Basic Bearing Knowledge Presented by David Kim Key Accounts Manager for Chemical & Cement, SKF Korea Ltd. Slide 2 Bearings CLE SKF Aerospace
1 Basic Bearing Knowledges Slide 3 [Code] SKF Airframe Korea Ltd Business Unit
베어링은왜필요한가? - 베어링의기능적목적 : 기계의고정부분과회전사이의하중을최소한의저항으로전달하는것. - 베어링의필요성 마찰의감소를위해. 하중을지지하기위해. 움직이는기계요소의가이드를위해.
구름마찰과미끄럼마찰 PLAIN BEARING : 미끄럼마찰 µ ROLLING BEARING µ : 구름마찰
구름베어링과미끄럼베어링 ( Rolling bearing & Sliding bearing ) 마찰형태에의한분류플레인베어링 ( 스페리컬 ) 구름베어링 운동방식진동회전 마찰의형태 혼합형태의마찰, selflubricating 유체역학적마찰 마찰계수 moderate very low 윤활 Grease or self-lubricating Grease or oil 하중지지능력 high moderate 운전속도 low high Tilting capability high low Impact and alternating loads applicable with steel-onsteel SPB's applicable if moderate Pressure distribution 내, 외륜사이의접촉면적 전동체와궤도륜간의 Hertzian pressure
볼베어링의구성요소 씰전동체내륜외륜케이지씰 SKF Reliability Maintenance Institute
베어링전동체의접촉형태 BALL BEARING DGBB,ACBB, SABB, TBB ROLLER BEARING CRB, CRTB, NRB, NRTB, SRB, SRTB, TRB, TRTB
베어링에걸리는하중 지지하중은.. -. 기계나그부품의질량으로부터 -. 운반하여야할물질의질량 ( 원재료, 화물중량 ) -. 모멘텀의변화 ( 가속, 감속, 방향의변화 ) -. 동력의전달 ( 벨트나체인드라이브, 기어, 감속기 ) 이러한하중은베어링의내륜과외륜사이의전동체를매개로운반되어져야한다.
경방향, 축방향, 복합하중 경방향 Fr 복합하중 F 축방향 Fa
하중지역 ( Load Zone ) C2 < C3
하중지역 ( Load Zone )
베어링의내부틈새 ( Internal Clearance ) 경방향 내부틈새 축방향 내부틈새
베어링의틈새는왜필요한가? 감소된 경방향틈새 외부의찬공기 외륜의압축 ( 또는작은팽창, 하우징조립 ) 내륜의팽창 ( 억지끼워맞춤, 열 ) 상승된온도
베어링의내부틈새 ( Internal Clearance ) 범위 C1:C2보다작은틈새 C2:Normal보다작은틈새 N : 일반틈새 C3:Normal보다튼틈새 C4:C3보다큰틈새 C5:C4보다큰틈새
베어링의접촉각 ( Contact Angle )
베어링의접촉각분포 0 Radial load only Y = 1.7 Y = 0.72 Y = 0.57 Thrust Bearing : 45 이상의접촉각을가진베어링 13 ~30 ~40 ~50 Y factor 와접촉각 : 작은 Y factor 값, better Axial load carrying 90 Axial load only
베어링의 Designation System
베어링의공차 미크론의크기는? 일반 75mm 정밀급 내경의경우 고정밀급 사람의 사람 머리카락 머리카락 1µ P6 P5 SP P4A UP PA9A PA9B 정밀도등급 0,06 mm 0/-15 µm 0/-12 µm 0/-9 µm 0/-7 µm 0/-2,5 µm
베어링케이지선택 Guide line
베어링케이지의기능 -. 전동체간간격유지 -. 궤도륜에균일하게전동체분산배치 -. 비하중지역에서전동체의적절한유도 -. 분리형베어링의경우, 전동체를잡아줌
베어링케이지의분류 PRESSED type SOLID type PIN type
베어링의 Shield 와 Seal Shields Low friction seals Contact seals Z, 2Z RSL, 2RSL, RZ, 2RZ RSH, 2RSH, RS1, 2RS1
베어링의예압과내부틈새가수명에미치는영향
베어링전동체의종류 볼 스페리컬롤러 ( 대칭형 ) 스페리컬롤러 ( 비대칭형 ) 원통롤러 Needle 롤러테이퍼롤러
