UNICASE – termín zavedený společností Sumitomo a široce používaný ve výrobě přesných šnekových reduktorů – popisuje těleso odlité z jednoho kusu, s usazením vstupního ložiska, usazením výstupního ložiska, záběrovou komorou ozubeného kola a montážními patkami integrovanými do jednoho odlitku obrobeného jako celek. Konvenční alternativou je dělené těleso sestavené ze dvou nebo tří samostatných odlitků sešroubovaných na dělicí čáře. Strukturální rozdíl mezi těmito dvěma konstrukcemi sahá hlouběji, než naznačují výrobní detaily, a ovlivňuje tuhost, přesnost ustavení, vibrační charakteristiky a ekonomii životnosti výsledného šnekového reduktoru. Níže uvedený článek kvantifikuje technické kompromisy a identifikuje, kde specifikace UNICASE ospravedlňuje cenovou přirážku 12-25%.

 

Co je UNICASE – a proč se liší od dělených pouzder

Těleso šnekového reduktoru UNICASE je odlito jako jeden neporušený kus a poté obrobeno na CNC upínacím přípravku, který drží celý plášť, zatímco každé ložiskové sedlo, otvor pro olejové těsnění, montážní plocha a inspekční otvor jsou vyříznuty v jednom ustavení. Geometrickým výsledkem je, že všechny funkční plochy sdílejí společný referenční systém s opakovatelnou přesností CNC stroje – typicky ±5–10 µm. Dělené těleso dosahuje stejných ložiskových sedel odlitím dvou polovin, obrobením každé ve vlastním ustavení a následným sešroubováním. Šroubový spoj zavádí chybu souososti ze tří nezávislých zdrojů: referenční nastavení každého odlitku, stlačení těsnění na dělicí linii a rozložení utahovacího momentu šroubu.

Tradiční dělená konstrukce byla inženýrskou normou až do 80. let 20. století, protože zjednodušovala odlévání (menší díly, méně jader) a umožňovala snadný přístup pro montáž. UNICASE se stal praktickým, jakmile se CNC obráběcí centra zvětšila natolik, aby dokázala upevnit kompletní skříně šnekových reduktorů v jednom nastavení, a jak se odlévací jádra stala dostatečně přesnými, aby dokázala vyrábět kvalitní monoblokové odlitky bez zkratky v dělicí rovině. Dnes už kompromisem není technická způsobilost – oba procesy fungují – ale optimalizace nákladů a výkonu napříč třídami aplikací.

Společnosti Sumitomo, SEW, Bonfiglioli a Korea Ever-Power nabízejí šnekové reduktory UNICASE vedle konvenčních dělených skříní v překrývajících se velikostech rámů. Cenová přirážka se liší v závislosti na výrobci a rámu, ale u srovnatelné specifikace dělených skříní se konzistentně pohybuje v pásmu 12-25%. Zda se přirážka vrátí, závisí na třídě zatížení, citlivosti poháněného zařízení na souosost a rozsahu hlukových/vibračních omezení aplikace.

Problém rozděleného pouzdra – ztráta zarovnání a tuhosti

Sestavy s děleným tělesem trpí dvěma technickými kompromisy, které monoblokové konstrukce eliminují svou konstrukcí. Prvním je usazení ložiska a jeho úložného prostoru. Vzhledem k tomu, že každá polovina tělesa je obráběna na vlastním CNC obráběcím stroji, nemůže se otvor ložiska v horní polovině vztahovat k otvoru ložiska v dolní polovině jinak než prostřednictvím vztažné roviny dělicí roviny – a tato vztažná hodnota přenáší do měření sestaveného materiálu toleranci stlačení těsnění a variabilitu utahovacího momentu šroubů. Souosost mezi úložným prostorem vstupního a výstupního ložiska na typickém šnekovém převodu s děleným tělesem uprostřed rámu se měřila v rozmezí ±40–80 µm; na ekvivalentu UNICASE se pohybuje v rozmezí ±15–25 µm.

