工業機器人的血液，你對減速機潤滑油品知多少？

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　　2017年8月26日，《中國機器人產業發展報告（2017年）》在北京發布。報告指出，我國機器人市場已經進入高速增長期。自2013年中國成為全球第一大工業機器人應用市場以來，連續5年穩居第一把交椅，2017年我國工業機器人產量超過12萬臺，約占全球市場的1/3。

　　近年來，我國勞動力成本不斷攀升、勞動力供給趨于下降，與此同時，產業要求轉型升級，這些因素成為中國制造業用工業機器人替代人工的重要驅動力，也助推了我國工業機器人需求的飛速增長。

　　目前，中國的制造業正邁入“智能制造”時代，工業機器人作為“中國制造2025”規劃的十大重點領域之一，更是受到了政府和產業界的高度重視。同時，工業機器人也是資金密集、技術密集和人才密集的行業。其三大核心關鍵部件伺服系統、精密減速機和控制器的技術隨著機器人技術的進步及創新應用在不斷進步（之前，MM現代工業機器人的微信公眾號推出了“工業機器人關鍵核心部件市場及國產替代分析”三連彈，受到業界的廣泛關注。工業機器人伺服電機市場及國產替代分析;工業機器人精密減速機市場機遇巨大，國產替代在加速進行;工業機器人控制器市場現狀及國產替代分析）。

　　這三大關鍵核心部件中，精密減速機被公認是工業機器人中技術壁壘最高的部件，又稱“機器人的關節”，其成本約占機器人整體成本的1/3。它的主要作用是用來精確控制機器人的操作精度，起到把電動機、內燃機等高速運轉動力通過齒輪來減速并傳遞更大轉矩的目的，其性能的好壞直接影響工業機器人的性能。其重要性不言而喻。一般情況下，一臺通用機器人需要的減速機個數為4～8套。目前應用于工業機器人領域的減速機主要有兩種，一種是RV減速機，另一種是諧波減速機。

　　無論對于RV減速機和諧波減速機，良好的潤滑都是其發揮作用的關鍵因素。好比汽車一樣，如果沒有良好的潤滑，汽車將無法正常工作。有人將潤滑油之于汽車比喻為血液之于人體，足見潤滑的重要性。這個比喻同樣適用于機器人的精密減速機。今天我們重點來談一談工業機器人精密減速機的國內外潤滑油品應用及未來趨勢。

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　　目前，大約有80%的零件損壞是由于摩擦和磨損引起。當然，可以通過合理地選擇摩擦副配對材料等材料學方法達到減小磨損，而潤滑油具有冷卻、沖洗、保護、密封、防銹、卸荷、減震、對添加劑起載體及起結構材料等作用，因而采用合理潤滑不失為減摩的一種有效方法。對于工業機器人減速機而言，機械摩擦離不開潤滑，合適的潤滑產品會使機械獲得充分的潤滑和保護，延長機械壽命，提高工作效率和機械穩定性，防止磨損、劃痕、點蝕、發熱等帶來的維護成本。

　　雖然中國已成為全球最大的工業機器人應用市場，但“四大家族”憑借著核心技術和市場策略，占據了中國工業機器人市場的70%。與我國工業機器人關鍵核心部件技術缺失同樣尷尬的是，高性能的工業機器人專用油品也面臨類似的處境。工業機器人配套油品，同樣大部分被外國公司，如日本協同、美孚、殼牌和嘉實多等壟斷。這使得工業機器人配套用油的研發成為近年來國內相關企業的關注熱點和發力點。

　　工業機器人減速機對潤滑的特定要求

　　工業機器人減速機對潤滑有著特定的要求。目前，工業機器人減速機中可以使用潤滑油或潤滑脂作為潤滑介質。不同的機器人供應商針對不同的客戶，側重點有所不同。對于使用潤滑油作為潤滑介質來說，它具有諸多優點，如熱量分配平衡，利于冷卻；添加劑的消耗量慢；易于更換；清潔，沉積物控制好等，但也存在易泄漏、與其他類型的油不能混用、與個別密封材料及噴漆有可能不適應等缺點。一般來說，歐系機器人供應商更側重于潤滑介質的清潔冷卻性以及易更換性，多數推薦油潤滑。而潤滑脂潤滑相較于潤滑油來說，不易泄漏、不易污染，但也存在不易更換、易老化、添加劑損耗快等缺點，日系機器人供應商側重考慮的是潤滑介質的不易滲漏性，故多數推薦脂潤滑。

