베어링 기본 정격 수명 의미(8)

1. 기본 정격 수명

베어링이 하중을 받아 회전하면, 내륜, 외륜 궤도면 및 전동체의 전동면은 끊임없이 반7복하여 하중을 받으므로 재료의 피로에 따라 플레이킹이라 불리는 비늘형태의 손상이 베7어링의 내륜 및 외륜의 궤도면 또는, 전동체면에 나타나는데, 이 최초의 플레이킹이 생기기까지의 총회전수를 구름피로수명이라 한다.
베어링의 구름 피로수명은 치수, 구조, 재료, 열처리, 가공방법 등을 동일하게 한 수많은 베어링을 동일한 조건으로 운전해도 다양한 산포가 발생하는데, 이것은 재료의 피로그 자체에 산포가 있기 때문이다. 따라서 이 수명의 산포를 통계적 현상으로 취급하기위해서 다음과 같이 정의된 정격피로수명을 사용한다.
정격 피로수명이란 일군의 동일 호칭번호의 베어링을 동일한 운전조건으로 각각 회전하였을 때, 그중 90%의 베어링이 구름피로에 의한 플레이킹을 일으키지 않으며 회전할 수있는 총회전수를 말한다.
베어링의 수명을 검토할 경우, 이 피로수명만 생각하게 되는데 베어링에 요구되는 기능에 따라서는 어느 정도의 사용한도를 같이 생각해 볼 필요가 있다.

2. 기본 정격 수명과 기본 동 정격하중

동일한 군의 같은 베어링을 동일한 조건으로 회전시켜도 수명은 거의 일정하지 않다.
이것은 재료의 피로, 그 자체가 일정하지 않기 때문이다. 그러므로 수명이 일정하지 않은 것을 통계적으로 처리하여, 다음과 같은 기본 정격수명을 이용한다.
기본 정격수명이란, 동일한 직군의 같은 베어링을 동일한 조건에서 회전시켰을 때, 90%(신뢰도 90%) 구름 피로에 의한 플레이킹을 일으키지 않고 회전 할 수 있는 실질적인 총 회전수를 의미한다. 일정 회전속도로 회전시켰을 때는 그 총 회전 시간으로 표시한다.
기본 동 정격하중이란, 구름 베어링의 동적 부하능력을 나타내는 것으로 100만 회전의 기본 정격수명을 가질 수 있도록 하는 일정 부하를 의미한다. 경방향 베어링은 순수 경방향 하중, 스러스트 베어링은 순수 축방향 하중으로 타내며, 기본 동 경방향 정격 하중(Cr) 또는 기본 동 축방향 정격하중(Ca)로 나타낸다.

 

 

여기서 L ：정격피로수명(100만 회전단위)
                   P：베어링하중(동등가하중) (N){ kgf｝
                  C ：기본동정격하중 (N)｛kgf｝
                  레이디얼 베어링에서는 C r
                  스러스트 베어링에서는 C a

 

3. 보정 정격 수명
베어링의 기본 정격 수명(신뢰도 90%)은 용도에 따라서 90% 이상의 신뢰도로 베어링의 수명을 구할 필요가 있는 경우도 있다. 특별히, 개선된 베어링 재료 및 제조 방법을 이용하여 베어링의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 사용조건(윤활, 온도, 속도 등)에 의하여 베어링 수명에 영향을 줄 수도 있기 때문이다.
이것을 고려하여, 기본 정격 수명을 보정한 수명을 보정 정격수명이라고 한다.

Lna = a1˟ a2 ˟a3˟L10
여기서 Lna：신뢰도, 재료의 개선 윤활조건 등을 고려한 피로수명
           L10：신뢰도 90%의 정격피로수명
           a1：신뢰도 계수
           a2：베어링 특성계수
          a3：사용조건계수

 

3.1  신뢰도 계수 a1
신뢰도 계수 a1의 값은 90% 이상의 신뢰도에 대하여 a1=1의 값을 가진다.

3.2  베어링 특성 계수 a2

베어링의 재료의 종ㄹ 및 품질, 제조공정 등이 특수한 경우는 수명에 관한 특성이 변화한다. 이러한 경우에는 베어링 특성 계수 a2로 수명을 보정한다.
일반적으로 베어링 치수표에 기재되어 있는 기본 동 정격하중은 표준저긴 재료 및 제조방법에 의한 것으로 일반적으로 a2=1로 한다.
특별히 개선된 재료 및 제조방법에 의한 베어링에 대해서는 a2>1로 할경우가 있으며, 이는 베어링 제조업체의 생산 기술적인 노하우로서 이 값은 베어링 업체마다 상의 할 수도 있다.

3.3 사용 조건 계수 a3

베어링의 사용 회전속도 및 온도 상승 등에 의한 윤활상태의 악화, 윤활제의 열화 또는 이물질의 혼입 등이 있을 경우의 보정은 사용조건계수 a3을 이용한다.
일반적으로 윤활조건이 양호할 경우에는 a3=1이고 특히, 윤활조건이 양호하고 베어링에 대한 그 외의 요인도 정상인 경우에는 a3<1이다.

4. 기본 정 정격하중

구름베어링은 과대한 하중을 받거나 순간적으로 큰 충격하중을 받으면 전동체와 궤도면 사이에 국부적인 영구변형을 일으킨다. 그 변형양은 하중이 커짐에 따라 커지고, 어느 한도를 넘으면 베어링의 원활한 회전을 방해하게 된다.
기본 정 정격하중이란 최대응력을 받고 있는 전동체와 궤도면의 접촉부 중앙에 있어서 최대 접촉응력을 발생시키는 정하중을 말한다.
            
            1) 자동조심 볼 베어링 ：4600 MPa(469kgf/mm2)
             2) 기타 볼 베어링 ：4200 MPa(428kgf/mm2)
             3) 롤러 베어링 ：4000 MPa(408kgf/mm2)

이 접촉응력을 받고 있는 접촉부에 있어서 전동체의 영구 변형량과 궤도면의 영구 변형량과의 합은 전동체 직경의 약 0.0001배가 된다.
기본 정 정격하중 C o의 값은 각각의 베어링에 있어서 경방향 베어링에서는 C or, 스러스트 베어링에는 C oa로서 베어링 치수표에 기재되어 있다.

4.1  정등가 하중

정등가 하중이란 베어링이 정지하고 있는 경우(저속회전, 저속 요동을 포함) 실제의 하중 조건하에서 생기는 최대의 접촉응력과 비슷한 접촉응력을 의미하며, 최대 하중을 받는 전동체와 궤도면과의 접촉부에 일으킬 수 있는 예상하중을 말한다.
경방향 베어링은 베어링의 중심을 통해 경방향 하중을 취하고, 스러스트 베어링은 중심축에 일치한 방향의 축방향 하중을 취한다.

4.2  경방향 베어링의 정등가 하중

경방향 베어링의 정등가 하중은 다음 두 가지 식에서 구한 값 중, 큰 쪽의 값을 택한다.
                        Po = X o F r + Yo F a
                        P o = F r

여기서 Po：정등가하중 (N),｛kgf｝
                          F r：경방향하중 (N),{ kgf｝
                          F a：축방향하중 (N),｛kgf｝
                          X o：정경방향하중계수
                           Y o：정축방향하중계수