깊은 홈 베어링과 일반 베어링: 차이점 및 사용 시기

깊은 홈 볼 베어링 "일반" 베어링과 별도의 특별한 범주가 아닙니다. 이는 현존하는 가장 일반적인 유형의 볼 베어링이며 대부분의 상황에서 엔지니어가 "일반 베어링"이라고 말할 때 의미하는 것입니다. 주요 차이점은 깊은 홈 볼 베어링(DGBB)과 앵귤러 콘택트 베어링, 원통형 롤러 베어링, 니들 베어링, 테이퍼 롤러 베어링과 같은 다른 베어링 유형 사이입니다. 깊은 홈 베어링은 얕은 또는 "Conrad-lite" 설계보다 훨씬 더 큰 궤도 홈 깊이를 가지고 있습니다. 이 깊은 홈으로 인해 베어링은 방사형 하중과 적당한 축방향(추력) 하중을 동시에 처리할 수 있어 대다수의 회전 기계에 대한 기본 선택이 됩니다. 깊은 홈 베어링이 언제 충분하고 언제 다른 유형이 필요한지를 이해하는 것이 이 비교에서 다루는 실용적인 엔지니어링 결정입니다.

깊은 홈 볼 베어링이 무엇이며 왜 지배적인가

깊은 홈 볼 베어링은 내부 링, 외부 링, 강철 볼 세트 및 케이지로 구성되며 모두 엄격한 공차에 맞춰 정밀하게 연마되었습니다. 가장 큰 특징은 궤도 홈입니다. 볼을 안내하는 두 링으로 절단된 채널의 깊이는 일반적으로 다음과 같습니다. 볼 직경의 25~32% . 이 깊이는 경쟁 설계보다 더 크며 베어링이 여러 방향의 힘에 저항할 수 있는 적합한 접촉 형상을 생성합니다.

깊은 홈 볼 베어링은 대략적으로 전세계 베어링 생산량의 30~40% SKF, NSK, FAG/Schaeffler를 포함한 주요 제조업체의 추정에 따르면 볼륨 기준입니다. 이 베어링은 다른 단일 베어링 유형과 비교할 수 없는 기능의 조합을 제공하기 때문에 전기 모터, 기어박스, 펌프, 팬, 컨베이어, 자동차 휠 허브, 가전 제품, 전동 공구 및 기타 수천 가지 응용 분야에 사용됩니다. 적당한 방사형 부하 용량, 양방향 축 부하 용량, 고속 성능, 저마찰, 저소음 및 현장 유지 관리가 필요 없는 밀봉/윤활 구성 가용성.

깊은 홈 대 앵귤러 콘택트 볼 베어링

앵귤러 콘택트 베어링은 깊은 홈 베어링과 가장 직접적인 비교가 되며 높은 추력 또는 정밀 응용 분야에서 가장 일반적인 대안을 나타냅니다.

구조적 차이

깊은 홈 베어링에서 볼과 궤도 사이의 접촉력 선은 순수 레이디얼 하중 하에서 베어링 축(접촉각 0°)에 대략 수직입니다. 앵귤러 콘택트 베어링에서는 궤도가 오프셋되어 접촉력이 정의된 각도로 작용합니다. 일반적으로 15°, 25° 또는 40° 베어링 축에. 이러한 의도적인 접촉각으로 인해 앵귤러 콘택트 베어링은 축(스러스트) 하중을 전달하는 데 훨씬 우수하지만 베어링당 한 방향의 축 하중에만 저항할 수 있음을 의미합니다. 따라서 단일 앵귤러 콘택트 베어링은 거의 항상 쌍으로 사용되며, 마주보게 장착(O 배열) 또는 백투백(X 배열)으로 장착됩니다.

부하 및 속도 성능

주어진 베어링 범위 크기에 대해 앵귤러 콘택트 베어링은 40° 접촉각 대략 운반하다 축방향 하중의 2~3배 동등한 깊은 홈 베어링. 그러나 깊은 홈 베어링은 짝을 이루는 베어링 없이 양방향 축 하중을 처리하고 더 높은 속도로 작동합니다. 40° 접촉각의 앵귤러 접촉 베어링은 더 높은 접촉각에서 볼 슬라이딩이 증가하기 때문에 동일한 크기의 깊은 홈 베어링보다 속도 등급이 상당히 낮습니다. 예를 들어 SKF 6208 깊은 홈 베어링의 제한 속도는 다음과 같습니다. 9,500RPM 40°의 유사한 7208 앵귤러 콘택트 베어링의 정격은 대략 다음과 같습니다. 6,300RPM .

