베어링용 비접촉 래버린스 씰: 설계, 선택 및 실제 사용

베어링이 고장날 때까지 주조소의 컨베이어 드라이브가 8개월 동안 작동했습니다. 원래 설정에서는 샤프트를 누르는 고무 립 씰을 사용했습니다. 연마 먼지가 립 아래로 들어가 샤프트에 홈을 파고 결국 그리스를 오염시켰습니다. 비접촉 래버린스 씰로 전환하기 전에 유지 관리를 통해 베어링을 두 번 교체했습니다. 새 씰에는 마찰 부분이 없어 샤프트가 마모되지 않았으며 구불구불한 경로로 인해 대부분의 먼지가 차단되었습니다. 이러한 변화로 인해 베어링 수명이 3년 이상으로 연장되었습니다.

비접촉 래버린스 씰은 보편적인 해결책이 아닙니다. 더럽지만 상대적으로 건조한 환경에서 낮은 마찰, 고속 또는 긴 사용 수명이 필요할 때 가장 잘 작동합니다. 이 기사에서는 작동 방식, 중요한 설계 세부 사항 및 베어링 선택에 적합한 위치에 대해 설명합니다.

비접촉 미로가 실제로 하는 일

미로 씰은 회전 샤프트와 고정 하우징 사이에 길고 구불구불한 간격을 만듭니다. 단일 직선 틈새 대신 경로는 일련의 홈과 능선을 통과하여 지그재그로 이어집니다. 먼지, 모래 또는 물 미스트와 같은 오염 물질은 베어링에 도달하기 위해 해당 경로를 이동해야 합니다. 각 회전마다 입자가 방향을 바꾸도록 강제하고, 많은 입자가 통과하기 전에 떨어지거나 추진력을 잃습니다.

씰 부품 사이에 물리적 접촉이 없기 때문에 미끄럼 마찰이 없고 마모가 없습니다. 이것이 핵심 장점입니다. 이는 또한 씰이 열을 발생시키지 않는다는 것을 의미하므로 립 씰처럼 샤프트 속도를 제한하지 않습니다. 단점은 미로가 완전히 빡빡하지 않다는 것입니다. 이는 소량의 누출을 허용하며 압력 하에서 액체나 미세 분말의 홍수를 막을 수 없습니다. 절대적인 장벽이라기보다는 강력한 억지력이라고 생각하세요.

비접촉 래버린스 씰이 베어링에 도움이 되는 이유

베어링은 윤활유 손실과 오염이라는 두 가지 주요 이유로 실패합니다. 접촉 씰은 오염을 해결하지만 끌림과 마모를 추가합니다. Labyrinth Seal은 이러한 페널티 없이 오염을 해결합니다. 실제로 이는 다음을 의미합니다.

• 마찰 토크를 낮추어 전력 손실과 발열을 줄입니다.
• 더 높은 허용 속도. 씰보다는 베어링 케이지나 윤활에 의해 제한되는 경우가 많습니다.
• 경화, 균열 또는 팽창이 발생하는 엘라스토머가 없으므로 씰은 넓은 온도 범위에서 작동합니다.
• 마찰 마모가 없으므로 유지 관리 간격이 길어질 수 있습니다.

이러한 이점은 먼지가 많은 공장에서 작동하는 고속 모터, 기어박스, 펌프 및 롤러에서 가장 중요합니다. 또한 샤프트 표면이 경화될 수 없거나 립 씰이 샤프트에 상처를 입히는 응용 분야에서도 중요합니다.

성능을 결정하는 설계 세부 사항

비접촉 미로는 그 크기만큼만 우수합니다. 방사형 클리어런스가 가장 중요합니다. 너무 조이면 열 성장이나 진동 중에 로터가 고정자와 닿을 수 있습니다. 너무 느슨하면 씰의 효과가 떨어집니다. 중소형 베어링의 경우 반경방향 클리어런스는 0.1mm ~ 0.3mm가 일반적입니다. 더 큰 베어링은 0.3mm ~ 0.5mm를 사용할 수 있습니다. 축방향 틈새는 틈을 막지 않고도 열팽창을 허용해야 합니다.

그루브의 수도 중요합니다. 단일 홈이 도움이 되지만 까다로운 환경에서는 일반적으로 3~5단계가 사용됩니다. 스테이지가 많을수록 경로가 더 구불구불해지지만 축 방향 공간도 더 많이 필요합니다. 홈 모양은 정사각형, 삼각형 또는 원형일 수 있습니다. 사각형 홈은 기계 가공이 더 쉽고 대부분의 경우 잘 작동합니다.

재료 선택은 환경에 따라 다릅니다. 알루미늄은 가볍고 기계 가공이 쉽지만 젖거나 화학적 환경에서 부식될 수 있습니다. 황동과 스테인리스강은 부식에 더 잘 견딥니다. 일부 설계에서는 접촉이 발생할 경우 샤프트 손상 가능성을 줄이기 위해 폴리머 또는 PTFE 인서트를 사용합니다.

비접촉 Labyrinth 씰이 맞는 곳과 맞지 않는 곳

환경이 먼지가 많고, 속도가 빠르고, 액체 노출이 최소화되거나 배수될 수 있는 경우 미로를 사용하십시오. 일반적인 예로는 산업 자동화의 전기 모터, 기어박스, 컨베이어 풀리, 팬, 송풍기 및 트랙 롤러가 있습니다. 또한 열과 속도로 인해 접촉 씰이 실용적이지 않은 제철소 및 제지 기계에서도 잘 작동합니다.

베어링이 물에 잠겼을 때, 고압수로 세척될 때, 또는 매우 낮은 속도로 작동할 때 접촉 씰이 간단하고 효과적일 때 미로를 피하십시오. 또한 적절한 수의 홈을 만들기에 사용 가능한 공간이 너무 작은 경우에도 사용하지 마십시오. 이러한 경우에는 립 씰이나 콤비네이션 씰이 더 나은 선택일 수 있습니다.

