베어링 전동체 고기능화(24)

NSK Technical journal 2018 기술 저널임.

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1. 서론

구름 베어링의 파손 타입의 하나로서 구름 피로에의한 flaking, 내부 기점 및 표면 기점 타입의 2가지 Type이 있음.

정상적인 윤활 상태에서 발생하는 내부 기점 flaking의 경우, 일반적으로 재료 중에 존재하는 비철금속을 기점으로 내부 균열이 발생하는 것일 일반적임.

최근에는 베어링 금속의 청정도 개선을 통하여, 내부 기점 flaking 발생이 감소함.

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반면에, 유막 두께의 불충분 및 이물질 혼입의 윤활 조건에서, 표면 기점 flaking이 발생함.

표면 기점 flaking은 이물질에 의한 압흔, 미세한 표면 Peeling이 발생하는데, 궤도면에 형성되며, 단기간에 flaking이 발생하는 원인이 되며, 조건에 따라서 Lundberg-Palmgren의 이론에 의한 계산 수명보다 적은 경우가 있음.

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최근에는 특정한 용도로서, 연비 향상을 목적으로 베어링을 포함하고 있는 기계 시스템에서는 치수, 중량을 줄이는 경향이 보임.

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소형화에 따라서 구름 베어링의 운전조건이 가혹하게 되는 경향을 보임.

자동차 트랜스미션 등에 사용되는 베어링은 미세한 크기의 마모 분의 영향을 받기 쉬우며, 표면 기점 flaking을 가속화시키며, 베어링 소형화에 제한을 주기도 함.

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결과적으로 가혹한 윤활 조건 하에서, 장수명 운전 베어링을 개발하기 위해서, 표면 기점 flaking의 메커니즘을 명확하게 할 필요가 있음.

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이러한 문제점에 대하여 해결하기 위하여, 구름 베어링의 궤도면에 발생하는 압흔에 의해서 발생하는 표면 기점 flaking의 연구가 활발하게 진행되고 있음.

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이러한 연구들을 간단하게 예를 들어 설명하면, 압흔 형성에 관한 연구, 압흔 부의 응력 계산, 압흔 기점 flaking에 대한 수명 연장의 개발이 이루어지고 있음.

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Chui와 Liu은, 압흔 부의 응력집중에 의해서, flaking 수명을 결정하는 것을 명확하게 함. 여기서, 압흔부의 반경 r, 압흔 부의 폭 c의 1/2이라고 하면, r/c가 크면 클 수록, 압흔 부의 응력집중이 작게되는 경향이 있음.

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후무라는, r/c의 이론을 바탕으로 응력집중을 작게할 수 있는 방법으로서 잔류 오스테나이트 양의 관점에서 연구했음.

궤도면에 형성되는 압흔에 대하여, 높은 수치의 r/c 값을 얻기 위하여 후무라는 궤도면에 잔류 오스테나이트 양을 증가시킨 결과, 압흔 기점 flaking 발생을 제어한 장수명의 베어링을 개발하고 있다고 함.

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Chui와 Liu의 이론 모델에 의하면, 압흔 부의 전후방 응력집중은 구름 베어링의 방향에 관계없이 동일하다고 함.

그러나, 실제 조건에서는 압흔 전방보다 후방이 압흔 기점 flaking이 발생하기 쉬운 경향이 있음.

이러한 이유로, 메커니즘을 명확하게 하기 위해서 두가지 가능성에 대한 인자가 대두되고 있음.

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하나는,

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구름방향에 관련된 것으로서, Bioulet는 구름 마찰 조건에서 EHL해석으로로부터 압흔 전방부에서 극부적으로 접촉면압이 후방보다 미세하게 크다는 결과로 설명하고 있음.

 

전동체 사용 Ball screw 영상

https://youtu.be/zjXnv5Uzarw