Съёмник подшипников своими руками: усилие и пневмопривод

Краткий ответ

Усилие, которым подшипник снимают с вала, — это сила трения в посадке с натягом; пневмоцилиндр справляется с ним на малых подшипниках, а на средних работает на пределе. По формуле Ляме шариковый подшипник 6205 (25×52×15 мм) на валу с полем допуска k6 требует 7,0 кН при коэффициенте трения 0,12 и 8,1 кН при 0,14; подшипник 6308 (40×90×23 мм) на валу m6 — 16,6 и 19,3 кН. Цилиндр даёт F = p · A за вычетом трения в уплотнениях около 10 % (Festo): при 0,6 МПа Ø125 мм — 6,6 кН, Ø160 — 10,9 кН, Ø200 — 17,0 кН, Ø250 — 26,5 кН. Для 6205 на k6 и m6 достаточно Ø160 (запас к f = 0,14 — 33 % и 7 %). Для 6308 на m6 цилиндр Ø200 при 0,6 МПа даёт запас 2 % при f = 0,12 и не тянет при f = 0,14; при 0,8 МПа — хватает, запас 17 %. С запасом два (наше допущение) для 6308 на m6 подходит только Ø250 при 0,8 МПа. Посадка с коррозией потребует усилия больше расчётного, оценить его по источникам не удалось; при сомнении берите гидравлический инструмент. Готовых съёмников и прессов для подшипников у нас нет: WAALPC продаёт цилиндры, распределители и блоки подготовки воздуха для самодельной установки.

F_сн = π · d · l · p · f, где p = N / [d · (C₁/E₁ + C₂/E₂)]

F_сн — усилие снятия, Н; d — диаметр посадки, мм; l — длина посадки, мм; p — контактное давление в посадке, МПа; f — коэффициент трения; N — натяг, мм; E — модуль упругости стали, МПа; C₁, C₂ — коэффициенты Ляме вала и кольца (формулы ниже). Усилие пневмоцилиндра — F = p_в · π · D² / 4 (МПа · мм² = Н) за вычетом трения в уплотнениях.

Родственные разборы: пневматические тиски: расчёт усилия, маслопресс: расчёт усилия отжима, пресс для сока своими руками и общее сравнение «Пневматика или гидравлика».

Почему подшипник держится на валу: посадка и натяг

Внутреннее кольцо шарикоподшипника сажают на вал с натягом: вал на несколько микрометров толще отверстия кольца. Допуски посадочных поверхностей и сами посадки для подшипников качения задаёт ГОСТ 3325-85. Из его приложения 3 (таблицы 1 и 2, класс точности подшипника 0) взяты числа для двух интервалов диаметров: отверстие внутреннего кольца — 0 / −10 мкм при диаметре свыше 18 до 30 мм и 0 / −12 мкм при диаметре свыше 30 до 50 мм; вал — k6: +15 / +2 мкм и +18 / +2 мкм, m6: +21 / +8 мкм и +25 / +9 мкм. Какое поле допуска выбрать для узла (k, m или другое), зависит от нагрузки и вида нагружения кольца, это решает конструктор узла по тому же ГОСТу.

Натяг посадки — разность размеров вала и отверстия: наименьший N_min равен нижнему отклонению вала (вал наименьший, кольцо наибольшее), наибольший N_max — верхнему отклонению вала плюс допуск кольца.

Подшипник	Диаметр вала, мм	Поле допуска вала	Наименьший натяг, мкм	Наибольший натяг, мкм
6205	25	k6	2	25
6205	25	m6	8	31
6308	40	k6	2	30
6308	40	m6	9	37

Расчёт: N_min = нижнее отклонение вала, N_max = верхнее отклонение вала + допуск кольца (10 мкм у 6205, 12 мкм у 6308). Те же значения приведены в приложении 3, таблице 2 ГОСТ 3325-85. Крайние значения — это сочетание самого толстого вала и самого тонкого кольца; в партии деталей они встречаются редко, а середина поля даёт натяг заметно меньше.

