베어링 예압과 강성(89, 제1편)

 

딱 10CM만

아티스트

10CM, BIG Naughty (서동현)

앨범

딱 10CM만

발매일

2022.09.25

 

베어링을 선정하면서 중요한 부분 중에 하나가 예압 설정과 강성있는 축계 설계입니다.

부하되는 하중과 속도 윤활 선정 등을 잘 선정하고, 예압을 등안시 하여 완성품의 성능 시험을 할 때, 소음 진동으로 문제가 커질 수 있으니, 베어링 제조사와 충분히 협업하여 적절한 예압과 강성 설계를 하시기 바랍니다.

 

예압과 강성에 대하여 쉽게 풀어쓴 자료가 있어 소개합니다.

 

이번에는 선택한 베어링 형식이 타당함을 확인하는 포인트로 '베어링의 예압과 강성'에 대해 소개하겠습니다.

 

 

많은 베어링은 운전 시 약간의 '틈새'를 주어 사용합니다.

그러나 용도에 따라서는 미리 액시얼 하중을 주어 베어링 조립시 마이너스 틈새로 사용하는 경우가 있습니다.

이러한 사용법을 예압이라고 합니다.

이번 시간에는 예압과 강성과 관련된 내용을 소개하겠습니다.

 

 예압의 목적
아래 내용은 베어링에 예압을 주는 목적과 용도 예를 나타냅니다.

 

- 공작기계 스핀들: 베어링의 위치 결정에 대한 정밀도를 향상시키고, 축의 흔들림 정밀도를 향상시킴.

 

- 자동차 디퍼렌셜 기어: 축의 강성을 높이고, 기어 접촉간의 정밀도를 향상시킴

 

- 횡방향 스러스트 베어링: 내/외륜 궤도 접촉부에 대하여 전동체가 올바른 위치에 올 수 있도록 역활을 함.

 

- 소형 모터: 공진 및 소음 진동 발생 방지

 

- 고속 회전용 앵귤러 볼 베어링: 고속 회전 시, 내/외륜 궤도 접촉부에 대한 슬립 방지와 마모 방지

 

 

예압에 의한 베어링의 전동체의 접촉상태와 축심(축의 중심) 위치의 변위량

베어링에 내부 틈새가 있는 경우와 예압을 주는 경우에는 전동체와 궤도륜과의 접촉 상태가 다릅니다.

레이디얼 베어링을 예로 하여 접촉 상태를 설명합니다.

베어링에 내부틈새가 있는 경우

베어링에 내부틈새가 있을 경우 하중이 걸리는 방향에 가장 가까운 위치에 있는 전동체에 가장 큰 하중이 소요됩니다.
이 가해지는 하중에 의해 궤도부와 전동체의 접촉부에 약간의 탄성 변형이 발생합니다.

탄성 변형은 하중이 가해지지 않게 되면 원래대로 돌아가 변형이 없어집니다.

 

 

한편 하중이 걸리는 방향의 반대쪽에 위치한 전동체에는 하중이 걸리지 않아 탄성변형이 생기지 않습니다.

 

이 전동체의 위치에 따른 탄성변형의 차이로 인해 베어링의 축심(축의 중심) 위치가 근소하게 변화합니다.
또한 하중이 걸리는 방향이 변화하는 경우에는 축심이 이동하여 진동의 원인이 됩니다.

 

 베어링에 예압을 준 경우

예압을 주면 베어링의 내부 틈새가 마이너스가 되어 더 많은 전동체가 내부와 외륜에 접촉하여 궤도륜과 전동체의 접촉 위치에 따른 탄성 변형량의 차이가 작아집니다.

그 결과 베어링의 축심 위치의 변화량도 적어집니다.

 

에압유무에 따른 베어링 중심선의 위치 변화의 이미지 사진

 

이와 같이 베어링에 예압을 주어 축심 위치의 변화량을 적게 하는 것을 축의 강성을 높인다고 합니다.

또한 롤러 베어링은 볼 베어링보다 가해지는 하중에 대한 탄성 변형량이 작아집니다.

따라서 롤러 베어링은 축심 위치의 변화량도 적고 보다 높은 강성을 얻을 수 있습니다.

 

 예압 방법

예압을 주는 방법으로는 정위치예압과 정압예압이 있습니다.

 

1) 정위치 예압: 동일한 예압량의 경우, 정압예압에 비하여 변형량이 적고 강성이 높다

                          베어링 조립 공차에 대한 정밀한 관리가 필요하다.

                          회전체의 원심력과 온도상승에 대한 변화가 있음.

 

2) 정압예압: 회전 중에 일정한 예압을 정위치 예압에 비하여 부여할 수 있고, 안정적인 예압을 유지할 수 있다.

                    같은 예압량에서는 정위치예압에 비해 하중에 대한 변위가 크다.

 

 

또, 각각의 예압 방식의 구조를 나타냅니다.

 

정위치 예압 구조

 

정압예압 구조

 

예압 구조에 대한 원문 내용을 확인하시고 싶은 분은 아래의 주소로 들어가주세요.

 

ベアリングの選び方（その５）～「ベアリングの予圧と剛性」～ | Koyo（ジェイテクト） (jtekt.co.jp)

ベアリングの選び方（その５）～「ベアリングの予圧と剛性」～ | Koyo（ジェイテクト）

 

베어링 액시얼 하중 즉 예압에 대하여 쉽게 이야기한 동영상 올립니다.

 

https://www.youtube.com/watch?v=gd3JaxileD8