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中国变速换档推进自动化
专注精简大扭矩需求
[作者 陳念舜]   2017年11月27日 星期一 浏览人次: [9825]

创立於1971年的中国变速工程(VARITRON),早期以生产传统产业所需无段变速机、齿轮减速机为主,再逐步开发出专利赛驱乐摆线式减速机、RV摆线减速机、低背隙伺服行星减速机、游星式减速机和液体搅拌机、工业齿轮箱等系列产品,至今仍普遍用於台北自来水厂,或高科技产业再生水处理的搅拌制程,甚至成为许多日本减速机制造大厂的合作对象。


尤其是中国变速率先引进、自主开发的「赛驱乐减速机」,因采用独特摆线齿轮的圆弧齿型设计,优於渐开线齿轮,实现了多齿??合达67%,避免断齿及超过500%的抗过载能力。当时即具备较同级产品更高效率、扭矩及减速比,加上低噪音及寿命长等特点,不仅符合国际机场对於机械稳定性、效率和寿命的最高规格检视;该公司产品品质还通过台湾高湿度、温差条件的考验,至今仍普遍应用於桃园国际机场的空桥及传动输送带上,占有约50%市场。



图1 : 中国变速率先引进、自主开发的「赛驱乐减速机」品质通过台湾高湿度、温差条件的考验,至今仍普遍应用於桃园国际机场的空桥及传动输送带上,占有约50%市场。(source:i.ytimg.com)
图1 : 中国变速率先引进、自主开发的「赛驱乐减速机」品质通过台湾高湿度、温差条件的考验,至今仍普遍应用於桃园国际机场的空桥及传动输送带上,占有约50%市场。(source:i.ytimg.com)

直到约5年前二代接班经营以来,该公司更陆续推出多款RV(Rotate Vector)高精密摆线式减速机、低背隙伺服行星减速机,积极抢攻国内外自动化市场。尤其适用於特别要求低速、高扭矩,以增加荷重的搬运、焊接自动化设备及多关节机器人,现也有透过系统整合商协助引进,获得欧洲设备制造厂商指定采用的实绩;加上最近一段时间以来,各国关键零组件大厂饱受缺料、产能不足之苦,该公司同级产品还可??能弥补如日系大厂Nabtesco交货期恐长达4~6个月的缺囗。


RV摆线式减速机换档加速 前进精密自动化市场

中国变速工程公司何俊宏表示,该公司最早从生产「摆线式减速机(Cycloidal drive)」起家,其原本就是RV减速机的衍生产品之一。虽然目前在台湾、中国大陆的亚洲制造业采用的机器人以3C、电子代工业型态为主,以采用50kg级以下轻量化机器人再搭配「谐和式减速机(Harmonic drive)」居多。但他考量在3C、电子代工业客户层层剥削cost down的压力下,机器人及零组件制造厂商利润普遍不高;加上Harmonic减速机在先天结构上,本来就比RV减速机弱,而被视为耗材之一。他反而较看好RV减速机因为适用於追求结构紧凑,又要兼顾低背隙精密、输出大扭矩的使用者,既足以调整配合更多样客户使用习惯,而不必特别强调延长使用寿命、可靠度优势,已能实际搭载100kg以上多(轴)关节机器人,或用於80kg以下等级机种的基座(第一轴)、焊接自动化设备的转盘及其他特殊设计机构。



图2 : 中国变速工程公司何俊宏看好RV减速机比起HD减速机,更适用於追求结构紧凑,又要兼顾低背隙精密、输出大扭矩需求等更多客户的不同使用习惯。(摄影/陈念舜)
图2 : 中国变速工程公司何俊宏看好RV减速机比起HD减速机,更适用於追求结构紧凑,又要兼顾低背隙精密、输出大扭矩需求等更多客户的不同使用习惯。(摄影/陈念舜)

何俊宏进一步指出,现在中国变速推出的高精密摆线式、RV减速机系列产品线已相当完整,除了采取可使整机结构较为稳定的齿形设计,且满足客户不同减速比需求之外;还强调不会像同业,因为无法研磨到精确齿形,而改以钢柱替代,容易导致结构先天不良,恐减损精度。