Labyrinth Sealing을 위한 베어링 선택

많은 표준 베어링은 비접촉 미로와 함께 사용할 수 있지만 하우징과 샤프트는 이에 맞게 설계되어야 합니다. 깊은 홈 볼 베어링은 방사형 및 적당한 축방향 하중을 처리하고 미로 하우징에 맞는 크기로 제공되므로 일반적인 선택입니다. 더 높은 축 하중 또는 결합 하중의 경우 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 더 넓은 접촉각과 더 나은 강성을 제공합니다. 트랙 롤러와 선형 가이드 롤러는 더러운 고속 선형 모션 시스템에서 작동하기 때문에 래버린스 씰을 사용하는 경우가 많습니다.

래버린스 씰 설계용 깊은 홈 볼 베어링 방사형 및 중간 축 하중을 위한 42 및 43 시리즈 옵션이 있는 비접촉 래버린스 씰용 표준 베어링을 선택할 때 이 베어링 카테고리를 살펴보세요. 제품보기 →

베어링을 지정할 때 미로가 베어링에 통합될지 아니면 하우징에 통합될지 결정하십시오. 통합 씰은 공간을 절약하지만 베어링으로 ​​교체됩니다. 하우징 씰은 별도로 서비스할 수 있으며 대형 장비의 경우 더 경제적일 수 있습니다. 두 경우 모두 베어링 내경과 외경 공차가 씰 캐리어와 일치해야 합니다. 런아웃이 0.05mm를 초과하면 간격이 고르지 않게 되고 씰 수명이 단축될 수 있습니다.

32, 33 시리즈 복렬 앵귤러 콘택트 볼 베어링 이 32/33 시리즈는 공작 기계 스핀들, 자동차 부품 및 정밀 기기에 적합한 높은 강성으로 큰 반경 방향 및 축 방향 하중을 지원합니다. 제품보기 →

트랙 롤러 및 선형 운동의 경우 씰 설계에는 롤링 요소를 칩과 먼지로부터 보호하는 금속 미로가 포함되는 경우가 많습니다. 이 롤러는 공작기계, 자동 보관 시스템, 포장 라인에 사용됩니다. 비접촉 미로는 립 씰의 마찰 없이 부드러운 움직임을 유지하는 데 도움이 됩니다.

LFR 고딕 아치 그루브 트랙 롤러 이러한 LFR 트랙 롤러는 자동화 시스템에서 응력 분산, 안정적인 고속 또는 고하중 주행, 부드러운 선형 운동을 위해 고딕 아치 홈을 사용합니다. 제품보기 →

애플리케이션별 지침이 필요한 경우 다음 문서를 참조하세요. 올바른 트랙 롤러 베어링 선택 하중, 속도 및 밀봉 균형을 더 자세히 다룹니다.

설치 및 유지 관리 관행

잘 설계된 미로라도 제대로 설치되지 않으면 실패할 수 있습니다. 다음 단계를 따르세요.

1. 조립하기 전에 샤프트, 하우징 및 씰 구성품을 청소하십시오. 모래알 하나가 봉인을 열어줄 수 있습니다.
2. 필러 게이지나 다이얼 표시기를 사용하여 반경 방향 및 축 방향 여유 공간을 확인하십시오. 나중에 참조할 수 있도록 값을 기록해 두십시오.
3. 미로 홈에 호환 가능한 그리스를 얇게 바르면 처음 작동하는 동안 먼지를 가두는 데 도움이 됩니다.
4. 배수 구멍이 열려 있고 아래쪽을 향하고 있는지 확인하십시오. 갇힌 액체가 씰에 넘칠 수 있습니다.
5. 처음 100시간 후에 씰에 마모 또는 마찰 흔적이 있는지 검사하십시오. 필요한 경우 정렬을 조정합니다.

일상적인 유지 관리 중에는 미궁에 직접 고압수를 뿌리지 마십시오. 부드러운 솔이나 저압 공기를 사용하여 먼지를 제거하십시오. 씰이 베어링에 통합되어 있는 경우 씰이 손상되면 베어링을 교체하십시오.

피해야 할 일반적인 실수

• 씰링을 향상시키기 위해 간격을 너무 좁게 설정합니다. 이로 인해 마찰, 열 및 조기 고장이 발생합니다.
• 열 성장을 무시합니다. 작동 온도에서 0.2mm 증가하는 샤프트는 냉기 간극을 닫을 수 있습니다.
• 침수된 애플리케이션에서 미로를 사용합니다. 누출됩니다.
• 그리스 종류를 혼합합니다. 일부 그리스는 오일이나 증주제로 미로의 경로를 분리하여 막습니다.
• 배수구를 잊어버렸습니다. 배수 장치가 없으면 물과 기름이 홈을 채우고 오염 물질을 내부로 옮길 수 있습니다.

이러한 각 문제는 간단한 설계 검토와 조립 중 몇 가지 측정을 통해 쉽게 예방할 수 있습니다.

비접촉 래버린스 씰은 고속, 먼지가 많거나 고온 응용 분야에서 베어링을 보호하는 실용적인 방법입니다. 젖거나 물에 잠긴 조건에서 접촉 씰을 대체할 수는 없지만, 적합한 경우 마찰을 줄이고 샤프트 마모를 방지하며 베어링 수명을 연장합니다. 핵심은 간격, 홈 수, 재료 및 배수를 개별적인 세부 사항이 아닌 하나의 시스템으로 처리하는 것입니다. 이러한 요소가 용도와 일치하면 씰은 조용하고 오랫동안 제 역할을 합니다.