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中國變速換檔推進自動化
專注精簡大扭矩需求
[作者 陳念舜]   2017年11月27日 星期一 瀏覽人次: [2294]

創立於1971年的中國變速工程(VARITRON),早期以生產傳統產業所需無段變速機、齒輪減速機為主,再逐步開發出專利賽驅樂擺線式減速機、RV擺線減速機、低背隙伺服行星減速機、遊星式減速機和液體攪拌機、工業齒輪箱等系列產品,至今仍普遍用於台北自來水廠,或高科技產業再生水處理的攪拌製程,甚至成為許多日本減速機製造大廠的合作對象。


尤其是中國變速率先引進、自主開發的「賽驅樂減速機」,因採用獨特擺線齒輪的圓弧齒型設計,優於漸開線齒輪,實現了多齒囓合達67%,避免斷齒及超過500%的抗過載能力。當時即具備較同級產品更高效率、扭矩及減速比,加上低噪音及壽命長等特點,不僅符合國際機場對於機械穩定性、效率和壽命的最高規格檢視;該公司產品品質還通過台灣高濕度、溫差條件的考驗,至今仍普遍應用於桃園國際機場的空橋及傳動輸送帶上,占有約50%市場。



圖1 : 中國變速率先引進、自主開發的「賽驅樂減速機」品質通過台灣高濕度、溫差條件的考驗,至今仍普遍應用於桃園國際機場的空橋及傳動輸送帶上,占有約50%市場。(source:i.ytimg.com)
圖1 : 中國變速率先引進、自主開發的「賽驅樂減速機」品質通過台灣高濕度、溫差條件的考驗,至今仍普遍應用於桃園國際機場的空橋及傳動輸送帶上,占有約50%市場。(source:i.ytimg.com)

直到約5年前二代接班經營以來,該公司更陸續推出多款RV(Rotate Vector)高精密擺線式減速機、低背隙伺服行星減速機,積極搶攻國內外自動化市場。尤其適用於特別要求低速、高扭矩,以增加荷重的搬運、銲接自動化設備及多關節機器人,現也有透過系統整合商協助引進,獲得歐洲設備製造廠商指定採用的實績;加上最近一段時間以來,各國關鍵零組件大廠飽受缺料、產能不足之苦,該公司同級產品還可望能彌補如日系大廠Nabtesco交貨期恐長達4~6個月的缺口。


RV擺線式減速機換檔加速 前進精密自動化市場

中國變速工程公司何俊宏表示,該公司最早從生產「擺線式減速機(Cycloidal drive)」起家,其原本就是RV減速機的衍生產品之一。雖然目前在台灣、中國大陸的亞洲製造業採用的機器人以3C、電子代工業型態為主,以採用50kg級以下輕量化機器人再搭配「諧和式減速機(Harmonic drive)」居多。但他考量在3C、電子代工業客戶層層剝削cost down的壓力下,機器人及零組件製造廠商利潤普遍不高;加上Harmonic減速機在先天結構上,本來就比RV減速機弱,而被視為耗材之一。他反而較看好RV減速機因為適用於追求結構緊湊,又要兼顧低背隙精密、輸出大扭矩的使用者,既足以調整配合更多樣客戶使用習慣,而不必特別強調延長使用壽命、可靠度優勢,已能實際搭載100kg以上多(軸)關節機器人,或用於80kg以下等級機種的基座(第一軸)、銲接自動化設備的轉盤及其他特殊設計機構。



圖2 : 中國變速工程公司何俊宏看好RV減速機比起HD減速機,更適用於追求結構緊湊,又要兼顧低背隙精密、輸出大扭矩需求等更多客戶的不同使用習慣。(攝影╱陳念舜)
圖2 : 中國變速工程公司何俊宏看好RV減速機比起HD減速機,更適用於追求結構緊湊,又要兼顧低背隙精密、輸出大扭矩需求等更多客戶的不同使用習慣。(攝影╱陳念舜)

何俊宏進一步指出,現在中國變速推出的高精密擺線式、RV減速機系列產品線已相當完整,除了採取可使整機結構較為穩定的齒形設計,且滿足客戶不同減速比需求之外;還強調不會像同業,因為無法研磨到精確齒形,而改以鋼柱替代,容易導致結構先天不良,恐減損精度。


