앵귤러 콘택트 볼 베어링이란 무엇입니까? 완전한 가이드

앵귤러 콘택트 베어링이란 무엇입니까?

앵귤러 콘택트 베어링 볼 베어링은 내부 궤도와 외부 궤도가 서로 오프셋되어 있어 볼이 베어링의 방사형 평면에 대해 비스듬히 설정된 선을 따라 각 궤도에 닿습니다. 접촉각이라고 불리는 이 각도는 단일 베어링이 동시에 한 방향으로 반경방향 하중과 축방향(추력) 하중을 전달할 수 있게 해주는데, 이는 표준 깊은 홈 볼 베어링이 효율적으로 수행할 수 없는 작업입니다. 앵귤러 콘택트 볼 베어링(ACBB)은 외부 링의 한쪽 숄더와 낮은 숄더로 제작되어 볼과 레이스 접촉점을 통해 스러스트 하중을 전달하는 데 필요한 비대칭성을 만듭니다.

베어링 산업 전반에 걸쳐 사용되는 표준 접촉각은 다음과 같습니다. 15°, 25°, 40° , 일부 제조업체 범위에서는 30°도 나타납니다. 경험 법칙은 간단합니다. 접촉각이 클수록 축방향 하중이 더 많이 전달되지만 속도는 더 느려집니다. 접촉각이 작을수록 회전 속도는 빨라지지만 추력은 줄어듭니다. 단열 앵귤러 콘택트 베어링은 한 방향의 추력에만 저항할 수 있기 때문에 대부분의 응용 분야에서는 샤프트 양쪽에서 오는 하중을 처리하기 위해 두 개의 베어링을 일치하는 쌍으로 장착합니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링의 작동 방식

깊은 홈 볼 베어링 내부의 궤도 홈은 대칭이며 볼은 그 사이의 중앙에 위치합니다. 접촉각은 기본적으로 0이므로 베어링은 주로 반경 방향 하중에 저항합니다. 앵귤러 콘택트 베어링에서 외부 링 홈은 내부 링 홈에 대해 축 방향으로 이동됩니다. 볼이 두 개의 오프셋 홈 사이에 위치하면 두 접촉점을 연결하는 선이 더 이상 샤프트에 수직이 아니게 됩니다. 즉, 기울어지게 됩니다. 그 기울기가 접촉각(α)입니다. , 그리고 이는 방사형 푸시의 일부를 축 추력에 저항할 수 있는 하중 경로로 변환하는 것입니다.

자유, 정적, 동적 접촉각

베어링 카탈로그에는 베어링이 로드되지 않거나 장착되지 않은 상태에서 측정된 "자유" 또는 공칭 접촉각(15°, 25°, 40°)이 나와 있습니다. 베어링이 샤프트에 압입되어 열팽창을 받고 작동 하중과 회전으로 인한 원심력을 받으면 실제 또는 유효 접촉각은 해당 공칭 수치에서 이동합니다. 접촉각이 너무 커지면 볼이 궤도 숄더를 지나 위로 올라가 조기 파손이 발생할 수 있습니다. 너무 낮게 떨어지면 볼이 궤도에 걸리거나 예압을 잃어 볼이 불규칙하게 움직이고 조기 마모될 수 있습니다. 이것이 바로 베어링 엔지니어가 카탈로그 각도에만 의존하기보다는 맞춤 및 예압 사양을 확정하기 전에 정적 및 동적 접촉각 변화를 모두 계산하는 이유입니다.

접촉각 옵션: 15°, 25°, 40° 비교

올바른 접촉각을 선택하는 것은 앵귤러 접촉 베어링을 지정하는 데 있어 가장 중요한 결정입니다. 이는 응용 제품의 수명 동안 속도와 추력 용량 간의 균형을 고정하기 때문입니다. 15도 베어링은 더 적은 축 하중 용량으로 속도 성능을 극대화하며 축 하중이 적당하게 유지되는 약 15,000RPM 이상의 고속 스핀들에 가장 적합한 선택입니다. 25도 베어링은 범용으로 가장 널리 재고가 있는 선택으로, 대부분의 정밀 기어박스, 로봇 조인트 및 중속 스핀들에서 속도와 축 용량의 균형을 유지합니다. 40도 베어링은 축방향 하중 용량을 최대화하지만 속도가 상당히 저하됩니다.

