베어링 Creep 개선의 새로운 개발(124-1편, NTN 기사)

베어링 크리프 대책의 수요에 새로운 가능성의 문을 열다.

 

근년, 자동차의 연비화, 절전비화에의 요구가 높아지는 가운데, 모터나 트랜스미션등의 소형화, 경량화가 진행되고 있다.

 

그 때문에, 그러한 장치에 사용되는 베어링의 궤도륜(외륜과 내륜)이나 하우징(베어링을 둘러싸는 하우징)의 두께를 아주 얅게하는 경향이 강해지고 있는데, 그 결과 「크리프」라고 하는 현상이 발생하기 쉬워지고 있다.

 

클리프란 원래 베어링의 외륜이 원주방향으로 회전하여 어긋나는 현상으로 외륜과 하우징의 접촉면을 마모시킨다.

 

그리고 축의 어긋남이나 기울기를 발생시켜 이상한 소리나 진동의 원인이 되는 것이다.

 

이 문제의 해결을 목표로 NTN에서는, 지금까지 없었던 방법으로 클리프를 정지할 수 있는 「Creep 방지 베어링」을 개발했다.

 

 

도대체 어떤 방법으로 클리프를 멈출 수 있을까.개발 경위, 그리고 이 도전이 갖는 의미

 

기존의 과제를 해결하는 새로운 "Creep에 대한 내구성을 가진 베어링"을 개발

 

 

 

높은 연비에 대한 요구가 높아지는 가운데

베어링은 내륜과 외륜, 그리고 사이에 끼는 전동체로 이루어진다.

통상 내륜이 축과 접하고 외륜이 하우징과 접하는 형태로 고정돼 있다.

다만 베어링에 부하되는 하중에 의해 발생하는 외륜의 변형이 진행파가 되어 본래 움직일 리 없는 외륜이 원주 방향으로 회전하는 경우가 있다.

이런 현상을 크리프*1이라고 한다.

클리프는 외륜과 하우징의 접촉면을 마모하여 축의 심 어긋남이나 기울기를 발생시킨다.

그리고 이음이나 진동의 원인이 되기 위해서 지금까지도 "내크립 베어링"이 개발되어 대책이 요구되어 왔다.

그러나 최근 연비화 요구가 높아지면서 모터나 변속기 등 소형·경량화가 그 어느 때보다 요구되자 크립 대책이 더욱 시급한 문제가 되어 왔다.

 

변속기 등이 소형·경량화되면 그 안에 사용되는 베어링의 외륜이나 이를 지탱하는 하우징의 두께가 얇아 지고 강성이 낮아져 점점 크리프가 일어나기 쉬워지기 때문이다.

 

 

비용이나 조립성 향상도 중요 목표

종래의 내클립 베어링은 외륜의 외경에 2개의 O링을 끼워 그 사이에 기름 혹은 그리스를 도포하고 O링의 마찰력으로 크립을 억제하는 「AC 베어링(크립 방지 베어링)」등이 일반적이었으나, 

그것들은 조립하기 어렵다는 과제가 이전부터 지적되어 왔다.

 

그러한 배경으로부터, 새로운 내크립 베어링을 개발하려는 기운이 높아지고 있었습니다.

 도대체 어떤 방법으로 클리프를 멈출 수 있을까.

개발은 어떻게 진행되었는가.

 

자동차용
'클리 프레스 베어링'

베어링의 외륜 외경면의 일부에 Creep를 피하기 위한 구조를 마련하는 업계 최초의 수법으로, 진행파형 클리프의 정지를 실현했다.

 

동일 치수의 표준 베어링으로부터의 치환도 가능.
※ 도망치는 부분을 고려한 면압, 수명 검토 필요

 

 

자동차의 연비화·절약비화를 향해서, 모터나 트랜스미션등의 동력 전달 장치의 소형·경량화가 진행된다.

 

이러한 배경에 의해 베어링 궤도륜이나 동력전달장치의 하우징은 박육화하는 경향에 있어 장치의 이음이나 진동, 베어링의 수명저하 등의 원인이 되는 클리프가 발생하기 쉬워진다.

