机械传动为机械设备三大传动方式之一，高控制精度为核心优势
　　机械传动为机械设备三大传动方式之一，传动机构类型繁多，高精密传动零部件仍待国产化，人形机器人等新产业有望带来弯道超车机遇。本报告系统阐述了机械传动特点、传动机构基本原理、典型机械传动装置及应用、机械传动导向及支承零部件概况、机械传动国产替代关键因素，全面覆盖机械传动原理、市场、应用分析。
　　机械传动特性：高精确转矩、转速变换器
　　机械传动即用各种形式机构传递运动和动力，主要用于转变原动机输出的动力及运动形式以满足工作机需求。相较于液压、电气传动，机械传动主要优点包括：传动比准确、实现回转运动的结构简单、能传递较大的扭矩、传动效率高；但机械传动存在功率质量比低、响应速度较慢、无级变速机构复杂等缺点，故主要适用于速度不高的有级变速传动。机械传动可实现“回转→回转”、“回转→移动”等运动形式变换，其中“回转→回转”主要实现机构为齿轮机构，以轮系为主要应用形态；“回转→移动”主要实现机构包括带传动、凸轮机构、螺旋机构。
　　典型机械传动装置：旋转运动看减速器，直线运动看丝杠
　　减速器为以齿轮为主要传动机构的传动装置，用于实现“回转→回转”运动形式；减速器应用领域广泛，起重运输、水泥建材、矿山冶金、电力、机器人等领域均有应用，其中，减速器在机器人BOM表中占比相对较高，工业机器人渗透率加速提升、人形机器人产业化稳步推进，机器人应用已成为减速器需求增长核心驱动力，典型机器人用减速器包括谐波、RV及行星减速器。丝杠即丝杠螺母副，属螺旋传动，精密机械中主要应用滚动螺旋，滚动螺旋机构中，滚珠丝杠应用最广，行星滚柱丝杠市场规模较小，但属于人形机器人线性关节主要解决方案，市场空间有望打开。
　　高精机械传动国产替代：材料、设备、工艺、验证缺一不可
　　综合各类精密机械传动零部件技术壁垒及海外龙头发展历程，我们认为机械传动国产替代主要影响因素有三：1）材料：材料为高精度机械传动机构制备基础；我国材料已实现国产化，但冶金质量稳定性、材料纯净度、材料均匀性等仍与海外存在差距。2）设备及工艺：设备性能与工艺积累决定零部件加工精度；我国机床产业大而不强，机床数控化率、平均加工精度仍有待提升。3）应用-反馈-迭代：为打造闭环的最终环节，9月工信部等7部门印发《机械行业稳增长工作方案（2023—2024年）》，鼓励“整零”协作，机械传动零部件为政策支持核心，应用验证进程有望稳步推进。
　　风险提示：国产替代不及预期，人形机器人产业化进程不及预期，政策推进不及预期，研发风险。
　　

研究报告全文：证券研究报告通用机械机械传动高精控制百宝箱华泰研究通用机械增持维持2023年9月29日中国内地专题研究研究员倪正洋机械传动为机械设备三大传动方式之一高控制精度为核心优势SACNoS0570522100004nizhengyanghtsccomSFCNoBTM566862128972228机械传动为机械设备三大传动方式之一传动机构类型繁多高精密传动零部件仍待国产化人形机器人等新产业有望带来弯道超车机遇本报告研究员史俊奇系统阐述了机械传动特点传动机构基本原理典型机械传动装置及应SACNoS0570522110002shijunqihtsccom用机械传动导向及支承零部件概况机械传动国产替代关键因素全面SFCNoBTM901862128972228覆盖机械传动原理市场应用分析联系人王自SACNoS0570123070064wangzi022582htsccom机械传动特性高精确转矩转速变换器862128972228机械传动即用各种形式机构传递运动和动力主要用于转变原动机输出的动力及运动形式以满足工作机需求相较于液压电气传动机械传动主行业走势图要优点包括传动比准确实现回转运动的结构简单能传递较大的扭矩传动效率高但机械传动存在功率质量比低响应速度较慢无级变通用机械沪深300速机构复杂等缺点故主要适用于速度不高的有级变速传动机械传动可18实现回转回转回转移动等运动形式变换其中回转回11转主要实现机构为齿轮机构以轮系为主要应用形态回转移动主要实现机构包括带传动凸轮机构螺旋机构52典型机械传动装置旋转运动看减速器直线运动看丝杠9减速器为以齿轮为主要传动机构的传动装置用于实现回转回转运Sep-22Jan-23May-23Sep-23动形式减速器应用领域广泛起重运输水泥建材矿山冶金电力资料来源Wind华泰研究机器人等领域均有应用其中减速器在机器人BOM表中占比相对较高工业机器人渗透率加速提升人形机器人产业化稳步推进机器人应用已成为减速器需求增长核心驱动力典型机器人用减速器包括谐波RV及行星减速器丝杠即丝杠螺母副属螺旋传动精密机械中主要应用滚动螺旋滚动螺旋机构中滚珠丝杠应用最广行星滚柱丝杠市场规模较小但属于人形机器人线性关节主要解决方案市场空间有望打开高精机械传动国产替代材料设备工艺验证缺一不可综合各类精密机械传动零部件技术壁垒及海外龙头发展历程我们认为机械传动国产替代主要影响因素有三1材料材料为高精度机械传动机构制备基础我国材料已实现国产化但冶金质量稳定性材料纯净度材料均匀性等仍与海外存在差距2设备及工艺设备性能与工艺积累决定零部件加工精度我国机床产业大而不强机床数控化率平均加工精度仍有待提升3应用-反馈-迭代为打造闭环的最终环节9月工信部等7部门印发机械行业稳增长工作方案20232024年鼓励整零协作机械传动零部件为政策支持核心应用验证进程有望稳步推进风险提示国产替代不及预期人形机器人产业化进程不及预期政策推进不及预期研发风险免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读1通用机械正文目录机械传动高精确度的转矩转速变换器5机械传动为转矩转速变换器5机械传动相对优势在于传动比准确6主要机械传动机构原理9回转回转齿轮传动应用最为广泛轮系为主要应用形式9回转移动带传动凸轮机构螺旋机构较为常用11带传动主要用于高速级圆周力较小场合11凸轮机构主要用于小传力往复移动场合12螺旋机构广泛应用于精密仪器仪表13其他齿轮齿条可实现回转移动的齿轮传动机构13多运动形式变换连杆机构14典型机械传动装置旋转运动看减速器直线运动看丝杠16减速器旋转运动核心传动装置新型齿轮系空间逐步打开16谐波减速器多关节机器人手腕驱动主要减速器18RV减速器多关节机器人机身驱动主要减速器21行星减速器多用于直