구동 베어링은 구동 샤프트, 기어박스 또는 변속기 하우징 내부에 장착된 롤링 요소 베어링으로, 동력 전달 중에 생성되는 방사형 및 축 방향 하중을 모두 전달하면서 회전 샤프트를 지지합니다. 단순한 지지 베어링과 달리 구동 베어링은 일반적으로 동일한 기계의 표준 베어링보다 결합된 하중, 더 높은 회전 속도 및 더 많은 열에서 작동합니다. , 이것이 바로 선택, 설치 및 유지 관리 일정이 일반적으로 드라이브라인의 나머지 부분보다 엄격해야 하는 이유입니다.
실제로 이 용어는 테이퍼 롤러 베어링, 원통형 롤러 베어링, 구형 롤러 베어링, 깊은 홈 볼 베어링, 니들 롤러 베어링 등 여러 전동체 제품군을 포괄하며 각각 하중 방향, 속도 및 사용 가능한 공간의 다양한 조합에 적합합니다. 롤링 요소 자체 외에도 작동하는 구동 베어링 어셈블리는 올바른 샤프트 및 하우징 맞춤, 올바른 밀봉 배열 및 적용 분야에 맞는 윤활 루틴에 따라 달라집니다. 둘 중 하나라도 잘못되면 라벨에 표시된 베어링 유형은 더 이상 중요하지 않습니다. 고장 모드는 긴 서비스 수명이 끝날 때의 피로에서 몇 주 또는 몇 달 내에 조기 마모로 바뀌기 때문입니다.
아래 섹션에서는 드라이브 베어링 유형을 구분하는 방법, 방사형 및 축방향 하중이 결정을 형성하는 방법, 실제로 드라이브 베어링이 조기에 파손되는 원인, 베어링을 보호하는 밀봉 및 맞춤 선택, 올바르게 설치되는 방법, 각 유형이 다양한 산업에 걸쳐 나타나는 위치, 실제 작동 조건에서 서비스 수명을 안정적으로 연장하는 유지 관리 습관을 살펴봅니다.
구동 베어링 선택은 롤링 요소의 모양으로 시작됩니다. 형상에 따라 베어링이 조기 피로 없이 흡수할 수 있는 반경방향 하중, 축방향 하중 또는 결합 하중의 양이 결정되기 때문입니다. 아래 5가지 유형은 자동차, 산업 및 중장비 장비에 사용되는 대부분의 구동축, 기어박스 및 변속기 응용 분야를 포괄합니다.
원추형 궤도에서 작동하는 원추형 롤러는 이 베어링이 방사형 하중과 축방향 하중을 동시에 전달할 수 있도록 하므로 샤프트가 축을 따라 양쪽으로 밀어내는 휠 허브, 차동 장치 및 주 구동 시스템에 지속적으로 나타나는 이유입니다. 테이퍼 롤러 베어링은 쌍을 이루어 연속적으로 또는 마주보게 장착되는 경우가 많기 때문에 어셈블리는 어느 방향에서든 추력을 견딜 수 있습니다.
롤러와 궤도 사이의 선접촉은 레이디얼 하중을 넓은 표면에 분산시켜 강력한 레이디얼 용량을 제공합니다. 이는 산업 기어 감속기, 제지 기계 및 무거운 순수 방사형 하중을 운반하는 철도 구동 장치에서 일반적으로 선택되지만 대부분의 설계에는 축 하중도 있는 경우 별도의 스러스트 베어링이 필요합니다.
배럴 모양의 롤러는 이 베어링에 내장된 자동 정렬 기능을 제공하므로 대부분의 다른 드라이브 베어링 유형보다 샤프트 편향 및 하우징 정렬 불량을 더 잘 견딜 수 있습니다. 풍력 터빈 메인 샤프트, 광산 파쇄기 및 무거운 기어박스는 이러한 허용 오차에 의존합니다. 왜냐하면 이러한 기계의 긴 샤프트가 하중을 받을 때 완벽하게 직선을 유지하는 경우가 거의 없기 때문입니다.