Расчёт усилия снятия по формуле Ляме

Контактное давление в посадке двух стальных деталей считают по формуле Ляме, а усилие снятия — как силу трения по поверхности посадки. Исходные данные и источники:

• Модуль упругости стали E = 2,1 · 10⁵ МПа, коэффициент Пуассона μ = 0,3 — методическое пособие Новосибирского государственного технического университета «Выбор и расчёт посадок с натягом» (dispace.edu.nstu.ru).
• Коэффициенты Ляме по тому же пособию: для сплошного вала C₁ = 1 − μ = 0,7; для кольца C₂ = (1 + (d/d₂)²) / (1 − (d/d₂)²) + μ, где d₂ — наружный диаметр кольца.
• Наружный диаметр внутреннего кольца — по диаметру заплечика d₁ из размерных таблиц: у 6205 ≈ 34,35 мм, у 6308 ≈ 56,11 мм (rhdbearings.com, страницы подшипников 6205 и 6308).
• Коэффициент трения стали по стали при установившейся распрессовке f = 0,06–0,12 (Нилов В. А., Кирпичев Ю. В., «Основы инженерного проектирования», таблица 2; в другом источнике, inner.su, — 0,07–0,12). Усилие страгивания посадки больше: коэффициент трения покоя выше, поэтому числа при f = 0,12 — не верхний предел. Для оценки чувствительности взято f = 0,14 (у тепловой сборки справочники дают 0,12–0,18).
• Длина посадки l принята равной ширине кольца B: 15 мм у 6205, 23 мм у 6308.

Пример для 6205 на валу k6 при наибольшем натяге 25 мкм (0,025 мм):

1. d/d₂ = 25 / 34,35 = 0,728; (d/d₂)² = 0,530.
2. C₂ = (1 + 0,530) / (1 − 0,530) + 0,3 = 3,553; C₁ = 0,7.
3. p = 0,025 / [25 · (0,7 + 3,553) / 210 000] = 49,4 МПа.
4. Площадь посадки: π · 25 · 15 = 1178 мм².
5. F_сн = 1178 · 49,4 · f = 58 200 Н · f: при f = 0,06 — 3,5 кН, при f = 0,12 — 7,0 кН, при f = 0,14 — 8,1 кН.

Подшипник и посадка	Натяг, мкм	Давление в посадке, МПа	Усилие при f = 0,06, кН	Усилие при f = 0,12, кН	Усилие при f = 0,14, кН
6205, k6, наименьший натяг	2	4,0	0,28	0,56	0,65
6205, k6, наибольший натяг	25	49,4	3,49	6,98	8,14
6205, m6, наименьший натяг	8	15,8	1,12	2,23	2,61
6205, m6, наибольший натяг	31	61,2	4,33	8,66	10,10
6308, k6, наименьший натяг	2	2,6	0,45	0,90	1,04
6308, k6, наибольший натяг	30	38,7	6,72	13,43	15,67
6308, m6, наименьший натяг	9	11,6	2,01	4,03	4,70
6308, m6, наибольший натяг	37	47,8	8,28	16,57	19,33

Что означает эта таблица и чего в ней нет.

• Усилие пропорционально коэффициенту трения: при f = 0,14 вместо 0,12 оно на 17 % больше, и у 6308 на m6 доходит до 19,3 кН. Значения при f = 0,12 — это оценка для новой посадки при установившейся распрессовке и наибольшем натяге; верхним пределом они не служат.
• Наружный диаметр кольца принят по заплечику, а у дорожки качения стенка тоньше; при сборке шероховатости смяты — в методичке НГТУ смятие микронеровностей вычитают из натяга. Оба фактора снижают реальное давление; насколько — источники не дают.
• Разброс огромный: от 0,3 до 7,0 кН у одного подшипника 6205 при f от 0,06 до 0,12 — зависит от того, какой вал и какое кольцо попались в партии, и от коэффициента трения.
• Посадка, простоявшая годы, сцеплена коррозией и наклёпом сильнее новой; числа для такого случая мы в источниках не нашли. В подборе ниже мы берём запас, равный двум: это допущение автора, а не нормативное значение.
• Расчёт относится к внутреннему кольцу на валу. Если наружное кольцо тоже сидит в корпусе с натягом, SKF советует выпрессовывать подшипник из корпуса вместе с валом (Bearing Installation and Maintenance Guide, стр. 50), а не рассчитывать обе посадки сразу.