角坐标机器人23丝杠直线运动核心传动装置滚动螺旋精密机械最为常用26滚珠丝杠工具机械与精密机械中应用最广泛的机械传动27行星滚柱丝杠性能更佳的螺旋传动机构人形机器人打开市场空间31静压丝杠多用于重载大型机械传动技术壁垒较高34导向及支承机构配合机械传动机构传递运动及动力36导轨支承与引导运动部件沿确定轨迹运动36轴支承旋转零件传递力与力矩39轴承支承旋转轴及其他运动体引导运动并承受轴上载荷41高精机械传动国产替代材料设备工艺验证缺一不可47材料国产材料筑基不牢47设备与工艺淘金离不开卖铲人49应用场景验证与积累打造闭环的决定性环节50风险提示51图表目录图表1机械传动系统的一般组成5图表2各类传动机构可实现的运动动力转换功能各异5图表3机械传动与电气传动流体传动对比6图表4机械传动可按照传动原理分为摩擦传动啮合传动推压传动三类6图表5牛头刨床机械传动系统包括带传动机构齿轮机构连杆机构螺旋机构7图表6各主要传动机构应用场景各异8图表7齿轮传动分类9图表8齿轮传动主要特点及适用范围10图表9轮系可分为定轴轮系周转轮系组合轮系三大类11免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读2通用机械图表10带传动可分为摩擦型啮合型两类11图表11带传动示意图12图表12链传动示意图12图表13凸轮机构按照凸轮形状可分为盘型凸轮移动凸轮圆柱凸轮12图表14螺旋传动可分为普通滚动静压螺旋传动三类13图表15齿轮齿条由圆形齿轮与直线型齿条相互啮合13图表16回转移动传动机构各有优缺点14图表17平面铰链四杆机构包括曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构三种形式15图表18常用减速器型式及特点和应用16图表19单级圆柱齿轮减速器结构17图表20摆线针轮行星减速器结构17图表21减速器下游应用领域繁多201917图表22工业机器人每个回转运动关节均需应用减速器17图表23工业机器人BOM表中减速器成本占比超过3017图表24多关节机器人应用最为广泛18图表25谐波与RV减速器在全球机器人用减速器中的销量占比较高18图表26行星RV谐波减速器应用场景各异18图表27谐波减速器主要由刚轮柔轮谐波发生器三大基本部分组成19图表28国内龙头绿的谐波国内市占率已达23202220图表292022年国内谐波减速器市场规模约21亿元20图表30特斯拉擎天柱机器人旋转关节采用谐波减速器20图表31国内企业谐波减速器营收规模及产能仍待提升21图表32RV减速器包括针轮层齿轮层芯轴层22图表33纳博特斯克占据国内RV减速器超50的市场202223图表342021年国内RV减速器市场规模约43亿元23图表35国内企业RV减速器国产化进程仍待推进23图表36行星传动机构可按齿轮啮合方式与基本构件组成进行分类24图表37NGW型行星传动机构与行星减速器整体结构24图表382022年我国行星减速器市场规模全球占比约4225图表39海外龙头仍居全球行星减速器优势地位202225图表40国内行星减速器公司市占率逼近海外龙头202225图表41国内行星减速器公司已形成一定规模26图表42滑动滚珠滚柱静压丝杠性能及应用对比27图表43滚珠丝杠由螺杆螺母滚珠等组成27图表44滚珠丝杠按滚珠循环方式可分位内循环结构外循环结构28图表45JIS标准与国内标准精度等级对比28图表46机床与工业机器人对滚珠丝杠副精度等级要求相对高按国内标准29图表47我国滚珠丝杠下游主要应用于机床202029图表48全球滚珠丝杠下游主要应用于工业生产领域202229图表49滚珠丝杠在卧式车床中的应用29图表50滚珠丝杠在前驱SCARA中的应用29图表51滚珠丝杠在机床中的价值量占比约330图表52滚珠丝杠在工业机器人中的价值量占比约230免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读3通用机械图表53我国滚珠丝杠市场规模超300亿元全球占比约2030图表54经济型滚珠丝杠采用比例40的企业约52采用国产31图表55中高档型滚珠丝杠采用比例40的企业约48采用国产31图表56国内汉江机床滚珠丝杠市占率居前但营收规模远小于海外龙头31图表57行星滚柱丝杠滚动体为滚柱32图表58行星滚柱丝杠可分为标准式反向式循环式差动式和轴承环式五种形式32图表59特斯拉擎天柱机器人线性关节采用行星滚柱丝杠33图表60国内市场海外公司滚柱丝杠销售量占比约80202134图表61海外滚柱丝杠企业成立时间早应用范围广已建立领先优势34图表62静压丝杠实物图35图表63静压丝杠剖面图35图表64普通滑动导轨综合性能一般滚动导轨主要用于精密机械中36图表65导轨由运动件与承导件组成37图表66导轨在机床上的应用图例37图表67直线运动滚动导轨可分为三角平开式闭式钢丝滚道三类37图表68机床半导体设备直线运动滚动导轨需求多为精密级及以上38图表692020年全球直线导轨CR57838图表702020我国直线导轨市场收入约占全球2638图表71导轨配套丝杠应用丝杠企业一般同时具导轨产能39图表72轴可分为转轴传动轴心轴三类39图表73齿轮减速器轴应用图例直角斜齿行星减速机40图表74优质碳素钢为应用最广泛的轴材料40图表75中大力德齿轴毛坯采购成本占比约941图表76中高端机床减速器企业轴加速自制41图表77轴承需承受径向负荷和轴向负荷41图表78滚动轴承与滑动轴承各有优缺性价比角度滚动轴承应用更为普遍42图表79滚动轴承主要由外圈内圈滚动体保持架组成以深沟球轴承为例43图表80滚动轴承根据工作时所承受的载荷方向可分为向心轴承和推力轴承43图表81主要滚动轴承及其特性与应用44图表82中国为全球最大轴承市场202244图表83中国轴承行业市场营收已突破2000亿元44图表84全球轴承市场概览45图表852022年中国轴承企业全球市占率达2545图表86滚动轴承进出口价差仍大45图表87国内轴承企业具有较强专业性规模普遍偏低46图表88国产柔轮断口上弥散分布着直径3060m的Al2O3颗粒状夹杂物影响柔轮抗疲劳性能47图表89SKF通过持续收购壮大业务规模首家收购公司即材料公司HoforsBruk48图表90滚珠丝杠螺距精度受机床设备影响较大49图表91我国金属