깊은 홈 레이스에 설정된 구형 볼은 마찰이 적고 조용한 주행으로 적당한 방사형 및 축방향 하중을 처리합니다. 따라서 극한의 하중을 받지 않는 소형 구동 샤프트, 펌프 및 모터 구동 샤프트에 실용적으로 적합하며 단순한 설계로 교체 비용과 리드 타임이 낮게 유지됩니다.
얇고 길쭉한 롤러는 작은 단면에 더 많은 롤링 요소를 포함합니다. 이것이 바로 소형 드라이브트레인의 기어박스 샤프트 및 커넥팅 로드 저널과 같이 반경 방향 공간이 좁을 때 이 베어링이 선택되는 이유입니다. 단점은 테이퍼형 또는 구형 롤러 설계보다 축방향 하중 용량이 낮다는 것입니다.
모든 드라이브 베어링 결정은 간단한 질문으로 돌아옵니다. 부하가 실제로 어느 방향으로 밀고 있습니까? 반경 방향 하중은 샤프트에 수직으로 가해지며, 이는 벨트에 있는 자재의 무게로 인해 컨베이어 롤러가 눌리는 것과 같습니다. 추력이라고도 하는 축 하중은 기어가 이동하고 맞물릴 때 변속기 샤프트를 따라 힘을 가하는 방식으로 샤프트 자체와 동일한 방향을 따라 미는 것입니다.
많은 드라이브 샤프트는 동시에 반경 방향 및 축 방향 하중을 받기 때문에 테이퍼 롤러 베어링이 이 위치에서 매우 일반적입니다. 원추형 형상을 사용하면 두 개의 별도 베어링 유형을 함께 쌓아야 하는 작업을 하나의 베어링이 수행할 수 있습니다. 구동 베어링의 크기가 하중 방향 중 하나보다 작으면 롤링 요소가 깔끔하게 롤링되지 않고 미끄러지며, 이러한 미끄러짐은 초기 베어링 마모의 큰 부분이 실제로 시작되는 곳입니다.
전동체 유형을 선택하고 나면 다음 결정은 구동 베어링을 어떻게 밀봉할지 결정하는 것입니다. 밀봉은 베어링이 오염에 얼마나 잘 저항하고 시스템에 얼마나 많은 마찰을 추가하는지 제어하기 때문입니다. 크게 세 가지 범주가 있으며 올바른 범주는 청결도, 속도, 나중에 베어링을 얼마나 쉽게 정비할 수 있는지에 따라 달라집니다.
| 인클로저 유형 | 오염 방지 | 마찰 / 속도 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|---|
| 개방형(실드 또는 씰 없음) | 그 자체로는 없음 | 최저 마찰, 최고 속도 | 오일 배스 기어박스 및 깨끗한 밀폐형 하우징 |
| 차폐형(비접촉 금속) | 보통, 큰 입자만 차단 | 저마찰, 고속 | 전기 모터, 팬, 적당히 깨끗한 환경 |
| 밀봉형(고무 접촉 밀봉형) | 최고, 먼지와 습기 차단 | 마찰 증가, 최고 속도 감소 | 세척, 실외 및 서비스가 어려운 위치 |
개방형 구동 베어링은 주변 하우징에 전적으로 의존하여 오염 물질을 차단하므로 깨끗하고 지속적으로 오일이 공급되는 기어박스 내부에서만 의미가 있습니다. 차폐 베어링은 작동 마찰에 거의 닿지 않으면서 거친 잔해물을 차단하는 비접촉 금속 장벽을 추가하므로 범용 모터에서 일반적으로 사용됩니다. 밀봉된 드라이브 베어링은 내부 링에 고무 립을 눌러 속도 용량을 희생하고 약간의 열을 추가하지만 더럽거나 습하거나 빈번한 서비스가 불가능한 실외 드라이브 샤프트 응용 분야에서 최상의 보호 기능을 제공합니다.