Какой цилиндр тянет такое усилие

Давление воздуха принято 0,6 МПа (6 бар), как в цеховой магистрали; верхний предел цилиндров серии SC по карточке каталога — 0,8 МПа, и на нём же заканчивается рабочее давление распределителя 4V410. Диаметры ряда — из реестра WAALPC. Усилие — по формуле F = p · π · D² / 4 при выталкивающем ходе; при втягивающем оно меньше на площадь штока. Формула даёт теоретическое усилие: в справочнике Festo (Technical information, стр. 7) полезное усилие считают как F = p · A − R, где трение R ≈ 10 % от теоретического усилия. Ниже — оба значения.

Диаметр цилиндра, мм	Теоретическое усилие при 0,6 МПа, кН	Полезное усилие при 0,6 МПа (−10 %), кН	Теоретическое усилие при 0,8 МПа, кН	Полезное усилие при 0,8 МПа (−10 %), кН
100	4,7	4,2	6,3	5,7
125	7,4	6,6	9,8	8,8
160	12,1	10,9	16,1	14,5
200	18,9	17,0	25,1	22,6
250	29,5	26,5	39,3	35,3

Подбор по полезному усилию. «Без запаса» — цилиндр тянет усилие при f = 0,14; «с запасом 2» — усилие при f = 0,12, удвоенное (допущение автора).

Подшипник и посадка	Нужно при f = 0,12, кН	Нужно при f = 0,14, кН	Нужно с запасом 2, кН	Цилиндр без запаса	Цилиндр с запасом 2
6205, k6	7,0	8,1	14,0	Ø160 при 0,6 МПа (10,9 кН, запас 33 %); Ø125 при 0,6 МПа (6,6 кН) не хватает даже при f = 0,12	Ø200 при 0,6 МПа (17,0 кН)
6205, m6	8,7	10,1	17,3	Ø160 при 0,6 МПа (10,9 кН, запас 7 %)	Ø200 при 0,8 МПа (22,6 кН, запас 31 %); при 0,6 МПа 17,0 кН не хватает
6308, k6	13,4	15,7	26,9	Ø200 при 0,6 МПа (17,0 кН, запас 8 %)	Ø250 при 0,8 МПа (35,3 кН, запас 32 %); при 0,6 МПа 26,5 кН не хватает
6308, m6	16,6	19,3	33,1	Ø200 при 0,8 МПа (22,6 кН, запас 17 %); при 0,6 МПа 17,0 кН не хватает	Ø250 при 0,8 МПа (35,3 кН, запас 7 %)

Вывод по границе. Пневматика тянет малые подшипники вроде 6205: без запаса — Ø160, с запасом два — Ø200 (для m6 при 0,8 МПа). Подшипник 6308 на m6 уже на грани возможного: Ø200 при 0,6 МПа даёт запас 2 % при f = 0,12 и не тянет при f = 0,14, при 0,8 МПа хватает; с запасом два годится только Ø250 при 0,8 МПа, то есть работа на верхнем пределе давления серии и распределителя. У подшипников крупнее растёт площадь посадки (диаметр и длина), а с ней и усилие. Нужное усилие с запасом два для 6308 на m6 — 33 кН, почти вдвое больше теоретического усилия Ø200 при 0,6 МПа (18,9 кН). Для сравнения: гидравлический съёмник SKF TMMA 100H рассчитан на усилие до 100 кН (паспорт изготовителя) — в 5 раз больше того же цилиндра Ø200.

Пример на артикуле: SC-200-100

Цилиндр SC Ø200 мм, ход 100 мм, давление 0,6 МПа; подшипник 6205 на валу m6 (8,7 кН при f = 0,12 и 10,1 кН при f = 0,14).