Rozdíl 30–50 µm je důležitý, protože záběr šnekového reduktoru očekává, že osa šnekového hřídele bude kolmá k ose hřídele kola s odchylkou do 100 µm při typických průměrech rozteče. Chyba souososti ložisek 60 µm spotřebuje více než polovinu dostupného rozpočtu na souosost před započtením instalačního faktoru. Zbývající rezerva musí absorbovat tepelnou roztažnost, rovinnost základní desky, rovnoběžnost spojky a další tolerance v terénu. UNICASE v podstatě vrací interní rozpočet na souosost výrobci a ponechává tak více prostoru pro instalační faktory.

Druhým kompromisem je tuhost rámu. Šroubový spoj s dělicí linií se vlivem reakčních sil v záběru ozubených kol prohýbá, protože těsnění se stlačuje a šrouby se elasticky natahují. Monoblokové odlitky takový spoj nemají – stejný stav zatížení vytváří o 30-45% menší průhyb v úložných místech ložisek, což udržuje kontaktní vzor záběru ozubených kol vystředěný a snižuje dynamické buzení v celém provozním rozsahu.

Výroba UNICASE – monoblokový přístup s jedním odlitím

Výroba UNICASE začíná ve slévárně. Forma musí vytvořit celé těleso jako jeden celek – včetně vnitřní dutiny, která se stává komorou pro záběr ozubených kol – s použitím pískového jádra nebo pěnového modelu, který se po odlití odstraní. Odlitek chladne jako jeden kus, vyvíjí rovnoměrně zbytková napětí po celém sestaveném obalu, spíše než aby se koncentrovala na rozhraních dělicích rovin, a do strojírny dorazí jako jeden obrobek. Ověřování kvality odlitků šnekových převodů UNICASE ve slévárně využívá kontrolu penetrací barviva na kritických površích a ultrazvukovou kontrolu v oblastech ložiskového úložiště k detekci vnitřních vad.

Obrábění probíhá na 4- nebo 5osém horizontálním CNC centru s pouzdrem upevněným na otočném stole. Upínání se otáčí o několik pozic pro každý otvor ložiska, dutinu pro olejové těsnění, montážní plochu a otvor pro kolík – vše vztaženo ke stejnému vztažnému systému. Opakovatelná přesnost obrábění napříč polohami je na moderních centrech obvykle ±5–10 µm, což stanoví dolní hranici specifikace zarovnání UNICASE. Kontrola po obrábění potvrzuje soustřednost, rovnoběžnost a pravoúhlost předtím, než je pouzdro omyto, natřeno nebo eloxováno a odesláno k montáži.

Cenová přirážka oproti výrobě s dělenými tělesy pochází ze tří zdrojů: složitější odlitky (větší model, pískové jádro pro vnitřní dutinu, vyšší míra zmetkovitosti ve slévárně), delší obráběcí přípravky (plný 5osý průchod oproti jednodušším 3osým řezům) a přísnější požadavky na kontrolu. Výtěžnost výroby šnekových reduktorů se obvykle pohybuje mezi 90 a 951 TP3T u UNICASE oproti 96 a 981 TP3T u dělených těles, přičemž zmetkovitost odlitků se projevuje ve vyšších jednotkových nákladech.

Kvantifikovaný přínos tuhosti – průhyb při jmenovitém zatížení

Výhoda tuhosti UNICASE se nejzřetelněji projevuje v průhybu ložiskového sedla při reakčním zatížení ozubeného kola. Níže uvedená vizualizace ukazuje typické průhyby šnekového převodu v sedle výstupního ložiska, předpovězené metodou konečných prvků a naměřené na laboratorním stole, pro ekvivalentní šnekový převod v obou architekturách skříně při jmenovitém zatížení dle katalogu 100%.

Snížení průhybu u 40-45% je konzistentní napříč velikostmi rámu – ztráta tuhosti spoje dělicí linie se zhruba odvíjí od velikosti rámu, takže konstrukční výhoda UNICASE přetrvává v celé řadě. U aplikací, kde je důležitá přesnost polohy výstupního hřídele (pohony obráběcích strojů, indexovací stoly, robotické osy), se nižší průhyb přímo promítá do lepší opakovatelnosti polohování při kolísání zatížení.