 

 

NTN의 과거 연구 성과에서 아이디어를 얻음.

외륜의 외경면에 생기는 클리프는 크게 두 가지 유형으로 나뉜다.

외륜이 베어링의 회전과 반대 방향으로 움직이는 타입과 베어링의 회전과 같은 방향으로 움직이는 타입이다.(그림 1)

 

어느 타입의 크립이 발생하는지는 베어링에 걸리는 하중이나 끼움 등의 조건에 따라 결정되는데, 이번에 개발된 creep 방지용 베어링은 외륜이 내륜 회전 방향과 같은 방향으로 움직이는 타입의 크립(진행파형 크립) 대책에 사용된다*2.

 

이 진행파형 크립은 하중이 한 방향으로만 걸리는 경우에 생긴다.

 

발생하는 메커니즘까지 되돌아가 베어링에 어떤 장치를 강구해야 크립을 멈출 수 있는지 검토했다.

「진행파형 클리프가 발생하는 메커니즘에 대해서는, 2013년에 당사가 발표한 테크니컬 리뷰*3에서 밝혀져 있습니다.

 

이번 베어링 아이디어는 그 보고를 토대로 진행파형 크리프를 발생시키지 않으려면 어떻게 해야 하나 하는 생각을 했습니다.

*2 외륜이 베어링의 회전과 역방향으로 움직이는 타입의 크립에 대해서는 NTN의 "크립가드 베어링"을 적용할 수 있다.

당사의 독자적인 고체 윤활 피막을 외륜 외경면에 실시함으로써 외륜이나 하우징의 마모 저감이 가능하고, 외륜이 베어링의 회전과 역방향으로 움직이는 타입의 클리프를 포함한 모든 종류의 클리프에 일정한 효과를 발휘한다.
*3 테크니컬 리뷰는 NTN의 연구개발 동향을 보고하는 책자. 모두 온라인에서 열람할 수 있다.

 

새로운 발상으로 creep 방지 대책 강구

진행파형 크립은 전동체 하중이 외륜에 작용하는 것이 발단이 돼 생긴다.

전동체의 하중은 그림 2에 나타난 바와 같이 전동체 직하의 외륜을 수미크론(1/1000밀리미터) 레벨로 돌출시키고, 그 결과 외륜의 표면은 물결치듯 일그러진다.

그리고 내륜이 회전하면 전동체도 이동하기 때문에 외륜의 변형은 전동체에 밀리는 형태로 이동한다.

그것이 진행파가 되어 바깥 고리를 움직여 크리프를 발생시키는 것이다.

참고로 바깥 고리의 변형이 클수록 크리프의 정도는 커진다.

 

또한 변형이 커지는 것은 외륜이나 하우징의 강성이 낮은 경우이다. 

즉, 외륜이나 하우징이 두께가 앏을 수록 클리프가 일어나기 쉬워지는 것이다.

 

클리프를 멈추려면 이 진행파를 멈춰야 합니다.

그러기 위해서 취할 수 있는 방법을 생각해 나갔습니다.

전동체의 수를 늘린다, 그 외 제원을 조정하는 등, 복수의 아이디어를 내고, 그 하나하나를 검토해 갔습니다.

 

그리고 그 중 비용과 조립의 용이성 등 여러 가지 점을 고려해 접근한 것이 바깥 고리에 도망칠 곳을 만드는 방법이었습니다.
도망치는 부분이란 외륜의 표면을 약간 깎아 하우징과 접촉하지 않도록 한 부분이다(그림 3). 진행파는 외륜의 변형이 하우징과 접함으로써 전해져 간다.

 

그러므로 애초에 외륜과 하우징이 접촉하지 않으면 진행파는 진행되지 않고 크립도 일어나지 않을 것으로 생각된다.

 

클리프의 메커니즘과 그것을 막기 위한 방법이 보이기 시작했다.

베어링은 원래는 진원이고 그 일부를 절삭하는 것은 베어링 업계의 상식을 뛰어넘는 것이 었다. 아무도 시도해 본 적이 없고 상식에는 없는 방법이었지만 개발로 나아갔다.