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오늘은 베어링 취급법을 알아보겠습니다. 베어링을 다루고 점검이 되면 그 이후에는 취급에 대한 능력이 필요합니다. 이 글을 통해서 도움이 되었으면 좋겠습니다.
1. 베어링의 틈새와 예압
1) 베어링의 틈새와 공차
베어링의 틈새와 공차가 필요한 이유는 베어링의 조립 시 억지 Fitting에 의한 간섭량으로 틈새값 감소 보정을 할 수 있으며 회전 간 온도상승에 따른 내, 외륜의 온도차에 의한 열팽창의 차이로 틈새값 감소 보정을 할 수 있습니다. 즉, 베어링의 틈새 감소량 (간섭량 + 팽창량)에 대한 보정을 위한 틈새가 필요합니다. 이에 따라 베어링에는 공차가 필요합니다.
2) 베어링의 예압 (Ⅰ)
사용에 따라서 베어링 배열 내에 양(?) 혹은 음(-)의 운전 틈새를 유자하는 것이 필요합니다. 대부분의 적용에 있어서 운전 틈새는 양의 값(+)을 가져야 합니다. 다시 말해서 운전 중일 때 베어링은 미미하게나마 잔류 틈새를 가져야 합니다. 그러나, 공작기계 주축 베어링, 자동차 구동장치의 피니언 베어링, 요동 운동에 대한 베어링 배열과 같이 베어링 배열에 대한 강성을 높이거나 회전 정밀도를 증가시켜 주기 위해 음(-)의 값의 운전틈새(예압)가 필요합니다. 베어링 형식에 따라 예압은 경방향이나 축방향 중 한 방향에 가해집니다. 원통 롤러 베어링의 경우 그들의 설계 특성상 경방향 예압만 가해지고, 트러스트 볼과 원통 롤러 트러스트 베어링은 축 방향으로만 예압이 가해질 수 있습니다.
3) 베어링의 예압 (Ⅱ)
배면 조합이나 정면 조합 배열로 설치된 같은 형식의 두 베어링을 함께 가진, 단열 앵귤러 콘택트 볼 베어링가 테이퍼 로러 베어링은 축 방향 예압이 가해집니다. 테이퍼 롤러 베어링과 앵귤러 콘택트 볼 베어링에 대해 베어링이, 배면 조합 일 경우 압력 중심점 사이의 거리 L은 베어링 중심 사이의 거리보다 길고, 정면 조합일 경우 압력 중심점 사이의 거리 L은 베어링 중심 사이의 거리 I 보다 짧다. 비록 중심간의 거리가 상대적으로 짧더라도 배면 조합으로 배열된 베어링은 상대적으로 큰 틸팅 모멘트를 수용할 수 있다는 것을 의미합니다. 배면 조합으로 배열된 경우, 모멘트 하중으로 생긴 경방향 합성력과 베어링 내에서 발생되는 변형은 정면 조합으로 배열된 베어링보다 더 작습니다.
4) 베어링 예압 효과
① 강성이 증대 됩니다. 베어링 강성은 베어링에 작용하는 힘과 베어링 내의 탄성 변형과의 비로 정의됩니다. 하중으로 인한 탄성변형은 예압을 받지 않는 베어링의 경우보다 예압이 주어진 베어링의 경우가 주어진 하중 범위 내에서는 더 작습니다.
② 회전소음이 감소됩니다. 베어링의 운전틈새가 작으면 작을수록 무부하 영역에서 전동체의 인내가 더 좋고 베어링들은 더 정숙 운전을 할 수 있게 됩니다.
③ 축 안내 정밀도가 증대 됩니다. 예압이 가해진 베어링에서는 예압이 하중하에서의 축 처짐을 방지하여 축을 더욱 정확하게 안내해주는 역할을 합니다. 예를 들어, 예압이 가해진 피니언과 베어링들은 축을 더 정확히 안내하고 강성을 증가시킴으로 기어의 물림을 정확하고 일정하게 유지시켜 주고 추가로 동적 외력들을 최소하하게 됩니다. 결과적으로, 운전은 정숙할 것이고 기어 물림은 서비스 수명을 길게 해 줄 것입니다.
④ 운전에서 자리자비와 마모를 보정합니다. 운전 중에 베어링 배열에서 마모와 자리잡기 과정은 틈새를 증가시키나 이것은 예압에 의해 미리 보정할 수 있습니다.
⑤ 긴 서비스 수명을 보장합니다. 어떤 적용에서 예압이 가해진 베어링 배열들은 운전신뢰성을 높이고 서비스 수명을 증가 시킬 수 있습니다. 적절한 크기의 예압은 베어링 내의 하중 분배를 골고루 이루어지게 하여 서비스 수명에 유리한 영향을 가져다줍니다.