　　對于采用潤滑油作為潤滑介質的減速機來說，由于柔輪和鋼輪高速嚙合的過程中，齒面間相對滑動速度大，其配套潤滑油的作用在于減少齒輪摩擦副在傳動過程中產生的熱量，起到散熱作用，保證齒輪充分潤滑，減少摩擦，防止齒輪發生磨損甚至膠合，達到提高傳動效果和承載力的目的。而隨著工業機器人減速機趨于小型化、輕量化、高速化和重載化的發展趨勢，其工況條件勢必更加苛刻，對其配套用油提出了更高的性能要求。歸納起來，主要有以下幾點：

　　（1） 優異的黏溫性能和低溫性能，保證在減速機溫度變化時，能充分潤滑齒輪摩擦副，并能清潔齒面；

　　（2）更低的摩擦系數和牽引系數，良好的油性，帶來減速機傳動效率的提升和能耗的降低；

　　（3）優異的極壓抗磨性，提供優異的抗磨性能和承載能力，降低齒輪間的磨損；

　　（4）優良的防銹防腐性，提供良好的防銹保護，對銅等有色金屬部件無腐蝕；

　　（5）優良的氧化安定性和熱安定性，更長的油品使用壽命，滿足工業機器人減速機24000～48000小時的換油周期；

　　（6）優良的抗泡性能，抑制泡沫的產生并使泡沫迅速消失，保證工業機器人安全運行；

　　（7）優異的清凈性能和可生物降解性，抑制油泥沉積且不污染環境。

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　　從以上配套用油的性能要求來看，傳統礦物油、合成烴油以及合成酯油通常8000~12000小時的換油周期與目前大部分型號工業機器人多軸減速機所要求的24000~48000小時的換油周期還有較大差距，工業機器人減速機配套用油多采用黏度指數大于180的進口產品，其性能中極低的摩擦系數和極低的油泥沉積等特色也是上述3種傳統潤滑油無法比擬的。因此，工業機器人配套用油的基礎油選型及配比，也成了開發此類產品的關鍵技術之一。

　　下面對諧波減速機和RV減速機的工作原理以及對潤滑油的特定需要為例，進行介紹：

　　諧波減速機

　　減速機原理：柔輪齒和剛輪齒在節圓處嚙合過程就如同兩個純滾動（無滑動）圓環一樣，兩者在任何瞬間，在節圓上轉過弧長必須相等。由于柔輪比剛輪在節圓周長上少了兩個齒距，所以柔輪在嚙合過程中，就必須相對剛輪轉過兩個齒距角位移，這個角位移正是減速機輸出軸的轉動，從而實現了減速目的。

　　結構特點：體積小、重量輕、傳動比大、精度高、傳動平穩、效率高

　　應用領域：輕型工業機器人/機械臂、精密測量裝置、對體積有要求的精密傳動系統

　　零部件構成：

　　諧波減速機潤滑要求

　　極壓抗磨性：諧波減速機需頻繁啟停且經常往復運動，易產生磨損，導致精度降低，所以要求潤滑脂必須具有優異的極壓抗磨性能。

　　熱穩定性能：工業機器人關節結構緊湊，散熱性較差，長時間連續工作造成關節部位溫度較高。要求潤滑脂具有良好的熱穩定性和氧化安定性。

　　長壽命：諧波減速機需要頻繁地啟動和在較小的空間里進行往復運動，承受高速高負荷運行，由此要求油脂必須具備長壽命潤滑，不積碳、不變色，不分油。

　　降噪性：諧波減速機由于傳動齒輪的摩擦、振動以及碰撞會產生強烈的噪音，要求潤滑脂必須要有極強的油膜 厚度和附著力，有效降低噪音。

　　RV減速機

　　RV減速機原理：RV減速機一般用于低轉速大扭矩的傳動設備，把電動機、內燃機或其它高速運轉動力通過減速機輸入軸上的齒數少的齒輪嚙合輸出軸上的大齒輪來達到減速的目的。

