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被日本垄断的精密减速器,到底牛在哪?

时间:2022-06-13 08:35 点击:86 编辑:邮轮网

日本工业科技虽然规模不大,完整度也不是太多,但是从性能上面来说,日本的高端工业科技制造绝对是世界最顶级的存在,这一点其实不得不佩服日本在这方面的实力 ,精密仪器里面,日本就是完全可以匹敌德国跟美国的存在,精密机床精密仪器跟工业机器人这些,都是日本工业水平的代表。

今天我们就来说说日本在工业科技当中的代表作品之一 ,就是精密减速机,这个东西大量运用在精密仪器上面,比如说在高端机床,工业机器人,以及其他高端产品生命,用通俗易懂的话来说就是,精密减速机就是类似变速箱一样的存在,而日本的变速箱技术也是世界顶级的。

精密减速机大量运用在最尖端工业跟军事科技的前沿,什么是精密减速机呢,就是一种动能传达器,就是通过齿轮转换,把电机的高转速进行转变到自己想要的速度上面,获得比较大的转换动能,这种东西精密度高,而且稳定加上噪音非常的低,是目前工业机器人跟精密仪器上面最普遍使用的。

全世界最顶级的减速机被日本垄断,日本的精密减速机市场占有率高达75%左右,剩下的是德国意大利跟美国等国家瓜分,我们这些年也在研发这个东西,也推出来一款减速机,但是国内市场反应并不大,基本上没有什么企业选用,而是选择进口日本的减速机来使用。

主要是在稳定性跟故障率以及寿命方面,国产的那款精密减速机跟日本的比都有着不小的差距,主要差距在于设计制造以及材料方面,最主要还是材料上面,材料的好坏决定了减速机的稳定性跟故障率以及寿命,减速机内部配件材料的好坏决定了产品的质量高低。

自动化设备领域其实都离不开精密减速机,比如说航空航天,工业机器人,各种精密仪器,还有半导体生产设备上面,都离不开这种高端的精密减速机,而设计方面,我们现在其实水平还是可以的,就差在材料技术上面,这个影响太大了,这也导致了我们在这方面的差距。

就像一些高端轴承上面,我们国产的跟德国日本的比,精密度跟稳定性这些都有差距,原因就是在制造技术跟材料上面,材料是基础科学,基础是任何工业科技的根基,只有基础打的好,才能稳定的去竞争高端领域,基础人才培养这方面还得努力。

日本的材料学科非常厉害,对于各方面的金属冶炼技术都是顶级的,精密减速机的主要结构还是变数齿轮上,以及轴承上面,这些都涉及到了各种材料技术,设计得好加上好的材料以及精加工技术,这些结合在一起就是很厉害了,说起来容易真的做起来非常难,目前来说国产自动化设备上面,使用的精密减速机基本上都是进口日本的多。

现在影响我们工业科技进步的最大绊脚石其实就是在基础材料科学上面,并不是我们做不出来这些东西,而是我们的材料学科技术方面存在差距,这也导致了我们做出来的很多尖端产品上面存在一些稳定性跟寿命这些方面的瑕疵,所以说想要做好高端产品,必须在基础上要强,稳定扎实的基础才是维持高端的根本,材料技术是我们的短板,加工技术是差距啊,努力吧!

超过十年的开发结晶 ——“新挑战”创造的小型化精密减速机ECY系列

变减速机/减速机是将电机减速到适当的转速,从而增大扭矩的装置。虽然很难亲眼见到,但是滑雪的升降机、游乐园的摩天轮、工业用机器人等,作为支撑社会发展的基础力量,减速机活跃在我们身边。住友的变减速机在日本市场占有率No.1,生产出了大型、中小型、精密控制用减速机。

现在,作为各种社会问题的解决方案,对省人·省力机器人、协作机器人、服务机器人等需求持续高涨。与此同时,为了实现降低成本、节省空间、节约能源的目的,机器人被逐步要求小型化,安装在里面的减速机也一样。为了填补这项技术空白,2009年,技术研究所与住友重机械集团PTC事业部的专家一起开始“精密控制用减速机小型化”的研发课题。

“双倍和一半的创新”,即比市场上的减速机性能提高两倍,尺寸减少一半的目标。为了达成这个目标,最初是将引以为傲的Cyclo减速机小型化,它在日本已经拥有80年的量产历史,还拥有匹配的伺服电机和驱动器,在应用上积累了大量的经验和技术。但是,在研究过程中,我们发现原有机构在某种程度的尺寸下,小型化极限就会出现。为此,我们制定了“需要开发出与Cyclo不同的新机构”的大方针。

作为小型化的新想法,通过采用Cyclo减速机原理与谐波结构相结合,将圆柱齿轮变形为椭圆并使其旋转的机构。这个设计思路,对齿轮强度、加工精度和耐久性都要求极为严格,就连我们的技术专家都有很多不知道的事情,“学到了”成为他经常说的一句话。

因为是第一个新机构,即使用Cyclo为模型开发的计算工具进行设计,也无法达到强度要求,这是非常困难的地方。不仅如此,新减速机的核心是高精度的零件,如果某个零件的精度不够,就无法达到预期的强度。成百上千次的试制和验证,困扰着开发小组的所有成员,虽然设计上做到了细微的误差都不能产生,但是试加工中如果不能制造出稳定且精度高的齿轮,就无法准确地评估曲轴的强度,再加上成本非常高,数量有限,齿轮表面形状的差异也对测试结果也会产生很大的影响。

最终,在设计和制造了专用加工设备,能够稳定生产特殊齿轮之后,这些问题得到了解决,能够进行测试和验证的数量也大幅增加,强度和耐用性通过了更为严苛的标准,开发速度逐渐提高。

即使在齿轮能够稳定地制造出来之后,需要解决的课题依然堆积如山。譬如,即使曲线形线路没有问题,与其他零件组合进行耐久测试,也会出现新的问题。对于此类问题,我们使用了模拟工具(CAE),实际测试之前在计算机上进行可行性验证,这成为了开发的突破。同时,加载技术研究院独立开发的工具,在以前没有考虑到的条件下进行分析,包括详细的应力状态评价,这对开发有很大的帮助。通过这些一点一滴的积累,最终完成了ECY系列的研发。

但这并没有结束,ECY必须建立向全球范围供应的量产体制。它被住友重机械集团PTC事业部赋予最优先级,形成了超越部门的协作体制,包括加工设备的改善、新的零部件管理、新的组装线……

现在,ECY系列共有9种机座号,它的特点是体积小,强度高,安全性高,高速轴孔径大,便于安装等。部分考虑引进的客户,已经完成样品测试,很快就得到了好评。

经历十年的岁月,在技术研究所持续的努力下,以及住友重机械PTC事业部的合作体制,造就了“新挑战”——小型化ECY系列精密减速机。

目前,ECY系列以工业应用为主。在不久的将来,全球范围内少子化、老龄化的背景下,护理机器人、医疗机器人、搬运机器人等,将越来越多的出现在接近人们生活的范围内。轻量化和扁平化的结构需求,高精度和高效率的性能需求,促使我们对未来5年、10年、乃至更长远的时间里,为制造更小型化、更高性能的减速机而持续努力。

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