UNICASE — терминът, въведен от Sumitomo и широко възприет в производството на прецизни червячни редуктори — описва корпус, отлят от едно парче, с входно лагерно легло, изходно лагерно легло, камера за зъбно колело и монтажни крачета, интегрирани в една отливка, обработена като едно цяло. Конвенционалната алтернатива е разделен корпус, сглобен от две или три отделни отливки, закрепени с болтове на разделителната линия. Структурната разлика между двата дизайна е по-дълбока, отколкото предполагат детайлите на производството, и оформя твърдостта, прецизността на подравняване, вибрационните характеристики и икономията на експлоатационния живот на получения червячен редуктор. Статията по-долу определя количествено инженерните компромиси и посочва къде спецификацията UNICASE оправдава своята премия за цена 12-25%.

 

Какво е UNICASE - и защо се различава от разделените корпуси

Корпусът на червячен редуктор UNICASE се отлива като едно цяло парче, след което се обработва на CNC приспособление, което държи целия корпус, докато всяко легло за лагер, отвор за маслено уплътнение, монтажна повърхност и инспекционен отвор се изрязват с една установка. Геометричният резултат е, че всички функционални повърхности споделят обща отправна система в рамките на повторяемостта на CNC машината — обикновено ±5-10 µm. Разделеният корпус постига едни и същи легла за лагери чрез отливане на две половини, обработка на всяка от които в собствена установка и след това закрепването им с болтове. Болтовото съединение въвежда грешка в подравняването от три независими източника: отправната точка за настройката на всяка отливка, компресията на уплътнението по линията на разделяне и разпределението на въртящия момент на болта.

Традиционният разделен дизайн беше инженерната норма до 80-те години на миналия век, защото опростяваше леенето (по-малки части, по-малко сърца) и позволяваше лесен достъп за сглобяване. UNICASE стана практичен, тъй като CNC обработващите центрове станаха достатъчно големи, за да закрепят пълни корпуси на червячни редуктори с една установка, а сърцата за леене станаха достатъчно прецизни, за да произвеждат стабилни моноблокови отливки без съкращението в равнината на разделяне. Днес компромисът вече не е техническа възможност - и двата процеса работят - а оптимизация на разходите спрямо производителността в различните класове приложения.

Sumitomo, SEW, Bonfiglioli и Korea Ever-Power предлагат червячни редуктори UNICASE, наред с конвенционалните разделени корпуси, при припокриващи се размери на корпусите. Ценовата премия варира между производителите и корпусите, но постоянно е в диапазона 12-25% в сравнение със сравнимата спецификация на разделени корпуси. Дали премията се изплаща зависи от класа на работа, чувствителността към центровка на задвижваното оборудване и обхвата на ограниченията за шум/вибрации на приложението.

Проблемът с разделения корпус — загуба на подравняване и скованост

Сглобките с разделен корпус страдат от два инженерни компромиса, които моноблоковите конструкции елиминират чрез конструкцията си. Първият е подравняването на лагера и гнездото. Тъй като всяка половина на корпуса е обработена със собствена CNC машина, отворът на лагера в горната половина не може да се отнася до отвора на лагера в долната половина, освен чрез референтната точка на равнината на разделяне - и тази референтна точка пренася допустимото отклонение на компресия на уплътнението и променливостта на въртящия момент на болта в сглобеното измерване. Измерената на място концентричност между входните и изходните гнезда на лагерите на типичен червячен редуктор с разделен корпус със средна рама е в диапазона ±40-80 µm; на еквивалент на UNICASE тя е ±15-25 µm.

Разликата от 30-50 µm е от значение, защото мрежата на червячния редуктор очаква оста на червячния вал да бъде перпендикулярна на оста на колелото с точност до 100 µm при типични диаметри на стъпката. Грешка в подравняването на лагерите от 60 µm изразходва повече от половината на наличния бюджет за подравняване преди какъвто и да е коефициент на монтаж. Оставащият марж трябва да абсорбира термично разширение, плоскост на основната плоча, паралелизъм на съединителя и други полеви допуски. UNICASE по същество връща вътрешния бюджет за подравняване на производителя, оставяйки повече място за коефициенти на монтаж.

Вторият компромис е твърдостта на рамката. Болтовата връзка по разделителна линия се огъва под действието на силите на реакция на зъбното зацепване, защото уплътнението се свива, а болтовете се разтягат еластично. Моноблоковите отливки нямат такава връзка - същият случай на натоварване води до 30-45% по-малко огъване в местата на лагерите, което поддържа модела на контакт на зъбното зацепване центриран и намалява динамичното възбуждане в целия работен диапазон.

Производство на UNICASE — Подход с еднократно отливане на моноблок

Производството на UNICASE започва в леярната. Формата трябва да оформи целия корпус като едно цяло - включително вътрешната кухина, която се превръща в камерата за зъбно колело - използвайки пясъчна сърцевина или модел от изпарена пяна, който се отстранява след отливането. Отливката се охлажда като едно цяло, развива остатъчни напрежения равномерно по сглобената обвивка, вместо да се концентрира в разделителните равнини, и пристига в машинния цех като един детайл. Проверката на качеството на отливките на червячни редуктори UNICASE в леярната използва проверка с проникващо багрило на критични повърхности и ултразвукова проверка през зоните на лагерните гнезда за откриване на вътрешни дефекти.

Машинната обработка се извършва на 4- или 5-осен хоризонтален CNC център, като корпусът е фиксиран към въртяща се маса. Комплектът се завърта през позиции за всеки отвор за лагер, кухина за маслено уплътнение, монтажна повърхност и отвор за дюбел - всички спрямо една и съща базова рамка. Повторяемостта на обработката в различните позиции обикновено е ±5-10 µm на съвременните центрове, което определя долната граница на спецификацията за подравняване UNICASE. Проверката след обработката потвърждава концентричността, паралелизма и перпендикулярността, преди корпусът да бъде измит, боядисан или анодиран и изпратен за монтаж.

