UNICASE – termín, ktorý zaviedla spoločnosť Sumitomo a ktorý sa široko používa vo výrobe presných závitovkových reduktorov – opisuje teleso odliate z jedného kusu, pričom vstupné ložiskové sedlo, výstupné ložiskové sedlo, záberová komora ozubeného kolesa a montážne pätky sú integrované do jedného odliatku obrobeného ako celok. Konvenčnou alternatívou je delené teleso zostavené z dvoch alebo troch samostatných odliatkov zoskrutkovaných na deliacej čiare. Štrukturálny rozdiel medzi týmito dvoma konštrukciami je hlbší, než naznačujú výrobné detaily, a ovplyvňuje tuhosť, presnosť nastavenia, vibračné charakteristiky a ekonomiku životnosti výsledného závitovkového reduktora. Nasledujúci článok kvantifikuje technické kompromisy a identifikuje, kde špecifikácia UNICASE odôvodňuje jeho cenovú prirážku 12-25%.

 

Čo je UNICASE – a prečo sa líši od delených krytov

Teleso závitovkového redukčného prevodu UNICASE sa odlieva ako jeden neporušený kus a potom sa obrába na CNC upínacom prípravku, ktorý drží celý plášť, pričom každé ložiskové sedlo, otvor pre olejové tesnenie, montážna plocha a kontrolný otvor sa vyrežú v jednom nastavení. Geometrickým výsledkom je, že všetky funkčné povrchy zdieľajú spoločný referenčný rámec s opakovateľnosťou CNC stroja – typicky ±5 – 10 µm. Delené teleso dosahuje rovnaké ložiskové sedlá odliatím dvoch polovíc, obrábaním každej vo vlastnom nastavení a následným ich spojením skrutkami. Skrutkový spoj zavádza chybu zarovnania z troch nezávislých zdrojov: referenčné nastavenie každého odliatku, stlačenie tesnenia na deliacej čiare a rozloženie krútiaceho momentu skrutky.

Tradičná delená konštrukcia bola inžinierskou normou až do 80. rokov 20. storočia, pretože zjednodušovala odlievanie (menšie diely, menej jadier) a umožňovala jednoduchý prístup pri montáži. UNICASE sa stal praktickým, keďže CNC obrábacie centrá sa dostatočne zväčšili na to, aby dokázali upevniť celé telesá závitovkových reduktorov v jednom nastavení, a keďže odlievacie jadrá sa stali dostatočne presnými na to, aby dokázali vyrobiť spoľahlivé monoblokové odliatky bez skratky v deliacej rovine. Dnes už kompromisom nie je technická spôsobilosť – oba procesy fungujú – ale optimalizácia nákladov a výkonu naprieč triedami aplikácií.

Spoločnosti Sumitomo, SEW, Bonfiglioli a Korea Ever-Power ponúkajú závitovkové reduktory UNICASE popri konvenčných delených skriniach na prekrývajúcich sa rozmeroch rámov. Cenová prirážka sa líši medzi výrobcami a rámami, ale v porovnaní s porovnateľnou špecifikáciou delenej skrine sa vždy pohybuje v pásme 12-25%. Či sa prirážka vráti, závisí od prevádzkovej triedy, citlivosti poháňaného zariadenia na nastavenie a od rozsahu hluku/vibrácií aplikácie.

Problém rozdeleného bývania – strata zarovnania a tuhosti

Zostavy s deleným telesom trpia dvoma technickými kompromismi, ktoré monoblokové konštrukcie eliminujú svojou konštrukciou. Prvým je zarovnanie ložiska a sedla. Keďže každá polovica telesa je obrábaná na vlastnom CNC sústruhu, otvor ložiska v hornej polovici nemôže odkazovať na otvor ložiska v dolnej polovici, s výnimkou referenčného bodu deliacej roviny – a tento referenčný bod prenáša toleranciu stlačenia tesnenia a variabilitu krútiaceho momentu skrutiek do merania zostaveného materiálu. Súososť medzi vstupnými a výstupnými sedlami ložiska na typickom závitovkovom prevodovom prevode s deleným telesom v strede rámu sa nachádza v rozsahu ±40 – 80 µm; na ekvivalente UNICASE sa nachádza v rozmedzí ±15 – 25 µm.