각각을 사용하는 경우

• 깊은 홈: 전기 모터, 팬, 펌프, 컨베이어, 가전제품 - 주로 방사형 하중과 보통의 양방향 축방향 하중이 있는 모든 응용 분야
• 각도 접촉: 공작 기계 스핀들, 헬리컬 기어가 있는 기어박스 출력 샤프트, 자동차 휠 허브, 축 압축기 - 정의된 방향으로 지속적으로 큰 축 하중이 가해지는 애플리케이션

깊은 홈 대 원통형 롤러 베어링

원통형 롤러 베어링은 DGBB의 볼을 점 접촉이 아닌 궤도와 선 접촉하는 원통형 롤러로 대체합니다. 이러한 근본적인 기하학적 차이로 인해 반경 방향 부하 용량은 훨씬 높지만 축 용량은 제한되거나 0인 베어링이 생성됩니다.

원통형 롤러의 선 접촉은 볼의 점 접촉보다 훨씬 더 넓은 영역에 반경 방향 하중을 분산시킵니다. 깊은 홈 볼 베어링과 동일한 범위에 있는 원통형 롤러 베어링은 일반적으로 방사형 하중의 3~5배 . 단점은 대부분의 원통형 롤러 베어링 설계(NU 및 N 유형)가 축방향 하중을 전혀 전달할 수 없다는 것입니다. NJ 및 NUP 유형은 한 방향으로만 축방향 하중을 전달합니다. 이로 인해 원통형 롤러 베어링은 축 하중이 다른 샤프트 지지대에 있는 스러스트 또는 앵귤러 접촉 베어링에 의해 별도로 처리되는 대형 전기 모터, 기어박스, 압연기, 레일 축 등 무거운 방사형 하중에 적합합니다.

이와 대조적으로 깊은 홈 베어링은 단일 장치로 양방향을 처리합니다. 결합된 방사형 및 축방향 하중이 보통 수준인 응용 분야의 경우 깊은 홈 베어링을 사용하면 두 번째 베어링이 완전히 필요하지 않습니다.

깊은 홈 대 테이퍼 롤러 베어링

테이퍼 롤러 베어링은 테이퍼 내부 링과 외부 링 사이에 원추형 롤러를 사용합니다. 기하학적 구조는 모든 롤러의 접촉선이 베어링 축의 단일 지점에 수렴한다는 것을 의미합니다. 이는 원칙적으로 깊은 홈 베어링과 유사하지만 훨씬 더 높은 하중 용량에서 결합된 방사형 및 축방향 하중을 동시에 처리하는 베어링을 생성합니다.

주어진 샤프트 크기의 테이퍼 롤러 베어링은 결합 정격 하중의 2~4배 동등한 깊은 홈 볼 베어링의. 이는 자동차 휠 베어링, 트럭 차축, 베벨 또는 하이포이드 기어가 있는 변속기 샤프트, 그리고 하중이 실제 볼 베어링의 용량을 초과하는 중공업 기어박스의 표준입니다. 제한 사항은 더 높은 마찰(롤러-플랜지 접촉부의 슬라이딩으로 인해), 더 높은 작동 온도, 조립 중 정밀한 축 예압 조정 요구 사항 및 깊은 홈 베어링에 비해 더 낮은 최대 속도입니다.

앵귤러 콘택트 베어링과 마찬가지로 테이퍼 롤러 베어링은 일반적으로 각 베어링이 한 방향의 축 하중에 저항하기 때문에 일치하는 쌍으로 사용됩니다. 올바른 예압을 설정하려면 베어링 배열을 신중하게 설계해야 합니다. 예압이 부족하면 미끄러짐과 급격한 피로 손상이 발생하고, 예압이 너무 많으면 열이 발생하고 베어링 수명이 계산된 값 이하로 줄어듭니다.

깊은 홈 대 니들 롤러 베어링

니들 롤러 베어링은 길이 대 직경 비율이 매우 높은 롤러를 사용합니다(일반적으로 3:1 ~ 10:1 ), 최소한의 반경 방향 공간에서 높은 반경 방향 하중 용량을 갖춘 매우 얇은 단면 베어링을 허용합니다. 이는 왕복 엔진의 커넥팅 로드 베어링, 로커 암 피벗, 유니버셜 조인트 크로스, 캠 팔로워 등 사용 가능한 반경 방향 공간에 비해 샤프트 직경이 큰 곳에 사용됩니다.

깊은 홈 볼 베어링은 등가 내경에 대해 훨씬 더 큰 단면이 필요합니다. 30mm 샤프트용 니들 베어링의 외경은 38~40mm , 동등한 깊은 홈 베어링(6006)의 외경은 다음과 같습니다. 55mm . 방사형 공간이 제한되어 있는 경우 니들 베어링이 유일한 실용적인 선택입니다. 깊은 홈 베어링은 단순히 적합하지 않습니다. 단점은 대부분의 니들 베어링이 축방향 하중을 전달하지 않고, 내부 궤도로 경화 및 연마된 샤프트 표면이 필요하며(제조 비용 추가), 속도 등급이 매우 제한적이라는 점입니다.

