베어링 클리어런스 이해
정의: 베어링 클리어런스란 무엇인가?
베어링 클리어런스 (내부 틈새 또는 베어링 유격이라고도 함)은 구름 요소가 양쪽 베어링 링에 동시에 접촉하기 전에 한 베어링 링이 다른 링에 대해 반경 방향(경방향 틈새) 또는 축 방향(축방향 틈새)으로 변위될 수 있는 총 거리입니다. 간단히 말해서, 열 팽창, 하중 변형, 간섭 끼워맞춤 효과를 고려하여 조립 전에 베어링에 내재된 "느슨함" 또는 "유격"의 양입니다.
적절한 베어링 간극은 베어링 성능을 최적화하는 데 매우 중요하며, 하중 분포, 마찰, 소음, 주행 정확도 및 수명에 영향을 미칩니다. 간극이 너무 작으면 과열 및 조기 고장이 발생하고, 너무 크면 소음이 발생합니다., 진동, 그리고 샤프트 위치가 부정확합니다.
베어링 클리어런스 유형
1. 방사형 내부 여유 공간
가장 일반적으로 지정되는 유형:
- 정의: 내측 레이스는 외측 레이스에 비해 방사형으로 이동할 수 있는 거리
- 측정: 한 레이스를 고정한 상태에서 다른 레이스의 최대 반경 변위를 측정합니다.
- 일반적인 값: 소형~중형 베어링의 경우 5~50마이크로미터(0.0002~0.002인치)
- 영향: 반경 방향 강성, 하중 분포, 반경 방향 주행 정확도
2. 축 방향 내부 여유 공간
특정 베어링 유형에 중요:
- 정의: 내측 레이스는 외측 레이스에 비해 축 방향으로 이동할 수 있는 거리
- 관련 항목: 앵귤러 접촉 베어링, 테이퍼 롤러 베어링
- 조정: 종종 shiming 또는 너트 조임을 통해 조정 가능
- 영향: 축 강성, 예압, 추력 용량
허가 분류
베어링은 표준화된 클리어런스 등급으로 제조됩니다.
ISO 클리어런스 그룹
- C2: 일반보다 여유 공간이 좁음(더 좁음)
- CN(정상): 대부분의 응용 분야에 대한 표준 클리어런스
- C3: 정상보다 클리어런스가 더 큼(느슨함)
- C4: C3보다 클리어런스가 더 큽니다(더 느슨함)
- C5: C4(최대 표준 클리어런스)보다 큰 클리어런스
선정 기준
적용 분야에 따라 적절한 클리어런스를 선택하세요:
- C2 (타이트): 저소음 응용 분야, 최소 샤프트 런아웃 필요, 낮은 작동 온도
- CN(정상): 대부분의 일반 산업용 애플리케이션에 대한 표준
- C3 (느슨함): 높은 간섭 맞춤, 높은 작동 온도, 무거운 하중, 구면 롤러 베어링
- C4, C5: 매우 높은 온도, 매우 무거운 간섭 맞춤, 상당한 열 팽창이 있는 대형 베어링
작동 여유 공간에 영향을 미치는 요소
초기 여유 공간 대 운영 여유 공간
여유 공간은 설치부터 운영까지 다양합니다.
클리어런스 감소 계수
- 간섭 맞춤(샤프트): 샤프트에 꼭 맞게 끼워지면 내부 레이스가 확장되어 클리어런스가 줄어듭니다(일반적으로 간섭 70-80%).
- 간섭 맞춤(하우징): 하우징의 밀착된 핏은 외부 레이스를 압축하여 클리어런스를 줄입니다(일반적으로 10-20% 간섭)
- 작동 온도: 내륜(샤프트와 함께 회전)은 일반적으로 외륜보다 더 뜨겁고, 차동 팽창으로 인해 클리어런스가 감소합니다.
- 짐: 적용된 하중은 레이스를 탄성적으로 변형시켜 효과적인 클리어런스를 감소시킵니다.
클리어런스 증가 요인
- 베어링 마모: 재료 제거로 시간이 지남에 따라 여유 공간이 늘어납니다.
- 소성 변형: 브리넬링 또는 덴팅은 클리어런스를 증가시킵니다.
- 레이스 크립: 부적절한 간섭으로 인해 경주자는 자신의 핏에 맞춰 회전하며 홈을 닳게 합니다.
운영 여유 공간 계산
최종 운영 허가는 모든 효과를 고려해야 합니다.
- 작동 여유 공간 = 초기 여유 공간 - 맞춤 감소 - 열 감소 + 마모
- 적절한 설계는 최종 작동 여유가 작은 양의 값을 갖도록 보장합니다.