　　結構特點：傳動比大、精度高、效率高、壽命長應用領域：機械手、機床、裝配裝置、搬運裝置

　　RV減速機潤滑要求

　　合適的粘度：粘度是選擇油品的關鍵指標之一。粘度小了，其形成的油膜薄，強度低，易造成設備磨損，縮短設備使用壽命。粘度過大，則會增大設備運轉的阻力，易發熱且增加能耗。

　　良好的極壓抗磨性能：RV減速機加工精度很高，摩擦面之間的間隙很小，而工業機器人越來越多地用于負載的工況，故工作中常處于邊界潤滑狀態，這就要求潤滑劑具有足夠的油膜厚度和良好的極壓性能，以防齒輪磨損過大，出現間隙過大，精度降低。減震降噪：流體脂比潤滑油具有更好的減振降噪效果，同時也具有更好的抗沖擊載荷性能。高溫穩定性和氧化安定性：工業機器人關節緊湊，用于此處的RV減速機散熱較差，且需要長時間的工作，造成工業機器人關節部位溫度升高，要求潤滑脂具有良好的高溫穩定性和氧化安定性，以避免在高溫下流失和變質。同時，氧化安定性好還能保證潤滑劑長壽命，不頻繁更換。工業機器人維護周期長，換脂周期一般是半年到一年。

　　國內外工業機器人減速機用潤滑油現狀

　　國外工業機器人用油的研究應用起步較早，伴隨著傳動技術及嚙合理論的發展而迅速發展，油品類型也由傳統的礦物油、合成烴油向聚亞烷基二醇型合成油轉化。其中，聚亞烷基二醇型合成油以其優越的減摩、耐高溫性能等諸多優點在歐系工業機器人品牌中廣泛采用。有代表性的國外合成型工業機器人油有TMO150、S4WE150等產品。

　　而國內公司由于工業機器人及其核心部件減速機大部分均依賴進口，其初裝油和指定用油均被國外公司壟斷。據調研，國產品牌機器人專用油的研發還基本處于空白，市面上也很少有對應的國產機器人專用油產品。

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　　在工業機器人配套用油方面，值得一提的是，中國石油潤滑油公司近年來堅持在合成型頂級產品的架構和優化升級，緊跟國際先進水平的步伐。自2014年以來，就已著手工業機器人減速機配套用油的開發工作，目前已成功開發了KG/R150工業機器人專用油，產品具有優異的黏溫性能、極壓抗磨性能、極低的摩擦系數、良好的抗泡性能和氧化安定性能，其質量達到國外同類先進水平，并成功應用于國內某品牌汽車OEM制造商的工業機器人中。

　　工業機器人減速機用潤滑油市場容量及趨勢

　　工信部牽頭制訂的“機器人十三五規劃”指出，未來5～10年中國工業機器人行業將呈現高速發展態勢。到2020年，中國的工業機器人保有量約為80萬臺。按照每臺工業機器人用油需求量大約在25～30升，平均換油周期約為2年計，可推算出到2020年，機器人專用油需求量約5000噸。

　　從工業機器人減速機用油類型來看，聚亞烷基二醇合成型工業機器人用油由于具有更為優異的潤滑性和低牽引力，以及優異的低溫流動性，在苛刻的運行條件下，能夠改進減速機的效率，滿足機器人多軸減速機超長周期潤滑的要求，將逐漸取代礦物型和合成烴型機器人用油產品。

　　從工業機器人減速機用油性能要求來看，隨著工業機器人減速機趨于小型化、輕量化、高速化、重載化，其配套用油需要更為優異的極壓抗磨性能、抗泡性能、防銹防腐性能、抑制油泥沉積以及更長的換油周期。

　　最后，低毒、可生物降解的工業機器人配套用油產品將是未來滿足環保法規不斷嚴格要求的必然趨勢。