이를 기억하는 실용적인 방법: 반경방향 하중이 로드 케이스를 지배하는 경우 25° 베어링이 기본값입니다. 축방향(추력) 하중이 지배적일 때 최대 40°까지 단계적으로 증가합니다. 샤프트가 빠르게 회전해야 하고 축방향 하중이 가벼운 경우에는 15°로 낮춥니다. 제조업체는 또한 부품 번호에 각도를 인코딩합니다. 예를 들어, NSK는 25°를 나타내기 위해 접미사 "A5"를 사용합니다. , 많은 브랜드에서는 표준 30°가 아닌 40°를 나타내기 위해 기본 부품 번호에 "B"를 추가하므로 범용 접미사 시스템을 가정하기보다는 항상 특정 제조업체의 카탈로그에 대해 각도 코드를 확인하십시오.

앵귤러 콘택트 베어링과 깊은 홈 볼 베어링 비교

앵귤러 콘택트 및 깊은 홈 베어링은 종종 동일한 보어, 외부 직경 및 폭을 공유하므로 도면에서 서로 바꿔 사용할 수 있는 것처럼 보입니다. 그러나 실제 부하 조건에서 서로 교체하면 L10 베어링 수명이 60~80% 줄어들거나 최악의 경우 시동 후 몇 시간 내에 고착이 발생할 수 있습니다. 차이점은 전적으로 접촉각과 필요한 어깨 형상에 달려 있습니다.

6206 깊은 홈 볼 베어링(30mm 보어)은 대략 19.5kN의 동적 레이디얼 정격 하중을 전달하는 반면, 25°의 유사한 7206 앵귤러 콘택트 베어링은 반경 방향으로 약 17.8kN(약 9% 적음)을 전달합니다. 앵귤러 콘택트 베어링이 결정적으로 앞쪽으로 당기는 부분은 스러스트 측면입니다. 25°의 동일한 7206은 최대 약 8.5kN의 연속 축 하중을 처리할 수 있는 반면, 동등한 깊은 홈 베어링은 일반적으로 축 방향에서 동적 반경 방향 정격의 30~40%로 제한되며 저속에서 중간 속도까지만 가능합니다. 헬리컬 기어 메쉬, 볼 스크류, 각진 절삭력 등 의미 있는 추력이 있는 응용 분야의 경우 깊은 홈 베어링은 앵귤러 콘택트 베어링이 발생하기 훨씬 전에 축 용량이 부족해집니다.

시각적 식별

깊은 홈 베어링은 볼 홈의 양쪽에 두 개의 동일한 숄더가 있는 반면, 앵귤러 콘택트 베어링은 하나의 높은 숄더와 하나의 낮은 숄더를 가지고 있습니다. 높은 쪽은 하중을 지지하는 면이고 설치 중에 스러스트 하중의 소스를 향해야 합니다. 부품 번호 지정은 또 다른 선물입니다. 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 일반적으로 7xxx 시리즈 번호를 사용하는 반면 깊은 홈 볼 베어링은 6xxx 시리즈 번호를 사용합니다.

장착 배열: DB, DF 및 DT 설명

하나의 앵귤러 콘택트 베어링은 한 방향의 추력에만 저항하기 때문에 대부분의 실제 설치에서는 일치하고 사전 조정된 쌍으로 장착된 두 개 이상의 베어링을 사용합니다. 베어링은 외부 링의 앞면이 함께 배열(직접, DF)되거나, 뒷면이 함께(백투, DB), 또는 면이 같은 방향으로 정렬(탠덤, DT)되도록 배열될 수 있습니다. 로드 케이스에 대해 잘못된 배열을 선택하는 것은 가장 흔하고 비용이 많이 드는 사양 오류 중 하나입니다.

백투백(DB)

백투백 배열에서는 두 베어링의 접촉각 선이 안쪽으로 갈라져 "O" 모양을 형성하므로 DB를 O 배열이라고도 합니다. DB 페어링은 틸팅 모멘트에 가장 강력한 저항을 제공하므로 틸팅 모멘트와 결합된 방사형 하중이 로드 케이스를 지배할 때마다 올바른 선택입니다. 이렇게 넓은 유효 하중 중심 간격이 DB 쌍이 뒤집히는 힘에 저항해야 하는 스핀들 노즈 및 휠 허브에 표준 선택되는 이유입니다.

대면(DF)

대면 배열에서 간격은 내부 레이스가 아닌 외부 레이스 사이에 위치하며 설치 시 해당 간격을 닫으면 작동 예압이 생성됩니다. DF 페어링은 축 하중이 양방향에서 올 수 있고 어셈블리가 샤프트 팽창을 열적으로 보상해야 하는 경우 올바른 호출입니다. 로드 중심 간격이 더 좁기 때문에 DB보다 샤프트 성장을 더 우아하게 견딜 수 있기 때문입니다. 트레이드 오프는 모멘트 하중에 대한 저항이 낮으므로 오정렬 저항이 중요한 경우 DF 쌍에 적절한 축 간격이 필요합니다.

