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기술소개
베어링 치수의 선정

1. 기본동정격하중

구름베어링의 부하능력을 나타내는 기본동정격하중이란, 내륜을 회전시키고 외륜을 고정시킨 조건으로 정격피로수명이 100만 회전에 달하게 되는 방향과 크기가 변동하지 않는 하중을 말한다. 레이디얼 베어링일 경우는 방향과 크기가 일정한 경방향하중을 취하며 스러스트 베어링에서는 중심축에 일치한 방향으로 크기가 일정한 축방향하중을 취한다. 기본동정격하중 C는 각각의 베어링에 대하여 레이디얼 베어링에서는 Cr, 스러스트 베어링에서는 Ca로서 베어링치수표에 기재되어 있다. 

 
 2. 사용기계와 설계수명
구름베어링의 선정에 있어서 피로수명을 필요 이상으로 길게 설정하면 그만큼 큰 베어링을 선정해야 하므로 오히려 경제적이지 못하다. 
또 축의 강도, 강성, 설치치수 등의 면에서 반드시 베어링의 피로수명만을 기준으로 할 수 없는 경우도 있다. 
각종 기계에 사용되고 있는 구름베어링에는 사용조건에 따라 기준이 되는 설계수명이 있다.
 3. 기본정격하중에 의한 베어링 치수의 선정
구름베어링의 기본동정격하중, 베어링하중과 정격피로수명에는 다음과 같은 관계가 있다. 볼베어링은,

로울러베어링은,

여기서 L : 정격피로수명(100만 회전단위)
          P : 베어링하중(동등가하중) (N), (kgf)
          C : 기본동정격하중 (N), (kgf)
               레이디얼 베어링에서는 Cr
               스러스트 베어링에서는 Ca로 나타낸다.

베어링이 일정회전속도로 사용될 경우, 베어링의 피로수명은 시간으로 나타내는 것이 편리하며, 자동차, 차량 등은 일반적으로 주행거리(총회전수)로 표시한다.
베어링의 정격피로수명을 Lh(h)로 하고, 회전속도를 n(rpm), 피로수명계수를 fh, 속도계수 fn으로 하면 베어링의 정격피로수명, 피로수명계수, 속도계수의 관계가 성립됨을 알 수 있다.
 
구분 볼베어링 로울러베어링
정격피로수명
피로수명계수
속도계수

베어링의 정격피로수명, 피로수명계수, 속도계수

베어링의 사용조건으로서, 베어링 하중 P 및 회전속도 n을 주어, 기계에 사용되는 베어링의 설계수명으로 피로수명계수 fn을 정할 경우 베어링에 필요한 기본동정격하중 C는 다음식으로 구해진다.

이 C를 만족시키는 베어링을 베어링치수표 안에서 선정한다.

 
 4. 온도에 의한 기본동정격하중의 보정

고온에서 구름베어링을 사용할 경우에는 베어링의 경도가 떨어지며 상온에서 사용할 경우 보다도 피로수명이 저하한다. 따라서 기본동정격하중도 그것만큼 작게 산정하여 둘 필요가 있으며 다음과 같이 보정한다.

여기서,
Ct : 사용온도에 의해 보정을 한 기본동정격하중(N), (kgf)
ft : 온도계수 (표 5.3)
C: 기본동정격하중(N), (kgf)

베어링을 120℃이상의 온도에서 사용할 경우, 대형베어링은 치수 변화량이 크므로 치수안정화 처리가 필요하다. 그리고 치수 안정화 처리를 한 베어링의 기본동정격하중은 베어링 치수표에 기재된 기본동정격하중보다 낮게 되는 것도 있다.

