앵귤러 콘택트 베어링이란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

앵귤러 콘택트 베어링이란?

앵귤러 콘택트 베어링은 베어링 축에 대해 오프셋 각도로 배치된 궤도로 설계된 볼 또는 롤러 베어링 유형입니다. 방사형 및 축방향(추력) 하중을 동시에 결합 표준 깊은 홈 베어링처럼 한 가지 유형의 하중만 처리하는 것이 아닙니다. 접촉각이라고 불리는 이 오프셋은 일반적으로 15°~40° 범위이며 반경방향 하중에 비해 베어링이 견딜 수 있는 축방향 하중의 양을 결정합니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링 특히 볼을 롤링 요소로 사용하며 이 베어링 유형의 가장 일반적인 형태로, 샤프트가 일반 방사형 하중과 함께 기어 맞물림 또는 유체 압력으로 인해 추력을 받는 공작 기계 스핀들, 펌프 및 기어박스에 널리 사용됩니다. 베어링 40° 접촉각 동일한 베어링 크기에서 15° 각도를 가진 것보다 약 두 배의 축방향 하중을 지탱할 수 있으므로 모든 응용 분야에서 올바른 접촉각을 선택하는 것이 첫 번째 결정입니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링의 작동 방식

표준 깊은 홈 베어링 내부에서는 볼과 궤도 사이의 접촉이 방사형 평면을 가로질러 직접 발생하도록 내부 및 외부 궤도가 정렬됩니다. 앵귤러 콘택트 베어링에서는 궤도가 비대칭으로 연마되어 내부 레이스와 외부 레이스의 접촉점을 연결하는 선이 베어링의 방사형 평면에 대해 각도를 형성합니다.

각도가 추력 용량을 가능하게 하는 이유

하중 경로가 볼을 직선으로 가로지르지 않고 대각선으로 흐르기 때문에 방사형 하중의 일부가 축방향 힘 성분으로 변환되고, 반대로 베어링은 샤프트를 한 방향으로 미는 축방향 하중에 저항할 수 있습니다. 이것이 바로 앵귤러 콘택트 베어링이 거의 항상 쌍이나 세트로 장착되는 이유입니다. 단일 베어링은 한 축 방향의 추력에만 저항하기 때문입니다.

단방향 추력 제한

단일 앵귤러 콘택트 베어링은 접촉각이 "열리는" 방향으로 샤프트를 밀어내는 축방향 하중만 전달할 수 있습니다. 역추력은 지원되지 않습니다. 이는 이러한 베어링이 실제 조립에서 일반적으로 연속 또는 정면으로 쌍을 이루는 핵심 이유입니다.

접촉각 등급 및 부하 용량

제조업체는 속도와 축 하중 용량의 서로 다른 균형에 적합한 몇 가지 표준화된 접촉각 등급으로 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 생산합니다.

일반적으로, 낮은 접촉각은 더 높은 속도를 지원합니다. 볼의 접촉력이 축 방향으로 더 적게 전달되어 열 발생이 줄어들고, 접촉각이 높을수록 더 큰 추력 하중 지원을 위해 속도 성능을 어느 정도 교환할 수 있기 때문입니다.

베어링 구성 및 장착 배열

단일 앵귤러 콘택트 베어링은 단방향 추력만 처리하므로 제조업체는 올바른 내부 간격에 맞도록 접지된 사전 일치 세트로 이를 공급합니다. 선택한 구성은 강성, 오정렬 공차 및 지원되는 하중 방향에 영향을 미칩니다.

두 베어링 사이의 유효 중심 거리가 더 넓기 때문에 공작 기계 스핀들에는 일반적으로 DB(백투백) 배열이 선호됩니다. 샤프트 틸팅에 대한 저항력이 훨씬 더 높음 대면 설정과 비교하여 모멘트 부하가 발생합니다.

앵귤러 콘택트 베어링과 기타 베어링 유형 비교

샤프트가 반경방향 하중과 축방향 하중을 모두 처리해야 하는 경우 엔지니어는 종종 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 깊은 홈 볼 베어링 및 테이퍼 롤러 베어링과 비교합니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링은 실용적인 중간 지점에 위치합니다. 속도를 견딜 수 있습니다. 대략 20~30% 더 높음 낮은 구름 마찰로 인해 비슷한 크기의 테이퍼 롤러 베어링보다 깊은 홈 베어링이 안정적으로 처리할 수 없는 의미 있는 스러스트 하중을 관리합니다.

앵귤러 콘택트 볼 베어링의 일반적인 응용 분야

우수한 고속 성능과 방사형 및 추력 용량의 조합으로 인해 앵귤러 콘택트 베어링은 여러 산업 분야에서 표준 선택이 되었습니다.