切削机床数控化率仍有提升空间49免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读4通用机械机械传动高精确度的转矩转速变换器机械传动为转矩转速变换器机械传动即用各种形式机构传递运动和动力主要用于转变原动机输出的动力及运动形式以满足工作机需求多种基本传动机构组合即构成机械传动系统按零件功能进行拆分一般的机械传动系统主要由传动类零件导向支承类零件连接类零件与箱体四大部分组成1传动类零件用于传递运动和动力如齿轮带带轮等2导向支承类零件用于导向支承传动零件如轴轴承等3连接类零件用于将两个及两个以上零件连接成一个整体如键联轴器等4箱体用来支承和固定传动零件为传动零件提供密封的工作空间机械传动特性包括运动与动力特性机械传动系统运动特性主要包括转速传动比变速范围等其中传动比为主动件转速与从动件转速之比传动比1为减速传动传动比1为增速传动传动系统总传动比为各级传动比的乘积动力特性主要包括功率转矩机械效率变矩系数等机械传动系统总效率即为传动机构轴承联轴器等组成部分效率的连乘积图表1机械传动系统的一般组成资料来源潘传九化工设备机械基础2018华泰研究图表2各类传动机构可实现的运动动力转换功能各异运动的变换动力的变换传动机构形式形成方向速度大小形式丝杠螺母齿轮齿轮齿条链轮链条带带轮缆绳绳轮杠杆机构连杆机构凸轮机构摩擦轮万向节软轴蜗轮蜗杆间歇机构资料来源秦大同等现代机械设计手册2019华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读5通用机械机械传动相对优势在于传动比准确传动比精确为机械传动核心优势主要用于中低速有级变速传动作为三大传动方式之一相较于液压传动电气传动机械传动主要优点在于1传动比准确适用于定比传动2实现回转运动的结构简单并能传递较大的扭矩3故障容易发现便于维修4传动效率高但机械传动一般情况下不够平稳制造精度不高时振动和噪声较大实现无级变速的机构较复杂成本高故机械传动主要用于速度不太高的有级变速传动中图表3机械传动与电气传动流体传动对比流体传动传动特性机械传动电气传动液压传动气压传动通过机械构件如杠杆凸轮以有压液体或气体为工作介质通过动力元件把原动机输出利用电力设备通过调节电齿轮轴皮带链条等的机械能转化为液体或气体的压力能进而借助管道和控制定义参数来传递或控制能量和动把能量和动力传送给工作机元件把有压液体或气体输送到执行元件从而把压力能转换力构为机械能驱动负载直线回转运动功率与质量比小小大中等转矩与转动惯量比小小大中等响应速度低中等高低可控性差中等好中等负载刚度中等差大差调速范围小中等大小控制精度高高一般一般优点传动准确可靠制造优点能量传递方便信号优点结构简单成本低容易操作简单维护方便传递迅速标准化程度高优点功率-质量比大速度易于实现无级调速阻力损失传动效率高易于实现自动化调节容易操纵省力等小等优缺点总结缺点不能进行无级调速缺点运动平稳性差易受缺点温度影响较大传动缺点空气易压缩负载对远距离传动较困难结构复外界负载影响惯性大起效率低传动精度较差传动特性的影响较大工作压杂动及换向慢成本较高等力低只适合于小功率传动工程机械压力机械等大功率机械传动中齿轮传动应用最应用场景机床等需无级变速电子工业包装机械食品机典型应用场景广用于机器人等智能装备所有工作机械均有应用应用场景航空工业等对功率械等小功率应用场景及各类机械装置中与质量比较敏感应用场景资料来源李壮云液压元件与系统2019华泰研究根据原理差异机械传动可分为摩擦啮合推压传动三类其中摩擦传动主要包括带传动绳传动等啮合传动主要包括齿轮传动螺杆传动螺旋传动链传动同步带传动等推压传动主要包括凸轮机构连杆机构等此外机械传动也可按照传动比是否改变划分为固定传动比摩擦轮机构带传动链传动齿轮传动蜗杆传动螺旋传动可调传动比有级变速传动无级变速传动变传动比连杆机构非圆齿轮传动不完全齿轮传动凸轮机构槽轮机构棘轮机构按照能量流动路线划分为单流传动与多流传动等图表4机械传动可按照传动原理分为摩擦传动啮合传动推压传动三类机械传动摩擦传动啮合传动推压传动有中间件直接接触有中间件直接接触有中间件直接接触摩不带链行非普擦摩同完式式螺蜗星圆通连槽棘凸绳带式擦步链全无无旋杆齿齿齿杆轮轮轮传传无轮带传齿级级传传轮轮轮机机机机动动级机传动轮变变动动传传传构构构构变构动传速速动动动速动资料来源秦大同等现代机械设计手册2019华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读6通用机械不同应用场景传动机构需求不同一般组合应用机械传动的选择一般考虑7大因素1执行系统的工况及工作要求与原动机机械特性的匹配程度若原动机性能完全适合执行系统的工况和工作要求可采用无滑动的机械传动使两者同步若执行系统要求输入速度能调节应选择能调速的传动系统工作要求传递的功率如蜗杆传动工作时发热情况较为严重传递功率不宜过大摩擦轮传动须有足够的压紧力不宜用于大功率传动带传动和链传动若需增大传递功率则需增大链的排数和带的根数会引起载荷分布不均齿轮传动在传递大功率方面优于其他传动应用最广工作要求传递的运转速度若要求较高的运转速度一般采用高精度直齿圆柱齿轮传动同步带传动齿形链传动普通V带传动速度太大离心力过大会缩短带的工作寿命因此带传动的最大允许速度应低于40ms链传动存在运动不匀性不适用于高速传动场合机械传动机构的效率满足传动比功率等指标的前提下一般选用单级传动缩短传动链提高传动效率结构布置与外廓尺寸传动尺寸紧凑一般选用齿轮传动蜗杆传动行星齿轮传动传动距离较远一般采用带传动链传动机械运转环境与安全性如工作环境恶劣一般选用链传动考虑经济性结合各应用场景机械传动机构的选择凸轮连杆齿轮机构较为常用其中齿轮机构传动精确强度大负载高结构紧凑摩擦力小效率高在生产活动中最为常用此外螺旋机构中滚珠丝杠传动摩擦损失小传动效率高精度高可保障高速进给与微进给在工具机械与精密机械中最为常用但当前生产环境较为复杂为实现执行构件的运动形式运动参数及运动协调关系机械传动机构一般组合应用图表5牛头刨床机械传动系统包括带传动机构齿轮机构连杆机构螺旋机构资料来源周桂英机械基础2016华泰研究1机械设计上册机器与机构分析和设计免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读7通用机械