탠덤(DT)

탠덤 배열에서는 두 베어링의 접촉각 선이 평행하게 진행되어 방사형 하중을 전달하지 않고 한 방향으로만 추력을 수용하는 매우 견고한 추력 구성을 생성합니다. DT 페어링은 배열이 두 베어링의 축 용량을 중첩하기 때문에 단일 베어링에 대해 단방향 축 하중이 너무 클 때 선택됩니다. 탠덤 시스템에서 양방향에서 추력을 저항해야 하는 경우 탠덤 쌍에 대해 세 번째 베어링을 추가해야 합니다. DT만으로는 추가 예압 없이 고유한 축 안정성을 제공하지 않습니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링의 일반적인 유형

단열 앵귤러 콘택트 베어링

기본 설계: 한 줄의 볼, 한 개의 돌출된 숄더, 단일 방향으로 반경방향 하중과 축방향 하중을 지탱할 수 있습니다. 추력이 실제로 한 방향인 경우에만 단독으로 사용됩니다. 그렇지 않으면 DB, DF 또는 DT 쌍에 마운트됩니다.

복열 앵귤러 콘택트 베어링

높은 강성과 양방향의 방사형 및 축방향 하중을 결합하도록 설계된 복열 앵귤러 콘택트 베어링은 모터, 펌프 및 압축기에 일반적으로 사용됩니다. 이는 단일 베어링에 내장된 영구적인 백투백 쌍처럼 기능하여 양방향 축 하중을 유지하는 동시에 모멘트 하중도 처리하며 샤프트 시스템의 고정 단부 베어링으로 ​​자주 사용됩니다.

4점 접촉 베어링

4점 접촉 베어링은 제한된 반경방향 하중 용량으로 양방향의 축방향 하중을 지원하는 콤팩트하고 강성이 높은 설계를 제공하며 모터, 기어박스 및 펌프에서 흔히 볼 수 있습니다. 방사형 하중 하에서 볼은 내부 및 외부 링과 4개의 접촉 지점을 설정합니다. 순수 축 하중 하에서는 표준 앵귤러 콘택트 베어링과 유사하게 접촉이 2개 지점으로 줄어듭니다. 이 설계를 통해 축 공간이 부족한 경우 단일 베어링이 일치하는 쌍을 대체할 수 있습니다.

이중(일치된 쌍) 앵귤러 접촉 베어링

이중 베어링은 두 개 이상의 단열 앵귤러 콘택트 베어링으로 제조되어 지정된 간극 및 예압에 대한 세트로 일치시킨 다음 DB, DF 또는 DT 구성으로 함께 장착됩니다. 일치하는 쌍은 성능 일관성을 보장하기 위해 동일한 제조 배치에서 생산되어야 하기 때문에 부품 번호가 동일해 보이더라도 다른 세트의 베어링과 혼합해서는 안 됩니다.

미니어처 앵귤러 콘택트 베어링

미니어처 앵귤러 콘택트 베어링은 치과용 핸드피스, 광학 기기 및 소형 서보 액추에이터와 같이 공간이 제한적이고 정밀성이 중요한 응용 분야를 위해 제작된 표준 단열 설계의 소형 고정밀 버전으로 일반적으로 보어 크기가 10mm 미만입니다.

예압: 앵귤러 콘택트 베어링에 이것이 필요한 이유

앵귤러 콘택트 베어링은 일반적으로 내부 레이스, 볼 및 외부 레이스 사이에 예압을 가하여 조립되어 볼과 양쪽 궤도 사이의 내부 틈새를 최소화하거나 제거합니다. 예압이 없으면 경하중이나 역하중을 받는 앵귤러 콘택트 베어링은 볼이 궤도면과의 일관된 접촉을 일시적으로 잃기 때문에 볼 미끄러짐, 진동 및 조기 마모가 발생할 수 있습니다.

