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복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링 동시 처리가 필요한 응용 프로그램에 주로 사용됩니다. 높은 반경방향 하중, 양방향의 상당한 축방향 하중, 모멘트 하중 — 모두 컴팩트한 단일 장치 베어링 배열 내에 있습니다. 두 개의 별도 단열 베어링을 쌍으로 연결하는 복잡성 없이 샤프트 또는 회전 어셈블리를 단일 위치에서 견고하게 지지해야 할 때마다 선택되는 엔지니어링 솔루션입니다.
실제로 이러한 베어링은 공작 기계 스핀들, 압연기 롤 넥, 중공업 기어박스, 펌프 및 압축기 샤프트, 풍력 터빈 피치 시스템 및 정밀 항공우주 액추에이터에 사용됩니다. 부하 용량, 축 강성 및 정밀한 작동 정확도가 결합된 모든 곳에서는 단일 베어링 위치에 공존해야 합니다. 접촉각은 일반적으로 25°~40° 범위입니다. , 각도가 높을수록 축방향 하중 용량이 커지고 각도가 낮을수록 속도와 반경 방향 용량이 더 커집니다.
응용 분야를 이해하려면 이 베어링 유형을 구조적으로 구별하는 것이 무엇인지 이해하는 것이 도움이 됩니다. 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링은 단일 외부 링 및 종종 단일 내부 링 어셈블리 내에서 반대 구성(뒤로 맞대기 또는 정면으로 마주보는 구성)으로 배열된 두 줄의 롤링 요소(테이퍼 롤러 또는 각진 궤도가 있는 원통형 롤러)로 구성됩니다.
이러한 반대 배열은 베어링 축을 기준으로 수렴(대면/O 배열) 또는 분기(백투백/X 배열)되는 두 개의 하중 라인을 생성합니다. 그 결과는 다음과 같은 기능을 갖춘 베어링 유닛입니다.
백투백(X) 배열은 우수한 모멘트 부하 저항을 제공합니다. 하중선이 바깥쪽으로 갈라져 가상 베어링 범위가 더 넓어지기 때문입니다. 대면(O) 배열은 샤프트 정렬 불량 및 열팽창에 더 잘 견딥니다. 이러한 구성 중에서 선택하면 특정 애플리케이션 환경에 대한 적합성이 결정됩니다.
복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링의 가장 까다롭고 일반적인 응용 분야 중 하나는 선반, 밀링 기계, 연삭 기계 및 머시닝 센터의 절삭 공구 또는 공작물을 고정하고 구동하는 회전 샤프트인 공작 기계 스핀들입니다.
이러한 맥락에서 베어링은 모순된 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다. 즉, 마이크로미터 수준의 공차 내에서 가공된 표면을 생성할 수 있을 만큼 충분한 정확도로 작동하는 동시에 절삭력(반경 방향 및 축 방향 하중과 굽힘 모멘트를 모두 생성)을 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다. 정밀 연삭기의 스핀들 베어링은 반경방향 런아웃을 1마이크로미터(0.001mm) 미만으로 유지해야 할 수도 있습니다. 15,000RPM을 초과할 수 있는 작동 속도에서.
15°~25° 접촉각 범위의 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 이 응용 분야의 고속 끝 부분을 지배하는 반면, 30°~40° 접촉각의 복열 테이퍼 롤러 베어링은 무거운 터닝 센터 및 보링 밀에서 볼 수 있는 더 무거운 저속 스핀들에 사용됩니다. 두 경우 모두의 주요 이점은 단일 베어링 위치가 모든 하중 방향을 처리하여 스핀들 설계를 단순화하고 하우징 길이를 줄이며 두 베어링 배열에 비해 열 관리를 향상시킨다는 것입니다.
철강, 알루미늄, 구리 생산에 사용되는 압연기는 베어링에 산업 기계의 가장 가혹한 복합 하중 조건을 적용합니다. 열간 또는 냉간 압연기의 작업 롤과 백업 롤은 압연 압력으로 인해 막대한 반경방향 힘을 받습니다. 후판 공장에서 수백만 뉴턴에 도달할 수 있는 힘 - 동시에 롤의 측면 크라운과 성형되는 재료로부터 상당한 축 방향 힘을 경험합니다.
4열 테이퍼 롤러 베어링(기본적으로 함께 조립된 2개의 복열 장치)은 무거운 압연기 롤 넥 위치에 대한 주요 선택이지만 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링은 이러한 압연기의 중간 위치, 스러스트 위치 및 조정 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 전체 방사형 하중을 전달하면서 열 성장으로 인한 축 변위를 수용하는 능력은 롤의 정확한 축 위치가 필요한 백업 롤 위치 지정 시스템에 특히 적합합니다.