图表6各主要传动机构应用场景各异类型运动形式变换图例功率kW效率优点缺点应用回转摆动结构简单制造方常用于重型机械轻工平面连杆往复移动回便行程较大连接大中小较高一般不宜高速运动机械农业机械及机床机构转摆动往处为面接触磨损较仪表等复移动轻能承受较大载荷常用于自动机床的进给凸轮回转往复移可实现从动件的任意凸轮制造复杂高小较低机构印刷机内燃机机构动摆动运动规律速时冲击较大纺织机等常用于间歇转动角度很平稳性差高速时棘轮摆动间歇回结构简单角位移调小或常需调节转角大小中小较低噪声大传递动力机构转或移动节方便的场合如牛头疱疮工不宜过大作台的进给机构间歇运动转角不可多用于不需经常调节转槽轮回转间歇回结构较简单工作可中小较高调每次槽轮转角角的转位运动如自动机构转靠运动较平稳不小于45机床上的转动刀架能远距离传动工作常用于机床运输机平稳能吸振缓冲V带传动农业机械纺织机械回转移动1009497过载打滑起保护作传动比不准确机构等通常置于传动系统用结构简单成本的高速级低常用于农业化工石可在高温油酸等油矿山机械以及运输链传动机回转移动1009297恶劣环境下工作远瞬时传动比有波动机械和起重机械等通构距离传动常置于传动系统的低速级圆柱齿轮回转回转两750直齿9598直齿机构轴平行50000斜齿9699斜齿常用于各类机床冶金适用的功率和速度范噪声大制造精度矿山机械起重机械围广寿命长效率要求高汽车船舶轻工机械高传动比准确化工机械仪表等锥齿轮机回转回转两5009598构周垂直相交效率低因摩擦蜗杆回转回转两传动比大而尺寸小大部分涡轮需用常用于车床溜板箱铣507082机构周垂直相交传动平稳价格较贵的青铜制床分度头手动辘轳造工作平稳运动精度常用于机床的进给机构滑动螺旋回转移动中小3060较高尺寸紧凑降效率低易磨损和机械的调速装置起机构速增力效果好重升降装置等资料来源李会文等机械分析应用基础第2版2017华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读8通用机械主要机械传动机构原理机械传动可实现回转回转回转移动等运动形式的变换本章从机械传动可实现的运动形式变换角度出发对主要机械传动机构分类及原理进行分析回转回转齿轮传动应用最为广泛轮系为主要应用形式齿轮机构通过一对齿轮的齿面依次啮合来传递空间两任意轴之间的运动和动力根据两轴线间的相对位置和轮齿齿向齿轮传动可分为平行轴齿轮传动相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动三大类齿轮传动一般应用于回转回转运动过程中但部分结构如齿轮齿条传动属于渐开线齿轮传动主要用于实现回转移动变换齿轮传动种类多样渐开线圆柱齿轮应用最广可用于船舶矿山轻工建材等领域图表7齿轮传动分类渐开线齿轮传动圆弧齿轮传动圆柱齿轮传动摆线齿轮传动平行轴齿轮传动其他非圆齿轮传动直齿锥齿轮传动齿轮传动相交轴齿轮传动斜齿锥齿轮传动曲线齿锥齿轮传动交错轴斜齿轮传动普通圆柱蜗杆传动交错轴齿轮传动准双曲面齿轮传动圆弧圆柱蜗杆传动蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动资料来源秦大同等现代机械设计手册2019华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读9通用机械图表8齿轮传动主要特点及适用范围种类图例主要特点应用传动的速度和功率范围很大传动效率高一对齿轮可达0980995精度愈高润滑愈好效率愈高对中心距的敏高速船用透平齿轮大型轧机渐开线圆柱齿轮传动感性小互换性好装配和维修方便可以进行变位切削及齿轮矿山轻工化工和建各种修形修缘从而提高传动质量易于进行精密加工材机械齿轮等是齿轮传动中应用最广的传动接触强度比渐开线齿轮高弯曲强度比渐开线轮低跑合性能好没有根切现象只有做成斜齿不能做成直齿中心单圆弧齿轮传动距的敏感性比渐开线齿轮大互换性比渐开线齿轮差噪声圆弧圆稍大轧机减速器矿井卷扬机减速柱齿轮齿轮鼓风机制氧机压缩传动除具有单圆弧齿轮的优点外弯曲强度比单圆弧齿轮高一般机减速器双圆弧齿轮传动高4060可用同一把滚刀加工一对互相啮合的齿轮比单圆弧齿轮传动平稳噪声和振动比单圆弧齿轮小有外啮合外摆线内啮合内摆线和齿条啮合渐开线三种起重机回转机构球磨机传动型式适用于低速重载的机械传动和粉尘多润滑条件差机构磷肥工业用回转化成摆线针轮传动等工作环境恶劣的场合传动效率n09093无润滑油时室翻盘式真空过滤机底部传或n093095有润滑油时与一般齿轮相比结构简单加动机构工业加热炉用台车拖工容易造价低拆修方便曳机构化工行业非圆齿轮可以实现特殊的运动和实现函数运算对机构的运动特性很有利可以提高机构的性能改善机构的运动条件如应用在自动机器中可使机器的工作机构和控制机构自动机器仪器仪表纺织机械非圆齿轮传动具有变速运动可以协调平行工作的机构的循环时间用非绕线托架机构等圆齿轮带动较链连杆机构的主动件时使较链连杆机构的运动特性具有所需的形式机床汽车拖拉机等机械中直齿锥齿轮传动比曲线齿锥齿轮的轴向力小制造容易轴线相交的传动锥齿轮斜齿锥齿轮传动比直齿锥齿轮总重合度大噪声较低机床汽车传动比直齿锥齿轮传动平稳噪声小承载能力大但轴向力较汽车驱动桥传动拖拉机及机曲线齿锥齿轮传动大床传动是由两个螺旋角不等或螺旋角相等旋向也相同的斜齿齿轮组成的齿轮副两齿轮的轴线可以成任意角度缺点是齿面交错轴斜齿轮传动用于空间传动机构为点接触齿面间的滑动速度大所以承载能力和传动效率比较低故只能用于轻载或传递运动的场合最广泛用于越野及小客车也比曲线齿锥齿轮传动更平稳利用偏置距增大小轮直径可准双曲面齿轮传动用于卡车可用以代替蜗杆传增加小轮刚性传动效率比直齿锥齿轮低动传动比大工作平稳噪声较小结构紧凑在一定条件下多用于中小负荷间歇工作场普通圆柱蜗杆传动有自锁性效率低景如小型转炉倾动机构接触线形状有利于形成油膜传动效率及承载能力均高于普用于中小负荷间歇工作场景圆弧圆柱蜗杆传动通圆柱蜗杆传动如轧钢机压下装置蜗杆传轧机压下装置各种绞车冷有利于形成油膜承载能力大一般比普通圆柱蜗杆传动大动环面蜗杆传动挤压机转炉军工产品以及2-3倍但制造工艺较复杂其他冶金矿山设备等同时接触齿数多齿面可得到较充分的润滑和冷却易于形锥面蜗杆传动成油膜传动比较平稳效率较普通圆柱蜗杆传动高设计结构要求比较紧凑的场合与制造较复杂资料来源秦大同等现代机械