Пресс для выпрессовки подшипников и втулок: усилие и цилиндр-усилитель

Краткий ответ: пресс для выпрессовки подшипников и втулок на пневмогидравлическом цилиндре подбирают так же, как пресс для запрессовки, но с большим запасом. Усилие считают по натягу: F = π × d × l × f × p, затем диаметр и исполнение цилиндра берут по таблице F = K × p.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Вступление полностью

Пример: стальная втулка с габаритами 40 × 80 × 18 мм (как у подшипника 6208) требует по расчёту около 10 кН (≈1 040 кгс); на выпрессовку закладываем запас 50 %, это около 1 560 кгс, и цилиндр Ø63 исполнения 3T, по оценке по таблице усилий SNS, даёт их при давлении около 0,31 МПа.

Чем выпрессовка отличается от запрессовки?

Деталь нужно сначала сорвать с места, а потом провести через всю длину посадки. Запрессовка идёт «по чистым поверхностям», а выпрессовка — после месяцев или лет службы: в посадке грязь, окислы, иногда наклёп. Поэтому усилие, которое пригодилось бы на запрессовке, на выпрессовке может не хватить. Мы закладываем запас 50 % вместо 30 % — это наш инженерный выбор, а не нормативная величина; подтверждайте его пробной выпрессовкой на вашей детали.

Второе отличие — поведение детали в конце хода. Пока натяг держит, сила велика; как только посадка «стронулась» и деталь вышла из ступицы, сопротивление исчезает, а цилиндр продолжает давить. Поэтому у пресса для выпрессовки должен быть упор или ловитель, который остановит и деталь, и толкатель.

Посадки с натягом нужны для неподвижных неразъёмных соединений: деталь держится на напряжениях, которые возникают в материале из-за деформации контактных поверхностей. Чем больше натяг и длиннее посадочный поясок, тем больше сила.

Как посчитать усилие выпрессовки?

Учебная методика связывает осевую силу, давление на контактных поверхностях и коэффициент трения формулой p = P / (π × d × l × f), где d — диаметр соединения, l — длина, f — коэффициент трения. Осевая сила — это F = π × d × l × f × p. Давление p находят по натягу формулой Ламе: N = p × d × (C1/E1 + C2/E2), где C1 = 1 − μ1 для сплошного вала, C2 = (1 + (d/d2)²) / (1 − (d/d2)²) + μ2, d2 — наружный диаметр ступицы, E — модуль упругости (сталь 2·10¹¹ Н/м²), μ — коэффициент Пуассона (сталь 0,3).

Натяг берите из допуска вашей посадки по ГОСТ 25346 и уменьшайте на смятие неровностей: в расчёт идёт натяг по допуску минус 1,2 × (Rz1 + Rz2). Для ориентира в том же источнике для посадок средней точности указаны натяги порядка (0,0002…0,0006) × d.

Пример: втулка 40 × 80 × 18 мм (габариты подшипника 6208)

Габариты взяты у радиального шарикоподшипника 6208: d = 40, D = 80, B = 18 мм. Сам подшипник — не сплошное тело, поэтому для расчёта берём стальную втулку тех же габаритов: сплошной вал d = 40 мм в стальной ступице с d2 = 80 мм, длина посадки l = 18 мм. Коэффициент трения f = 0,15 (значение из варианта учебного задания), эффективный натяг N = 0,0004 × d = 16 мкм. Допущения примера — условные; для своей детали подставьте свои.

1. Коэффициенты Ламе. C1 = 1 − 0,3 = 0,7; d/d2 = 0,5, (1 + 0,25) / (1 − 0,25) = 1,667, плюс 0,3 даёт C2 = 1,967; сумма 2,667.
2. Давление в посадке. p = 16·10⁻⁶ × 2·10¹¹ / (0,04 × 2,667) = 30·10⁶ Н/м² ≈ 30 МПа.
3. Усилие. F = π × 0,04 × 0,018 × 0,15 × 30·10⁶ ≈ 10 180 Н ≈ 10,2 кН ≈ 1 040 кгс (1 кН ≈ 102 кгс).
4. Запас 50 % на «прихват»: 1 040 × 1,5 ≈ 1 560 кгс.
5. Исполнение. Формула цилиндра на ходе усиления F = K × p, K — кгс на 1 кгс/см² давления воздуха из таблицы усилий каталога SNS для серии MPTF (у WAALPC таблицы усилий нет, у SNS для MPT — тоже, поэтому для MPT и MPTD это оценка). Для Ø63 исполнения 3T K = 500: p = 1 560 / 500 ≈ 3,1 кгс/см² ≈ 0,31 МПа. Максимум Ø63 3T при 7 кгс/см² — 3 500 кгс, то есть запас по усилию на случай сильного прихвата более чем двукратный.
6. Ход. Длина посадки 18 мм укладывается в ход усиления (в прайсе WAALPC у MPT и MPTD — 5–20 мм). Если поясок длиннее, остальное цилиндр пройдёт на малом усилии подвода: выпрессовку ведут двумя ступенями.

