Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Штамповка (вырубка) пластин статоров и роторов электродвигателей -- одна из наиболее требовательных операций листовой штамповки. Пластины электротехнической стали толщиной 0,2-0,5 мм вырубаются на быстроходных прессах с частотой от 200 до 2 000 ходов в минуту с использованием прогрессивных (последовательных) штампов. Точность вырубки определяет магнитные характеристики готового двигателя: отклонение геометрии пазов статора и ротора на десятые доли миллиметра увеличивает потери в стали и снижает КПД привода.
В таких условиях подшипниковые узлы пресса работают при экстремальных динамических нагрузках: ударные силы при вырубке достигают номинального усилия пресса (от 200 до 4 000 кН) за миллисекунды, а затем сменяются холостым ходом. Этот циклический режим с частотой до 30 Гц (при 1 800 ходах/мин) предъявляет жёсткие требования к каждому подшипниковому узлу: коленчатому валу, шатуну, ползуну и маховику.
Schuler AG (Гёппинген) -- один из крупнейших мировых производителей штамповочного оборудования. Серия автоматических прессов MC предназначена для штамповки из ленты с усилием от 1 250 до 5 000 кН. Противовращающиеся поперечные валы компенсируют боковые вращательные силы. Скоростные прессы серии MCF (630-2 000 кН) с продольным валом и планетарным редуктором достигают скорости до 300 ходов/мин. В обновлённой модели MC 125 ползун перемещается по преднагруженным безлюфтовым роликовым направляющим. Серия MSD (2 500-6 300 кН) -- сервопрессы моноблочной конструкции с технологией ServoDirect на базе безредукторных моментных двигателей, позволяющей программировать профиль хода ползуна.
AIDA Engineering -- производитель прессов с более чем 100-летней историей, специализирующийся на высокоскоростных прессах для ламинации. Серия HMX (125-300 тонн) специально разработана для вырубки пластин электродвигателей: высокожёсткая станина обеспечивает минимальное отклонение НМТ при длительной работе. Серия MSP (220-400 тонн) с многоточечной подвеской ползуна использует комбинированные подшипниковые узлы -- роликовые подшипники и масляные плёночные подшипники в едином корпусе. Привод осуществляется эксцентриковыми валами, обеспечивающими опоры с обеих сторон каждого эксцентрика. Серия NS2 (110-300 тонн) -- универсальные прессы с кованым стальным коленчатым валом и шеститочечной системой направления ползуна.
Bruderer AG (Фраснахт) -- признанный лидер в производстве высокоскоростных прецизионных штамповочных прессов. Серия BSTA охватывает диапазон усилий от 180 до 2 500 кН и скоростей от 100 до 2 000 ходов/мин. Модель BSTA 200 (200 кН) достигает 1 800 ходов/мин в стандартном исполнении и 2 000 ходов/мин в опциональном. Уникальная рычажная система распределяет нагрузку от ползуна по всей конструкции. Короткий и жёсткий поперечный главный вал в сочетании с минимальными зазорами подшипников обеспечивает прецизионность на протяжении всего срока службы.
Коленчатый (или эксцентриковый) вал -- центральный силовой элемент механического пресса, преобразующий вращение маховика в возвратно-поступательное движение ползуна. На подшипники главного вала действуют максимальные радиальные нагрузки во всей кинематической цепи пресса.
В опорах главного вала штамповочных прессов преимущественно применяются крупногабаритные цилиндрические роликовые подшипники. Их конструктивные особенности обеспечивают высокую радиальную грузоподъёмность при компактных габаритах. Для прессов используются подшипники серий NU, NJ и NUP (однорядные) и серий NN и NNU (двухрядные) с внутренним диаметром от 100 до 500 мм и более.
Тонкосечённые цилиндрические роликовые подшипники (серии NCF по SKF, SL и NJG по INA/Schaeffler) применяются на главном валу прессов с маховиковым приводом, где необходимо максимально увеличить диаметр вала при ограниченном радиальном пространстве. Такие подшипники имеют массивные латунные или штыревые сепараторы, рассчитанные на ударные нагрузки.