예압은 접촉각과 페어링 배열 모두와 밀접하게 연관되어 있으며 올바른 예압은 강성을 향상시키고 진동을 줄이는 스핀들 및 서보 모터와 같은 고속, 고정밀 응용 분야에서 특히 중요합니다. 공장에서 가공된 예압, 스프링 예압 또는 설치 중 테이퍼 와셔로 설정된 예압과 같은 구체적인 방법은 일반적으로 설계 단계에서 고정되기보다는 설치 단계에서 결정됩니다. 예압을 과도하게 조이는 것은 현장에서 흔히 발생하는 실수입니다. 과도한 클램핑력은 마찰과 열을 증가시켜 예압이 너무 낮은 상태에서 작동하는 것만큼이나 베어링 수명을 단축시킬 수 있습니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링의 일반적인 응용 분야

앵귤러 콘택트 베어링은 샤프트가 방사형 하중과 함께 의미 있는 스러스트 하중을 경험할 때마다 나타납니다. 이는 광범위한 회전 기계를 포괄합니다. 가장 일반적인 응용 분야 중 몇 가지는 접촉각과 장착 배열이 실제로 왜 그렇게 중요한지를 보여줍니다.

• 공작기계 스핀들 — 최대 30,000RPM으로 작동하는 CNC 공작 기계의 초정밀 스핀들에서 15° 베어링이 공정에 필요한 속도 성능을 제공합니다.
• 자동차 휠 허브 — 복열 앵귤러 콘택트 베어링은 현대식 자동차 휠 허브의 표준 선택으로, 고속 코너링 중에 생성되는 막대한 축력을 쉽게 처리합니다.
• 원심 펌프 — 임펠러는 유체를 앞으로 밀어 샤프트를 따라 동일하고 반대되는 추력을 생성하며 40° 각도 접촉 베어링은 이러한 추력을 쉽게 흡수합니다.
• 볼 스크류 및 선형 축 — 정밀 자동화에는 백래시가 필요하지 않으며 연속적으로 배열된 각도 접촉 베어링은 정확한 로봇 이동에 필요한 견고한 축 위치 지정을 제공합니다.
• 자전거 헤드셋 — 대부분의 자전거는 헤드셋에 앵귤러 콘택트 베어링을 사용합니다. 그 이유는 거기에 작용하는 힘이 반경 방향과 축 방향 모두로 작용하기 때문입니다.
• 기어박스 및 터보차저 — 일치된 각도 접촉 쌍은 기어박스, 터보차저 및 로봇 조인트를 포함하여 양방향 축 하중이 발생하는 모든 곳에서 널리 사용됩니다.

올바른 앵귤러 콘택트 베어링을 선택하는 방법

앵귤러 콘택트 베어링을 올바르게 지정하는 것은 하중 방향, 속도 및 정밀도 요구 사항을 순서대로 진행하는 것으로 귀결됩니다. 이러한 단계 중 하나를 건너뛰는 것은 대부분의 애플리케이션 측 오류가 발생하는 곳입니다.

1. 축방향 하중이 단방향인지 양방향인지 확인합니다. 단방향 하중은 때때로 단일 베어링을 사용할 수 있습니다. 양방향 부하는 항상 일치하는 쌍 또는 이중 행 설계가 필요합니다.
2. 반경방향 하중과 축방향 하중 크기를 비교합니다. 방사형 하중이 축방향 하중을 초과하는 경우 25° 접촉각이 일반적인 선택입니다. 축방향 하중이 반경방향 하중을 초과하는 경우 추력 향상 이점을 위해 최대 40°까지 단계적으로 조정합니다. 고속, 경부하 시나리오의 경우 15°가 선호됩니다.
3. 주요 하중 유형에 맞게 장착 배열을 일치시키십시오. 반경 방향 하중과 틸팅 모멘트(가장 강력한 기울임 방지 저항)를 위한 DB 연속, 양방향 축 하중이 열 샤프트 확장도 수용해야 하는 경우 DF 정면, 대형 단방향 축 하중에 여러 베어링의 결합 용량이 필요한 경우 DT 직렬.
4. 접촉각을 확정하기 전에 베어링의 정격값과 비교하여 제한 속도(이상적인 조건에서 이론적인 최대값), 기준 속도(장기간 안정적인 작동을 위해 권장되는 상한값) 및 실제 작동 속도를 확인하십시오.
5. 고정밀 또는 고속 스핀들 작업의 경우 정밀도 등급 P5 이상을 지정하십시오. 이러한 등급은 특수한 맞춤으로 작동 조건에 따라 예압이 조정되는 공작 기계 메인 스핀들에 일반적으로 사용되기 때문입니다.
6. 다른 브랜드의 번호와 일치한다고 가정하기보다는 특정 카탈로그에 대해 제조업체의 각도 코드 규칙(예: "A5" 또는 "B" 접미사)을 확인하십시오.

친숙한 부품 번호를 기본값으로 설정하는 대신 이러한 6단계를 바로 수행하는 것이 정격 L10 수명에 도달하는 베어링과 실제로 운반에 적합하지 않은 로드 케이스에서 조기에 고장이 나는 베어링을 구분하는 것입니다.