베어링의 예압

1. Bearing의 예압

일반적으로 베어링은 운전상태에서 약간의 내부틈새를 주어 사용하지만, 용도에 따라서
미리 하중을 가하여,베어링 내부틈새를 마이너스의 상태로 하여 이용할 때도 있다.
이러한 베어링의 사용방법을 예압이라고 하며,앵귤러 볼 베어링,테이퍼 롤러 베어링 등과 같이 구되는 형식의 베어링이나 두 개의 베어링이 정면조합 또는 배면조합의
형태로 사용되는 베어링에 주어진다.

2. 예압의 목적.

예압이 주어진 베어링의 주된 목적과 대표적인 적용 예는 다음과 같다.
① 하중을 받을 때에도 내부틈새가 발생하기 어렵고,강성을 증가시키기 위해 사용합니다.
② 축의 고유 진동수가 높아져,고속회전에 적합하다.
③ 축의 흔들림이 억제되어,회전정밀도 및 위치결정 정밀도가 향상합니다.
④ 진동 및 소음이 억제된다.
⑤ 진동체의 공전 미끄럼,자전 미끄럼 및 선회 미끄럼이 규제된다.

⑥ 외부진동에 의해 발생하는 떨림을 방지합니다.
단:최대로 예압을 가하면,수명저하,이상 발열,회전 토크 증대 등을 초래하기 때문에,
예압의 목적을 잘 고려하여 예압량을 결정해야 되다.

3. 예압의 종류.

조합베어링의 기본적인 예압 방법은 다음과 같다.

3.1 정 위치 예압.

정 위치 예압은 서로 대항하고 있는 베어링의 축 방향의 상대적 위치를 고정시켜 주며
사용 중에도 위치가 변화하지 않는 예압방법으로 다음 세가지 방법이 정 위치 예압을
얻기 위해 일반적으로 사용된다.

3.1.1 사전에 정확한 치수와 축방향 틈새를 조정한 조합베어링 세트를 설치하는 방법.

조합베어링의 내륜이 축방향으로 조여질 때 베어링 A와 B는 각각 δao만큼 변형되어 내륜 사이의 축방향 공간 2·δao 는 없어진다. 이 경우에 예압 Fao는 각 베어링에 가해진다.

Fa : 스러스트 하중

FaA : 베어링 A에 가해진 스러스트 하중

FaB : 베어링 B에 가해진 스러스트 하중

δa : 조합베어링의 변위량

δaA : 베어링의 A의 변위량

δaB : 베어링의 B의 변위량pn

3.1.2 요구된 공간과 예압을 얻기 위해 적절한 치수를 갖고 있는 칼라(Collar)를 사용하는 방법.

3.1.3 축방향 예압을 조정할 수 있는 보울트나 너트를 이용하는 방법.
(이 경우 기동마찰 토크를 측정하여 적절한 예압을 조정한다)

3.2 정압 예압.

정압 예압은 일정한 예압이 가해진 코일 또는 판 스프링을 사용하여 얻는다.

비록 작동 중에 베어링의 상대위치가 변한다 해도 예압은 상대적으로 일정하게 유지된다.

좌측 그림은 정압 예압된 베어링의 예압선도이다.
예압스프링의 강성은, 베어링의 강성에 비교해서 일반적으로 아주 작기 때문에, 스프링의 변위직선은 거의 횡축으로 평행해진다.
따라서 정압예압의 강성은 베어링 단품에 미리 가해진 예압량 Fao의 스러스트 하중을 가했을 경우의 단품베어링의 강성과 거의 비슷하다.

스프링이 베어링의 외륜을 축 방향으로 밀착시키면 베어링 A는 δao 만큼 변형되어 내륜 사이의 축방향 δao 는 없어진다.이 경우에 예압 Fao가 베어링 A 에 가해진다. 전면의 베어링도 동일한 예압이 가해진다.