표면 마감 품질이 가장 중요한 냉간 압연 응용 분야에서 복렬 앵귤러 콘택트 롤러 베어링의 낮은 편향과 높은 강성은 롤 갭 일관성에 직접적으로 기여합니다. 이는 압연 제품의 전체 폭에 걸쳐 스트립 두께 균일성으로 해석됩니다.
산업용 및 중부하용 기어박스에서 기어 맞물림은 방사형 힘(샤프트에 수직)과 축방향 힘(샤프트 축을 따라)을 동시에 생성합니다. 헬리컬 기어, 나선형 베벨 기어 및 웜 기어는 모두 샤프트 베어링에 의해 흡수되어야 하는 축 방향 추력을 생성합니다. 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링은 이러한 샤프트 위치에 이상적으로 적합합니다. 레이디얼 베어링과 함께 별도의 스러스트 베어링이 필요하지 않고 단일 소형 장치에서 결합된 하중을 처리하기 때문입니다.
일반적인 헬리컬 기어박스에서 톱니의 나선 각도는 나선 각도의 접선을 곱한 접선력에 비례하는 축력 성분을 생성합니다. 나선 각도가 20°이고 접선력이 50kN인 경우 축 방향 힘은 약 18kN이 됩니다. 이는 베어링을 통해 하우징으로 지속적으로 반응해야 하는 상당한 하중입니다. 이 샤프트 위치의 복열 앵귤러 콘택트 베어링은 별도의 스러스트 칼라나 추가 베어링이 필요하지 않아 부품 수와 전체 기어박스 범위를 모두 줄입니다.
해양 추진 기어박스, 풍력 터빈 메인 기어박스, 기관차 트랙션 드라이브 및 대형 산업용 믹서 기어박스는 모두 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링이 시스템 신뢰성에 중요한 샤프트 위치에서 결합된 하중 처리 기능을 제공하는 응용 분야입니다.
원심 펌프와 압축기는 임펠러 전체의 압력 차이로 인해 임펠러 샤프트에 상당한 축 방향 추력을 생성합니다. 단일 단계 원심 펌프에서 순 축 추력은 일반적으로 샤프트의 비구동 끝에 있는 전용 추력 베어링에 의해 흡수됩니다. 다단계 펌프 또는 고압 압축기의 경우, 이 축 추력은 수십 킬로뉴턴에 도달할 수 있으며 특정 작동 조건에서 방향이 바뀔 수 있으므로 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링이 이 위치에 적합한 베어링 유형이 됩니다.
펌프 및 압축기 응용 분야의 주요 장점은 다음과 같습니다.
풍력 터빈은 느린 회전 속도, 매우 높은 하중, 하중 방향 반전, 수십 년간 유지 관리가 필요 없는 서비스 수명의 필요성 등의 조합으로 인해 고유한 베어링 문제를 제시합니다. 복렬 앵귤러 콘택트 롤러 베어링은 블레이드 피치 베어링과 나셀 요 베어링이라는 두 가지 중요한 풍력 터빈 하위 시스템에 널리 사용됩니다.
각 로터 블레이드는 블레이드가 세로 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 피치 베어링을 통해 허브에 연결되어 블레이드 피치 각도를 조정하여 전력 출력을 제어하고 강풍에서 터빈을 보호합니다. 피치 베어링은 블레이드의 전체 중량을 지탱해야 합니다(중량을 초과할 수 있음). 60미터보다 긴 블레이드의 경우 20톤 )을 반경방향/모멘트 하중으로 사용하는 동시에 축방향 공기역학적 추력을 수용하고 피치 조정을 위한 제어된 회전을 허용합니다.
복열 앵귤러 접촉 선회 링 베어링(복열 앵귤러 접촉 원리의 본질적으로 큰 직경(1.5~3m) 버전)은 이 응용 분야의 표준 솔루션입니다. 모멘트 강성은 비대칭 하중 하에서 블레이드 기울어짐을 방지하는 동시에 축 용량은 바람의 추력을 처리합니다.
요 베어링은 나셀(발전기와 구동계가 포함된 하우징)을 타워에 연결하여 전체 나셀이 회전하고 변화하는 바람 방향을 추적할 수 있도록 합니다. 이 대구경 베어링 — 일반적으로 직경 2~4미터 유틸리티 규모의 터빈에서는 바람 하중으로 인한 전복 모멘트를 견디고 요 구동 모터에 의해 구동되는 느리고 제어된 회전을 허용하면서 나셀과 로터 어셈블리의 전체 중량(종종 100톤 이상)을 지탱해야 합니다. 복렬 앵귤러 컨택트 구성은 단일 통합 링 베어링 구조에서 반경방향, 축방향 및 모멘트 하중 용량의 필요한 조합을 제공합니다.
