중장비 기계 설계 및 산업 장비 유지 관리에서 부하 용량을 정확하게 계산합니다. 스러스트 원통형 롤러 베어링 시스템 신뢰성 확보의 핵심입니다. 이 베어링은 탁월한 축방향 하중 전달 능력과 높은 강성으로 유명하여 석유 시추 플랫폼, 대형 압출기 및 산업용 기어박스에 널리 사용됩니다. 베어링 서비스 수명을 최대화하고 치명적인 장비 고장을 방지하려면 엔지니어는 동적 정격 하중과 정적 정격 하중 모두에 대한 정확한 계산 방법을 숙지해야 합니다.
1. 축방향 부하용량과 베어링 형상의 기본
스러스트 원통형 롤러 베어링의 부하 용량을 이해하려면 먼저 볼 베어링과 구조적 차이점을 구별해야 합니다. 원통형 롤러는 다음을 제공합니다. 회선 접촉 보다는 지점 접촉 볼 베어링에서 발견됩니다. 이러한 기하학적 특성 덕분에 스러스트 원통형 롤러 베어링은 매우 작은 공간 내에서 막대한 축 스러스트를 견딜 수 있습니다. 그러나 진동 제어 및 정렬과 관련하여 더 높은 정밀도가 요구됩니다.
1.1 라인 접촉 스트레스의 중요성
계산 과정에서 선 접촉은 압력이 롤러의 전체 길이에 걸쳐 분산된다는 것을 의미합니다. Hertzia엔 접촉 응력 이론에 따르면 하중 용량 계산에서는 롤러의 유효 길이를 고려해야 합니다. 베어링이 부적절하게 설치되어 기울어지면 하중이 롤러의 가장자리에 집중되어 "가장자리 응력"이 발생합니다. 이는 이론적 부하 용량을 50% 이상 줄일 수 있습니다. 따라서 빈도가 높은 검색에서 "베어링 오정렬"은 하중 계산과 관련된 중요한 롱테일 키워드로 남아 있습니다.
1.2 기본 동적 정격과 정 정격 하중
- 기본 동정격 하중(Ca): 이는 베어링이 100만 회전의 정격 수명에 도달할 때까지 회전하면서 견딜 수 있는 일정한 축방향 하중을 나타냅니다. 이는 장비의 작동 수명을 평가하는 주요 지표입니다.
- 기본정정격하중(C0a): 베어링이 정지하거나 매우 느린 속도로 회전하는 동안 접촉 중심점에서 영구 변형이 발생하는 한계 하중을 말합니다. 이는 충격 하중이나 시동 순간에 베어링의 안전성을 결정합니다. 이 두 값의 차이를 파악하는 것이 베어링 선택의 첫 번째 단계입니다.
2. ISO 281을 사용하여 기본 동정격 하중(Ca) 계산
동적 정격 하중의 계산은 베어링 피로 수명을 예측하는 기초입니다. 스러스트 원통형 롤러 베어링의 경우 세계적으로 인정받는 표준은 다음과 같습니다. ISO 281 . 이 공식은 물리적 치수뿐만 아니라 재료 기술 및 처리 정밀도가 하중 용량에 미치는 영향도 고려합니다.
2.1 ISO 281 표준 공식
단열 스러스트 원통형 롤러 베어링의 경우 기본 동적 축방향 정격 하중 Ca(뉴턴 단위로 측정)는 다음 변수를 사용하여 계산됩니다.
Ca = fc * (Lw * cos 알파)^7/9 * Z^3/4 * Dw^29/27
2.2 변수 정의와 그 영향
- fc(기하학 요소): 베어링의 특정 형상, 공차 등급 및 재료 품질에 따른 계수입니다. 고품질 베어링강(예: GCr15)은 일반적으로 fc 값이 더 높습니다.
- Lw(유효 롤러 길이): 롤러의 유효 길이. 롤러 길이를 늘리면 부하 용량이 직접적으로 향상되지만 롤러가 너무 길면 회전 중에 상당한 미끄럼 마찰이 발생합니다. 따라서 디자이너는 종횡비의 균형을 맞춰야 합니다.
- Z(롤러 수): 롤러가 많을수록 각 개별 롤러가 전달하는 힘이 줄어들어 전체 등급이 높아집니다.
- Dw(롤러 직경): 롤러 직경은 하중 용량에 기하급수적인 영향을 미치며 설계에서 가장 민감한 변수입니다.
2.3 정격 수명 계산(L10)
엔지니어는 Ca를 얻은 후 다음을 계산해야 합니다. 정격수명(L10) . 스러스트 롤러 베어링의 경우 계산 공식은 다음과 같습니다.