 
베어링온도℃ 125 150 175 200 250
온도계수 ft 1.00 1.00 0.95 0.90 0.75
 5. 정격피로수명의 보정

정격피로수명의 기본식은 진술했듯이 볼베어링은



로울러베어링은



로 표시되며 L10은 신뢰도 90%의 정격피로수명으로 정의되고 있다. 
그러나 사용하는 기계에 따라 90%이상의 높은 신뢰도를 갖도록 피로수명의 추정을 필요로 할 때도 있다. 
한편 베어링용 강재의 개선에 의한 피로수명도 연장, 또한 탄성유체윤활이론의 연구에 의한, 궤도와 전동체와의 접촉부의 윤활 유막의 두께가 피로수명에 영향을 미친다는 사실도 밝혀졌다.
이러한 것들을 피로수명 계산에 반영시키기 위해, 하기의 보정계수를 이용해 정격피로수명을 보정할 수 있다.



여기서,
Lna : 신뢰도, 재료의 개선 윤활조건 등을 고려한 피로수명
L10 : 신뢰도 90%의 정격피로수명
a1 : 신뢰도 계수
a2 : 베어링 특성계수
a3 : 사용조건계수
신뢰도계수 a1은 90%이상의 신뢰도에 대해서는 1.00값을 갖는다.

신뢰도(%) 90 95 96 97 98 99
a1 1.00 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21
베어링 특성계수 a2는 재료개선에 의한 피로수명의 연장을 보정하기 위한 계수로 1이상의 값을 갖는다.
NSK에서는 엄선한 진공탈가스 베어링 강재를 전면적으로 채용하고 있다. 이 재료를 사용한 표준베어링을 연구소에서 시험한 결과, 상당한 수명개선의 효과가 있었다. 

그리고 베어링 치수표에 기재된 기본동정격하중 Cr, Ca는 재료 및 제조기술의 개량에 의한 수명연장의 효과를 고려한 수치이다. 수명을 추정할 경우에는 a2=1로 하면 된다. 

사용조건계수 a3는 베어링의 사용조건, 특히 윤활조건이 피로수명에 미치는 영향을 보정하는 계수이다. 
베어링의 내륜과 외륜 사이에 기울어짐이 없고, 베어링의 운전중에 충분한 두께의 유막을 기대할 수 있는 경우에는 a3≥1로 할 수 있다. 
그러나 다음과 같은 경우에는 a3<1이 된다.

  -궤도륜과 전동체와의 접촉부에 있어서 윤활유의 점도가 낮을 경우
  -전동체의 원주속도가 매우 낮을 경우
  -베어링 온도가 높을 경우
  -내륜과 외륜 사이의 경과가 클 경우

사용조건계수 a3는 현재 미지의 분야가 많으며, 개개의 사용조건에 따라 정량적으로 나타내기는 어렵다. 
또 베어링 특성계수 a2는, 사용조건에 영향이 있으므로 a2및 a3를 각각 독립계수로 취급하지 않고 (a2 X a3)이 하나의 값으로 취급하는 방법도 있다. 

이때 일반적인 윤활조건, 사용조건에서는 (a2 X a3)의 값으로서 1을 취할 수가 있지만 윤활유의 점도가 너무 낮을 경우에는 0.2정도의 작은 값까지도 될 수 있다. 
베어링에 기울어짐등의 영향도 없고 고점도의 윤활유가 사용돼 운전온도에서도 충분한 유체유막 두께가 확보될 경우에는 (a2X a3)의 값으로서 2정도를 취할 수가 있다.

기본동정격하중에 따른 베어링의 선정에 대해서는 각각의 용도에 적합한 신뢰도계수 a1를 필요에 따라 고려하고, 종래의 동종기계에서의 윤활조건.온도조건.설치상태 등을 기준으로 하여, 기종별로 경험적으로 정해진 또는 임의 값으로 하는 것이 바람직하다. 
더구나 정격피로수명을 구하는 기본식은 상당히 큰 하중이 작용하는 경우에는 전동체와 궤도와의 접촉부에 유해한 소성변형을 일으킬 우려가 있고, 레이디얼베어링에서는 Pr가 Cor (기본정정격하중) 또는 0.5Cr의 어느 것이든 작은쪽의 치수를 초과할 경우, 스러스트 베어링에서는 Pa가 0.5Ca를 초과할 경우에는 적용할 수 없는 경우도 있으니 주의하여 주십시오.

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