设计手册2019华泰研究轮系为齿轮机构主要应用形式齿轮传动适用的圆周速度与功率范围广效率高传动比稳定寿命较长工作可靠性较高可实现平行轴任意角相交轴和任意角交错轴之间的传动但不适宜于远距离两轴间传动为弥补齿轮传动缺陷生产中多采用一系列互相啮合的齿轮将输入轴输出轴相连接即轮系轮系可一定程度弥补一对齿轮的劣势实现较远距离传动从动轴多种变速与换向较大传动比以及合成或分解运动等应用广泛的特殊轮系如摆线针轮行星轮系谐波齿轮系等变速箱差速器齿轮减速器等均采用轮系根据轮系运转时各齿轮轴线的几何位置是否固定可将轮系分为定轴轮系周转轮系混合轮系三大类免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读10通用机械图表9轮系可分为定轴轮系周转轮系组合轮系三大类轮系定轴轮系周转轮系组合轮系图例轮系运行时太阳轮转动带运转时轮系中所有齿轮的几何动行星轮绕自己的轴线转动自轴线相对于机架都是固定的转同时还在系杆的带动下随特点各齿轮绕自身的轴线旋转轴同其轴线绕太阳轮的轴线转动由定轴周转轮系组成线不做任何运动为相对简单公转周转轮系根据机构自的轮系由度差异可分为差动轮系行星轮系两类资料来源陈霖等机械设计基础第3版2017华泰研究回转移动带传动凸轮机构螺旋机构较为常用带传动主要用于高速级圆周力较小场合带传动即两个或多个带轮之间用带作为中间挠性零件的传动通过带与带轮之间的摩擦或啮合来传递运动和动力根据带传动传递力的方式不同带传动可分为摩擦型带传动与啮合型带传动两类摩擦型带传动由主动轮从动轮挠性传动带组成传动带紧套在两个带轮上主动轮旋转时依靠摩擦力使传动带运动而驱动从动轮转动主要包括平带传动V带传动多楔带传动圆带传动四类其中V带传动在同样张紧力下较平带传动可产生更大的摩擦力更高的承载力更大的传动功率且标准化程度高传动比大结构紧凑应用最为广泛啮合型带传动由主动同步带轮从动同步带轮环形同步带组成主要靠传动带与带轮上的齿相互啮合来传递运动和动力同步带传动为最典型的啮合型带传动相较于摩擦型带传动啮合型带传动传递功率大传动比准确多用于录音机数控机床等要求传动平稳传动精度较高的场合图表10带传动可分为摩擦型啮合型两类摩擦型啮合型分类平带V带多楔带圆带同步带图例1横截面形状为等腰梯1以平带为基体内表面1由多层胶帆布构成形排布等距纵向槽梯形2横截面形状为扁平矩1截面为圆形1综合了带传动链传2工作面是与轮槽相接触2工作面为梯形楔的侧形2一般用皮革或棉绳动和齿轮传动的特点的两侧面V带与底槽不面特点3工作面是与轮面相接制成2工作面呈齿形接触3兼有平带弯曲应力小和触的内表面3结构简单但传动3具有传递功率大传3V带较平带能产生更大V带摩擦力大的优点可4结构简单带轮制造功率很小动精准等特点的摩擦力可传递较大的克服多根V带传动受力不容易功率且结构更紧凑均的缺点传动中心距较大的场合应用较多一般平带是有接头的橡胶布带运常用于传递功率较大且结允许的传动功率比较大常用于低速轻载的仪转不平稳不适于高速构要求紧凑及速度较高的常用于录音机数控机中心距较小外廓尺寸器或家用机械如缝应用运转场合特别是要求V带根床等要求传动平稳传小且V带无接头传动纫机真空吸尘器在某些高速机械如磨床数多和轮轴垂直地面的场动精度较高的场合较平稳故应用最广磁带盘等离心机等中常用无合接头的高速环形胶带丝织带和锦纶编织带等资料来源陈霖等机械设计基础第3版2017李会文等机械分析应用基础第2版2017华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读11通用机械带传动多用于高速级圆周力较小场合带传动具备传动平稳噪声小过载保护传动中心距较大制造简单等优点但带传动缺点亦较为明显带传动工作时会产生弹性滑动不能保持准确传动比传动进度较低带传动轮廓尺寸大传动效率低带的寿命较短对环境要求较高故带传动主要用在传递功率不大速度适中传动比要求不严格且中心距较大场合在多级传动系统中带传动多置于高速级起过载保护作用同时减小其结构尺寸与重量链传动与带传动同属挠性传动但链传动应用范围相对少链传动与带传动结构相似由主从动链轮以及绕在两轮上的挠性链条组成相较带传动链传动没有弹性滑动和打滑需要的张紧力小作用在轴和轴承上的压力较小传递功率大传动效率高能在潮湿多尘高温有油污等恶劣条件下工作但链传动瞬时链速和瞬时传动比不恒定故传动平稳性差工作时冲击振动和噪声较大且载荷变化大急速反向转动时性能差基于链传动特性其应用场景较带传动范围小主要用于中心距较大要求平均传动比准确的传动环境恶劣的开式传动以及低速重载传动和润滑良好的高速传动中如农业机械矿山机械机床及摩托车等图表11带传动示意图图表12链传动示意图从动轮主动轮传动带资料来源潘传九化工设备机械基础第三版2018华泰研究资料来源潘传九化工设备机械基础第三版2018华泰研究凸轮机构主要用于小传力往复移动场合凸轮机构主要适用往复移动场合凸轮机构主要由凸轮从动件及机架三个基本构件组成其中凸轮为具有曲线轮廓或沟槽的构件在其运动时通过轮廓或沟槽驱动从动件运动凸轮结构简单紧凑设计方便但凸轮轮廓与从动件之间为点接触或线接触易于磨损故多用于传力不大而需要实现特殊运动规律的场合如自动机床的进给机构上料机构内燃机配气机构印刷机和纺织机中的有关机构等凸轮有多种分类方式按凸轮形状可分为盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮其中盘形凸轮圆柱凸轮主要用于实现回转移动运动切换图表13凸轮机构按照凸轮形状可分为盘型凸轮移动凸轮圆柱凸轮圆柱凸轮移动凸轮盘形凸轮vvv资料来源李会文等机械分析应用基础第2版2017华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读12通用机械螺旋机构广泛应用于精密仪器仪表滚动螺旋机构在精密机械中最为常用螺旋机构又称丝杠螺母机构其利用螺杆与螺母组成的螺旋副将旋转运动转换成直线运动也可反之将直线运动转换成旋转运动同时传递转矩和动力并可调整零件的相对位置螺旋机构传动结构简单工作连续平稳承载能力大传动精度高但存在摩擦损失大传动效率低等缺点滚动螺旋传动应用大幅改善螺旋传动缺点在精度要求较高的机械设备仪器仪表中广泛应用图表14螺旋传动可分为普通滚动静压螺旋传动三类应用分类及特点场景示例螺旋千斤顶托盘1以传递动力为主传力2用