챕터 8. 베어링(2)

챕터 8. 베어링(2)

2. 미끄럼베어링

 (2) 저널의 설계

  1) 저널설계상 고려되는 사항

     1. 하중에 대하여 충분한 강도를 가지고 있을 것

     2. 심한 변형이 생기지 않을 것

     3. 마찰과 마멸이 적고, 변형되었을 때 수리, 교환이 쉬울 것

     4. 윤활유를 잘 보존할 것

     5. 마찰열이 좁은 부분에 집중되지 않도록 하여, 열소산이 잘 되도록 할 것

  2) 베어링 압력

     베어링압력은 접촉면의 위치에 따라 다르므로 평균값을 잡는다.

     p는 하중P를 베어링의 투영면적 A로 나눈 값을 말한다.

 (3) 미끄럼베어링의 설계

  1) 끝저널의 설계

     끝저널은 축을 외팔보로 보고 베어링압력이 균일하게 분포하는 것으로 가정하면 저널의 중앙에 집중하중이 작용

    1. 저널의 직경

    2. 폭경비(l/d)

  2) 중간저널의 설계

     피스톤저널이 그 대표적인 예이며 하중이 그림에서와 같이 작용한다면 최대 굽힘모멘트는 보의 중앙단면에 생긴다. 

    1. 저널의 직경

    2. 폭경비

     l/d의 값이 작아지면 윤활유의 누설이 현저하여 부하능력이 감소되므로 폭경비 l/d는 보통하중의 경우는 1.0~1.5를 많이 사용한다.

  3) 피봇저널의 설계

  피봇저널은 축의 끝에서 축방향의 하중을 지지하며, 칼러저널은 축중간에 한 개 또는 여러개가 설치되어 있어 축방향의 하중을 지지한다.

     ㄱ. 중실축의 경우

     ㄴ. 중공축의 경우

     칼라저널이면,

  4) 발열계수(=압력속도계수) : pv [ N/mm^2 X m/s ]

     1. 끝저널의 경우

     2. 피봇저널의 경우

     3. 칼라저널의 경우

     베어링의 과열을 방지하려면 발열계수는 허용한도내에 있도록 설계한다.

  5) 마찰손실동력

     마찰손실동력이란 단위시간당 마찰일량을 말하며 다음과 같다.

     베어링내의 허용온도는 사용된 윤활유의 성질과 베어링과 베어링의 용도 등에 따라서 다르지만 보통 50℃이상이면 높은편이고,

    60℃를 넘지 않도록 하는 것이 좋다. 또한 유막의 온도는 베어링의 표면온도보다 5~10℃더 높다.

3. 구름베어링

 (1) 구름베어링의 구조

     구름베어링은 마찰면 사이에 수많은 볼 또는 롤러를 넣어 이들의 구름운동에 의하여 회전운동을 시키는 베어링으로서 구름마찰이

    미끄럼마찰보다는 작다는 원리를 베어링에 응용한 것이다. 

베어링의 구조

     구름베어링은 내륜, 외륜, 전동체, 리테이너의 4가지 중요부분으로 구성된다. 리테이너는 볼을 전원주에 고르게 배치하여 상호간의 접촉을 피하고 마멸과 소음을 방지하는 역할을 한다. 그리고 외륜에 접하는 부분을 하우징이라 하며, 내륜에 접하는 부분을 저널이라 한다.

 (2) 구름베어링의 종류와 특성

구름베어링 종류와 특성

  1) 볼베어링

     1. 깊은 홈 볼베어링

      보통은 축을 내륜에 압입하고 외륜은 하우징에 고정되어 있다. 내륜과 외륜은 분리할 수 없다. 때로는 반대로 내륜은 고정, 외륜은

     회전시켜서 사용할 수 있다. 약간의 스러스트하중도 받을 수 있다.

     2. 마그네토 볼베어링 

      외륜궤도면은 한쪽에 플랜지가 없고, 분리형이므로 분리와 조립이 편리하다. 접촉각이 작고 축방향 변위를 허용하나 부하하중은

     작고, 경하중이다.

     3. 앵귤러 콘택트 볼베어링

      볼과 궤도륜 사이의 접촉각이 상당히 크고 20°, 30°, 40     4. 자동조심 볼베어링 

      내륜에 2열의 궤도가 있고 외륜궤도면의 구면모양으로 되어 있으므로 자동적으로 중심을 맞추고 조정하는 조심성이 있고 축과

     하우징에 처짐이 생기는 경우에 적합하다.

     5. 스러스트 볼베어링 

      스러스트하중만을 지지할 수 있는 베어링으로서 볼과 리테이너 사이의 마찰이 크게 되기 쉬우므로 리테이너 구멍의 지름을

     볼지름보다 약간 크게 하여 마찰을 작게한다. 복식의 경우 양방향의 스러스트를 지지할 수 있다. 

  2) 롤러베어링

     롤러베어링은 볼베어링보다 저속하중으로서 충격이 많은 경우에 적합하다.

     1. 원통 롤러베어링

      전동체가 롤러이기 때문에 레이디얼 방향의 부하용량이 크고, 중하중, 충격하중, 고속회전에 적합하고, 축방향으로 족므 이동하는

     경우에 유리하다.

     2. 원추 롤러베어링

      원추형의 롤러를 원추형의 내륜, 외륜 사이에 집어넣은 형식이고, 모든 원추의 정점이 회전축상의 한점에 모여 구름운동을 하고 있는       형식이다. 기울기는 6~7°이고, 접촉각은 12~16°이다. 특히 큰 스러스트하중을 받는 것은 28~30°이다.