В прессах, где главный вал испытывает комбинированные радиально-осевые нагрузки (например, при наличии косозубых шестерён в приводе), применяются конические роликовые подшипники. Однорядные конические подшипники устанавливаются парами по схеме "спина к спине" (O-образная) или "лицом к лицу" (X-образная) для восприятия осевых нагрузок в обоих направлениях. Двухрядные конические подшипники представляют собой предварительно настроенные комплекты, упрощающие монтаж.
В прессовых подшипниках критически важен выбор сепаратора (обоймы). При ударных циклических нагрузках стандартные штампованные стальные сепараторы непригодны из-за риска усталостного разрушения. Применяются массивные латунные (бронзовые) сепараторы механической обработки или штыревые (pin-type) сепараторы, обеспечивающие надёжное удержание роликов при знакопеременных ускорениях. В обозначениях SKF суффиксы M, MA, ML указывают на массивный латунный сепаратор (например, NU 2228 ECML -- латунный сепаратор с направлением по наружному кольцу). Это стандартное решение для тяжёлых прессовых применений.
Шатун (тяга) передаёт усилие от эксцентрика коленчатого вала к ползуну. Подшипники шатуна -- наиболее нагруженные в прессе: на них действуют ударные сжимающие усилия при штамповке и инерционные растягивающие усилия при обратном ходе ползуна. В быстроходных прессах для ламинации этот цикл повторяется до 2 000 раз в минуту.
В нижней (большой) головке шатуна типично применяются игольчатые роликовые подшипники -- сепараторные комплекты (cage and roller assemblies) серий K, KBK (INA/Schaeffler) или аналогичные изделия NSK и NTN. Игольчатые ролики длиной 3-5 диаметров обеспечивают высокую грузоподъёмность при минимальном радиальном сечении, что позволяет увеличить диаметр эксцентрика (и, следовательно, его жёсткость) при заданных габаритах шатуна.
Ключевые особенности игольчатых подшипников для шатунов прессов:
-- высокая радиальная грузоподъёмность при малом поперечном сечении (стенка 3-8 мм);
-- способность воспринимать ударные нагрузки (статическая безопасность C0/P0 > 3-4);
-- работа по закалённым и шлифованным цапфам вала (твёрдость дорожки качения не менее 62 HRC по ГОСТ 4657-82, шероховатость Ra не более 0,32 мкм);
-- сепараторы из упрочнённой стали или полиамида PA66 (для скоростей свыше 800 ход/мин).
В тяжёлых тихоходных прессах (до 100-200 ходов/мин) верхняя и нижняя головки шатуна могут оснащаться подшипниками скольжения -- бронзовыми втулками из сплавов CuSn8 (бронза оловянная) или CuAl10Fe5Ni5 (бронза алюминиевая). Эти втулки работают в режиме гидродинамической смазки с принудительной подачей масла через каналы в шатуне. При правильном обслуживании и масляном режиме подшипники скольжения обеспечивают превосходное демпфирование ударов, что критично для тяжёлых вырубных операций.
Ползун (slide, ram) штамповочного пресса совершает возвратно-поступательное движение и несёт верхнюю половину штампа. Точность и жёсткость направляющих ползуна непосредственно определяют качество вырубаемых пластин и стойкость штампа.
Традиционное решение для штамповочных прессов -- призматические или плоские направляющие скольжения. Рабочие поверхности покрываются антифрикционным материалом: бронзовыми накладками, баббитовыми наплавками или современными полимерными композициями на основе PTFE (тефлона) с наполнителями (бронзовый порошок, графит, стекловолокно). Смазка подаётся принудительно через систему централизованной смазки.
Направляющие скольжения широко используются в прессах AIDA серий HMX, MSP и NS2, где шеститочечная система направления обеспечивает длинный срок службы. Регулировка зазора осуществляется клиновыми планками.