Премията за разходите в сравнение с производството на разделени корпуси идва от три източника: по-сложно леене (по-голям модел, пясъчна сърцевина за вътрешна кухина, по-висок процент на брак в леярната), по-дълги настройки за обработка (пълен 5-осен проход спрямо по-прости 3-осни рязаня) и по-строги изисквания за контрол. Производството на червячни редуктори обикновено е 90-95% при UNICASE спрямо 96-98% при разделени корпуси, като бракуваните отливки се отразяват на по-високата себестойност на единица продукция.

Количествено определена полза от коравината — Деформация при номинално натоварване

Предимството на UNICASE по отношение на твърдостта се проявява най-ясно в отклонението на лагерното легло под реактивно натоварване от зъбното зацепване. Визуализацията по-долу показва типични FEM-прогнозирани и стендово измерени отклонения на червячен редуктор в леглото на изходния лагер за червячен редуктор с еквивалентна рамка и в двете архитектури на корпуса, при номинално натоварване по каталог 100%.

Намаляването на отклонението при 40-45% е еднакво за всички размери на рамата — загубата на твърдост на съединението на разделителната линия се мащабира приблизително с размера на рамата, така че структурното предимство на UNICASE се запазва в целия диапазон. За приложения, където точността на позициониране на изходния вал е от значение (задвижвания на машинни инструменти, индексиращи маси, роботизирани оси), по-ниското отклонение се превръща директно в по-добра повторяемост на позиционирането при промяна на натоварването.

Прецизно подравняване на лагер-легло

Постижимото подравняване на лагера и седлото при всяка конструкция зависи от три източника на грешки: повторяемост на машинния инструмент, качество на настройката и несъответствие, предизвикано от съединението. UNICASE елиминира изцяло третия източник; другите два допринасят еднакво и за двете архитектури. Обобщението по-долу показва типичните показатели за подравняване на червячен редуктор със средна рамка с подробно разпределение на всеки фактор. За съчетани комплекти червячни зъбни колела, подравнени по лагер, които се възползват най-много от прецизността на UNICASE, вижте нашите референтен номер на червяк и червячно колело.

За приложения с червячни редуктори, задвижващи прецизни ротационни маси, шпиндели на машинни инструменти или роботизирани оси, по-тясното подравняване с 40 µm води директно до по-добър контакт на зъбното колело, по-ниски нива на шум и по-дълъг експлоатационен живот на лагерите. Лагерите на червячните редуктори, работещи при номинално каталожно натоварване с отклонение от 60 µm (вижте L10), имат съкратен живот с 30-50% в сравнение с подравняването с 20 µm UNICASE.

Подобрения във вибрациите и акустиката

Двете подобрения на червячния редуктор, посочени по-горе – по-добро центровка на лагерите и по-висока твърдост на рамката – се комбинират, за да намалят вибрационните емисии в целия работен диапазон на скоростта. Измерените на място вибрации на червячен редуктор UNICASE при номинално натоварване обикновено са с 4-7 dB под тези на еквивалентен агрегат с разделен корпус в същата работна точка, като най-голямата празнина е концентрирана в основната честота на зъбното зацепване, където комбинацията от центровка и твърдост е от най-голямо значение.

Акустичното предимство обикновено е по-малко възприемчиво от разликата между алуминиевите и чугунените корпуси (която е 10-16 dB), но се натрупва в допълнение към избора на материал за корпуса. Чугунен червячен редуктор UNICASE съчетава и двете подобрения и осигурява нива на шум в полето с 14-23 dB под този на алуминиев разделен корпус с еквивалентна мощност и съотношение. За инсталации в близост до граници на експозиция на персонала или в акустично чувствителни среди, комбинацията е от значение.

Вторично предимство се проявява като по-дълго задържане на болтовете. Възбуждането с вибрации от червячния редуктор бавно разхлабва монтажните болтове; по-ниските вибрации удължават интервала за повторно затягане на болтовете. UNICASE агрегатите обикновено работят 8000-12 000 часа между планираното повторно затягане при тежки промишлени условия, докато еквивалентите с разделен корпус се нуждаят от интервали от 4000-6000 часа, за да поддържат същата целостност на монтажа.

Компромис с разходите — когато UNICASE се изплаща

Дали премията 12-25% UNICASE ще се изплати зависи от три фактора на приложението: чувствителност на задвижваното оборудване към центровка, диапазон на вибрационни ограничения и работен цикъл. Разработеният пример по-долу показва изчислението на разходите и възвръщаемостта за типична корейска спецификация на червячен редуктор за прецизно производство - 5,5 kW рама 110, задвижваща индексираща маса на машинен инструмент с 8000 часа годишно.

За спецификациите на червячни редуктори за прецизно приложение, премията на UNICASE се изплаща бързо. За приложения на червячни редуктори с некритичен режим на работа (общи конвейери, леки смесители, индексатори за опаковане без строги изисквания за позиция), спестяванията от поддръжка сами по себе си може да не компенсират премията - предимството за качество е определящо за икономиката, а където то не е приложимо, разделеният корпус остава оптимален от гледна точка на разходите.

Сценарии на приложение за спецификацията UNICASE

Осем корейски и азиатски класа приложения, където спецификацията на червячния редуктор UNICASE обикновено е оправдана от комбинацията от инженерни и икономически аспекти, описана по-горе. Разгледайте по-широкия обхват. каталог на червячни редуктори за рамки UNICASE с размери, съответстващи на тези категории приложения.

Често задавани въпроси за червячен редуктор UNICASE

Редактор: Cxm