     3. 구면 롤러베어링

      외륜궤도면이 구면모양이므로 자동조심작용이 있고 상당히 큰 축기울기를 허용한다. 따라서 큰 레이디얼하중 이외에 양방향의

     스러스트 하중도지지한다.

     4. 니들베어링

      전동체 길이에 비하여 지름이 아주 작은 바늘모양의 롤러지름이 2~5mm를 사용한 롤러베어링으로서 단위면적당 부하용량이 크므로 

     롤러지름이 작을수록 좋은 특성이 있으며 보통 리테이너는 없다.

     5. 스러스트 롤러베어링

      스러스트볼베어링보다 큰 하중을 지지할 수 있고, 스러스트 자동조심 롤러베어링은 자동조심 작용이 있다.

  3) 소형베어링

     보통 바깥지름이 9mm이하로 정의도어 있으나 일반적으로 9mm 이상이더라도 초소형의 베어링을 미니어처 볼베어링이라 한다.

    구조는 보통 레이디얼 또는 스러스트 볼베어링을 소형으로 한 것으로 내륜을 생략하고 축을 내륜 대신한 것 또는 피봇형이 있다.

 (3) 구름베어링의 규격

     형식기호

    - 첫번째 숫자 

     1,2,3,4 : 복력자동조심형볼베어링

     6 : 단열 깊은홈 볼베어링

     7 : 단열앵귤러 콘택트형

     N : 원통롤러형

    - 두번째 숫자

     0,1 : 특별 경하중

     2 : 경하중

     3 : 중간하중

     4 : 고하중(중하중)

    - 세번째 네번째 숫자

     0~9mm : 그대로 쓴다

     10mm : 00

     12mm : 01

     15mm : 02

     17mm : 03

     20mm : 04 ( 안지름/5 )

     25mm : 05

 (4) 구름베어링의 설계

  1) 베어링수명과 정격수명

   1. 베어링수명

     구름베어링은 장시간 사용하면 반복하중에 의한 피로현상, 소음과 진동의 증가, 마멸에 의한 정밀도의 저하, 구름면의 피로박리 등으로

    인하여 사용할 수 없게 된다. 이와 같이 피로박리가 발생할 때까지의 총회전수를 베어링수명이라 한다.

   2. 정격수명

     동일규격의 베어링을 같은 조건으로 여러개 사용하였을 때 이중 90% 이상의 베어링이 피로에 의한 손상이 생기지 않을 때까지의

    총회전수나 시간을 정격수명 또는 계산수명이라 한다.

  2) 기본부하용량

     구름베어링이 견딜 수 있는 최대하중을 정격하중 또는 부하용량이라 한다.

   1. 기본정격 부하용량(기본 정 정격하중)

     베어링이 정지하고 있을 때 또는 아주 저속회전하고 있을 때 허용할 수 있는 최대하중을 말한다. 즉, 가장 큰 하중이 작용하는

    접촉부에서 전동체와 궤도륜과의 영구변형량의 합이 전동체 지름의 1/10000 이내가 되도록 한 정지하중을 말하며 C0로 표기한다.

   2. 기본동적 부하용량(기본 동 정격하중)

     베어링이 회전하고 있을 때 견딜 수 있는 최대하중을 말하며, 베어링의 정격회전수명이 10^6회전 즉, 33.3rpm으로 500hr의 수명을

    주는 일정하중을 말한다. 일반적으로 베어링을 선정할 때 기준으로 하며 C로 표기한다.

     기본회전수=33.3rpmX500hr=33.3회전/minX500X60min=10^6회전

  3) 수명계산식

   1. 정격수명(계산수명,수명회전수 : Ln)

   2. 수명시간

     베어링의 정격수명 Ln과 500시간 단위로 나타내는 수명시간 Lh와의 관계는 다음 식으로 주어진다.

  4) 베어링하중

     수명계산 중에 베어링하중 P의 값은 축에 가해지는 하중이나 기어의 회전력 또는 풀리에 가해지는 장력에 의한 힘을 받는다.

    따라서 베어링선정에서 베어링하중의 계산은 이론적으로 구한 것에 보통 예전의 경험으로 구한 보정계수인 하중계수를 곱한다.

     기어장치에서는 하중계수와는 별도로 기어계수를 도입한다.

    풀리장치에서 실제베어링하중 P는 다음 식으로 주어진다.

  5) 동등가하중(상당하중)

   1. 레이디얼 베어링의 동등가하중

     방향과 크기가 변동하지 않는 레이디얼하중과 스러스트하중을 동시에 받을 경우의 동등가하중 P는 다음과 같다.

   2. 스러스트 베어링의 동등가하중

     방향과 크기가 변동하지 않는 스러스트하중과 레이디얼하중을 동시에 받는 호칭접촉각 α≠90°의 스러스트 베어링의 동등가하중 P는 다음과 같다.

  6) 한계속도지수(dN)

     구름베어링에서 내륜->전동체-> 외륜 사이는 구름접촉을 하지만 전동체와 리테이너 사이는 미끄럼접촉을 하기 때문에 고속으로 되면 이 점이 문제가 되고 회전속도도 어느정도 제한이 필요하다. 이지표로 베어링 안지름 d 와 축의 회전수 N의 곱인 dN의 한계값을 사용한다.