NKE, 용도에 맞는 구름 베어링 선택하기

구름 베어링을 선택할 때에 수명과 크기가 중요하다. 하지만 문제를 예방하기 위해 사전에 고려해야 할 다른 요소들이 있다. 이 글에서 이런 요소들에 대한 적절한 지침을 제시한다.

다비드 샬요(David Schaljo): NKE Austria GmbH 응용 기술 매니저

핵심 내용

  • 올바른 유형의 구름 베어링을 선택함에 있어 윤활, 케이지, 베어링 유격, 씰링 등이 기능적으로 중요하다. 그럼에도 불구하고 이들을 크게 고려하지 않는다.
  • 이런 요소들을 살펴보면 기능의 중요성과 관련 문제들이 나타난다.
  • 구름 베어링 선택 시 우의 요소들을 고려한다면 설계 시 도움이 될 것이다.

사용자들은 제조사 측이 제공하는 자료와 도구 그리고 유사한 적용 사례를 바탕으로 적합한 구름 베어링을 선택할 수 있다. 일반적으로 두 가지 보충적 요소가 중요하다. 즉 정격하중과 발생하는 힘, 힘의 작용 방향과 속도 간의 결과로 적용 사례에서 구름 베어링의 수명과 설치 공간에 대한 구름 베어링의 설치 크기이다. 하지만 이외에도 주의를 잘 기울이지 않는 기능적 특징들이 있는데, 그로 인해 구름 베어링에서 문제가 생길 수 있다. 이런 특징에는 베어링 유격, 케이지, 윤활, 제조사 측에서 제공하는 씰링 버전 등이다. 따라서 이러한 요소를 잘 살펴보는 것이 설계에 도움이 된다.

베어링 유격

공칭 베어링 유격이란 최종 위치에 장착하지 않은 상태에서 베어링의 두 링이 링 안으로 이동할 수 있는 치수를 말한다. 이 베어링 유격은 구름 베어링의 기능과 성능에 큰 영향을 끼친다. 구름 베어링은 특수한 적용 사례를 제외하면 기본적으로 작동 중에 베어링 작동 유격을 가져야 한다고 전제할 수 있다. 베어링 유격은 일차적으로 적용 사례에 필요한 샤프트 끼워 맞춤과 하우징 끼워 맞춤, 샤프트 및 하우징에 사용한 물질 또는 이러한 물질의 열팽창 계수 그리고 작동 중 샤프트와 하우징의 온도 차이와 선택한 구름 베어링 상호작용으로 인해 유격이 발생한다. 이러한 요소들은 공칭 베어링 유격이 부분적으로 현저히 감소되거나 의도하지 않은 프리텐션을 초래하는 ‘베어링 국부 수축’과 관련이 있다. 국부 수축은 현저한 마찰 손실과 추가적인 열 발생 그리고 베어링의 조기 고장을 초래할 수 있다. 이를 일찌감치 감지하기 위해 베어링은 작동 베어링 유격을 고려하고, 필요한 경우 높은 베어링 유격 등급을 선택하여 보완해야 한다.

케이지

기본적으로 구름 베어링 제조사는 기술적 특징을 모두 합쳐 ‘정상적인’ 모든 적용 사례에 사용하도록 허용하는 표준 케이지를 적용한 베어링을 공급한다. 케이지 디자인의 세부적인 시험은 다음 작동 조건에서 실시한다.

작동 온도: 최대 120° C의 온도에서 플라스틱 케이지 PA6.6을 사용하거나, 금속 케이지 또는 PEAK와 같은 특수 플라스틱 케이지를 사용한다.

높은 가속도 또는 낮은 부하에서 베어링 장착 형태와 크기에 따라 케이지 무게에 의한 구름 요소의 지연과 걸림, 그로 인해 발생하는 슬립 손상을 막기 위해 가벼운 플라스틱 케이지 또는 강판 케이지를 사용한다.

케이지 선택을 위한 이러한 방식은 충격, 진동, 강한 원심력에 노출되는 적용 상황에서도 이루어져야 한다.

윤활 상태: 일반적으로 그리스 윤활 방식에서는 구름 요소 안내 방식 케이지를 사용한다. 링 안내 방식 케이지는 케이지와 링 사이의 틈에 있는 그리스에 의해 윤활막이 형성된다고 보장할 수 없기 때문이다. 오일 윤활 베어링의 경우 대부분 베어링 원주에서 대부분 소비되므로 이러한 제약이 없다. 하지만 완전 합성 오일을 사용하는 경우에는 엔지니어링 플라스틱과 고무와의 적합성 또는 외부 씰링과의 적합성에 주의를 기울여야 한다.

윤활

적합한 윤활제를 선택하는 것은, 구름 베어링을 사용할 때에 자주 간과되는 것 가운데 하나이다. 마찰과 금속 접촉을 최소화하기 위해 윤활 작용이 최대한 달성되도록 유의해야 한다. 다른 한편으로 모든 윤활제는 작동 중에 산화한다. 윤활제 성능과 사용 수명은 구름 베어링 수명보다 짧다. 따라서 구름 베어링 생산자와 윤활제 제조사가 협력하여 윤활제를 선택할 것을 권장한다.

씰링 버전

래디얼이 깊은 홈 볼 베어링의 경우 제조사가 제공하는 씰링 버전의 사용과 성능에 판단 오류가 있다. 접촉하는 구름 베어링 씰링이 액체를 밀봉하는 것으로 보면 안 된다. 이는 근소한 장착 공간 때문이고, 다른 한편으로는 씰링 작용과 바람직하지 않은 마찰 최소화의 타협 때문이다. 따라서 적용 사례와 보호 작용 그리고 그로부터 도출되는 마찰에 따라 다양한 표준 씰링 형태를 상호 비교해야 한다. 필요한 경우 특수 디자인을 사용하거나 씰링을 상류에 위치한 씰링으로 보완해야 한다. 하지만 이러한 사항은 베어링 선택과 관련된 여러 측면 중에서 일부에 지나지 않는다.