较小的力转动螺杆或螺母举重或挤压机构如螺螺母螺旋产生较大的轴向力形成轴向运动旋千斤顶手柄3要求较高的强度和自锁性螺杆1结构简单制造方便运转平稳易于自锁1以传递运动为主有时也承受较机床工作台移动机构托盘普通螺2摩擦阻力大传动效率传动大的轴向载荷机床刀架与工作台的进螺母手柄工作台旋传动低30-40螺旋2要求有较高的传动精度和传动效给机构3有侧向间隙反向有空率常采用多线螺纹提高效率行程低速有爬行台虎钳固定1用来调整并固定零件或部件之间活动螺母钳口调整的相对位置一般在空载下调整工具夹具车床的手螺杆钳口螺旋2受力较小要求有可靠的自锁性动调整机构能和精度滚珠循环装置1数控机床精密机床测滚珠1传动效率高90具传动可逆性运转平稳低速不爬行试机械仪器的传动螺旋和调滚动螺螺杆2经调整预紧可获得很高的定位精度和较高的轴向刚度整螺旋旋传动3结构复杂抗冲击性能差不具有自锁性多由专业厂制造2飞行器船舶等自动控制螺母系统的传动螺旋1传动效率高可达99具传动可逆性运转平稳无爬行现象静压螺2反向时无空行程定位精度高摩擦阻力极小磨损很小精密机床的进给分度机构的旋传动3螺母结构复杂需有一套要求较高的供油系统仅用于要求高效传动螺旋率高精度的重要传动资料来源周克媛等机械基础第3版2017李会文等机械分析应用基础第2版2017华泰研究其他齿轮齿条可实现回转移动的齿轮传动机构齿轮齿条为齿轮传动中用于实现回转移动的机构如前所述齿轮传动一般应用于回转回转的运动形式变换但部分机构可实现回转移动典例即为齿轮齿条齿轮齿条由圆形的齿轮和直线形的齿条相互啮合将加载在齿轮上的旋转运动转换为齿轮与齿条间相互的直线运动齿轮齿条传动的承载力大传动精度较高可无限长度对接延续传动速度可以很高但若其加工安装精度差传动噪声与磨损或较大齿轮齿条典型用途包括大版面钢板玻璃数控切割机等图表15齿轮齿条由圆形齿轮与直线型齿条相互啮合资料来源深圳鸿泰兴官网华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读13通用机械回转移动传动结构各有优缺适用场合差异性较大可实现回转移动的各类机构中同步带传动滚动螺旋传动齿轮齿条传动较为常见其中同步带传动承载力较大加宽传动带可以提高负载承载力传动精度较高但较长的传动带会产生弹性变形和振动故工作行程有限滚动螺旋传动不能自锁传动效率高精度高噪声低适合高速往返传动但是水平传动跨距若较大时要考虑极限转速和自重下垂变形对于工作行程较大的大型数控机床一般采用齿轮齿条结构进行替代齿轮齿条传动定位精度传动效率低但承载能力强行程不受限制多用于长距离大载荷传输图表16回转移动传动机构各有优缺点机构优点缺点适用场合承载力较大大负载需加宽皮带传动长度过大需考虑较大短距离传动速度可以很的弹性变形和振动大距离传同步带小型数控设备某高传动精度较高噪动不适合精确定位连续性运传动些打印机音低动控制可用于伺服电机到传动齿轮或伺服电机到丝杠的短距离传动承载力大传动精度较激光玻璃钢板数齿轮齿高可达01mm可无若加工安装精度差传动噪音控切割机建筑施条传动限长度对接延续传动大磨损大工升降机可达30层速度可以很高2ms楼高数控机床小版面水平传动跨距大需考虑极限转数控切割机机电不能自锁传动效率滚动螺速和自重下垂变形传动长度一体化设备行程6m高精度高噪音低旋传动不可过长长时间使用传动间以下的直线传动系适合高速往返传动隙变大精度变差成本高统使用最为广泛的传动形式资料来源上海会通自动化官网华泰研究多运动形式变换连杆机构连杆机构可实现的运动形式变换较为多样可实现由回转摆动往复移动回转摆动往复移动连杆机构由若干构件用低副转动副移动副螺旋副圆柱副球面副即球销副链接构成按构件的相对运动关系连杆机构可分为平面连杆机构组成构件均在同一平面或相互平行的平面内运动与空间连杆机构组成构件不在同一平面内或不在相互平行的平面内运动连杆结构多用所含构件数命名如含四个构件的连杆机构称为四杆机构连杆机构应用广泛优缺点均较为显著优点1运动副一般均为低副低副中两运动副元素为面接触压强较小故可承受较大的载荷有利于润滑磨损较小运动副元素的几何形状较简单便于加工制造易获得较高的制造精度两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的而凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触2可实现多种形式的运动变换和运动规律在连杆机构中当原动件的运动规律不变时改变各构件的相对长度可使从动件得到不同的运动规律3具有丰富的连杆曲线在连杆机构中连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线即连杆曲线其形状随着各构件相对长度的改变而改变可满足不同轨迹的设计要求缺点1传递运动的累积误差比较大机械效率低由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递因而传递路线较长易产生较大的误差积累同时降低了机械效率2不适用于高速运动的场合在连杆机构运动过程中连杆及滑块的质心都在作变速运动所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除因而会增加机构的动载荷容易使机构在运动中产生振动和冲击严重时还会影响机械产品的工作精度与寿命所以连杆机构不适于高速运动的场合3机构设计复杂难以实现精确的轨迹虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求但其设计十分繁难且一般只能近似地得以满足免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读14通用机械平面四杆机构为平面连杆机构基础平面连杆机构中结构最简单且应用最广泛的是平面四杆机构其他机构可看成是由平面四杆机构演化而来平面四杆机构基本形式为铰链四杆机构即全部用转动副相连铰链四杆机构可分为三种基本形式曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构图表17平面铰链四杆机构包括曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构三种形式曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