Přesné ustavení ložiska a sedla

Dosažitelné souosost ložiska a sedla u každého provedení závisí na třech zdrojích chyb: opakovatelnosti obráběcího stroje, kvalitě reference nastavení a nesouososti způsobené spojem. UNICASE třetí zdroj zcela eliminuje; další dva zdroje přispívají stejnou měrou k oběma architekturám. Níže uvedený souhrn ukazuje typický výkon souososti u šnekového převodu se středním rámem s podrobným rozpisem každého přispívajícího faktoru. Pro spárované sady šnekových kol s usazenými ložisky, které nejvíce těží z přesnosti UNICASE, viz naše referenční číslo páru šneku a šnekového kola.

U aplikací šnekových reduktorů pohánějících přesné otočné stoly, vřetena obráběcích strojů nebo robotické osy se o 40 µm přesnější vyrovnání promítá přímo do lepšího kontaktního vzoru ozubeného kola, nižších emisí hluku a delší životnosti ložisek. Ložiska šnekových reduktorů pracující při jmenovitém katalogovém zatížení s vychýlením 60 µm (viz L10) mají životnost zkrácenou o 30-50% ve srovnání s vyrovnáním UNICASE 20 µm.

Vylepšení vibrací a akustických parametrů

Dvě výše uvedená vylepšení šnekového převodu – lepší souosost ložisek a vyšší tuhost rámu – dohromady snižují emise vibrací v celém rozsahu provozních otáček. Vibrace šnekového převodu UNICASE naměřené v terénu při jmenovitém zatížení jsou obvykle o 4–7 dB nižší než u ekvivalentní jednotky s dělenou skříní ve stejném provozním bodě, přičemž největší mezera je soustředěna na základní frekvenci záběru ozubených kol, kde je kombinace souososti a tuhosti nejdůležitější.

Akustický přínos je obvykle méně vnímatelný než rozdíl mezi hliníkovým a litinovým pouzdrem (který se pohybuje 10–16 dB), ale přidává se k volbě materiálu pouzdra. Litinový šnekový převod UNICASE kombinuje obě vylepšení a dosahuje úrovně hluku o 14–23 dB nižší než hliníková jednotka s děleným pouzdrem stejného výkonu a převodu. Pro instalace v blízkosti limitů expozice personálu nebo v prostředích citlivých na hluk je tato kombinace důležitá.

Druhou výhodou je delší držení šroubů. Vibrace šnekového reduktoru pomalu uvolňují montážní šrouby; nižší vibrace prodlužují interval utahování šroubů. Jednotky UNICASE obvykle pracují 8 000–12 000 hodin mezi plánovaným utahováním v těžkém průmyslovém provozu, zatímco ekvivalenty s děleným krytem potřebují intervaly 4 000–6 000 hodin, aby si zachovaly stejnou integritu montáže.

Kompromisní náklady – kdy se UNICASE vyplatí

Zda se prémiový poplatek za 12-25% UNICASE vyplatí, závisí na třech aplikačních faktorech: citlivosti poháněného zařízení na vyrovnání, rozsahu vibrací a pracovním cyklu. Níže uvedený příklad ukazuje poměr nákladů a návratnosti pro typickou korejskou specifikaci šnekového převodu pro přesnou výrobu – rám 110 o výkonu 5,5 kW pohánějící indexovací stůl obráběcího stroje s 8 000 hodinami ročně.

U specifikací šnekových reduktorů pro přesné aplikace se prémiový poměr UNICASE rychle vrátí. U aplikací šnekových reduktorů pro nekritické použití (obecné dopravníky, lehké míchačky, balicí indexátory bez požadavků na přesné umístění) nemusí samotné úspory na údržbě prémiový poměr pokrýt – výhoda kvality je hnací silou ekonomiky a tam, kde se neuplatňuje, zůstává dělená skříň nákladově optimální.

Aplikační scénáře pro specifikaci UNICASE

Osm korejských a asijských tříd použití, kde je specifikace šnekového převodu UNICASE obvykle odůvodněna výše uvedenou kombinací inženýrských a ekonomických aspektů. Prohlédněte si širší nabídku katalog šnekových reduktorů pro rámy UNICASE o velikosti odpovídající těmto kategoriím použití.

Nejčastější dotazy k šnekovému převodu UNICASE

Střihač: Cxm