Величина	Значение
Контактное давление p	≈ 30 МПа
Расчётное усилие F	≈ 10,2 кН (≈ 1 040 кгс)
С запасом 50 %	≈ 1 560 кгс
Цилиндр	Ø63, исполнение 3T
Давление воздуха	≈ 0,31 МПа

Если выпрессовку нужно проводить из глухого отверстия или узла, который нельзя разбирать с усилием в тоннах, смотрите статью про съёмник подшипников, а для упругих деталей — про пресс для сайлентблоков.

Какой цилиндр взять?

Для выпрессовки разных деталей на одном станке удобна серия MPTD с регулируемым полным ходом (прайс WAALPC, стр. 102): под высоту посадки ход выставляют упором. Для примера — MPTD-63-1~100, 357 900 ₸. Если станок под один типоразмер, достаточно MPT-63-1~100, 243 240 ₸. Исполнение по усилию (3T) в артикуле не кодируется — назовите его при заказе; цена MPTD в реестре посчитана для исполнения 1T, у 3T она немного выше (прайс WAALPC, стр. 102). Если нужен более быстрый подвод, смотрите отличия MPTF от MPT, принцип работы — в статье про пневмогидравлический цилиндр.

Рабочий диапазон наших серий — 0,2–0,8 МПа, таблица усилий в каталоге доведена до 0,7 МПа, выше усилия не приводим. Сеть 10 бар подают через регулятор.

Как управлять усилием и защитить оператора?

Усилие прямо пропорционально давлению, поэтому его настраивают регулятором с манометром — наш ARG, от 20 520 ₸: начните с малого давления и поднимайте его, пока деталь не стронется; это давление и есть реальная «цена прихвата». Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 серии 4V, от 4 920 ₸. Узел усиления включает распределитель 3/2 3V, от 3 600 ₸. Скорость подвода и возврата гасит дроссель с обратным клапаном AS на портах цилиндра (дросселирование на выпуск), от 1 080 ₸, а шум выхлопа убирает глушитель PSL, от 180 ₸. У распределителей 4V, 3V и регулятора ARG присоединительная резьба внутренняя G; дроссель AS выбирают по карточке — по резьбе порта и диаметру трубки.

Защита: упор-ловитель под выпрессовываемой деталью, чтобы она не вылетела при срыве посадки, ограждение зоны и пуск двумя кнопками одновременно. Поведение цилиндра при пропадании воздуха определяйте заранее и проверяйте на стенде. Подшипник выпрессовывают, передавая усилие на кольцо, которое сидит с натягом: при посадке в корпус — на наружное, при посадке на вал — на внутреннее; через тела качения усилие пропускать нельзя. Если подшипник пойдёт на повторную установку, лучше не выпрессовывать его через кольцо, которое с натягом не сидит, иначе дорожки получат вмятины.

Типичные ошибки

• Берут усилие запрессовки без запаса. На выпрессовке не хватает «прихвата».
• Считают усилие по «тоннам» из каталога. Номинал 3T достигается при давлении около 0,6 МПа; при 0,31 МПа тот же цилиндр даёт около 1,6 т, и это именно то, что нужно в примере.
• Нет ловителя. Деталь вылетает из ступицы в момент срыва.
• Давят через тела качения. Дорожки получают вмятины.
• Подают сеть 10 бар напрямую. Рабочий предел серий — 0,8 МПа, нужен регулятор.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Пневмоцилиндр MPTD — регулируемый ход;
• Калькулятор усилия цилиндра.