안녕하세요. 메카럽입니다.
이번 포스팅에서는 베어링의 끼워맞춤 선정과 관련된 사항들에 대해 알아보도록 하겠습니다.
베어링의 끼워맞춤 선정
일반적으로 베어링은 내륜을 축에 외륜을 하우징에 설치하여 사용하는데 내륜의 안지름과 축지름과의 관계, 외륜의 바깥지름과 하우징 안지름의 관계를 "끼워맞춤"이라 부르는데 끼워맞춤을 이해하고 적용하려면 먼저 베어링이 설치되어 있는 장치나 기계에서 하중의 조건이나 방향, 내외륜의 회전 상태등을 정확히 파악해야 할 필요가 있습니다.
베어링의 내륜의 안지름보다도 축지름이 작은 경우, 축에 내륜을 설치한 후에 내륜과 축과의 사이에는 틈새가 생길 것입니다. 이러한 끼워맞춤을 헐거운 끼워맞춤이라 부릅니다.
반대로 베어링의 내륜의 안지름보다도 축지름이 큰 끼워맞춤을 억지 끼워맞춤이라고 부르며 헐거운 끼워맞춤과 억지끼워맞춤의 중간이 중간 끼워맞춤입니다. 베어링의 내륜과 축의 끼워맞춤을 예로 들었지만 베어링의 외륜과 하우징과의 끼워맞춤도 마찬가지입니다.
▣ 크립(Creep) 현상
내륜과 축과의 조립상태가 헐거운 끼워맞춤인 베어링에 레이디얼 하중이 작용하고 축이 회전하는 경우를 생각해보겠습니다. 축은 아래 그림의 화살표 방향으로 회전합니다.
하중의 작용에 따라 하중이 작용하는 축에서 내륜과 축은 서로 접촉하게 되고 반대측에서 틈새가 발생하게 됩니다. 내륜도 축의 회전방향으로 회전합니다. 내륜과 축이 미끄러지지 않고 매끄럽게 구름 접촉을 하고 잇는 경우를 고려하면, 헐거운 끼워맞춤의 경우 축의 바깥둘레보다도 내륜의 안쪽 둘레가 길기 때문에 아래 그림과 같이 축이 1회전 했을 때 내륜의 회전은 약간 늦어지게 됩니다. 이처럼 축의 회전에 대해서 내륜의 회전이 늦어지는 현상을 크립(Creep) 현상이라고 부릅니다.
크립 현상이 발생하게 되면 내륜이나 축에 마모가 발생하고 머지않아 베어링은 사용할 수 없게 됩니다. 내륜과 축과의 사이에 윤활유의 주입이 어려우면 내륜과 축의 속도차가 적게 되고 유막이 형성되지 않으며, 금속끼리 접촉이 발생하는 것 등이 원인이라고 생각할 수 있습니다. 크립 현상을 방지하기 위해서는 헐거운 끼워맞춤이 아닌 억지 끼워맞춤을 적용하여 틈새를 최대한 없애는 것이 좋습니다.
▣ 적절한 끼워맞춤의 선정
베어링에 발생하는 좋지 않은 현상인 크립(Creep)을 방지하기 위해서는 끼워맞춤 부분의 틈새를 최대한 없애는 것이 좋다고 했습니다. 하지만 억지 끼워맞춤은 베어링을 조립하기 위해서 압입력이 필요하게 되므로 베어링의 설치 시 작업성이 좋지 않게 되는 것 외에 내륜, 외륜, 기계시스템 전체의 베어링을 억지 끼워맞춤으로 하게 되면 조립 자체가 불가능한 경우도 발생할 수가 있습니다.
어떤 경우에 크립(Creep)이 발생하는지는 이미 알고 있으므로 헐거운 끼워맞춤을 적절하게 적용하여 설계제작하게 된다면 분해 및 조립과 작업성이 좋은 기계 시스템을 만들 수가 있는 것입니다.
아래 "베어링의 끼워맞춤 선정"에 베어링의 회전 구분, 하중의 방향, 억지 끼워맞춤이 필요한 장소, 헐거운 끼워맞춤의 적용이 가능한 장소를 나타내고 있습니다. 베어링의 내륜이 회전하고 있고 외륜이 정지, 하중은 축에 일정한 방향으로 작용한다고 가정하고 설계하는 것이 일반적인 베어링의 사용예입니다. 이러한 경우에는 내륜과 축은 크립(Creep)을 방지하기 위해서 억지 끼워맞춤을 할 필요가 있지만 외륜과 하우징 사이는 헐거운 끼워맞춤이어도 큰 무리는 없을 것입니다.
내륜이 정지해 있고 외륜이 회전하는 경우도 있지만 하중도 외륜과 함께 회전하는 것이라면 같은 끼워맞춤이라도 큰 상관은 없을 것입니다. 내륜이 정지, 외륜이 회전, 하중은 외륜측으로 일정한 방향으로 작용하는 장소에서도 베어링 부분으로의 물 등의 침입을 방지할 목적으로 적용되는 경우도 있습니다.
이런 경우 내륜과 축 사이에는 헐거운 끼워맞춤이라도 큰 상관은 없지만 외륜과 하우징 사이는 억지 끼워맞춤을 하지 않으면 안되는 것입니다. 또한 여러 베어링 제조사의 카달로그에서는 끼워맞춤이나 베어링의 적용 사례 등을 상세히 기술하고 있으므로 베어링을 사용해서 기계 시스템을 설계한다면 꼭 참조하시기 바랍니다.
▣ 하중의 성질과 끼워맞춤
베어링의 끼워맞춤 선정에 있어 반드시 고려해야 할 사항으로 베어링에 작용하는 하중의 방향 및 조건이나 베어링의 내륜 및 외륜의 회전상태에 다른 끼워맞춤의 관계를 나타내었습니다.
| 하중의 방향 | 베어링 내륜 및 외륜의 회전 상태 |
하중의 조건 | 끼워맞춤 | |
| 내륜과 축 | 외륜과 하우징 | |||
| 정지 | 내륜 회전 외륜정지 |
내륜회전하중 외륜정지하중 |
억지 끼워맞춤이 필요 (k, m, n, p, r) |
헐거운 끼워맞춤이어도 좋음 (F, G, H, JS) |
| 회전 (외륜과 함께 회전) |
내륜정지 외륜회전 |
|||
| 정지 | 내륜정지 외륜회전 |
내륜회전하중 외륜정지하중 |
헐거운 끼워맞춤이어도 좋음 (f, g, h, js) |
억지 끼워맞춤이 필요 (K, M, N, P) |
| 회전 (내륜과 함께 회전) |
내륜회전 외륜정지 |
|||
| 회전 또는 정지 | 하중의 방향이 결정되어 있지 않으며 일정하지 않은 경우 |
방향부정하중 | 억지 끼워맞춤 | 억지 끼워맞춤 |
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