构两连架杆中一个能作整周转动另一个只能作往复摆动两连架杆均能作整周转动的的机构当曲柄为原动件摇机构当主动曲柄连续等速两连架杆均不能作整周转动特点杆为从动件时可将曲柄的转动时从动曲柄一般不作的机构连续转动转变为摇杆的往复等速转动而作变速转动摆动连架杆-曲柄连架杆连杆-摇杆机架连杆机构示例连杆连架杆连架杆机架-曲柄-摇杆连架杆连架杆-摇杆机架-曲柄颚式破碎机雷达天线俯仰鹤式起重机汽车前轮转向应用举例惯性筛机构缝纫机脚踏板机构机构资料来源郭润兰机械设计基础2018华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读15通用机械典型机械传动装置旋转运动看减速器直线运动看丝杠机械传动机构众多本章我们重点分析回转回转与回转移动两大运动变化形式的代表性机械传动装置减速器旋转运动滚珠行星滚柱丝杠直线运动减速器旋转运动核心传动装置新型齿轮系空间逐步打开减速器为以齿轮为主要传动机构的传动装置减速器即由封闭在箱体内的齿轮蜗杆蜗轮等传动零件组成的传动装置为齿轮传动齿轮系的最终应用形态主要用于降低转速增大转矩在现代机械中应用广泛减速器种类较多按传动类型可分为齿轮减速器蜗杆减速器行星减速器以及它们互相组合起来的减速器按传动级数可分为单级和多级减速器按齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器等图表18常用减速器型式及特点和应用名称特点及应用轮齿可做成直齿斜齿和人字齿直齿用于速度较低载荷较轻的传动斜齿轮用于速度较高的传动人字齿轮用单级圆柱齿轮减速器于载荷较重的传动中箱体通常用铸铁做成单件或小批生产有时采用焊接结构轴承一般采用滚动轴承重载或特别高速时采用滑动轴承其他型式的减速器与此类同结构简单但齿轮相对于轴承的位置不对称因此要求轴有较大的刚度用于载荷比较平稳的场合高速级一般做展开式成斜齿低速级可做成直齿结构复杂但由于齿轮相对于轴承对称布与展开式相比载荷沿齿宽分布均匀轴承受载较均匀适用于变载荷的分流式场合高速级一般用斜齿低速级可用直齿或人字齿两级圆柱齿轮减速器减速器横向尺寸较小但轴向尺寸和重量较大且中间轴较长刚度差使沿齿宽载荷分布不均匀高速轴的承载同轴式能力难以充分利用每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半输入轴和输出轴只承受转矩中间轴只受全部载荷的一半故与传递同样功同轴分流式率的其他减速器相比轴颈尺寸可以缩小展开式同两级展开式三级圆柱齿轮减速器分流式同两级分流式轮齿可做成直齿斜齿或曲线齿用于两轴垂直相交的传动中也可用于两轴垂直相错的传动中由于制造安装复单级圆锥齿轮减速器杂成本高所以仅在传动布置需要时才采用两级圆锥-圆柱齿轮减速器特点同单级圆锥齿轮减速器圆锥齿轮应在高速级使其保持适度的尺寸三级圆锥-圆柱齿轮减速器特点同两级圆锥-圆柱齿轮减速器蜗杆下置式蜗杆在蜗轮下方啮合处的冷却和润滑都较好一般用于蜗杆圆周速度r10ms的场合单级蜗杆减速器蜗杆上置式蜗杆在蜗轮上方蜗杆的圆周速度可高些但蜗杆轴承润滑不便蜗杆侧置式蜗杆在蜗轮侧面蜗轮轴垂直布置一般用于水平旋转机构的传动两级蜗杆减速器传动比大结构紧凑但效率低两级齿轮-蜗杆减速器有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种形式前者结构紧凑而后者传动效率高与普通圆柱齿轮减速器相比尺寸小重量轻但制造精度要求较高结构较复杂在要求结构紧凑的动力传动中单级行星齿轮减速器应用广泛两级同单级行星齿轮减速器传动比大传动效率较高结构紧凑相对体积小重量轻通用于中小功率适用性广运转平稳噪声低单级摆线针轮减速器结构复杂造精度要求较高广泛用于动力传动中两级同单级摆线针轮减速器传动比大范围宽在相同条件下可比一般齿轮减速器的元件少一半体积和重量可减少2050承载能力大谐波齿轮减速器运动精度高可采用调整波发生器达到无侧隙啮合运转平稳噪声低可通过密封壁传递运动传动效率高且传动比大时效率并不显著下降主要零件柔轮的制造工艺较复杂主要用于小功率大传动比或仪表及控制系统中结构紧凑体积小重量轻传动比大效率高单级为9298噪声低过载能力强承载能力高输出转矩三环减速器高达400kNm不用输出机构轴承直径不受空间限制使用寿命长零件种类少齿轮精度要求不高无特殊材料且不采用特殊加工方法就能制造造价低适应性广派生系列多资料来源闻邦椿现代机械设计实用手册2015华泰研究减速器结构各异但一般包括传动零件圆柱齿轮锥齿轮蜗杆蜗轮行星轮等支承零件转轴组件滚动轴承轴承密封件等箱体零件箱体箱盖联接零件螺栓键销等减速器附件定位销观察孔盖板通气器油面指示器放油螺塞起盖螺钉起吊装置等免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读16通用机械图表19单级圆柱齿轮减速器结构图表20摆线针轮行星减速器结构输入轴针齿壳摆线轮偏心套轴承输出轴后盖端盖针齿套针齿销间隔环销轴销套机座制动环资料来源王庆海机械基础2010华泰研究资料来源王庆海机械基础2010华泰研究机器人渗透率加速提升已成为减速器需求增长核心驱动减速器应用领域广泛涵盖起重运输水泥建材矿山冶金电力机器人等其中减速器在机器人BOM表中占比达35远高于其他领域此外工业机器人渗透率加速提升人形机器人产业化稳步推进机器人领域已成为减速器需求增长核心驱动力本章亦重点讨论机器人用减速器图表21减速器下游应用领域繁多2019图表22工业机器人每个回转运动关节均需应用减速器减速器减速器减速器减速器电机其他电机25机器人11电力起重运输525减速器冶金电机9重型矿电机山水泥建材减速器1015同步皮带资料来源前瞻产业研究院中国机械工业联合会华泰研究资料来源龚仲华ABB工业机器人应用技术全集2020华泰研究图表23工业机器人BOM表中减速器成本占比超过304035353025201815104520工业机器人辊压机工程机械起重运输机注工业机器人减速器成本占比来源36kr研究院2022年报告数据辊压机减速器成本占比选取利君股份招股书2010年原材料采购减速机占比工程机械减速器成本占比选取徐工机械收购徐工有限报告书2021年材料采购传动材料占比起重运输机减速器成本占比选取法兰泰克招股书2015年原