SKF, 구름 베어링 빠르게 평가하기

드래그 & 드롭으로 구름 베어링 어플리케이션 모델을 빠르게 만들고 빠르게 평가한다? 새로운 시뮬레이션 소프트웨어에서 이것이 가능하다. 이 소프트웨어는 설계자의 구름 베어링 최적화를 지원하고 수명과 재윤활주기 등 추가적인 연산 결과를 제공한다.

트라비스 쉬브(Travis Shive): SKF 랜즈데일 (USA)소재 분석 도구 전문가.

프란시스코세라노(Francisco Serrano): SKF AB 예테보리 (스웨덴)엔지니어링 툴 제품 라인 매니저.

실바인 베르나르드(Sylvain Bernard): SKFFrance 몬티니르부르토뇌(프랑스)엔지니어링 도구 마켓 런치 및 상업화 책임자.

헤저 틸레마(Hedzer Tillema): SKF BV 뉘베게인 (네덜란드)엔지니어링 도구 기술 리더.

다른 방법이 있다면 시간이 많이 걸리는 연산 작업을 하는 회사는 없을 것이다. 단일축 베어링 시뮬레이션 소프트웨어인 SKF Simpro Quick은 폭넓은 엔지니어링 지식을 배경으로 디자인 프로세스를 가속화하여 적합한 베어링을 선택할 수 있는 방법을 제공한다. 이 소프트웨어를 사용하면 개별적인 적용 사례를 기반으로 작동 조건을 매우 빠르게 검토하고 최적화할 수 있다.

SKF Simpro Quick에는 이러한 목적을 위해 다양한 영역에서 수십 년간 얻은 실무 경험을 반영하였다. 이 소프트웨어는 SKF의 구름 베어링 카탈로그에 있는 최신 베어링을 통합하여, 이를 사용자가 가상으로 테스트할 수 있다. 사용자는 익스플로러 성능의 베어링을 선택할 것인지 아니면 표준 베어링을 바탕으로 솔루션을 개발할 것인지를 선택할 수 있다. SKF의 광범위한 베어링 데이터 베이스에 접근하는 것은 하나의 축 상 두 개의 베어링에서 원하는 만큼 많은 베어링에 이르기까지 최적의 구름 베어링을 선정할 수 있는 가능성을 제공한다.

Quick 버전은 SKF 내부에서 통용되는 하이 엔드 버전(SKF Simpro Expert)과 동일한 플랫폼을 기반으로 Quick 사용자들도 복잡한 구름 베어링과 관련하여 SKF의 전문가들과 정보를 교환할 수 있다. 몇 단계만 거치면 완전한 모델에 이른다. 스크류 컴프레서를 위한 카운터샤프트를 예로 들어, 스크류 컴프레서는 다단 제어로 인하여 기계 성능이 변할 수 있다. 이렇게 다양한 회전속도와 토크로 인해 기어 물림에서의 접촉력이 변동하여 베어링 성능에 영향을 끼칠 수 있다.

1 단계: 모델에 맞는 구성 요소

그림 2: 베어링 선택 후 베어링의 끼워맞춤 조건을 결정한다.

다음은 SKF Simpro Quick이 베어링 어플리케이션 설계도를 최적화하고 다양한 작동 조건에서 테스트 시간을 단축하고자 할 경우 설계자를 어떻게 지원할 수 있는지 단계적으로 설명한다.

첫 번째 단계에서 베어링, 기어 휠, 스프링, 스페이서 링 등 가장 통상적인 구성 요소로 어플리케이션 모델을 작성한다. 샤프트가 지정되면 이 모든 구성 요소를 간단하게 드래그 & 드롭으로 샤프트에 추가할 수 있다.

베어링 선택은 베어링 시트 부분의 샤프트 직경, 베어링 타입 또는 베어링의 형번 검색을 통해 이루어진다. 이후 베어링을 샤프트와 하우징 내에 조립하는 방법을 정한다 (그림 2).

•기어 휠을 추가하는 방식도 베어링과 비슷하다. 먼저 기어 타입을 정하고 기어의 치수 사양을 정하며, 마지막으로 기어에 동력을 인가하여 기어의 물림에 의한 접촉력을 계산할 수 있다. 이와 같이 기어를 추가하는 기능을 통해 기어 박스 어플리케이션의 설계 및 분석에 대해 지원한다.

스프링은 베어링(예: 하우징)에 예압을 가하는 기능과 다른 베어링에 대한 예압 기능을 제공한다.

중간 링을 통해 엔드플레이의 값을 설정하는 기능을 제공하므로 연속적으로 접하는 베어링의 배치에서 유용하게 활용할 수 있다.