⑥ 수미어링을 방지하고, 홀스 브리넬링 (False Brinelling)을 방지하며, 공전 미끄럼과 자전 미끄럼을 방지합니다.
5) 예압의 종류
① 정압 예압 : 스프링을 이용하는 방법은 위치가 변하여도 압력이 일정합니다. 고속회전, 축방향 진동방지, 횡축에서 트러스트 B/R 사용 시 사용됩니다.
② 정위치 예압 : 나사를 이용하는 방법(토크 관리), 스페이서나 심플레이트를 사용, 조합 베어링을 이용하는 방법이 있으며 예압량 비슷할 때 강성증가 효과적이며 온도차에 의해 예압량 변화가 큽니다.
6) 예압의 방법과 특징
내륜, 외륜의 상대적인 위치를 어떤 설정 치수만큼 접근시켜 고정하여 전동체와 탄성변형에 상당하는 예압을 주는 방식입니다.
① 스페이서 또는 쉼을 사용하는 방법
② 예압 조정된 종합 베어링을 사용하는 방법
- 미리 폭차 치수, 또는 액시얼 클리어런스를 조정한 조합 베어링 (Preloaded Duplex Bearings)을 사용합니다. 필요한 예압량은 베어링의 하중과 변위와의 관계에서 계산하여 정합니다.
③ 조임 너트를 사용하는 방법
- 회전축의 마찰에 의한 토크(Torque)를 측정하면서 내륜, 또는 외륜의 하나를 축 방향으로 필요한 예압량이 될 때까지 체결합니다.
7) 정위치 예압 VS 정압 예압
예압 스프링의 강성은 아주 작기 때문에 예압 된 베어링의 상대적 위치는 사용 중에 변하지만 예압은 거의 일정합니다. (주변치수가 크게 됨) 예압량이 같을 때의 베어링의 강성은 베어링의 강성증가, 정위치 예압 쪽이 크고, 베어링 하중에 대한 강성의 변화가 있으며, 정위치 예압쪽이 작게 됩니다. 온도변화에 의한 예압의 변화는 정압 예압에서는 무시할 정도로 변하지 않게 됩니다.
8) 예압방법과 예압량의 선정
정위치 예압시에는 강성증가 크고, 하중의 변화에 따른 변위가 작으며, 운전 중 온도 등의 영향을 예압량으로 변합니다.
정압 예압시에는 운전 중 온도 등의 영향에도 예압량 변화가 극히 작습니다. 고속회전에서 축 방향 진동방지 필요시 사용되게 됩니다.
2. 베어링 취급상의 주의 사항
1) 보관
① 이물질의 혼입 및 부식 방지를 위하여 원래 포장 그대로 보관 (포장 해체는 조립현장에서 조립직전에 실시)
② 청결하고 건조한 장소에 보관 ( 습도 60% 이하, 40℃ 이하)
③ 진동, 충격 하중이 없는 곳에 보관
④ 장기간 보관 시 기대거나 세우지 않고 보관 (평평하고 견고한 바닥에 눕혀 보관)
⑤ 주위의 부식성 가스 (암모니아, 산액이나 가스 등)와 격리 보관
⑥ 여러 개를 포개어 쌓지 않고 보관
⑦ 장기 보관 (1년 이상 ), 특히 장마철을 경과한 베어링은 사용 전에 부식, 방청제 건조 여부를 점검
2) 취급
① 충격 하중을 가하지 말 것 ( 던지거나 떨어뜨림 금지)
② 굳어진 윤활제나 방청유는 세척, 제거 (여과된 백등유 사용)
③ 신품 베어링의 경우 방청유 제거는 불 필요
④ 세척 후 작업용 압축 공기 등을 사용한 강제 건조 금지 이는, 일반 작업용 압축 공기에는 이물질이 혼입 되어 있어 베어링 손상이 될 확률이 높음
⑤ 베어링 주변을 깨끗이 할 것
⑥ 취급은 조심스럽게 실시
⑦ 적절한 취급용구를 사용
⑧ 베어링의 녹에 주의 : 손의 땀이 녹의 원인이 되므로 , 청결한 손으로 취급주의 필요, 가능하면 장갑 사용
⑨ 깨끗하지 않은 베어링은 강제로 회전 금지
⑩ 압축공기로 베어링을 회전시키지 않는다.
⑪ 베어링의 표면에 흠이 생기지 않게 한다.
3. 마무리
오늘은 베어링 취급과 보전 중에서 베어링 취급법에 대해서 알아보았습니다. 중요한 베어링 부품인 경우에 보전법과 취급사항에 대해서 숙지하시고 도움이 되었으면 좋겠습니다.