구름베어링의종류 Ball bearings Roller bearings
구름베어링의형태에따른종류 볼베어링 + 롤러베어링 깊은홈 앵귤러콘택트자동조심원통형테이퍼침형스페리컬
베어링형태별하중능력 하중지지능력은동정격하중을뜻함
볼베어링형태에따른하중지지특성 깊은홈 앵귤러콘택트 자동조심 경방향하중지지능력축방향하중지지능력 스피드수용능력 비조심수용
원통베어링의종류 NU NJ NUP - Roller 의직경 / 수량이증가 - 향상된표면마감처리기술및 접촉면 Logarithmic 가공기술 N NU+HJ NJ+HJ - 개선된 roller 끝단부와 ring flange 와형상구조 - 증가된 cage 선택폭 : steel, brass, polymer
테이퍼롤러베어링의기능적특성 SKF 의디자인최적화 - 향상된표면마감처리기술및접촉면 Logarithmic 가공기술 -개선된 roller 끝단부와 ring flange 와의형상구조 - 베어링단면의최적화
스페리컬롤러베어링의기능적특성 - 대칭형롤러사용 -플로팅가이드링채택으로마찰최소화및안정적인롤러회전확보 -윈도우타입의스틸케이지로고강도및고온내구성제공
Y bearing unit 의기능적특성 -초기마운팅시의비조심수용 -마운팅이용이 -효과적베어링배열가능 -씨일의통합설계
CARB 베어링의기능적특성 - 축의비조심허용과동시에축상의변위수용함으로써마찰최소화 - 높은경방향하중지지능력 - 비고정축전문베어링정상하우징비틀림샤프트비조심축상변위
Thrust 베어링의기능적특성 Thrust ball bearing: single direction Thrust ball bearing: single direction with sphered housing washer Thrust ball bearing: double direction Thrust ball bearing: double direction with sphered housing washers Cylindrical roller thrust bearing: single direction Spherical roller thrust bearing
베어링에요구되는최소하중
베어링의전통적수명방정식 L 10 = 기본정격수명, 백만회전 C P p = 기본동정격하중, N = 등가동베어링하중, N = 수명방적식지수 하중 P = C 일경우 L 10 수명은 100 만회전임 S 0 = 정적안전계수 P 0 = 등가정베어링하중,N C 0 = 기본정정격하중,N P 0 = C 0 일경우 S 0 는 1 임
SKF 베어링수명방정식의발전
SKF 베어링신수명방정식 Load P Load P Finite life P U Infinite life Life 서비스수명 : 베어링이파손되기까지의실제수명 Life
베어링의선정시고려사항 기본적으로베어링의선정은기계제작업체의설계에 좌우되지만선정시고려사항은다음과같다 1. 운전하중의크기와방향 - 수명 2. 설치시허용가능공간 3. 비조심의허용여부 4. 필요정밀도, 강성, 속도, 정숙성 5. 축간변위, 온도 6. 윤활및 Mounting/Dismounting
베어링의성능개량에의한다운사이징 ( 동일한동정격하중을기준했을때 ) Mass (kg)
2 Lubrication & Failure Basics Slide 44 [Code] SKF Airframe [Organisation] Business Unit
왜그리스에대해고민하나? 전체조업 기계 저가의소모품 베어링 그리스 high impact!! 정지, 고장시간 SKF KOREA
그리스의역할 베어링부품간표면을분리한다. - 마모를제거하기위해 - 마찰을감소하기위해 베어링을보호한다. - 부식으로부터 - 외부의불순물인입으로부터
오일또는그리스를선정하는요소
오일과그리스의특성 그리스 : 오일 : + 용이한설치 ( 가격저렴 ) + 부가적냉각기능 + 부가적베어링보호 + 여과및품질관리가능 ( 먼지나습기로부터 ) 베어링의 80% 는그리스에의해윤활된다
그리스의윤활특성 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
어떻게윤활작용을하나? 마치물위를미끄러지듯!! 롤러는단지얕은윤활피막위를활주한다 베어링부품간금속간접촉없이
윤활막의두께 종이 오일필름
윤활의미세거동 유체윤활 ( 완전윤활 ) 최적의상황 혼합윤활 가끔씩현실적상황
윤활필름의특성 : 탄성유체윤활 ( EHL ) 이란? 그림 1. 그림 2. SKF KOREA
베어링표면의미세관찰 잘가공된면? 마찰과마모의방지를위해윤활이필요하다.