• 공작기계 스핀들 – 연속 쌍의 15° 접촉각 베어링은 서브미크론 정밀도에 필요한 회전 정확도를 유지하면서 절삭력을 지원합니다.
• 자동차 앞바퀴 허브 - 40° 접촉각 베어링이 차량 중량과 함께 코너링 스러스트 하중을 처리합니다.
• 원심 펌프 및 압축기 – 25-30° 베어링은 임펠러 압력 차이로 인해 생성된 축 추력을 관리합니다.
• 헬리컬 또는 베벨 기어가 있는 기어박스 – 앵귤러 콘택트 세트는 이러한 기어 유형이 맞물림 중에 생성하는 고유한 축 추력을 흡수합니다.
• 로봇 팔 관절 및 회전 테이블 - 한 쌍의 베어링은 관절의 기울어지는 모멘트를 저항하는 데 필요한 강성을 제공합니다.

예압 및 정밀 등급 선택

예압 수준과 정밀도 등급이라는 두 가지 추가 사양이 앵귤러 콘택트 베어링이 설치된 후 작동하는 방식을 결정합니다.

예압

베어링 쌍을 장착할 때 작고 제어된 내부 하중(예압)을 적용하면 내부 유격이 제거되고 회전 정확도가 향상됩니다. 가벼운 예압은 고속 스핀들 응용 분야에 적합한 반면, 무거운 예압은 연삭기 스핀들과 같이 최고 속도보다 최대 강성이 더 중요한 곳에 사용됩니다.

정밀등급

베어링은 ISO 또는 ABEC 표준에 따라 등급이 지정됩니다. ABEC 7 또는 ABEC 9(ISO P4/P2) 고정밀 스핀들 작업을 위해 예약된 클래스인 반면, 표준 ABEC 1(ISO P0) 베어링은 극도의 회전 정확도가 요구되지 않는 일반 산업용 기어박스 및 펌프에 충분합니다.

설치 및 유지 관리 모범 사례

일치하는 베어링 세트는 한 쌍으로 연마되므로 설치 중 잘못된 취급은 조기 고장의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

1. 내부 틈새는 해당 쌍을 위해 특별히 연마되었으므로 서로 다른 일치 세트의 베어링을 혼합하지 마십시오.
2. 연속 세트의 베어링을 뒤집으면 의도하지 않은 정면 배열로 변환되므로 설치하기 전에 올바른 방향 표시(주로 외부 링의 화살표 또는 문자)를 확인하십시오.
3. 슬리브나 프레스를 사용하여 내부 링 표면 전체에 균일하게 장착력을 가하고, 볼이나 케이지를 직접 두드리지 마십시오.
4. 대형 하우징 보어가 의도한 예압을 줄일 수 있으므로 샤프트 및 하우징 공차가 베어링 제조업체의 맞춤 권장 사항과 일치하는지 확인하십시오.
5. 제조업체가 지정한 간격으로 다시 윤활하십시오. 고속 스핀들 베어링에는 주기적인 수동 그리스 공급보다는 오일-공기 또는 평생 그리스 시스템이 필요한 경우가 많습니다.

베어링 제조업체의 현장 데이터는 일관되게 다음을 보여줍니다. 부적절한 예압 설정은 초기 스핀들 베어링 고장의 큰 부분을 차지합니다. , 재료 결함이나 정상적인 마모보다 더 많은 문제가 발생하므로 토크 제어 설치 절차가 베어링 선택 자체만큼 중요합니다.

올바른 앵귤러 콘택트 베어링을 선택하는 방법

올바른 베어링을 선택하는 것은 접촉각, 구성 및 정밀도 등급을 적용 분야의 실제 하중 및 속도 프로필과 일치시키는 것으로 귀결됩니다.

• 축방향 하중과 반경방향 하중의 예상 비율을 계산합니다. 0.5 이상의 비율에서는 일반적으로 15°가 아닌 30-40° 접촉각이 필요합니다.
• 모멘트 부하 저항과 강성이 가장 중요한 경우에는 백투백(DB) 장착을 선택하고, 일부 샤프트 오정렬이 예상되는 경우에는 정면(DF) 장착을 선택합니다.
• 불필요하게 엄격한 정밀도로 인해 일반 산업용으로 기능적 이점 없이 상당한 비용이 추가되므로 기본적으로 사용 가능한 가장 높은 등급을 지정하는 대신 정밀도 등급을 애플리케이션의 정확도 요구 사항에 맞추세요.
• 베어링의 정격 속도(종종 dn 값, 보어 직경 x RPM으로 표시됨)가 애플리케이션의 작동 속도를 초과하는지 확인합니다.
• 표시가 없거나 일치하지 않는 베어링은 현장에서 올바르게 설치하기 어렵기 때문에 일치하는 세트 문서와 명확한 방향 표시를 제공하는 공급업체와 협력하십시오.

설계 단계에서 이러한 선택을 올바르게 수행하면 기계가 이미 가동된 후 조기 베어링 고장을 진단하는 훨씬 더 비용이 많이 드는 문제를 피할 수 있습니다.