В современных быстроходных прессах Schuler серий MC и MCF ползун перемещается по преднагруженным роликовым линейным направляющим. Преимущества этого решения:
-- безлюфтовая работа благодаря преднатягу;
-- низкий коэффициент трения (0,003-0,005 для преднагруженных роликовых направляющих, против 0,05-0,15 у направляющих скольжения при граничной смазке);
-- высокая жёсткость при компактных габаритах;
-- минимальное техническое обслуживание.
Для тяжёлых штамповочных прессов применяются высокоточные роликовые рельсы Schneeberger и высокоточные роликовые каретки Schneeberger, а также линейные роликовые каретки INA. Роликовые направляющие обеспечивают более высокую грузоподъёмность и жёсткость по сравнению с шариковыми при тех же габаритах, что критически важно при ударных нагрузках штамповки.
Маховик штамповочного пресса аккумулирует кинетическую энергию вращения и отдаёт её в момент вырубки. Масса маховика составляет от сотен килограммов до нескольких тонн, скорость вращения -- от 150 до 600 об/мин. Подшипники маховика воспринимают значительные радиальные нагрузки от массы маховика и реакции ремённой (или зубчатой) передачи.
Основной тип подшипников для опор маховика -- двухрядные сферические роликовые подшипники серий 222, 223, 230, 231, 232 (по ISO 15). Их главное преимущество -- способность компенсировать угловой перекос (несоосность) вала и корпуса до 1,5-3 градусов (в зависимости от серии и размера, по каталогу SKF), что неизбежно в тяжёлых прессовых конструкциях из-за деформаций станины под нагрузкой и погрешностей монтажа. Двухрядные сферические подшипники также воспринимают осевые нагрузки в обоих направлениях.
В прессах AIDA NS2 маховик устанавливается на хвостовике (quill) главного вала, что увеличивает площадь опорной поверхности подшипника. Для тяжёлых маховиков применяются подшипники серии 232 или 240 с внутренним диаметром 200-400 мм, массивными латунными сепараторами и повышенным радиальным зазором C3 или C4 для компенсации температурного расширения при длительной работе.
Между маховиком и коленчатым валом располагается узел фрикционной муфты и тормоза, который включает/выключает передачу крутящего момента. Подшипники этого узла работают при высоких скоростях и умеренных нагрузках. Применяются однорядные цилиндрические роликовые подшипники или радиальные шариковые подшипники в зависимости от конструкции. В быстроходных прессах Bruderer BSTA используется пневматическая муфта-тормоз с быстрым откликом, подшипники которой смазываются маслом из общей системы циркуляции.
Все ведущие производители прессов для ламинации применяют системы принудительной циркуляционной смазки маслом. В отличие от прессов общего назначения, где допускается консистентная (пластичная) смазка отдельных узлов, быстроходные штамповочные прессы требуют непрерывной подачи масла к каждому подшипнику и каждой направляющей.
Для подшипников штамповочных прессов применяются индустриальные масла вязкостью ISO VG 68-150 при 40 градусах C (в зависимости от скоростного режима и нагрузки). Быстроходные прессы (более 500 ходов/мин) требуют масла пониженной вязкости (ISO VG 46-68), а тяжёлые тихоходные прессы -- повышенной (ISO VG 100-220). Масло должно содержать противозадирные (EP) и противоизносные (AW) присадки для защиты при ударных нагрузках.
В прессах AIDA все подвижные части, включая подшипники и подачу ленты, обслуживаются системой циркуляции масла с контролем температуры. Внешний охладитель (теплообменник) поддерживает температуру масла в диапазоне 35-45 градусов C. Контроль температурного расширения критически важен для стабильности положения НМТ: удлинение шатуна на 0,01 мм при нагреве на 10 градусов C (для стали) приводит к смещению НМТ на ту же величину, что недопустимо при штамповке пластин для высокоэффективных двигателей.
Расчёт ресурса подшипников штамповочного пресса выполняется по ISO 281 с учётом специфики ударного нагружения. Динамическая эквивалентная нагрузка P определяется с учётом коэффициента динамичности (ударности) fw, который для вырубных прессов составляет 1,5-2,5 в зависимости от типа операции и скорости.