서류상으로 완벽하게 선택된 드라이브 베어링이라도 주변의 샤프트 및 하우징 공차가 잘못된 경우 조기에 고장날 수 있습니다. 맞춤은 단일 설정이 아닙니다. 어떤 링이 회전하는지, 하중이 얼마나 무거운지, 서비스를 위해 하우징을 제거해야 하는지 여부에 따라 선택됩니다.
하중이 가해질 때 베어링이 기어 다니거나 회전하는 것을 방지하기 위해 회전 링(주로 샤프트)에 사용됩니다. 부하가 높을수록 더 많은 간섭이 필요하지만 간섭이 너무 많으면 내부 공간이 줄어들고 작동 온도가 높아집니다.
고정 링(일반적으로 하우징)에 사용되어 회전식 맞춤을 방해하지 않고 서비스 중에 쉽게 조립, 열팽창 및 분해가 가능합니다.
일반 산업용 드라이브 베어링 설치 시 하우징 보어에 일반적으로 사용되는 약간의 조정이나 더 쉬운 제거가 필요한 곳에 적용되는 중간 맞춤입니다.
너무 느슨하게 끼워지면 베어링이 움직이고 내부 회전으로 인해 열이 발생합니다. 너무 꽉 끼면 내부 틈새가 제거되고 일반 하중에서 궤도에 균열이 생길 수 있습니다.
작업 규칙에 따라 회전하는 내부 링과 일정한 반경 방향 하중이 있는 대부분의 일반적인 드라이브 샤프트 응용 분야에서는 샤프트에 억지 끼워맞춤이 필요하고 하우징에 천이 끼워맞춤이나 여유 끼워맞춤이 필요합니다. 축 방향으로 분할된 하우징이 있는 응용 분야에서는 일반적으로 하우징 절반이 서로 볼트로 결합될 때 외부 링이 왜곡되는 것을 방지하기 위해 특히 느슨한 하우징 맞춤을 사용합니다.
조기 고장을 조사하는 베어링 엔지니어는 동일한 소수의 근본 원인을 일관되게 지적하며 베어링 자체의 기계적 결함보다 윤활 문제가 목록의 맨 위에 있는 경우가 더 많습니다. 모든 회전 기계 베어링 고장의 약 절반은 제조 결함이 아닌 부적절한 윤활, 오염 또는 정렬 불량으로 인해 발생합니다. 이는 다른 베어링을 사용하는 것보다 더 나은 작동 방법을 사용하면 대부분의 드라이브 베어링 고장을 예방할 수 있음을 의미합니다.
잘못된 링이나 공차를 벗어난 샤프트에 힘이 가해지면 새 베어링이 작동하기 전에 손상될 수 있으므로 설치 품질은 베어링 선택만큼 중요합니다. 세 가지 장착 방법은 거의 모든 드라이브 베어링 설치에 적용되며 올바른 방법은 주로 베어링 크기에 따라 다릅니다.
더 작은 베어링에 사용되는 힘은 롤링 요소를 통하지 않고 프레스나 슬리브 및 임팩트 링을 사용하여 장착되는 링을 통해 가해집니다. 이는 보어 직경이 최대 약 4인치인 베어링에 가장 일반적인 방법입니다.
베어링은 유도 가열기로 가열되므로 과도한 힘을 가하지 않고도 샤프트에 미끄러질 수 있을 만큼 충분히 팽창한 다음 냉각되고 수축하여 꼭 맞습니다. 제조업체는 일반적으로 베어링의 열처리에 영향을 미칠 수 있는 지점 이하로 가열 온도를 제한합니다.
가장 큰 구동 베어링용으로 예약된 유압 프레스 또는 유압 너트가 있는 어댑터 슬리브는 장착력을 균등하게 분배하고 해머 구동 방법이 해당 크기에서 생성하는 충격 부하의 위험을 방지합니다.
장착하기 전에 지정된 공차에 대해 샤프트와 하우징 보어를 측정하고 흠집이나 버가 있는지 검사하고 설치 순간까지 베어링을 포장에 넣어서 오염물질이 전동면에 정착하는 것을 방지하십시오.