항공우주 공학에서는 무게, 신뢰성 및 성능 밀도가 가장 중요하며 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링은 이 세 가지 모두를 제공합니다. 항공기 엔진 액세서리, 비행 제어 액츄에이터, 랜딩 기어 피벗 포인트, 헬리콥터 로터 헤드 구성 요소 및 미사일 유도 시스템 짐벌에 사용됩니다.
엔진 코어에서 유압 펌프, 연료 펌프, 발전기 및 오일 배출 펌프를 구동하는 항공기 엔진 액세서리 기어박스는 기어 샤프트의 복열 앵귤러 콘택트 베어링에 크게 의존합니다. 이러한 베어링은 극한의 온도 범위에서 안정적으로 작동해야 합니다. 고고도 순항 시 -54°C, 기어박스 오일 환경에서는 150°C 이상 — 전체 범위의 결합된 기어 맞물림 하중을 처리하는 동안.
표면 작동이 볼 나사 및 액추에이터 로드 어셈블리에 양방향 축 하중을 생성하는 비행 제어 액추에이터 메커니즘에서 이중 열 앵귤러 콘택트 베어링은 하중 시 제어 표면 위치 오류를 최소화하는 데 필요한 축 강성을 제공합니다. 이는 기본 비행 제어 시스템의 안전에 중요한 요구 사항입니다.
무거운 광산 및 건설 장비는 가벼운 베어링 유형을 빠르게 파괴할 수 있는 심각한 충격 및 과부하 조건에서 작동합니다. 복렬 앵귤러 콘택트 테이퍼 롤러 베어링은 테이퍼 롤러와 궤도 사이의 선 접촉이 다음을 제공하기 때문에 이러한 환경에서 널리 사용됩니다. 동일한 크기의 볼 베어링보다 훨씬 더 높은 충격 부하 용량 .
특정 응용 분야는 다음과 같습니다.
자동차 엔지니어링에서 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 승용차 및 경상용차의 전륜 허브용 표준 베어링 유형입니다. 전륜 허브 베어링은 차량 중량(반경 방향), 코너링 횡력(축 및 모멘트), 제동력(축)을 동시에 지지해야 하며, 동시에 고속도로 주행에 해당하는 속도로 회전하고 교체 없이 전체 차량 서비스 수명을 유지해야 합니다.
최신 휠 허브 베어링 장치(HBU - 허브 베어링 장치 1세대, 2세대 및 3세대)는 복렬 앵귤러 콘택트 베어링을 휠 허브 플랜지, ABS 센서 링 및 경우에 따라 CV 조인트 인터페이스와 함께 밀봉된 유지 관리가 필요 없는 단일 어셈블리로 통합합니다. 이 장치는 200,000km 이상의 서비스 수명을 위해 설계되었습니다. 작동 수명 내내 윤활 서비스 없이 작동하도록 설계되었습니다.
대형 상용차(트럭, 버스, 건설 장비)에서는 테이퍼형 롤러 기반 복열 앵귤러 콘택트 휠 베어링이 일반적으로 사용되고 있으며, 특히 결합된 방사형, 축방향 및 모멘트 하중이 일반적인 승용차 조건보다 더 심각한 구동 차축 위치에서 더욱 그렇습니다. 이러한 장치는 밀봉된 자동차 장치와 달리 주기적인 검사와 예압 재조정이 필요합니다.
올바른 베어링 유형을 선택하려면 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링이 주어진 응용 분야의 하중 및 속도 요구 사항에 대한 대안과 어떻게 비교되는지 이해해야 합니다.
| 베어링 종류 | 레이디얼 부하 용량 | 축방향 하중(양방향) | 순간 부하 저항 | 속도 능력 | 일반적인 응용 |
|---|---|---|---|---|---|
| 복열 앵귤러 콘택트(볼) | 높음 | 높음 | 좋음 | 매우 높음 | 공작기계 스핀들, 휠 허브 |
| 복열 테이퍼 롤러 | 매우 높음 | 매우 높음 | 우수 | 보통 | 압연기, 기어박스, 무거운 차축 |
| 단일 행 깊은 홈 볼 | 보통 | 낮음 | 나쁨 | 매우 높음 | 전기 모터, 경량 샤프트 지지대 |
| 원통형 롤러(단열) | 매우 높음 | 없음(자유 축) | 나쁨 | 높음 | 높음-speed spindles, floating shaft positions |
| 구형 롤러 | 매우 높음 | 보통 (both directions) | 보통 (self-aligning) | 보통 | 컨베이어 드라이브, 팬, 잘못 정렬된 샤프트 |
| 쌍을 이루는 단일 행 각도 접촉 | 높음 | 높음 | 좋음 to Excellent | 높음 | 예압 조정이 필요한 스핀들 |
복열 앵귤러 콘택트 베어링의 주요 차별화 요소는 컴팩트한 축 방향 엔벨로프를 갖춘 단일 장치에서 세 가지 하중 유형(반경 방향, 양방향 축 방향 및 모멘트)을 모두 처리한다는 것입니다. 원통형 롤러 베어링에 옆에 추가 스러스트 베어링이 필요하고 두 개의 단열 앵귤러 콘택트 베어링에 주의 깊은 예압 설정과 추가 축 공간이 필요한 경우 복열 장치는 더 적은 구성 요소와 간단한 설치로 동일하거나 우수한 결합 하중 성능을 달성합니다.
