베어링 리테이너와 베어링 캐리어 유닛

자동차기어에 사용하는 구름베어링은 서로 모순되는 많은 요건을 충족해야 한다. 이러한 과제를 정복할 수 있는 새로운 설계 접근법이 있다. 간단하게 조립할 수 있고 에너지 효율적인 운전이 가능하다.

토마스 M 볼트(Thomas M. Wolf): SKF GmbH 자동차 시장 분야 독일 Application Engineering Bearing Sales 매니저

자동차기어에서 구름베어링은 높은 스트레스를 흡수해야 한다. 대부분 300,000km 이상의 주행 거리를 소화해야 하고, 때로는 부적절한 조작으로 발생하는 충격을 흡수해야 한다. 또한 진동과 소음을 저지하기 위한 강성도 충분해야 한다. 기어 설계자들은 CO2 배출을 줄이기 위해 마찰이 적은 콤팩트한 베어링, 비용 효율성이 높은 최적의 베어링, 세계 어디서든 이용할 수 있는 요건을 충족하기 위해 새로운 컨셉트의 베어링을 개발해야 했다.

테이퍼 롤러 베어링이여, 안녕!

SKF의 베어링 캐리어 유닛은 베어링 리테이너의 기어 설계자와 사용자를 위한 강점을 하나로 합쳤다.

지금까지 일반적인 기어설계 시에는 샤프트 양쪽 단부에 예압된 테이퍼롤러 베어링을 장착하였다. 높은 밀도뿐만 아니라 높은 강성을 제공하기 때문이다. 그러나 예압된 베어링을 배치하는 것은 번거로운 일이며 운전 중 온도변화에 따른 콤포넌트 신장에 문제가 있다는 단점이 있었다. 대체품으로 고정/비고정 베어링 컨셉트가 점점 관심을 끌고 있다. 이 컨셉트에서는 홈붙이 볼 베어링이 고정 베어링으로 반경방향 힘과 축방향 힘을 흡수하고, 샤프트의 다른 쪽 단부에는 원통형 롤러 베어링이 비고정 베어링으로 순수한 반경방향 하중을 흡수한다. 열 신장에 민감하지 않으며 마찰이 줄어들어, 전형적인 6단 수동 변속기인 경우 주행 중에 킬로미터 당 3g의 CO2 배출을 줄일 수 있다.

고정 베어링과 비고정 베어링 고정하기

홈붙이 볼 베어링은 테이퍼 롤러 베어링에 비해 지지능력이 취약하고, 축방향 강성도 떨어지는 단점이 있다. 홈붙이 볼 베어링의 비교적 약한 축방향 강성은 변속기에 이 베어링을 변형된 방식으로 장착함으로써 보상받을 수 있다. 일반적으로 아우터 레이스는 하우징 내에 스냅링으로 고정된다. 그러나 스냅링으로 조립하면 헐거워져, 베어링이 하우징 내에서 축 방향으로 움직임이 발생한다. ‘베어링의 운동 자유’는 기어치의 맞물림을 저하되며, 변속 정밀도를 떨어뜨리고 소음과 진동거동으로 불량상태가 되고, 경금속 하우징의 열적 신장으로 하우징 구멍에 링 형태 크리핑이 발생할 위험이 있으며 마모와 유격이 증가한다.

테이퍼 롤러 베어링 컨셉트보다 효율적인 기어를 위한 홈붙이 볼 베어링과 원통형 롤러 베어링을 조합한 SKF 베어링 리테이너

이러한 결함은 Bearing Retainer를 기반으로 새로운 접근법으로 제거할 수 있다. 베어링 리테이너는 대체로 구름베어링의 아우터 레이스와 연결되는 스틸 플레이트로 구성된다. 이 플레이트에는 일련의 스레드 홀이 있어 플레이트 자체를 기어 하우징에 고정한다. 나사 체결부 아우터 레이스는 하우징 숄더부와 홀딩 플레이트 사이에 축 방향으로 고정된다. 결과적으로 기어 샤프트가 기어 하우징에 단단하데 연결되어 기어의 성능을 높인다. 베어링 리테이너는 앞에서 설명한 효과 외에도 제조 단계에서 이미 장점이 있다. SKF는 뮐하임 공장에서 이 베어링을 출고할 때에 리테이너에 일차 조립한 상태로 납품한다. 이는 각각 하나의 콤포넌트만 샤프트에 끼운 후 하우징과 함께 체결하기만 하면 된다는 의미이다. 베어링 리테이너는 조립 중에 원주 방향으로 자유롭게 움직인다. 베어링 리테이너의 최종적인 배치는 특수한 성징을 바탕으로 상호 간의 직접적인 관계 속에서 또는 기어 하우징의 해당 마크를 바탕으로 이루어진다.

조립 자동화

‘더블 리테이너’는 두 개의 기어샤프트에 베어링 두 개를 동시에 끼우는 것이다. 위에 언급한 센터링 조건 또는 정렬 조건으로 나사 체결은 바깥 쪽부터 이루어져 기어 조립에 고도로 효율적인 자동화가 가능하다. 베어링 캐리어 유닛은 대체로 두 개의 베어링이 자신의 아우터 레이스를 통해 어플리케이션 별로 형성되는 베어링 캐리어와 영구적으로 연결된다 이러한 베어링 캐리어 컨셉트는 고정 베어링의 마운트뿐만 아니라 비고정 베어링도 포함한다. 베어링 리테이너에 비해 베어링 캐리어는 모든 베어링 힘을 흡수하고 이를 하우징에 전달하는 역할을 한다. 캐리어 유닛은 베어링 리테이너가 갖고 있는 모든 장착 이점과 기능 이점을 제공하고, 기어 하우징의 형태를 단순화하여 콤팩트한 기어 구성을 가능하게 한다.