힘은 항상 볼, 롤러 또는 반대쪽 링을 통하지 않고 억지끼워맞춤으로 링을 통해 전달되어야 하며, 베어링을 사용하기 전에 축 방향 간격을 제거하기 위해 어셈블리를 샤프트 숄더에 단단히 장착해야 합니다.
고장난 드라이브 베어링을 조기에 잡는 것이 발작 후 교체하는 것보다 거의 항상 저렴합니다. 왜냐하면 초기 증상은 일반적으로 베어링 자체에만 국한되는 반면, 완전 발작은 샤프트, 하우징 및 주변 기어를 손상시킬 수 있기 때문입니다. 아래 표에는 정기 검사 중에 가장 자주 보고되는 징후와 일반적으로 나타나는 징후가 요약되어 있습니다.
| 관찰된 신호 | 가능한 원인 |
|---|---|
| 작동 온도 상승 | 윤활유가 부족하거나 파손됨 |
| 갈리거나 덜거덕거리는 소음 | 궤도의 오염 또는 표면 구멍 |
| 탄 윤활유 냄새 | 높은 온도에서 장시간 작동 |
| 외부 링이 파란색 또는 갈색으로 변색됨 | 이미 경도가 감소된 장기간의 열 노출 |
| 눈에 보이는 진동 또는 샤프트 흔들림 | 정렬 불량 또는 궤도 피로 |
| 윤활 하우징의 오일 압력 강하 | 베어링 간극이 마모되어 오일이 우회할 수 있음 |
| 일관성이 없거나 거칠어진 그리스 | 작동 속도 및 열에 따른 그리스 점도가 잘못됨 |
진동 및 온도 모니터링은 베어링에서 가청 소음이 발생하기 훨씬 전에 이 두 판독값이 상승하는 경향이 있어 유지보수 팀이 고장에 대응하기보다는 교체 일정을 잡을 수 있는 창을 제공하기 때문에 이제 고가의 드라이브 샤프트에서 일반적으로 사용됩니다.
실제로 드라이브 베어링 수명을 연장하는 대부분의 유지 관리 작업은 문제가 눈에 띄기 전에 단일 시정 조치가 아닌 몇 가지 일관된 습관을 통해 수행됩니다.
일반적인 달력 날짜가 아닌 작동 속도, 부하 및 온도를 기준으로 간격을 설정한 다음 시간 경과에 따른 온도 및 진동 추세와 같은 검사 데이터를 사용하여 조정합니다.
베어링은 구름 접촉 영역의 그리스에서 흘러나오는 얇은 유막을 통해서만 윤활하므로 하우징에 필요한 것보다 더 많은 그리스를 추가하면 윤활이 향상되는 대신 단순히 열이 가두어집니다.
씰을 양호한 상태로 유지하고, 가능한 경우 그리스와 오일을 필터링하고, 유지보수 작업 중에 베어링 하우징 주변 영역의 청결도를 관리하십시오.
샤프트와 하우징이 제조업체 사양에 맞는지 확인하고, 서비스 후 드라이브 베어링을 설치하거나 다시 설치할 때마다 장착 방식을 확인하십시오.
몇 주에 걸쳐 두 판독값이 점진적으로 증가하는 것은 일반적으로 단독으로 판독한 단일 판독값보다 더 신뢰할 수 있는 초기 지표입니다.
포장을 푼 채로 작업대 위에 방치된 베어링은 한 바퀴도 돌기 전에 먼지와 습기가 쌓이게 되므로 포장은 조립하는 순간에만 개봉하시기 바랍니다.
특정 산업에 대한 실제 작동 조건(부하, 속도, 오염 및 듀티 사이클)을 고려하면 동일한 코어 베어링 유형이 다르게 선택됩니다. 아래 예는 동일한 엔지니어링 원칙이 다양한 장비에서 어떻게 작동하는지 보여줍니다.