그리스는? 그리스는점도를증가시킨오일이다. 세차용 스폰지?? 그리스는 -. 농축된오일이아니다 -. 고형오일이아니다 ( 왁스 ).
그리스속에는? 그그리스 = 70 95% 의基油 + 5 30% 의증주제 + 첨가제 GREASELGMT3/180 Grasa Fett Graisse Grease Grasso
ISO 기준에의한 Failure Mode 피로,Fatigue 마모, Wear 부식, Corrosion 전식 Electrical erosion 소성변형, Plastic Deformation 파단, Fracture 표면하피로표면유발피로연마성마모고착성마모습기성부식마찰성부식과전압누설전류과부하압흔강제파단피로파단열성균열 기계적부식, F.C False Brinelling 이물질에의한압흔취급상에의한압흔
베어링손상양식의분류 초기파손형태 -. 마모 -. 부식 -. 압흔 -. 전식 -.Smearing -. Spalling -. Surface distress 이차파손형태 -. 박리 -. 균열 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
베어링손상분석작업 1. 작업 / 기술 / 장비 -. 작업전준비 -. 분석작업 -. 확대경및광학현미경 -. 기타장비및기술 -. 기타요인에의한손상분석실례 2. 작업전준비 -. 베어링관련사고인가? -. 기타기계요소관련사고인가?
3. 분석작업 -. Background Information -. 베어링관련정보 -. 관련기계에대한구체적자료 -. 예비조사 -. 본조사 4. 확대경 ( 10x) 및광학현미경 (1000x) -. 운전특성, 표면결함, 손상원인의정밀조사용 -. 베어링금속의비금속게재물의분석및열처리공정의조사를위한조직검사용현미경.
베어링손상분석작업 -. 표면하결함의조사를위한전자현미경분석 -. 필요시베어링내부구조및표면조도 -. 열처리과정조사를위한경도측정 -. 치수안정도확인 -. 잔류오스테나이트및잔류응력조사를위한 X-ray 촬영 -. 금속가공결함의조사를위한 Deep Etching -. 강의화학시험분석 -. Oil 분석 -. 베어링내먼지량측정 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
베어링파손방지를위한지침 조립및분해과정 -. 정확한작업도구와방법의선택 >. 기계적도구를이용한방법 >. 가열에의한방법 >. 유압을이용한방법베어링가동중 >. 윤활상태 >. 각종밀봉상태 >. 온도 >. 소음의확인 >. 하중의증가여부? >. 속도증가여부? >. 주변온도증가여부? SKF 2011-12-13 KOREA SKF
베어링의피로손상메카니즘 구름작용에의한응력과응력변형 투영전단응력 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
비금속게재물에의한표면하피로의진행단계 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
피로 ( Fatigue ) 피로는전동체와궤도면사이의접촉으로발생된반복하중에의해발전된베어링재료의구조적변화 표면하피로와표면유발피로로나눈다 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
피로 ( Fatigue ) 표면하피로 구름접촉에의한하중의영향으로구조적인변화가일어나고표면직하의특정깊이에서미세균열이시작된다 SKF 2011-12-13 KOREA SKF
피로 ( Fatigue ) 표면유발피로 윤활필름부족이나부적합한윤활로인해주로발생하며, 전동체의미끄럼운동도원인이된다. 표면이광택이나고, 발생된미세균열, 미세스폴링을확대경을통해확인가능하다. SKF 2011-12-13 KOREA SKF
3 Explorer 와 SKF Bearing Materials
Explorer 는? 기가동중기계의수명연장 *. 신뢰성향상 *. 진동감소 *. 발열감소 *. 보수주기확장 *. 기계운전율증가 기존설비의개선시 -> 같은크기의 Ex. 신설비설계시, 작은베어링 -> 동일출력확보 *. 전반적인기계크기감소 -> 소재중량및원가절감 *. 속도증가 *. 마찰감소 신설비설계시, -> 같은크기의외경, 적은폭의 Ex. CARB EXPLORER Spherical Roller Bearing EXPLORER Angular Contact Roller Bearing *. 동력효율의개선 *. 속도증가 *. 하중부담능력증가 *. 축경의증가 *. 강성설계가능 *. 최소한동일속도 / 증가 EXPLORER Cylindrical Roller Bearing
Explorer 의비밀? 최고품질의청정강베어링소재잘조화된소재열처리최적화된베어링궤도표면축소된가공정밀도 증가된동정격하중, askf factor 1.6 3.0 배의계산수명증가
Explorer 를통해개선된 Technologies General Radial Clearance SKF Designation System Thrust Carrying Capacity Minimum Load Mounting / Dismounting Explorer High Performance & Clean Steel Heat Treatment Surface Topography Life Tests Bearing Life Calculation CAGES (ACBB) Running Accuracy(ACBB) Rolling Element Profile Sound and Vibration Continuous Improvements