Регулярное обслуживание подшипниковых узлов штамповочного пресса -- залог стабильной работы и качества штампованных пластин. Основные мероприятия:
Анализ проб масла на содержание продуктов износа (железо, медь, олово) и загрязнений каждые 500-1 000 часов работы. Содержание железа выше 50 ppm указывает на повышенный износ роликов или дорожек качения. Содержание меди -- на износ латунных сепараторов или бронзовых втулок.
Контроль вибрации подшипниковых узлов с помощью акселерометров -- наиболее информативный метод ранней диагностики повреждений. Измерение виброускорения на корпусах подшипников коленвала и маховика выполняется на рабочей скорости пресса. Появление характерных частот дефектов (BPFO -- частота прохождения роликов по наружному кольцу, BPFI -- по внутреннему, BSF -- частота вращения роликов) позволяет выявить повреждение на ранней стадии и спланировать замену.
Измерение зазора в направляющих ползуна и подшипниках коленвала выполняется при плановых остановах. Увеличение зазора в направляющих более 0,03-0,05 мм требует регулировки или замены накладок. Осевой люфт коленвала более 0,1 мм указывает на износ упорных поверхностей подшипников.
Для ремонта, модернизации и комплектации штамповочных прессов доступны следующие компоненты:
На главных опорах коленчатого (эксцентрикового) вала штамповочных прессов применяются крупногабаритные цилиндрические роликовые подшипники серий NU, NJ, NUP (однорядные) или NN, NNU (двухрядные) с массивными латунными или штыревыми сепараторами. При наличии осевых нагрузок от косозубого привода используются конические роликовые подшипники. Внутренний диаметр подшипников -- от 100 до 500 мм в зависимости от класса пресса. Тонкосечённые исполнения (NCF, SL) позволяют максимизировать диаметр вала при ограниченном пространстве.
Игольчатые роликовые подшипники обеспечивают максимальную радиальную грузоподъёмность при минимальном радиальном сечении. Длина игольчатых роликов в 3-5 раз превышает их диаметр, что позволяет вместить большое число тел качения в ограниченном пространстве шатуна. Кроме того, малая стенка подшипника (3-8 мм) позволяет увеличить диаметр эксцентрика коленвала, повышая его жёсткость. Игольчатые подшипники хорошо выдерживают ударные нагрузки при условии достаточной твёрдости рабочих поверхностей (не менее 62 HRC для дорожек качения по ГОСТ 4657-82).
Для быстроходных прессов (более 300 ход/мин) роликовые линейные направляющие предпочтительнее направляющих скольжения. Они обеспечивают безлюфтовую работу за счёт преднатяга, низкий коэффициент трения (0,003-0,005), не зависящий от скорости, и стабильную точность без регулировки зазоров. Schuler MC/MCF используют именно роликовые линейные направляющие. Однако направляющие скольжения остаются оправданными для тяжёлых тихоходных прессов, где важно демпфирование ударов масляной плёнкой.
Межремонтный период зависит от узла пресса, интенсивности работы и качества обслуживания. Подшипники маховика (сферические роликовые) при надлежащей смазке служат 80 000-120 000 часов. Подшипники коленвала (цилиндрические роликовые) -- 40 000-80 000 часов. Игольчатые подшипники шатуна -- наиболее нагруженный узел с ресурсом 20 000-50 000 часов. Фактический срок определяется результатами вибродиагностики и анализа масла: замена выполняется при обнаружении нарастающих дефектов, а не по календарному графику.
Температурное расширение стальных деталей пресса (шатуна, коленвала, станины) напрямую влияет на положение нижней мёртвой точки ползуна. Шатун длиной 400 мм при нагреве на 15 градусов удлиняется на 0,072 мм, что в 7 раз превышает допуск НМТ (+/-0,01 мм) для прецизионных штамповок. Система циркуляции масла с теплообменником поддерживает стабильную температуру (35-45 градусов C), минимизируя тепловые деформации. В прессах AIDA MSP предусмотрена автоматическая коррекция НМТ каждые 100 ходов.