휠 허브와 차동 장치는 반경 방향 및 축 방향 용량을 결합한 테이퍼 롤러 베어링을 선호하는 반면, 교류 발전기 및 워터 펌프의 작은 샤프트는 일반적으로 작은 크기와 낮은 마찰을 위해 깊은 홈 볼 베어링을 사용합니다.
풍력 터빈의 메인 샤프트 베어링은 자체 정렬 공차를 위해 구형 롤러 베어링에 의존합니다. 왜냐하면 가변적인 풍하중 하에서 실외에서 작동하는 긴 샤프트는 수년간의 서비스 기간 동안 완벽한 정렬을 거의 유지하지 않기 때문입니다.
컨베이어 롤러 및 아이들러는 대부분 일정한 방사형 하중을 받기 때문에 원통형 롤러 또는 깊은 홈 볼 베어링이 표준 선택이며, 종종 먼지나 실외 노출이 중요한 밀봉 인클로저와 결합됩니다.
경운기, 수확기, 포장기의 구동축은 먼지가 많고 습한 현장 조건에서 작동하므로 오염 위험과 결합 하중을 모두 견딜 수 있는 밀봉형 베어링과 테이퍼형 롤러 설계를 선택해야 합니다.
프로펠러 샤프트 추력은 축방향 하중을 지배적인 요인으로 만들기 때문에 테이퍼 롤러 또는 전용 추력 베어링이 일반적이며 일반적으로 부식 방지 재료 또는 염수 노출을 위한 코팅으로 지정됩니다.
구동 베어링을 선택하는 것은 베어링 형상, 크기, 밀봉 및 베어링이 지원할 샤프트의 실제 작동 조건에 맞는지에 따라 결정됩니다. 아래 체크리스트에는 베어링 선택이 수년 동안 지속되는지 또는 조기 교체가 필요한지 여부를 가장 자주 결정하는 요소가 포함되어 있습니다.
샤프트가 반경방향 하중, 축방향 하중 또는 둘 다를 적용하는지 확인하고 베어링의 크기를 평균 기대치보다 정격 용량보다 높게 설정하십시오.
고속 샤프트는 볼 베어링과 가벼운 롤러 설계를 선호하는 반면, 저속, 무거운 하중 샤프트는 구형 또는 테이퍼 롤러 유형과 같은 더 큰 롤러 베어링을 선호합니다.
표준 그리스는 지속적으로 뜨거운 환경에서 더 빨리 분해되므로 그리스 유형과 베어링 틈새 등급을 예상 온도 범위에 맞추십시오.
잘못된 맞춤은 초기 베어링 마모의 가장 일반적인 원인 중 하나이므로 샤프트 및 하우징 보어에 지정된 공차 등급을 확인하십시오.
작동 환경에서 먼지, 습기 또는 잔해로 인한 오염이 현실적인 위험이 있는 경우 밀봉 또는 차폐 베어링을 선택하십시오.
하우징 공간이 제한된 경우 니들 롤러 베어링은 동일한 용량의 표준 롤러 베어링이 적합하지 않은 곳에 종종 적합합니다.
접근하기 어려운 위치에 있는 드라이브 베어링은 밀봉되고 유지 관리가 적은 설계를 선호하는 반면, 서비스가 용이한 위치에서는 대신 더 자주 재윤활을 해야 합니다.
가동 중지 시간 비용이 높은 연속 작업 장비는 간헐 작업 장비보다 더 보수적인 베어링 등급과 짧은 검사 간격을 정당화합니다.
샤프트 축에 수직으로 작용하는 힘.
샤프트 축을 가로지르는 것이 아니라 샤프트 축을 따라 작용하는 힘입니다.
베어링 내경이 샤프트보다 약간 작거나 외부 링이 하우징 내경보다 약간 큰 끼워맞춤으로 견고한 기계적 그립을 생성합니다.
베어링과 결합부 사이에 작은 간격을 남기는 끼워맞춤으로 조립 및 분해가 더 쉽습니다.