反之,為了確保能在極為緊湊和高精度零組件配置的環境下使用,中國變速在滾動接觸元件上,利用擺線設計的獨特針齒和齒輪等滾動接觸零組件結構100%持續囓合設計,來減少磨損,以實現較高效率和延長使用壽命;且能降低背隙達1~3弧分(arc-min),將受力均勻分散到整個減速機齒輪,使之比傳統減速機耐衝擊、負荷能力更強,得以在緊急停止的短時間內最大扭矩達到額定扭矩5倍。所採取兩級減速機制,則可在兩個擺線齒輪以低速旋轉時,提供更大扭矩;且在提高減速比同時,經由特殊輸入軸降低了慣量與震動。同時搭載了一套大型集成式內角軸承,來支持外部更大負荷能力,使得減速機具備更大推力和懸臂式動量,進而減少對外部支撐設備需求,才能在保證高精度和輕量化前提下,提高扭矩和耐衝擊、荷載能力。


另針對客戶防振動、低噪音(65dB)設計需求所提供的精密行星減速機,則強調於行星齒輪及太陽齒輪選用高級鉻鉬合金鋼,並在切削加工後經滲碳熱處理,再進行二次加工skiving或研磨,背隙最高可達3arc-min,以確保齒輪精度與壽命,一、二段效率分別高達95%與92%。且其行星臂架與輸出軸均採用一體式結構設計,得以確保提高扭轉剛性與精度;並採用滾珠軸承大跨距配置設計,以增加輸出軸的徑向負荷,提高穩定性。


由於模組化輸入軸與馬達入力軸皆採用栓緊式機構連結,以確保在高轉速下結合介面的同心度與零滑差傳遞動力;模組化法蘭設計,則能適用於任何廠牌、型式的伺服馬達。而唯有行星式減速機會用到的鋁合金馬達連接板,以及鉻鉬合金鋼的一體化齒輪箱和內齒輪,則經調質後加工,輸出扭矩大、精密度高;再透過委外表面防銹、抗氧化陽極等熱處理過後,可提高對環境耐受力和抗腐蝕能力,並確保符合ISO 14001環保規範。


何俊宏表示,目前該公司產品仍以標準品居多,但已不再讓客戶自行翻閱型錄洽購,而會先了解客戶需求後,再依其導向來選型,或開發新品。在公司內部導入ERP及ISO 9001/14001等文件格式化品質管理系統認證機制下,已具備高良率及穩定供貨能力、訓練員工的統一標準,可確保每台出貨的標準減速機,都有對應的庫存及備料支援;甚至搭配合作的設備廠商外銷機台,也能提供國外相關售後服務。


擴展整廠設備應用 布局風力、太陽能市場

除了市場已遍及南韓、印度、俄羅斯、歐洲外,也曾在印尼、馬來西亞由當地系統整合商選型,提供棕櫚油後段加工廠的整廠Turnkey設備解決方案。且有別於過去常被國外客戶視為拼裝系統,中國變速還將產品線擴增至7~8款,以更充份滿足客戶在設計機台時,能選用不同型式減速機的需求。包括增加標準品庫存及採用模組化設計,以直接修改標準品的共用件;或利用齒輪、蝸桿/蝸輪與行星/擺線式減速機不同組合,來改變減速比,以符合台灣短交貨期需求,標準品在3天內即可出貨。



圖3 : 目前中國變速產品仍以標準品居多,但已不再讓客戶自行翻閱型錄洽購,而會先了解客戶需求後,再依其導向來選型,或開發新品。(攝影╱陳念舜)
圖3 : 目前中國變速產品仍以標準品居多,但已不再讓客戶自行翻閱型錄洽購,而會先了解客戶需求後,再依其導向來選型,或開發新品。(攝影╱陳念舜)

此外,因應現今工業4.0趨勢發展,中國變速也會配合國外客戶需求,在部份外銷齒輪箱加入感測器來量測溫度、壓力、震動、噪音或油位資訊,再回傳到客戶系統來診斷運轉時數(壽命)、可靠度,但RV減速機的感測器只能安裝於關節(軸)的外殼,台灣製造業的客戶對於接受智慧化程度相對不高。


該公司近年來還積極投入綠能產業應用,包括自今年起,與金屬中心在麥寮離岸風場上密切合作;以及提供特殊訂製規格的行星式減速機,來取代傳統追日型太陽能系統的螺桿、電動缸等,進而開發出一體化夾具,將減速機本體直接鎖固在柱子上來取代電動缸,才能維持長達約20年壽命。何俊宏說:「否則,像現在國外追日太陽能系統長期處於沙漠高溫或高鹽度的嚴苛環境,一般傳動元件早就因為經常漏氣/油而損壞,且環境偏僻又難以維修。因此,即便減速機初期投資比電動缸略高,卻能省下後續可觀的保修費用及時間,中國變速還能突破長期由歐洲系統商壟斷的局面。


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