- 작동 간극이 0이거나 음수이면 예압이 발생하여 마찰과 열이 증가합니다.
잘못된 클리어런스의 영향
클리어런스가 너무 작음(베어링이 꽉 조여짐)
- 과도한 마찰: 높은 접촉 하중은 마찰과 열 발생을 증가시킵니다.
- 과열: 파괴적인 온도(> 120°C)에 도달할 수 있습니다.
- 조기 피로: 높은 하중은 베어링 피로 수명 소모를 가속화합니다.
- 소음: 베어링이 꽉 조여지면 높은 음의 삐걱거리는 소리가 날 수 있습니다.
- 발작 위험: 극단적인 경우 베어링 압착으로 이어질 수 있습니다.
클리어런스가 너무 큼(느슨한 베어링)
- 충격 하중: 하중 반전 시 롤링 요소가 레이스에 영향을 미칩니다.
- 소음: 덜거덕거리는 소리나 두드리는 소리가 들린다
- 진동: 충격으로 인한 진동 증가 및 불균일한 하중 분포
- 정확도 감소: 과도한 샤프트 런아웃 및 위치 오류
- 가속 마모: 충격 하중과 미끄러짐은 마모를 가속화합니다.
- 케이지 손상: 과도한 여유 공간은 케이지를 손상시킬 수 있습니다.
측정 방법
설치 전(미장착 베어링)
반경 간극 측정
- 외부 레이스를 지지하고 내부 레이스에 작은 반경 하중을 적용합니다.
- 다이얼 인디케이터로 변위 측정
- 일반적인 값: 중간 베어링의 경우 10-30µm
- 제조업체 사양과 비교
느낌 방법(질적)
- 한 경주를 잡고 다른 경주는 손으로 옮기세요
- 숙련된 기술자는 허가가 적절한지 평가할 수 있습니다.
- 정확하지는 않지만 빠른 검증에 유용합니다.
설치 후
축 변위법
- 장착된 베어링의 경우 축력을 가합니다.
- 축 방향 변위 측정(방사형 클리어런스 관련)
- 샤프트 끝에 접근해야 함
진동 분석
- 과도한 클리어런스는 고주파 진동 증가로 나타납니다.
- 영향 서명 시간 파형
- 베어링 고유 진동수의 변화
클리어런스 선택 지침
온도 상승 고려 사항
- 베어링 온도 상승을 추정합니다(일반적으로 주변 온도보다 20~60°C 높음)
- 내륜과 외륜 사이의 차등 팽창을 계산합니다.
- 최적의 작동 여유 공간을 제공하려면 초기 여유 공간을 선택하세요.
- 경험 법칙: 100mm 보어 베어링의 경우 °C 온도 차이당 1µm 클리어런스 감소
간섭 맞춤 보상
- 단단한 샤프트 맞춤: 내부 레이스 확장을 보상하기 위해 C3 또는 C4를 사용하세요.
- 느슨한 샤프트 맞춤: CN 또는 C2가 적합할 수 있습니다.
- 하우징 맞춤 효과는 일반적으로 샤프트 맞춤 효과보다 덜 중요합니다.
응용 프로그램별 선택
- 정밀 응용 분야: 최소 런아웃을 위한 C2 또는 CN
- 전기 모터: C3는 샤프트의 밀착성과 온도 상승으로 인해 흔히 발생합니다.
- 고온 서비스: 열팽창을 고려한 C4 또는 C5
- 무거운 하중: C3 또는 C4, 하중 하에서 약간의 클리어런스 감소 허용 가능
진동 및 진단과의 관계
진동 특성에 미치는 영향
- 과도한 클리어런스는 비선형 진동 반응을 생성합니다.
- 다수의 배음 충격 하중으로부터
- 광대역 고주파 잡음
- 속도에 비례하지 않는 불규칙한 진동
진단 지표
- 시간이 지남에 따라 전체 진동 수준이 증가하면 마모가 증가하고 여유 공간이 증가함을 나타냅니다.
- 고주파 충격은 과도한 여유 공간을 나타냅니다.
- 베어링 강성의 변화는 다음과 같은 영향을 미칩니다. 임계 속도
- 온도 모니터링은 정상 대비 단단한 베어링(고온)을 보여줍니다.
베어링 간극은 최적의 베어링 성능을 보장하기 위해 반드시 올바르게 선정하고 검증해야 하는 중요한 사양입니다. 간극이 진동, 소음 및 베어링 수명에 미치는 영향을 이해하면 베어링을 더 정확하게 선택하고, 적절한 설치를 수행하고, 베어링 상태를 효과적으로 진단할 수 있습니다.
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