材料采购减速器占比资料来源徐工机械利君股份法兰泰克36kr研究院华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读17通用机械谐波RV减速器为工业机器人两大主要减速器机器人关节采用的电机能够直接输出旋转运动但其输出力矩通常小于关节需求力矩输出转速大于关节需求转速故减速器为机器人所有回转运动关节必须使用的关键部件且决定了机器人的运动速度定位精度与承载能力通用减速器较难满足机器人高精度大比例减速的要求故特殊减速器滤波齿轮减速器摆线针轮减速器精密行星减速器谐波减速器RV减速器5类减速器成为机器人用主要减速器其中关节应用占比较高的谐波减速器与RV减速器占据主流地位图表24多关节机器人应用最为广泛图表25谐波与RV减速器在全球机器人用减速器中的销量占比较高多关节机器人坐标机器人并联机器人精密行星SCARA机器人其他圆柱型其他摆线针轮100滤波减速器等902080706050谐波减速器4040RV减速器4030201002014201520162017201820192020资料来源前瞻产业研究院华泰研究资料来源中商产业研究院2023年报告GGII纳博特斯克华泰研究图表26行星RV谐波减速器应用场景各异行星减速器RV减速器谐波减速器图例传动效率958075温升304540噪声65db70db60db减速比3-51230-192430-160额定转矩下使用寿命20000h6000h8000h额定输出转矩40-1200Nm101-6135Nm66-921Nm扭转刚性10-370Nmarcmin20-1176Nmarcmin134-5409Nmarcmin通过柔轮的弹性变形传递运动主要体积比较小主要包括行星轮太阳通过多级减速实现传动一般由行星由柔轮刚轮波发生器三个核心零轮和内齿圈精密行星减速器单级传技术特点齿轮减速器的前级和摆线针轮减速器部件组成与RV及其他精密减速器动比都在10以内且减速级数一般不的后级组成组成的零部件较多相比谐波减速器使用的材料体积会超过3级及重量大幅度下降产品性能传动效率高性价比较高大体积高负载能力和高刚度体积小传动比高精密度高多关节机器人中机座大臂肩部等应用场景直角坐标机器人机器人小臂腕部或手部重负载位置3C半导体食品注塑模具医电子机械汽车能源包装印汽车运输港口码头等行业中通常终端领域疗等行业中通常使用由谐波减速器组刷食品等使用配有RV减速器的重负载机器人成的30kg负载以下的机器人资料来源绿的谐波招股书科峰智能招股书华泰研究谐波减速器多关节机器人手腕驱动主要减速器谐波减速器主要用于轻负载精密部件谐波减速器即谐波齿轮传动装置具有单级传动比大体积小质量小运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点与一般减速器比较在输出力矩相同时谐波减速器的体积可减少23重量可减轻12但谐波减速器的负载轻容许力矩负载在1500Nm以内故主要应用于机器人小臂腕部手部等轻负载精密部件领域免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读18通用机械谐波减速器主要由刚轮柔轮谐波发生器三大基本部件组成刚轮柔轮谐波发生器可任意固定其中1个其余2个部件一个连接输入主动另一个即可作为输出从动以实现减速或增速刚轮圆周上加工有连接孔的刚性内齿圈其齿数比柔轮略多一般多2或4个为了减小体积在薄形超薄形或微型谐波减速器上刚轮或与减速器轴承设计成一体构成谐波减速器单元柔轮可产生较大变形的薄壁金属弹性体可被制成水杯形礼帽形薄饼形弹性体与刚轮啮合的部位为薄壁外齿圈谐波发生器一般由椭圆形凸轮和可弹性变形的滚珠轴承构成凸轮装入轴承内圈后轴承将产生弹性变形成为椭圆形并迫使柔轮外齿圈变成椭圆形从而使椭圆长轴附近的柔轮齿与刚轮齿完全啮合短轴附近的柔轮齿与刚轮齿完全脱开当凸轮连接输入轴旋转时柔轮齿与刚轮齿的啮合位置可不断变化图表27谐波减速器主要由刚轮柔轮谐波发生器三大基本部分组成柔轮刚轮波发生器资料来源绿的谐波招股书华泰研究齿形柔轮波发生器均存较高技术壁垒其中齿形对谐波减速器的效率精度刚性寿命等关键指标均有较大影响各公司齿形设计各异如哈默纳科的IH齿形绿的谐波的P齿形川机器人的RS齿形柔轮成型工艺技术壁垒最高由于需在承受较大交变载荷的情况下不断变形且为减小磨损必须要有很高的硬度故柔轮对材料的材质抗疲劳强度加工精度热处理等要求均较高制造工艺复杂波发生器核心部件为柔性轴承与柔轮相似轴承对材料及其加工过程要求较高哈默纳科为全球龙头国内技术已取得突破谐波减速器1955年由美国发明家马瑟发明最初称为变形波发生器1957年获美国发明专利1960年美国UnitedShoeMachineryUSM率先研制出样机1964年日本长谷川齿车株式会社HasegawaGearWorksLtd和USM合作开始对其进行产业化研究和生产谐波减速器正式获名1970年长谷川齿车和USM合资在东京成立了HarmonicDrive哈默纳科公司哈默纳科由此奠定先发优势随后通过不断改善材料性能与结构巩固竞争优势2013年之前在机器人领域几乎处于垄断地位近年来国内企业生产工艺不断突破国内市占率持续提升2022年国内谐波减速器龙头绿的谐波国内市占率已超20谐波减速器人形机器人应用占比较高空间可期人形机器人精度要求高而负载要求低谐波减速器应用占比提升如特斯拉擎天柱机器人的旋转关节即采用谐波减速器根据中商产业研究院2022年我国谐波减速器市场规模约21亿元随人形机器人产业化推进谐波减速器市场空间可期免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读19通用机械图表28国内龙头绿的谐波国内市占率已达232022图表292022年国内谐波减速器市场规模约21亿元大族谐波川机器人亿元5535同川科技其他63012CAGR16来福谐波25820新宝日哈默纳科日1573410绿的谐波235020192020202120222025E资料来源GGII华泰研究资料来源中商产业研究院华泰研究图表30特斯拉擎天柱机器人旋转关节采用谐波减速器33谐波减速器222交叉滚子轴承资料来源TESLA2022AIDAY华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读20