2 단계: 경계 조건 결정

2 단계에서는 적용 가능한 경계 조건을 결정한다. 모델에 샤프트 회전 속도, 반경 방향 힘과 축 방향 힘, 동력 입력(기어), 토크 부하, 중력을 추가할 수 있다. 구성 요소와 유사하게 힘, 동력 입력, 토크를 드래그 & 드롭으로 적용한다. 다른 경계조건은 기호를 클릭하여 간단하게 지정한다. 중력을 제외한 모든 경계조건은 Analysis variations 프로그램 부분에서 변경할 수 있다. 사용자는 중력 경계조건 적용을 통해 수평축뿐만 아니라 수직축으로도 검토할 수 있다.

3 단계: 윤활 및 베어링 틈새

그림 3: 윤활 선택 과정에서 윤활 방법, 오일 점도, 오염도를 결정한다.

세 번째 단계에서는 윤활 조건과 끼워 맞춤 조건을 지정한다. 이 소프트웨어로 윤활 방법(그리스 윤활, 유욕 윤활 또는 오일 스폿 윤활), 오일 점도, 오염 정도를 지정할 수 있다(그림 3). 이러한 윤활 특성은 재윤활주기 및 베어링 마찰에까지 영향을 미친다.

             베어링 끼워 맞춤 조건은 최종 선택 항목이다. 올바른 작동 조건을 위해서는 적절한 끼워 맞춤을 선택하는 것이 중요하다. 해당 기호를 클릭하면 사용자가 샤프트 끼워 맞춤 및 하우징 끼워 맞춤, 초기의 베어링 틈새와 내륜 온도 및 외륜 온도를 변경할 수 있는 하위 창이 열린다.

             첫 번째 단계를 실시하고 모델이 완료된 후에, 정해진 운전 경계조건을 기반으로 단일 데이터 블록 분석(개별 분석)과 여러 조건(하중 사이클 분석)을 실행하는 옵션이 제공된다. 여러 단계의 운전 조건에서 베어링 수명을 계산할 때 유용하며, 각 조건마다 시간 가중 부분을 옵션으로 설정할 수 있다.

선호하는 양식으로 결과 내보내기

그림 4: 구름 요소의 스트레스를 보여주는 애니메이션

분석 데이터는 다수의 표와 그래프를 포함한다. 따라서 사용자는 선호하는 리포트 양식을 만들 수 있다. 표는 베어링 하중, 베어링의 내부 틈새 변화, 마찰, 축의 처짐, SKF 정격 수명 및 ISO/TS 16281:2008에 따른 수명 결과를 보여준다.

             정격 수명(L10), ISO/TS 16281:2008에 따른 보정 기준 수명(L10mr)과 SKF 수명에 대한 표를 통해 어플리케이션 점검하고 베어링 선택 시에 가장 많이 사용한다. 일반적으로 산업계에서 베어링의 수명 검토를 L10 피로 수명을 기준으로 하기 때문이다 이 프로그램은 L10의 피로수명에 비해 낮은 수명이 발생될 수 있는 조건을 정의한다. 과도한 비조심, 최소필수하중 이하의 조건, 과부하 또는 너무 높은 작동 속도와 같이 작동 조건이 권장 가이드라인을 벗어나는 경우 경고 메시지로 알려준다. 이로 인해 사용자가 서비스 수명을 저해하고 L10 기본 정격 수명에 도달하지 못하는 상황을 인지할 수 있다.

MM 팁

시각적으로 분석 데이터 가공하기

위에서 말한 정보 외에 재윤활 주기, 베어링의 내부 틈새 변화, 베어링 샤프트 주파수, 구동 힘 등 추가적인 주요 정보를 표로 출력하고, 시각적 그림과 애니메이션이 분석 데이터를 보충한다. 즉 베어링의 각 구름 요소에 대한 조건을 묘사하기 위해 접촉각, 접촉 변형, 접촉 부하를 보여주는 방사형 다이어그램이 있다. 지정된 작동 조건 하에서 샤프트를 따라 발생하는 처짐 역시 다이어그램으로 묘사할 수 있다. 처짐 곡선으로부터 있을 수 있는 씰 접촉 유격, 다른 구성 요소에 대한 상대적인 샤프트 변위, 샤프트의 처짐 하중을 유추할 수 있다(아래 그림 참조).

또한 이 프로그램은 3차원 애니메이션을 제공하며, 이 애니메이션을 이용하여 베어링 내에서 구름 압력 분포, 경계 조건이 샤프트 운동과 베어링 운동에 미치는 영향을 조사할 수 있다(그림 4). 이 도구는 베어링 하중과 샤프트 휨 그리고 베어링 링 및 구름 요소를 상호 관련성 속에서 우수하게 시각화하기 위해 SKF 엔지니어와 기술자들이 도입하였다.

  •