1. Площадь поршня: A = π · 200² / 4 = 31 416 мм².
2. Теоретическое усилие при 0,6 МПа: F = 0,6 · 31 416 = 18 850 Н ≈ 18,9 кН; полезное после трения в уплотнениях (≈10 %) — около 17,0 кН.
3. Сравнение: 17,0 кН — в 2,0 раза больше 8,7 кН (f = 0,12) и в 1,7 раза больше 10,1 кН (f = 0,14). Запаса два (17,3 кН) при 0,6 МПа нет: 17,0 кН чуть меньше; при 0,8 МПа полезное усилие 22,6 кН запас даёт.
4. Давление, при котором цилиндр развивает 8,7 кН: без потерь p = 8660 / 31 416 = 0,276 МПа, с потерями 10 % — 8660 / (0,9 · 31 416) = 0,31 МПа; с запасом два — около 0,6 МПа. Поэтому давление на регуляторе поднимают ступенями от 0,15 МПа (полезное усилие около 4,2 кН; 0,15 МПа — нижняя граница рабочего давления распределителя 4V410 по карточке серии) до сдвига подшипника, а не сразу подают полное давление. Ступенчатый подъём — инженерная практика, а не требование стандарта.
5. Расход воздуха на один ход 100 мм: V = A · S · (p + 1,013) / 1,013 · 10⁻⁶ = 31 416 · 100 · (6 + 1,013) / 1,013 · 10⁻⁶ ≈ 21,7 нл (p в барах); на цикл «вперёд–назад» — около 43,5 нл (не более этого значения: объём штока не вычтен). Разовый ход невелик; если ходов много подряд, подачу компрессора считают по частоте циклов.
6. Ход 100 мм должен покрывать длину посадочного места вала плюс запас: у 6205 ширина кольца 15 мм, но подшипник нужно провести до конца посадки, поэтому длину смотрят по вашему валу.

Как устроена установка

Схема	Как работает	Ограничения
Выпрессовка вала из подшипника (пресс)	Подшипник опирается внутренним кольцом на опорную втулку или плиту с отверстием, цилиндр давит на торец вала	Нужен доступ к торцу вала и втулка по диаметру кольца; усилие идёт через кольцо с натягом, а не через шарики
Съёмник с траверсой (лапки и цилиндр)	Лапки зацепляют внутреннее кольцо и через траверсу упираются в корпус цилиндра; шток при выталкивающем ходе давит на торец вала	Лапки нужны точного размера; если шток тянет траверсу, работает втягивающий ход, его усилие меньше на площадь штока

Общее правило для обеих схем — из руководства SKF по монтажу: при демонтаже усилие нельзя прикладывать через тела качения; съёмник должен зацеплять внутреннее кольцо, а подшипник снимается плавным усилием, пока отверстие целиком не выйдет с посадочного места (SKF Bearing Installation and Maintenance Guide, стр. 50). Там же указано, что подшипники с диаметром отверстия до 120 мм на валу с натягом можно снимать обычным съёмником, а более крупные часто требуют значительного усилия, и тогда гидравлический инструмент подходит лучше механического.

ГОСТ 3325-85 (п. 2.9) напоминает о конструкции узла: заплечик вала должен быть ниже толщины кольца по бортику, а на валу при необходимости делают продольные пазы для лапок съёмника. Если вал уже сделан без пазов, лапки зацепляют кольцо с торца, а это ограничивает выбор съёмника.

Пневмогидравлика: когда цилиндра недостаточно

Промышленные пневмогидравлические насосы работают от воздуха 6–8 бар и создают давление масла до 700 бар (каталог artaz.ru; у отдельных моделей — до 1000 бар). Гидроцилиндр с таким давлением даёт большое усилие при малом диаметре: F = p · A. Для сравнения — гидроцилиндр Ø32 мм при 25 МПа (верхняя граница диапазона 16–25 МПа, принятого в нашей статье о дровоколе) даёт 25 · 804 = 20,1 кН — столько же, сколько теоретическое усилие пневмоцилиндра Ø200 мм при 0,6 МПа. При давлении выше 25 МПа усилие растёт пропорционально, но прочность гидроцилиндра и рукавов на такое давление нужно подтверждать паспортом изготовителя.

Именно эту схему и называют пневмогидравлическим съёмником: воздух приводит насос, масло толкает поршень гидроцилиндра или съёмника. В нашем каталоге такого насоса и такого съёмника нет: мы поставляем пневматическую часть — блок подготовки воздуха, распределитель и цилиндры. Насос и гидроцилиндр берите у изготовителей гидравлики, а сравнивать по усилию — по той же формуле F = p · A с давлением из паспорта.