L10 = (Ca/Pa)^10/3
10/3의 지수(약 3.33)는 롤러 베어링이 볼 베어링(지수 3 사용)에 비해 피로 파괴 전 내구성이 더 높다는 사실을 반영합니다. 기업 웹사이트에서 이러한 정확한 수명 예측을 시연하면 제품에 대한 고객의 신뢰가 크게 높아집니다.
3. 정적 부하용량(C0a) 및 안전계수
많은 응용 분야에서 베어링이 항상 고속 작동 상태에 있는 것은 아닙니다. 예를 들어, 무거운 밸브를 열 때나 크레인이 하중을 들어올리는 순간 베어링은 정지된 동안 엄청난 압력을 받습니다. 그러한 경우에 우리는 다음 사항에 의존해야 합니다. ISO 76 정적 부하 용량을 계산하는 표준입니다.
3.1 영구 변형 방지(브리넬링)
정적 하중 용량은 가장 큰 하중을 받는 롤러와 궤도의 접촉 중심에서 전체 영구 변형을 초래하는 하중으로 정의됩니다. 0.0001 롤러 직경의. 이 값을 초과하면 이후 회전 시 베어링에 심한 진동과 소음이 발생합니다. 이는 일반적으로 산업 검색에서 “브리넬링 효과”로 불립니다.
3.2 정적 계산 공식
정적 축방향 정격 하중 C0a의 일반 공식은 다음과 같이 표현됩니다.
C0a = 220 * Z * Lw * Dw * 사인 알파
상수 220 특정 접촉 응력 수준에서 표준 경화 베어링강의 성능 수준을 나타냅니다.
- 안전계수(S0): 실제 엔지니어링에서는 정적 안전계수 S0 = C0a / P0a를 도입합니다. 충격 하중이 있는 장비의 경우 S0 3 이상을 권장합니다. 정밀 장비의 경우 소성 변형이 정확도에 영향을 미치지 않도록 하려면 S0가 더 높아야 합니다.
4. 운영 비교: 부하 조정 요소
실제 작업 조건은 실험실 조건보다 훨씬 더 복잡합니다. 윤활, 온도 및 설치 정확도는 모두 베어링의 유효 부하 용량에 직접적인 영향을 미치는 "수정 요소"로 작용합니다.
| 영향 요인 | 변수 | 용량에 미치는 영향 | 권장 사항 |
|---|---|---|---|
| 작동 온도 | 피트 | 120C 이상에서는 상당한 감소 | 내열강판 사용 |
| 윤활 조건 | 카파 | 윤활 불량으로 인해 금속 접촉이 발생함 | 점도 비율 카파 > 1.5를 확인하세요. |
| 정렬 오류 | 베타 | 작은 경사각으로 인해 부하 집중 발생 | 구형 와셔 또는 자동 정렬 시트 사용 |
| 재료 순도 | aISO | 불순물로 인해 조기 파쇄가 발생합니다. | 진공 탈기 또는 ESR 강철 선택 |
| 작동 속도 | n | 원심력은 응력을 증가시킵니다. | 제한 속도 사양 확인 |
5. 자주 묻는 질문(FAQ)
Q1: 스러스트 원통형 롤러 베어링이 방사형 하중을 처리할 수 있습니까?
아니요. 이 베어링은 축방향 하중을 위해 엄격하게 설계되었습니다. 롤러는 샤프트 축에 수직으로 배열되어 있기 때문에 방사형 힘은 케이지와 심각한 마찰을 일으키거나 어셈블리 붕괴로 이어질 수도 있습니다. 반경 방향 힘이 있는 경우 니들 롤러 베어링을 조합하여 사용하십시오.
Q2: L10 수명 지수가 볼 베어링과 다른 이유는 무엇입니까?
이는 접촉 메커니즘의 차이 때문입니다. 볼 베어링은 점 접촉을 활용하므로 응력 집중이 높아지고 지수는 3이 됩니다. 원통형 롤러 베어링은 선 접촉을 활용하여 응력을 보다 고르게 분산하므로 우수한 지수인 10/3을 사용합니다.
Q3: 윤활 점도는 유효 하중에 어떤 영향을 줍니까?
윤활유막의 두께는 접촉면의 거칠기 피크가 충돌할지 여부를 결정합니다. 이론 부하 정격이 높더라도 오일 점도가 너무 낮으면 실제 수명은 계산된 값의 10% 미만이 될 수 있습니다.
6. 참고자료 및 기술표준
- ISO 281:2007 : 롤링 베어링 - 동적 정격 하중 및 정격 수명.
- ISO 76:2006 : 롤링 베어링 — 정적 정격 하중.
- ANSI/ABMA 표준 11 : 롤러 베어링의 정격 하중 및 피로 수명.
- 해리스, T.A. 및 코찰라스, M.N. : 롤링 베어링 분석, Vol 1 및 2 , CRC 프레스. (베어링 분석을 위한 업계 표준 교과서).