反之,为了确保能在极为紧凑和高精度零组件配置的环境下使用,中国变速在滚动接触元件上,利用摆线设计的独特针齿和齿轮等滚动接触零组件结构100%持续??合设计,来减少磨损,以实现较高效率和延长使用寿命;且能降低背隙达1~3弧分(arc-min),将受力均匀分散到整个减速机齿轮,使之比传统减速机耐冲击、负荷能力更强,得以在紧急停止的短时间内最大扭矩达到额定扭矩5倍。所采取两级减速机制,则可在两个摆线齿轮以低速旋转时,提供更大扭矩;且在提高减速比同时,经由特殊输入轴降低了惯量与震动。同时搭载了一套大型集成式内角轴承,来支持外部更大负荷能力,使得减速机具备更大推力和悬臂式动量,进而减少对外部支撑设备需求,才能在保证高精度和轻量化前提下,提高扭矩和耐冲击、荷载能力。


另针对客户防振动、低噪音(65dB)设计需求所提供的精密行星减速机,则强调於行星齿轮及太阳齿轮选用高级铬??合金钢,并在切削加工後经渗碳热处理,再进行二次加工skiving或研磨,背隙最高可达3arc-min,以确保齿轮精度与寿命,一、二段效率分别高达95%与92%。且其行星臂架与输出轴均采用一体式结构设计,得以确保提高扭转刚性与精度;并采用滚珠轴承大跨距配置设计,以增加输出轴的径向负荷,提高稳定性。


由於模组化输入轴与马达入力轴皆采用栓紧式机构连结,以确保在高转速下结合介面的同心度与零滑差传递动力;模组化法兰设计,则能适用於任何厂牌、型式的伺服马达。而唯有行星式减速机会用到的铝合金马达连接板,以及铬??合金钢的一体化齿轮箱和内齿轮,则经调质後加工,输出扭矩大、精密度高;再透过委外表面防??、抗氧化阳极等热处理过後,可提高对环境耐受力和抗腐蚀能力,并确保符合ISO 14001环保规范。


何俊宏表示,目前该公司产品仍以标准品居多,但已不再让客户自行翻阅型录洽购,而会先了解客户需求後,再依其导向来选型,或开发新品。在公司内部导入ERP及ISO 9001/14001等文件格式化品质管理系统认证机制下,已具备高良率及稳定供货能力、训练员工的统一标准,可确保每台出货的标准减速机,都有对应的库存及备料支援;甚至搭配合作的设备厂商外销机台,也能提供国外相关售後服务。


扩展整厂设备应用 布局风力、太阳能市场

除了市场已遍及南韩、印度、俄罗斯、欧洲外,也曾在印尼、马来西亚由当地系统整合商选型,提供棕榈油後段加工厂的整厂Turnkey设备解决方案。且有别於过去常被国外客户视为拼装系统,中国变速还将产品线扩增至7~8款,以更充份满足客户在设计机台时,能选用不同型式减速机的需求。包括增加标准品库存及采用模组化设计,以直接修改标准品的共用件;或利用齿轮、蜗杆/蜗轮与行星/摆线式减速机不同组合,来改变减速比,以符合台湾短交货期需求,标准品在3天内即可出货。



图3 : 目前中国变速产品仍以标准品居多,但已不再让客户自行翻阅型录洽购,而会先了解客户需求後,再依其导向来选型,或开发新品。(摄影/陈念舜)
图3 : 目前中国变速产品仍以标准品居多,但已不再让客户自行翻阅型录洽购,而会先了解客户需求後,再依其导向来选型,或开发新品。(摄影/陈念舜)

此外,因应现今工业4.0趋势发展,中国变速也会配合国外客户需求,在部份外销齿轮箱加入感测器来量测温度、压力、震动、噪音或油位资讯,再回传到客户系统来诊断运转时数(寿命)、可靠度,但RV减速机的感测器只能安装於关节(轴)的外壳,台湾制造业的客户对於接受智慧化程度相对不高。


该公司近年来还积极投入绿能产业应用,包括自今年起,与金属中心在麦寮离岸风场上密切合作;以及提供特殊订制规格的行星式减速机,来取代传统追日型太阳能系统的螺杆、电动缸等,进而开发出一体化夹具,将减速机本体直接锁固在柱子上来取代电动缸,才能维持长达约20年寿命。何俊宏说:「否则,像现在国外追日太阳能系统长期处於沙漠高温或高盐度的严苛环境,一般传动元件早就因为经常漏气/油而损坏,且环境偏僻又难以维修。因此,即便减速机初期投资比电动缸略高,却能省下後续可观的保修费用及时间,中国变速还能突破长期由欧洲系统商垅断的局面。


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