Что из этого есть в каталоге WAALPC

Съёмников и прессов для подшипников у нас нет. В каталоге — цилиндры для самодельной установки, распределитель и блок подготовки воздуха. Цены в таблице — из реестра каталога.

Артикул	Цена, ₸	Что это
SC-100-100	22 860 ₸	Цилиндр Ø100, ход 100; при 0,6 МПа теоретическое усилие 4,7 кН
SC-125-100	40 320 ₸	Цилиндр Ø125, ход 100; при 0,6 МПа 7,4 кН
SC-160-100	68 760 ₸	Цилиндр Ø160, ход 100; при 0,6 МПа 12,1 кН
SC-200-100	100 800 ₸	Цилиндр Ø200, ход 100; при 0,6 МПа 18,9 кН (артикул расчёта)
SC-250-100	201 420 ₸	Цилиндр Ø250, ход 100; при 0,6 МПа 29,5 кН, при 0,8 МПа 39,3 кН
4V410-15-DC24V	10 680 ₸	Электромагнитный распределитель 5/2, корпус 400, катушка 24 В (постоянный ток); рабочее давление 0,15–0,8 МПа
AC4010-04	20 760 ₸	Блок подготовки воздуха (фильтр, регулятор, лубрикатор); регулировка выхода 0,05–0,85 МПа

Срок — в карточке (по карточкам серий). Присоединительная резьба цилиндров SC Ø125–200 — G3/4 по карточке серии (у Ø250 порт сверьте по чертежу изделия), а порты распределителя 4V410 — G1/2 (реестр), поэтому нужен переходник или клапан с большим проходом; для съёмника скорость хода не важна. Регулятор блока подготовки даёт то, что здесь нужнее всего: давление, а с ним и усилие, поднимают ступенями от 0,15 МПа — нижней границы рабочего давления распределителя. Подобрать цилиндр — серия SC, распределитель — каталог 4V, блок подготовки — серия AC.

Безопасность

• Усилие только через кольцо с натягом. Направлять его через тела качения нельзя — правило SKF (Bearing Installation and Maintenance Guide, стр. 12 и 50): иначе возможно повреждение дорожек и тел качения.
• Оценка рисков по ISO 12100. Цилиндр Ø200 при 0,6 МПа развивает около 19 кН — это раздавливание руки. Двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует синхронного нажатия кнопок с разницей не более 0,5 с и остановки при отпускании любой; простая пневматическая логика «И» этого не проверяет и сертифицированному узлу не равноценна. Разбор такого узла — в статье про пневматические тиски.
• Потеря давления не должна создавать опасность. ISO 4414:2010 требует, чтобы потеря или падение давления не подвергали людей опасности. В России действует идентичный ГОСТ ISO 4414-2016: он требует также средство изоляции подачи воздуха и сброса остаточного давления перед доступом людей — см. безопасный сброс давления.
• Разлёт деталей. Норм на разлёт осколков разрушенного подшипника мы не нашли; ограждение зоны съёмника проектируют по оценке рисков (ISO 12100).

Типичные ошибки

• Цилиндр берут по формуле без потерь. Ø125 при 0,6 МПа даёт по формуле 7,4 кН, а после трения в уплотнениях около 6,6 кН; для 6205 на k6 при f = 0,12 нужно 7,0 кН.
• Тянут за наружное кольцо или за сепаратор. Усилие должно идти через кольцо с натягом (SKF).
• Сразу подают полное давление. Давление поднимают ступенями от 0,15 МПа: при этом Ø200 даёт теоретически 4,7 кН.
• Считают только по f = 0,12. Усилие страгивания выше; при f = 0,14 у 6308 на m6 нужно 19,3 кН, и Ø200 при 0,6 МПа уже не тянет.
• Не учитывают состояние посадки. Числа выше — для новой посадки; посадка с коррозией потребует больше, запас два мы берём по своему допущению.
• Ставят распределитель G1/2 на порт G3/4. Без переходника или клапана с большим проходом получится неудобно.
• Ждут, что пневматика справится с крупными подшипниками. У подшипников крупнее растёт площадь посадки (диаметр и длина), а с ней усилие: 6308 на m6 с запасом два тянет только Ø250 при 0,8 МПа.