Fa : 스러스트 하중

FaA : 베어링 A에 가해진 스러스트 하중

δaA : 베어링의 A의 변위량

4. 예압 방법과 예압량 선정

4.1 예압 방법의 비교

정압 예압의 경우 축의 팽창과 수축에 따른 스프링하중의 변화를 무시할 수 없기 때문에
예압의 변화를 최소화 시킬 수 있다.
정 위치 예압은 일반적으로 강성을 증가 시킬 목적에 적합하고, 정압 예압은 고속회전에 적용,
축 방향 진동의 방지 및 수평축상의 스러스트 베어링 사용목적에 적합하다.

(1) : 정위치 예압 베어링

(2) : 정압 베어링

(3) : 예압을 가하지 않은 베어링

정 위치 예압과 정압예압에 따른 강성비교는
좌측 그림에 나타나 있으며 또한 다음과 같이 비교된다.

① 동일한 예압을 두 가지 방법으로 가했을 때 정 위치 예압은 베어링 강성을 더욱 크게 해준다.
다시 말하면 외부 하중에 따른 변형은 정압예압보다 정 위치 예압을 사용하면 적게 된다.

② 정 위치 예압의 경우 예압 수준은 축과 하우징 사이의 온도 차에 따른 축 방향 팽창, 내륜과 외륜 사이의 온도 차에 의한 경 방향 팽창 및 하중에 따른 변형의 차이와 같은 요인에 따라 변합니다.

5. Bearing의 단차 측정

★ W의 선정 &nb(1N = 0.102 Kgf)

6. 예압량.

예압량을 필요이상으로 크게 취하면, 이상발열, 마찰모멘트의 증대, 피로수명의 저하 등을 초래하므로,
사용조건, 예압의 목적 등을 고려해서 예압량을 결정할 필요가 있다.

6.1 조합앵귤러 콘택트 볼 베어링의 예압하중

예압량의 기준치로서는 연삭스핀들이나 머시닝 센타 주축 베어링 등에서는 통상 경압 또는 미소예압이,
강성이 필요한 선반 주축용 베어링에서는 중예압 정도가 일반적이다.
D·N치 500,000을 초과하는 고속회전일 때는 보다 엄밀한 검토를 통해 예압을 선정할 필요가 있다.
공작기계주축 등에 많이 사용되는 P5급 이상의 고정도 조합 앵귤러 볼 베어링(접촉각 15°)의
평균예압하중을 표에 나타내었다.
앵귤러 볼 베어링(접촉각 15°)의 예압 (DB 또는 DF 조합)

예압의 비교표

※ Bearing Maker 별로 예압 첨자기호를 다르게 사용합니다.
각 Maker 별로 예압 변환 시 예압량을 다르게 취급하므로 예압 변환 시 예압 수정량 도표를
참조하여 작업해야 합니다.

6.2 복열 원통형 롤러 베어링예압.

6.3 롤러 베어링의 예압하중

롤러 베어링은 사용 중에 롤러와 외륜궤도면과의 미끄럼에 의해서 뜯김 등의 손상을 일으키는 경우가 있다. 이 미끄럼을 일어나게 하지 않기 위해서 필요로 하는 최소 스러스트 하중은 다음 식에 의해서 구할 수 있다.
테이퍼 롤러 베어링 : Fa min = (Co / 200)
스러스트 자동조심 롤러베어링 Fa min = (Co / 500)
Co : 기본 정정격 하중(N)

6.4 스러스트 볼 베어링의 예압하중

스러스트 볼 베어링이 비교적 고속으로 회전하고 있을 때, 볼은 선회전 미끄럼을 일으키기 쉽다.
볼이 선회전 미끄럼을 일으키지 않도록 필요한 최소 스러스트 하중은 다음 식 (1) 및 식 (2)에서
구한 값 중에서 큰 쪽의 값을 취합니다.

수식1) &Fa min = (Co / 100) * ( n / Nmax )²

수식2) &Fa min = (Co / 1000)
여기서,
Fa (min) : 최소 스러스트하중 (N)
Co : 기본 정정격하중
n : 베어링의 사용 회전속도(rpm)
Nmax : 베어링의 허용회전수(오일윤활) (rpm)

7.3 (1) 테이퍼 롤러 베어링의 예압하중

적정 예압하중 : Fa sat = (Co / 100)

최소 예압하중 :Fa min = (Co / 200)

최대 예압하중 :
Fa max = (Co / 50)

Co : 기본 정정격 하중