大自主研发力 度,产品性能显著提升,国产化替代正在加速进行中。作为谐波减速器传动减速的核心部件,柔轮和刚轮的材料要求特殊。其中柔轮由于其 特殊的运动模式,对材料提出更加严苛的要求,国内厂商从材料选用、提纯工艺等入手,不 断提升谐波减速器性能,缩小与国外头部厂商的差距。刚轮材料实现国产替代,国内 ADI 材料性能超越球墨铸铁。刚轮是谐波输出圆周运动 的载体,在与柔轮啮合的过程中具备减磨抗磨特性。刚轮材料的选用上,以日本哈默纳科为 代表的国外厂商普遍采用球墨铸铁,球墨铸铁具备切削性能好、自润滑、导热好、比重小等 优势,长期以来都是保证减速器寿命的最佳选择。 国外对原材料技术严密控制,我国自主研发突破壁垒。
国内通过产学研联合研发,对 超细密 ADI(等温淬火球墨铸铁)材料进行改良,取得谐波减速机专用的自润滑 ADI 材料。 ADI 材料在高硬度切削性能、石墨球直径及分布密度、服役温度区间等方面均优于传统球墨 铸铁,为国内谐波减速器原材料选择开拓了一条新的道路。柔轮工作模式特殊,材料需求特殊,对杂质成分要求严苛。谐波减速器工作过程中, 柔轮不断变形,并且要同时承受弯曲和扭转两种应力,长时间运转容易导致柔轮疲劳断裂, 从而造成谐波减速器失效,影响使用寿命。 谐波减速器柔轮疲劳断裂主要经过生核、扩展与断裂三个阶段。裂纹一般都在表面形 成,然后向内部扩展,选择的材料最好使其既不易生核又要使裂纹扩展速率最低,使裂纹扩 展到更大范围时才进行最后断裂。在实际应用过程中,柔轮筒体的疲劳断裂和齿面磨损较为 普遍,因此柔轮材料需要满足扭转刚度高、耐磨性好等特点。柔轮材料以 40Cr 合金钢为主,国外提纯技术高杂质少,国内通过技术革新缩小差距。 目前,国内外的谐波减速器柔轮材料基本为 40Cr 合金钢,其中 40CrMoNiA 与 40CrA 最常 用,但由于原材料中含有的杂质会导致微小裂纹进而影响使用寿命,因此对原始胚料的纯度要求极高。目前国外提纯技术较高,因而材料相比国内的杂质少,我国经过多年研发,通过 对原材料进行高精密的电渣重熔提纯,反复旋压等技术手段,提高了柔轮材料各项性能指标 的稳定性,保证了柔轮疲劳强度的苛刻要求。
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