В подшипниках штамповочных прессов стандартные штампованные стальные сепараторы не применяются из-за риска усталостного разрушения при ударных нагрузках. Используются массивные (цельные) сепараторы из латуни (обозначения M, MA, ML по SKF) и штыревые (pin-type) сепараторы. Латунные сепараторы обеспечивают надёжное удержание роликов при знакопеременных ускорениях и хорошо работают в масляной среде. Для отдельных узлов (облегчённые шатуны) могут применяться полиамидные сепараторы (PA66) с армированием стекловолокном.
Для прецизионной вырубки пластин статоров и роторов зазор в направляющих ползуна не должен превышать 0,02-0,03 мм. Увеличение зазора приводит к перекосу ползуна при вырубке, неравномерному износу пуансонов и матриц, а также к заусенцам на кромках пластин. Роликовые линейные направляющие с преднатягом обеспечивают нулевой зазор. В направляющих скольжения зазор регулируется клиновыми планками и контролируется при каждом плановом останове пресса.
Маховик -- тяжёлый вращающийся элемент (от сотен килограммов до нескольких тонн), создающий значительные радиальные нагрузки от собственной массы. Подшипники маховика должны компенсировать неизбежные перекосы вала из-за деформации станины. Поэтому применяются двухрядные сферические роликовые подшипники, допускающие угловой перекос до 1,5-3 градусов в зависимости от серии. Подшипники устанавливаются с повышенным радиальным зазором (C3 или C4) для компенсации теплового расширения при длительной работе и смазываются маслом из общей циркуляционной системы пресса.
Данная статья носит исключительно ознакомительный и информационный характер. Автор и издатель не несут ответственности за возможные последствия использования представленной информации в практической деятельности. Все технические данные, параметры и рекомендации приведены для общего ознакомления и не заменяют официальную техническую документацию производителей оборудования и комплектующих. Перед принятием инженерных решений необходимо обращаться к актуальным каталогам производителей, действующим стандартам и квалифицированным специалистам. Автор не гарантирует полноту, точность и применимость информации для конкретных задач.
1. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
2. ГОСТ 8328-75. Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами. Основные размеры.
3. ГОСТ 4657-82 (СТ СЭВ 1988-79). Подшипники роликовые радиальные игольчатые однорядные. Основные размеры. Технические требования.
4. ГОСТ 5721-75. Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры.
5. ISO 281:2007. Подшипники качения. Динамическая грузоподъёмность и расчётный ресурс.
6. ISO 76:2006. Подшипники качения. Статическая грузоподъёмность.
7. ISO 492:2023. Подшипники качения. Допуски.
8. SKF. Rolling Bearings -- главный каталог (PUB BU/P1 17000/1 EN).
9. SKF. Bearing Maintenance Handbook.
10. SKF. Spherical Roller Bearings -- каталог.
11. NSK. Rolling Bearings (CAT. No. E1102m).
12. NSK. Needle Roller Bearings (CAT. No. E2300).
13. Schaeffler/INA. Technical Pocket Guide (STT).
14. Schaeffler/INA. Needle Roller and Cage Assemblies for Crank Pins (TPI 94).
15. Schaeffler/INA. Mounting and Maintenance of Rolling Bearings (WL 80250/4).
16. NTN. Ball and Roller Bearings (CAT. No. 2203E).
17. NTN. Needle Roller Bearings (CAT. No. 9013E).
18. Timken. Engineering Manual (PUB 10424).
19. Timken. Bearing Damage Analysis Reference Guide.
20. Timken. Spherical Roller Bearing Catalog.
21. Решетов Д.Н. Детали машин. 4-е изд. -- М.: Машиностроение, 1989.
22. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. 9-е изд. -- Т. 2.
23. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: расчёт, проектирование и обслуживание опор. -- М.: Машиностроение, 1992.
24. Harris T.A., Kotzalas M.N. Rolling Bearing Analysis. 5th ed. -- CRC Press, 2006.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.