Rozdiel 30 – 50 µm je dôležitý, pretože záber závitovkového redukčného prevodu očakáva, že os závitovkového hriadeľa bude kolmá na os hriadeľa kolesa s presnosťou do 100 µm pri typických priemeroch rozstupu. Chyba zarovnania ložísk 60 µm spotrebuje viac ako polovicu dostupného rozpočtu na zarovnanie pred akýmkoľvek inštalačným faktorom. Zostávajúca rezerva musí absorbovať tepelnú rozťažnosť, rovinnosť základnej dosky, rovnobežnosť spojky a ďalšie tolerancie poľa. UNICASE v podstate vracia interný rozpočet na zarovnanie výrobcovi, čím ponecháva viac priestoru pre inštalačné faktory.

Druhým kompromisom je tuhosť rámu. Skrutkový spoj s deliacou čiarou sa pri reakčných silách ozubeného kolesa vychyľuje, pretože tesnenie sa stláča a skrutky sa elasticky naťahujú. Monoblokové odliatky takýto spoj nemajú – rovnaký prípad zaťaženia vytvára o 30-45% menší priehyb v ložiskových sedlách, čo udržiava kontaktný vzor ozubeného kolesa vycentrovaný a znižuje dynamické budenie v celej prevádzkovej oblasti.

Výroba UNICASE – monoblokový prístup s jedným odlievaním

Výroba UNICASE začína v zlievarni. Forma musí vytvoriť celé puzdro ako jeden celok – vrátane vnútornej dutiny, ktorá sa stane komorou pre ozubené kolesá – pomocou pieskového jadra alebo penového vzoru, ktorý sa po odliatí odstráni. Odliatok chladne ako jeden kus, vytvára rovnomerné zvyškové napätia v celom zostavenom obale, namiesto toho, aby sa koncentroval na rozhraniach deliacej roviny, a do strojárne prichádza ako jeden obrobok. Overovanie kvality odliatkov závitovkových prevodov UNICASE v zlievarni využíva kontrolu penetráciou farbiva na kritických povrchoch a ultrazvukovú kontrolu cez oblasti ložiskového sedla na detekciu vnútorných defektov.

Obrábanie prebieha na 4- alebo 5-osovom horizontálnom CNC centre s telesom upevneným na otočnom stole. Usporiadanie sa otáča v rôznych polohách pre každý otvor ložiska, dutinu olejového tesnenia, montážnu plochu a otvor pre kolík – všetky sú vztiahnuté na rovnaký referenčný systém. Opakovateľnosť obrábania v rôznych polohách je na moderných centrách typicky ±5 – 10 µm, čo stanovuje dolnú hranicu špecifikácie zarovnania UNICASE. Kontrola po obrábaní potvrdzuje súososť, rovnobežnosť a pravouhlosť predtým, ako sa teleso umyje, natrie alebo eloxuje a odošle na montáž.

Cenová prirážka oproti výrobe s delenými telesami pochádza z troch zdrojov: zložitejšie odliatky (väčší tvar, pieskové jadro pre vnútornú dutinu, vyššia miera nepodarkov v zlievarni), dlhšie obrábacie nastavenia (plný 5-osový prechod oproti jednoduchším 3-osovým rezom) a prísnejšie požiadavky na kontrolu. Výťažnosť výroby závitovkových reduktorov je typicky 90-95% na UNICASE oproti 96-98% na delených telesách, pričom nepodarky odliatky sa prenášajú do vyšších jednotkových nákladov.

Kvantifikovaný prínos tuhosti – priehyb pri menovitom zaťažení

Výhoda tuhosti UNICASE sa najzreteľnejšie prejavuje v priehybe ložiskového sedla pri reakčnom zaťažení ozubeného kolesa. Vizualizácia nižšie zobrazuje typické priehyby závitovkového prevodu v sedle výstupného ložiska, predpovedané metódou konečných prvkov a namerané na skúšobnom stroji, pre závitovkový prevod s ekvivalentným rámom v oboch architektúrach telesa pri menovitom zaťažení podľa katalógu 100%.

Zníženie priehybu 40-45% je konzistentné vo všetkých veľkostiach rámu – strata tuhosti spoja deliacej čiary sa zhruba prispôsobuje veľkosti rámu, takže konštrukčná výhoda UNICASE pretrváva v celom rade. V aplikáciách, kde je dôležitá presnosť polohy výstupného hriadeľa (pohony obrábacích strojov, indexovacie stoly, robotické osi), sa nižší priehyb priamo premieta do lepšej opakovateľnosti polohovania pri zmene zaťaženia.