청정강제조의産室, SKF Ovako Steel 제강공정 (1) 전기로에고철및슬랙형성을위한부자재투입 (2) 용해작업 (3) 슬랙의제거 (4) ASEA-SKF LF 에합금재투입및정련작업 (5) 탈가스작업 (6) 주조작업
SKF 의 Bearing Steel 베어링의내외륜및전동체 전체경화강 (Through-hardening steels) 크롬탄소강 Carbon chromium steel containing approximately 1 % carbon and 1,5 % chromium 탄소함량 1.0 Wt% 크롬함량 1.5 Wt% 표면경화강 (Case-hardening steels) 크롬니켈합금강및망간크롬함금강 Chromium-nickel alloyed steel and manganese-chromium alloyed steel containing approximately 0,15 % carbon 탄소함량 0.15 Wt%
청정강제조기술의발전
High Quality, Heat treatment Advantages Martensitic Hardening 경제적인열처리수단. 처리시뒤틀림방지를위한 Fixture 사용 표면인장응력발생 Bainitic hardening 내부인성및치수안정성우수 표면압축응력발생 Disadvantages Case hardening Hard surface and soft core resists through cracking. 최고의표면압축응력생성 Martensite hardening Highest risk of propagation of surface cracks. Bainitic hardening Somewhat more costly than martensite. Lower hardness. Case hardening Time consuming and costly process.
진보된열처리, Martensitic treatment Dimensional Stability Life 첨단열처리기술? -. 용도에충분한경도확보 -. 잘조절된잔류 Austenite -. 조직내부의충분한인성유지 Hardness manufacturer stabilization max. temperature residual austenite RA SKF S0 150 C < 3 % Competitor A S00 120 C 8 % Competitor B SN 125 C 15 %
진보된열처리, Bainatic treatment X Bite Steel for CARB, SRB, SRTB -. 인성의손상없이경도증가 -. 기존의 Bainite 조직에비해 2 배의내마모성향상
Heat treatment - Applications Martensite hardening Standard applications Standard bearings Bainite hardening Heavily loaded bearings Spherical roller bearings Case hardening Extreme heavily loaded bearings (+ shock loads) Large size bearings Specific applications: Bearings fitted with loose fit (rolling mills) Surface hardening Specific applications Hub units, slewing rings
열처리에따른베어링궤도륜의응력분포
베어링강의치수안정도, ( Martensitic treatment ) Change in diameter (µm/100 mm) Martensitic Bainatic Holding time at 200 C (392 F)
베어링강의치수안정도등급 치수안정도등급조업온도경도 (HRC) SN up to 120 C (248 F) 59 to 63 S0 up to 150 C (302 F) 58 to 62 S1 up to 200 C (392 F) 57 to 61 S2 up to 250 C (482 F) 56 to 60 S3 up to 300 C (572 F) 54 to 58 S4 up to 350 C (662 F) 50 to 54
Rolling contact 의최적화 개선된궤도면거칠기 Example traditiona l improve d >. 저속회전의허용 >. 얇은윤활피막의허용 >. 부족한윤활환경의허용 Starting torque (Nm) 6,6 3,7 Minimum rotational speed n min 120 22 (min -1 ) Friction coefficient, (µ) 0,20 0,11
개선된 Logarithmic Roller Profile Increased effective Roller Length: Longer Life Improved transition between cylindrical middle part and end drop: Higher permissible Misalignment Further reduction of edge stresses
y-deflection of shaft 정밀도의개선 Reduced runout (orbit) for P6 Normal quality P6 quality x-deflection of shaft Reduction of runout by more than 30% 감소된 Run Out 감소된소음및진동