베어링 예압

[윈드로즈]

예압의 목적

예압의 주된 목적과 대표적인 사용예는 다음과 같다.

(1) 축이 레이디얼 방향 및 액셜방향의 위치결정을 정확하게 함과 동시에 축의 진동을 억제하기 위하여 실시한다.
     -- 공작기계의 주축용 베어링, 측정기 베어링 등

(2) 베어링의 강성을 높이기 위하여 실시한다.
     -- 공작기계의 주축용 베어링, 자동차의 디퍼랜셜 피니언 용 베어링 등

(3) 축방향의 진동 및 공진에 의한 이음을 방지하기 위하여 실시한다.
     -- 소형 전동기용 베어링 등

(4) 전동체의 선회미끄럼, 공전미끄럼 및 자전미끄럼을 억제하기 위하여 실시한다.
     -- 고속회전하는 앵귤러 볼베어링, 스러스트 볼베어링 등

(5) 궤도륜에 대해서, 전동체를 바른 위치로 유지하기 위하여 실시한다.
     -- 스러스트 볼베어링이나 스러스트 자동조심 로울러 베어링을 횡축으로 사용하는 경우 등

예압방법

1. 정위치예압

정위치 예압은 서로 마주보는 베어링의 축방향의 상대적 위치가 사용중에도 변화하지 않는 예압방법으로,
다음과 같은 방법이 있다.

(1) 예압을 주기 위하여 미리 차폭치수 또는 축방향 클리어런스를 조정한 조합베어링을 설치해서 사용하는 방법
(2) 예압을 주도록 치수를 조정한 간좌나 shim을 사용하는 방법
(3) 축방향 클리어런스를 조정할 수 있는 볼트.너트등을 설치하여 사용하는 방법. 이 경우 적당한 예압량이 되도록,
기동토오크를 측정하면서 조정한다.

2 정압예압

정압예압이란, 코일스프링, 접시모양스프링 등을 이용해서, 적정의 예압을 베어링에 주는 방법이다.
베어링의 상대적인 위치가 사용중에 변화하여도, 예압량을 거의 일정하게 유지할 수 있는 예압방법이다.

예압과 강성

1 정위치예압과 강성

조합베어링의 내륜을 축방향으로서 설치하면, 베어링 A 및 B는, 각각 만틈 변위해서 내륜간의 클리어런스
가 없어진다. 이 상태에서 예압 가 주어진 것이 된다. 이 예압된 베어링에 액셜하중가 가해진 경우의
베어링의 강성, 즉 하중과 변위와의 관계를 나타내는 예압선도를 표시하였다.
      

2 정압예압과 강성

정압예압된 베어링의 예압선도이다. 예압스프링의 강성은, 베어링의 강성에 비교해서 일반적으로 아주 작기 때문에, 스프링의 변위직선은 거의 횡축으로 평행해진다. 따라서 정압예압의 강성은 베어링 단품에 미리 예압량
의 액셜 하중을 가했을 경우의 단품베어링의 강성과 거의 비슷하다.
정위치예압, 정압예압된 베어링 및 베어링단품의 강성을 비교하면,

예압방법과 예압력의 선정

1 예압방법의 비교

정위치 예압과 정압예압을 비교하면 다음과 같다.

(1) 예압량이 비슷한 경우, 베어링의 강성을 증가시키는 효과는 정위치예압 쪽이 크다. 즉 베어링하중에 대한 변위량은 정위치예압쪽이 적다.
(2) 정위치 예압에서는 운전중의 축과 하우징과의 온도차에 의한 액셜방향의 늘어남의 차, 내륜과 외륜과의 온도차에 의한 레이디얼 방향의 열팽창의 차, 하중에 의한 변위 등의 영향에 의하여, 예압량이 변화한다.
정압예압인 경우에는 축의 신축등에 의한 스프링 하중의 변화가 상당히 적기 때문에, 예압하중의 변화는 무시할 수 있다.

따라서 일반적으로 강성을 높이는 목적에는 정위치예압이 적당하며, 고속 회전의 경우, 축방향의 진동방지가 필요한 경우, 횡축에서 스러스트 베어링을 사용하는 경우등에는 정압예압이 적합하다.

2 예압량

예압량을 필요이상으로 크개 취하면, 이상발열, 마찰모멘트의 증대, 피로수명의 저하 등을 초래하므로, 사용조건, 예압의 목적 등을 고려해서 예압량을 결정할 필요가 있다.

(1) 조합앵귤러 볼베어링의 예압하중
공작기계주축 등에 많이 상요되는 P5이상의 고정도 조합 앵귤러 볼베어링(접촉각 15°)의 평균예압하중을 표에 나타내었다.
예압량의 기준치로서는 연삭스핀들이나 머시닝센타 주축 베어링 등에서는 통상 경압 또는 미소예압이, 강성이 필요한 선반 주축용 베어링에서는 중예압 정도가 일반적이다. 치(치)을 초과하는 고속 회전일 때는 보다 엄밀한 검토를 통해 예압을 선정할 필요가 있다.


(2) 스러스트 볼베어링의 예압하중
스러스트 볼베어링이 비교적 고속으로 회전하고 있을 때, 볼은 선회전미끄럼을 일으키기 쉽다.
볼이 선회전 미끄럼을 일으키지 않도록 필요한 최소 액셜하중은 다음 식 (1) 및 식 (2)에서 구한 값중에서 큰쪽의 값을 취한다.
------------- (1)
             ------------- (2)

여기서,
: 최소 액셜하중
: 기본정액셜정격하중
: 베어링의 회전속도()
: 베어링의 허용회전수(오일윤활) ()

(3) 스러스트 자동조심 로울러베어링의 예압하중
스러스트 자동조심 로울러 베어링은 사용중에 로울러와 외륜궤도면과의 미끄럼에 의해서 뜯김등의 손상을 일으 키는 경우가 있다. 이 미끄럼을 일어나게 하지 않기 위해서 필요로 하는 최소 액셜하중은 다음 식에 의해서 구할 수 있다.
------------- (3)