Частые вопросы

Какое усилие нужно, чтобы снять подшипник 6205 с вала?

Для новой посадки на валу k6 — от 0,3 до 7,0 кН при коэффициенте трения 0,06–0,12 и до 8,1 кН при 0,14; на m6 — от 1,1 до 8,7 кН (до 10,1 кН при 0,14). Разброс — от натяга в пределах допуска по ГОСТ 3325-85 и от трения; усилие страгивания выше, чем при установившемся движении. Для старой посадки с коррозией числа в источниках не найдено; мы берём запас, равный двум.

Хватит ли пневмоцилиндра, чтобы выпрессовать подшипник?

Для малых подшипников — да: для 6205 на k6 и m6 достаточно Ø160 при 0,6 МПа (полезное усилие с учётом трения в уплотнениях около 10 % — 10,9 кН). Для 6308 на m6 нужно 16,6 кН при f = 0,12 и 19,3 кН при f = 0,14: Ø200 при 0,6 МПа даёт 17,0 кН (запас 2 % в первом случае, не хватает во втором), при 0,8 МПа — 22,6 кН. С запасом два (33,1 кН) подходит только Ø250 при 0,8 МПа (35,3 кН).

Что такое пневмогидравлический съёмник?

Съёмник, в котором сжатый воздух приводит насос, а давление масла (по каталогам — до 700 бар от воздуха 6–8 бар) толкает поршень гидроцилиндра. Усилие считают по F = p · A с давлением масла: гидроцилиндр Ø32 при 25 МПа даёт 20,1 кН. WAALPC такой съёмник не продаёт: у нас пневматическая часть — цилиндры, распределители, блоки подготовки воздуха.

Можно ли тянуть подшипник за наружное кольцо?

Усилие нельзя пропускать через тела качения; съёмник должен зацеплять то кольцо, которое сидит на валу с натягом, — для вала это внутреннее (SKF Bearing Installation and Maintenance Guide, стр. 50). Если оба кольца сидят с натягом, SKF советует выпрессовывать подшипник из корпуса вместе с валом.

Почему нельзя сразу подавать полное давление?

Усилие цилиндра растёт пропорционально давлению: Ø200 при 0,15 МПа даёт теоретически 4,7 кН, при 0,6 МПа — 18,9 кН. Для 6205 на m6 без запаса и потерь хватило бы 0,28 МПа; с потерями в уплотнениях (около 10 %) — 0,31 МПа; с запасом два — около 0,6 МПа. Давление поднимают ступенями до сдвига подшипника, не выходя за давление, выбранное по расчёту. Ступенчатый подъём — инженерная практика, а не требование стандарта; цель — не подать избыток усилия в момент срыва посадки.

Какой распределитель и какой блок подготовки нужны?

Достаточно распределителя 5/2 (4V410-15-DC24V, рабочее давление 0,15–0,8 МПа) и блока подготовки с регулятором на 0,05–0,85 МПа (AC4010-04). Резьба цилиндров SC Ø125–200 — G3/4, порты 4V410 — G1/2: нужен переходник. Расход воздуха на ход Ø200 × 100 мм при 6 бар — около 21,7 нл; при частых ходах подряд подачу компрессора считают по частоте циклов.

Нужно ли двуручное управление?

Решение принимают по оценке рисков (ISO 12100). Если выбрано двуручное управление, узел должен соответствовать ISO 13851:2019 тип III: синхронность не более 0,5 с; простая пневматическая логика «И» этого не обеспечивает. Сброс остаточного давления перед доступом к узлу требует ГОСТ ISO 4414-2016.

Связанные материалы

• Пневматические тиски: расчёт усилия
• Маслопресс: расчёт усилия отжима
• Пресс для сока своими руками
• Дровокол своими руками: гидравлика или пневматика
• Пневматика или гидравлика
• Безопасный сброс давления: отсечной клапан и блокировка
• Калькулятор усилия цилиндра
• Пневмоцилиндры SC
• Распределители 4V
• Блоки подготовки воздуха AC