profile 정현철 2000-05-27 16:35:42
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구름베어링(볼)의 종류와 호칭법에 대해서 알고 싶습니다. 또 허용하중과 허용속도, 강성 및 회전수명에 관련된 수식을 유도하는 방법도 알고 싶어요.

김준영 2000-05-28 19:16

답변 내용이 방대하므로 간단히 설명드리겠습니다.

1. 구름베어링의 구성 및 종류
1.1 구성
내륜, 외륜, 리테이너, 전동체(ball)로 구성됨.

1.2 종류
레이디얼베어링(Radial Bearing)
축선에 직각으로 작용하는 하중을 지지함.
단식 : 깊은홈형, Magneto형, 자동조심형, Angular형
복식 : 복열고정형, 복열자동조심형, 복열 Angular형
스러스트베어링(Thrust Bearing)
축선방향에 작용하는 하중을 지지함.
단식 : 단식평면자리형, 단식구면자리형
복식 : 복식평면자리형, 복식 구면자리형

2. 구름베어링의 호칭법(호칭번호)
베어링의 외부 치수는 치수계열로서 국제적으로 표준 규격화 되어있으며 직경계열, 폭 및 높이계열이 있습니다. KS규격은 안지름을 기준으로 여러가지 폭 및 바깥지름을 조합하여 호칭합니다.

2.1 안지름번호
안지름(mm) 표기법
10미만 --------- 그대로 표기
10 --------- 00
12 --------- 01
15 --------- 02
17 --------- 03
20 이상 500미만 -- 5의 배수의 경우 : 5로 나눈수 (ex. 40mm---08)
5의 배수가 아닌경우: /(slash) 뒤에 안지름 치수
(ex. 27mm--- /27)
500이상 -- /(slash) 뒤에 안지름 치수 (ex. 580mm --- /580)

2.2 호칭번호
형식기호, 안지름번호, 보조기호로 표시합니다.

형식기호 : 베어링의 형식을 의미합니다.
깊은형 볼베어링 (6), Angular Ball Bearing(7), 자동조심 Ball Bearing(1,2)등 입니다.

안지름번호: 안지름의 치수를 표시합니다.

보조기호 : Seal기호(윤활제 밀봉), shield기호(먼지방지), 궤도륜형식기호, 조합기호, 틈새기호, 등급기호, 접촉각기호, Retainer기호 등이 있습니다.

ex. 62 08 Z C2 P4
6 : 형식기호( 깊은형 Ball Bearing)
2 : 치수기호 (폭기호)
08 : 안지름기호( 안지름 40mm)
Z : shield 기호 ( 한쪽 shield)
C2 : 틈새기호
P4 : 등급기호

3. 관련수식 유도
간단히 말씀 드리면, 구름베어링의 부하용량은 Hertz의 탄성이론에 근거합니다. 이를 이용하여 Striebeck은 구름베어링의 정부하 용량을 이론적으로 계산하였습니다.

3.1 허용압축력
강구의 접촉압력 및 탄성역학적인 계산은 Hertzr의 공식을 이용하여 계산하고 허용응력(Pmax)을 계산하여 강구 하나의 허용압축력을 산출합니다.

결론식 : 허용압축력(Po)=K(specific load)×d(지름)^2

비하중(Specific load) : d=1cm일때 Po=K이므로 이때의 값을 의미.
재료의 종류, 강구와 홈의 형상, 하중상태, 접촉면의 경도등의 영향으로 결정된다.

3.3 볼베어링의 정부하 용량
Hertz의 탄성이론을 이용하여 Striebeck이 유도함.
가정 :
I.
하중 P가 작용할때 베어링의 하반부의 전동체만이 하중을 부담하며,
최하부의 베어링에서 부담하는 하중이 최대(Po)이다.
II.
하중이 작용하여도 내,외륜의 모양은 변하지 않고 내륜만이 모양을 유지하면서 하중방향으로 변위한다.

결론식 : 하중(P)=(Z/5)×Po(촤하부 강구 하나의 허용압축력)
Z : ball의 수

의미 : Ball Bearing에 있어서 최하부 볼의 허용압축력은 Hetrz의 탄성역학에의해서 볼의 직경의 제곱에 비례하고, 실제 볼베어링의 정부하용량은 Striebeck의 공식에의해 볼(ball)의수와 허용압축력에 비례한다.

기본정부하 용량(정적격하중)
Striebeck이 유도한 정부하 용량식은 Hertz의 탄성이론에 근거합니다. 실제에 있어서는 다소의 영구변형이 발생하므로 실용상 지장이 없는 범위(전동체와 궤도륜의 영구변형량의 합이 전동체 지름의 만분의 일이되는 정도)에서 KS에서는 기본정부하용량 Co를 규정했습니다.

3.4 동(Dynamic)부하 용량
기본동적부하용량(동정격하중)
정정격하중은 볼베어링이 회전하지 않을때 구한 값인 반면, 동정격하중은 베어링이 회전할때 구한값이며 반복응력과 피로파손을 관련하여 규정합니다. 백만회전(33.3rpm의 속도로 500시간 운전)을 기준으로 결정합니다.
이를 동부하용량 C라 합니다.

4. 허용한계속도
구름베어링을 연속적으로 사용하는 경우 베어링의 형식, 윤활방법등에 의하여 일정한 허용한계속도가 있으며, 이를 속도지수로 표시합니다.

속도지수: DN 값
속도지수는 베어링의 안지름(D : mm)와 회전속도 (N :rpm)의 곱으로 규정되며 윤활방식에 따라 결정됩니다. 속도지수는 베어링의 발열과 관계있으며 일반적으로 카탈로그에 기재됩니다.
그리스윤활< 유욕< 적하급유<가제급유<분무< 제트로 갈수록 속도지수는 커집니다.

5. 베어링강성
강성은 보통 지지하는 축과 관련되어 결정되며, 베어링 단독으로는 큰 의미가 없습니다. 즉 레이디얼하중과 트러스트하중을 동시에 받는 경우의 등가하중의 산출이나, 축의 강성을 계산하고 베어링을 선정시 힘이 작용하는 방향에 대하여 적절한 베어링의 선정하는 것으로 대신하게 됩니다.

6. 회전수명
구름베어링을 일정 회전수 이상사용하면 내,외륜전동체는 반복응력의 작용으로 접촉면적에 피로 박리현상이 발생합니다. 구름베어링의 수명은 운전되는 베어링그룹의 90%가 피로 박리현상을 일으키지 않고 회전할 수 있는 총
회전 수를 의미합니다.

볼베어링의 수명(L : 총회전 수)
L=(C/P)^3×10^6
여기서 C=동적부하용량
P=등가하중

수명은 총회전 수보다 회전속도와 운전시간으로 표시하는 것이 실제에 있어서 유리하므로

시간단위의 정격수명(Lh : 시간)
10^6=500×33.3rpm×60 이고, L=60×N(rpm)×Lh(hour)
이므로,
Lh=(C/P)^3×(500×33.3×60/(60×N))
로 표시합니다.

도움이 되었으면 합니다.

추가로 위의 내용은 일반 "기계설계"책에 자세히 나와 있으며, 추천도서로는 동명사판 [표준기계설계, 정선모저]를 참조 하십시오.

또한 참고로 FAG 한화 베어링(http://www.faghanwha.co.kr/)를 방문하셔서 실제의 제품을 보시기 바랍니다.


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