내부 틈새를 제거하고 강성을 향상시키기 위해 조립 중에 종종 테이퍼 롤러 베어링 쌍에 적용되는 의도적인 내부 하중입니다.
전동체가 이동하는 내부 또는 외부 링의 경화된 표면입니다.
전동면 주위에 전동체의 간격을 균일하게 유지하고 서로 접촉하지 않도록 하는 구성 요소입니다.
모터 구동 샤프트에서 흔히 발생하는 베어링을 통과하는 전류로 인해 발생하는 전동면의 빨래판 모양 손상.
구동 베어링은 샤프트, 기어박스 또는 차동 장치의 동력 전달 경로 내에 위치하며 샤프트만 제 위치에 고정하는 단순한 지지 베어링보다 더 높은 속도와 열에서 결합된 방사형 및 축방향 하중을 전달할 것으로 예상됩니다.
서비스 수명은 부하, 속도, 윤활 품질 및 오염 제어에 크게 좌우되므로 응용 분야 전체에 적용되는 단일 수치는 없습니다. 정격 부하 내에서 윤활이 잘되고 올바르게 정렬된 베어링은 과부하, 윤활 부족 또는 오염에 노출된 베어링보다 지속적으로 수명을 유지합니다.
예. 잘못된 정렬, 과부하, 오염, 부정확한 샤프트 또는 하우징 맞춤, 부적절한 설치 등은 모두 윤활이 올바른 경우에도 조기 고장을 유발할 수 있습니다. 따라서 검사는 윤활만 수행하기보다는 장착 맞춤 및 진동 경향을 다루어야 합니다.
샤프트 속도에 따라 변하는 갈리는 소리, 덜거덕거리는 소리 또는 으르렁거리는 소음이 가장 일반적으로 보고되는 증상이며, 이는 일반적으로 윤활 문제만이 아니라 궤도의 표면 구멍이나 오염을 나타냅니다.
항상 그런 것은 아닙니다. 테이퍼 롤러 베어링은 반경방향 하중과 축방향 하중이 함께 발생할 때 강력하게 맞지만, 순수한 반경방향 하중과 고속을 갖는 샤프트에는 대신 원통형 롤러 또는 깊은 홈 볼 베어링이 더 잘 작용할 수 있습니다.
올바른 간격은 고정된 일정이 아닌 속도, 부하 및 온도에 따라 달라집니다. 대부분의 신뢰성 프로그램은 베어링 제조업체의 지침에 따라 초기 간격을 설정한 다음 시간이 지남에 따라 수집된 온도 및 진동 검사 데이터를 사용하여 이를 개선합니다.
윤활 부족과 과도한 윤활을 포함한 윤활 관련 문제는 오염, 정렬 불량 및 과부하에 앞서 산업용 회전 장비 전체의 주요 근본 원인으로 보고됩니다.
밀봉된 베어링은 먼지와 습기에 대해 가장 강력한 보호 기능을 제공하지만 마찰이 더 크고 최고 속도가 더 낮습니다. 차폐 베어링은 더 시원하고 빠르게 작동하지만 중간 수준의 보호만 제공하므로 올바른 선택은 작동 환경이 실제로 얼마나 깨끗한지, 베어링을 얼마나 쉽게 서비스할 수 있는지에 따라 달라집니다.
힘은 항상 억지 끼워 맞춤을 받는 링을 통해 적용되어야 하며, 베어링 자체에 직접 타격을 가하는 해머 대신 프레스, 유도 히터 또는 베어링 크기의 유압 공구를 사용하여 롤링 요소를 통해 적용해서는 안 됩니다.
기계적 원인 외에도 모터 구동 샤프트는 베어링 피트를 통과하는 표유 전류가 빨래판 패턴으로 전동면을 통과하는 전기 홈을 겪을 수 있습니다. 이것이 바로 가변 주파수 모터 드라이브에서 절연 베어링 또는 샤프트 접지가 일반적인 이유입니다.