Presné zarovnanie ložiska a sedla

Dosiahnuteľné zarovnanie ložiska a sedla v každom návrhu závisí od troch zdrojov chýb: opakovateľnosti obrábacieho stroja, kvality referencie nastavenia a nesúososti spôsobenej spojom. UNICASE úplne eliminuje tretí zdroj; ďalšie dva prispievajú rovnako k obom architektúram. Nižšie uvedený súhrn zobrazuje typický výkon zarovnania na závitovkovom reduktore so stredným rámom s podrobným rozpisom každého prispievateľa. Pre spárované sady závitovkových kolies s uložením ložiska, ktoré najviac profitujú z presnosti UNICASE, si pozrite naše... referenčný pár závitovky a závitovkového kolesa.

Pri aplikáciách so závitovkovými reduktormi poháňajúcich presné otočné stoly, vretená obrábacích strojov alebo robotické osi sa presnejšie zarovnanie o 40 µm priamo premieta do lepšieho kontaktného vzoru ozubeného kolesa, nižších emisií hluku a dlhšej životnosti ložísk. Ložiská závitovkových reduktorov bežiacich pri menovitom katalógovom zaťažení s odchýlkou ​​60 µm (pozri L10) majú životnosť skrátenú o 30-50% v porovnaní s nastavením UNICASE o 20 µm.

Vylepšenia vibrácií a akustiky

Dve vyššie uvedené vylepšenia závitovkového reduktora – lepšie zarovnanie ložísk a vyššia tuhosť rámu – sa kombinujú, aby sa znížili emisie vibrácií v celom rozsahu prevádzkových otáčok. Vibrácie merané v teréne na závitovkovom reduktore UNICASE pri menovitom zaťažení sú typicky o 4 – 7 dB nižšie ako v prípade ekvivalentnej jednotky s deleným krytom v rovnakom prevádzkovom bode, pričom najväčšia medzera je sústredená na základnej frekvencii záberu ozubených kolies, kde je kombinácia zarovnania a tuhosti najdôležitejšia.

Akustický benefit je zvyčajne menej vnímateľne výrazný ako rozdiel medzi hliníkovým a liatinovým puzdrom (ktorý sa pohybuje 10 – 16 dB), ale pridáva sa k výberu materiálu puzdra. Liatinový závitovkový prevodový mechanizmus UNICASE kombinuje obe vylepšenia a dosahuje o 14 – 23 dB nižšiu hladinu hluku v poli ako hliníková delená jednotka s rovnakým výkonom a prevodovým pomerom. Pri inštaláciách v blízkosti limitov expozície personálu alebo v prostrediach citlivých na hluk je táto kombinácia dôležitá.

Sekundárnou výhodou je dlhšie udržanie skrutiek. Vibračné budenie závitovkového reduktora pomaly uvoľňuje montážne skrutky; nižšie vibrácie predlžujú interval uťahovania skrutiek. Jednotky UNICASE zvyčajne bežia 8 000 – 12 000 hodín medzi plánovaným uťahovaním v ťažkých priemyselných prevádzkach, zatiaľ čo ekvivalenty s deleným krytom potrebujú intervaly 4 000 – 6 000 hodín na zachovanie rovnakej integrity montáže.

Kompromis nákladov – keď sa UNICASE oplatí

Či sa prémiový model 12-25% UNICASE oplatí, závisí od troch faktorov aplikácie: citlivosti poháňaného zariadenia na nastavenie, rozsahu vibrácií a pracovného cyklu. Nižšie uvedený príklad znázorňuje výpočet návratnosti nákladov pre typickú kórejskú špecifikáciu závitovkového reduktora pre presnú výrobu – rám 110 s výkonom 5,5 kW poháňajúci indexovací stôl obrábacieho stroja s 8 000 hodinami ročne.

Pri špecifikáciách závitovkových reduktorov pre presné aplikácie sa prémiový poplatok UNICASE rýchlo vráti. Pri aplikáciách závitovkových reduktorov pre nekritické použitie (všeobecné dopravníky, ľahké miešačky, baliace indexátory bez prísnych požiadaviek na polohu) samotné úspory na údržbe nemusia pokryť prémiový poplatok – výhoda v oblasti kvality poháňa ekonomiku a tam, kde sa neuplatňuje, zostáva delená skriňa nákladovo optimálna.

Aplikačné scenáre pre špecifikáciu UNICASE

Osem kórejských a ázijských tried použitia, kde je špecifikácia závitovkového reduktora UNICASE zvyčajne odôvodnená vyššie uvedenou kombináciou inžinierstva a ekonomiky. Prezrite si širší zoznam katalóg závitovkových reduktorov pre rámy UNICASE s rozmermi zodpovedajúcimi týmto kategóriám použitia.

Často kladené otázky o závitovkových reduktoroch UNICASE

Redaktor: Cxm