특정 용도에 맞는 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링을 선택할 때 엔지니어는 적절한 서비스 수명과 성능을 보장하기 위해 여러 상호 의존적 매개변수를 평가합니다.
접촉각은 가장 기본적인 설계 매개변수입니다. 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 표준 접촉각은 일반적으로 다음과 같습니다. 25°, 30° 또는 40° . 25° 각도는 더 높은 속도 성능과 더 낮은 축 강성을 제공하므로 속도는 높지만 축 하중은 중간 정도인 공작 기계 스핀들에 적합합니다. 40° 각도는 속도 등급을 낮추면서 더 높은 축방향 하중 용량과 더 큰 강성을 제공합니다. 이는 압연기 위치 지정 시스템과 같이 무거운 하중을 받는 저속 회전 응용 분야에 적합합니다.
복열 앵귤러 콘택트 베어링은 일반적으로 정의된 내부 예압(모든 내부 틈새를 제거하고 베어링 강성을 증가시키는 롤링 요소에 적용되는 약간의 압축력)으로 공급됩니다. 예압 수준은 경(C), 중(CA), 중(CB)으로 분류되며, 예압이 높을수록 강성은 증가하지만 열 발생도 증가하고 속도 성능도 감소합니다. 정밀 공작 기계 스핀들의 경우 중간 예압이 가장 일반적입니다. , 작동 속도에서 과도한 열 축적 없이 치수 정확도에 필요한 강성을 제공합니다.
특정 용도를 위한 베어링 선택은 공식 P = X·Fr Y·Fa를 사용하여 실제 반경방향 힘 Fr과 축방향 힘 Fa로부터 등가 동적 베어링 하중 P를 계산하는 것으로 시작됩니다. 여기서 X와 Y는 접촉각과 Fa/Fr 비율에 따라 달라지는 하중 계수입니다. 그런 다음 이 등가 하중을 베어링의 동적 하중 정격 C와 함께 사용하여 L10 서비스 수명, 즉 동일한 베어링의 90%가 달성하거나 초과하는 수명(수백만 회전 또는 작동 시간 단위)을 계산합니다.
대부분의 산업용 애플리케이션의 경우 최소 L10 수명은 20,000~50,000시간입니다. 작동 조건을 목표로 합니다. 제철소 롤 넥 및 발전 장비와 같은 중요한 응용 분야에서는 종종 100,000시간을 초과하는 L10 수명을 목표로 하므로 동적 정격 하중에 대한 안전 여유가 넉넉한 대구경, 고용량 복열 베어링을 선택하게 됩니다.
복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링의 윤활 방법 및 윤활제 선택은 적용 분야의 속도, 하중, 온도 및 유지 관리 접근 방식에 따라 크게 달라집니다. 세 가지 기본 윤활 방식은 다음과 같습니다.
복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링의 정격 서비스 수명을 달성하려면 올바른 설치가 중요합니다. 잘못된 설치, 특히 잘못된 맞춤 공차, 부적절한 예압 또는 잘못 정렬된 장착은 서비스 중 조기 베어링 고장의 주요 원인 중 하나입니다.
주요 설치 요구 사항은 다음과 같습니다.
서비스 중, 복열 앵귤러 콘택트 롤러 베어링 수명이 다해가거나 비정상적인 작동 조건을 경험할 때 여러 가지 감지 가능한 지표를 제공합니다. 이러한 베어링의 상태 모니터링은 계획되지 않은 가동 중지 시간으로 인해 비용이 많이 드는 응용 분야에서 특히 중요합니다.
정기적인 상태 모니터링과 결합된 계산된 L10 수명 또는 그 이전에 계획된 교체는 계획되지 않은 가동 중지 시간의 비용이 베어링 자체 비용을 크게 초과하는 중요한 응용 분야의 복열 앵귤러 콘택트 베어링에 대한 가장 비용 효율적인 유지 관리 전략입니다.
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