종합적인 베어링 유형 비교

그루브 깊이의 장점: "깊음"이 중요한 이유

DGBB의 더 깊은 홈이 갖는 구체적인 엔지니어링 이점은 정량화할 수 있습니다. 얕은 홈 베어링(링의 슬롯으로 인해 더 많은 볼을 로드할 수 있지만 홈 깊이가 감소되는 "충진 슬롯" 설계라고도 함)에서는 홈 벽과 볼의 접촉 면적이 줄어듭니다. 축 하중 하에서 이러한 얕은 접촉은 하중이 홈 벽 전체에 분산되지 않고 홈 가장자리에 집중됨을 의미합니다. 이는 높은 헤르츠 접촉 응력을 생성하고 피로를 가속화하는 조건입니다.

적절하게 설계된 깊은 홈 베어링에서 홈 곡률 반경은 일반적으로 볼 직경의 51.5~53% (적합성 비율 또는 진동이라고 함) 이러한 긴밀한 일치성은 볼과 궤도 사이의 접촉 면적을 최대화하여 최대 접촉 응력을 줄입니다. 예를 들어, 보어가 40mm인 ISO 6208 깊은 홈 베어링의 정적 축방향 하중 정격은 대략 다음과 같습니다. 6,550N - 얕은 홈 또는 각진 접촉 베어링이 비슷한 크기에서 달성하기 위해 상당한 접촉각이 필요한 하중 용량.

밀폐형 및 차폐형 깊은 홈 베어링과 개방형 설계 비교

깊은 홈 베어링 제품군 자체 내에는 베어링 측면이 닫히는 방식에 따라 정의되는 중요한 변형이 있습니다.

• 개방형 베어링(접미사: 없음) - 양쪽이 열려 있습니다. 오염을 방지하기 위해 외부 윤활(그리스 또는 오일) 및 밀봉된 하우징이 필요합니다. 오일 배스 윤활을 사용하는 기어박스 및 응용 분야에 사용됩니다. 서비스 중 재윤활 허용
• 차폐 베어링(접미사: Z 또는 ZZ) - 내부 링과 접촉하지 않는 프레스 강철 차폐 장치가 장착된 한쪽 또는 양쪽; 저항은 낮지만 완전히 밀봉되지는 않았습니다. 적당히 깨끗한 환경에 적합합니다. 상당한 마찰 증가 없이 기본적인 오염 방지 기능을 제공합니다.
• 밀봉형 베어링(접미사: RS, 2RS 또는 RZ) - 한쪽 또는 양쪽에는 내부 링에 닿는 고무 접촉 씰이 장착되어 있습니다. 평생 동안 완전히 그리스로 채워져 있습니다. ; 탁월한 오염 및 습기 배제; 고속에서 약간의 마찰 증가; 유지보수 접근이 제한된 모터, 가전제품 및 일반 기계류에 대한 주요 선택; 고무 씰이 대략 이상으로 저하됩니다. 120°C , 고온 적용을 위해 개방형 또는 고온 밀봉 베어링이 필요합니다.

다른 일반적인 베어링 유형은 깊은 홈 볼 베어링에서 사용할 수 있는 다양한 크기와 가격대에서 동일한 범위의 사전 윤활, 밀봉 구성을 제공하지 않습니다. 이러한 접근성은 이 베어링이 우위를 점할 수 있는 주요한 실제 이유입니다.

베어링 수명 계산: 부하 유형이 L10 수명에 미치는 영향

ISO 281 베어링 수명 공식은 L10 수명(회전수)을 계산합니다. 동일한 베어링의 90%가 계속 작동됩니다. — 다음과 같이:

L10 = (C/P)³ × 10⁶ 회전 (볼베어링용)

여기서 C는 동적 정격 하중이고 P는 등가 동적 베어링 하중(반경 방향 힘과 축 방향 힘을 결합한 것)입니다. 깊은 홈 볼 베어링의 경우 등가 동적 하중 P는 레이디얼 하중(Fr)과 축 하중(Fa)을 모두 고려하는 계수를 사용하여 계산됩니다. Fa/Fr이 임계값(일반적으로 e 인자라고 함)을 초과하는 경우 0.19~0.44 베어링 시리즈에 따라 다름), 유효 정격 하중을 감소시키는 페널티 계수가 적용됩니다.

이는 적당한 축 하중(e 임계값 미만의 Fa/Fr)에서 작동하는 깊은 홈 베어링이 본질적으로 수명 감소 없이 이를 무료로 전달한다는 것을 의미합니다. 그러나 축방향 하중이 지배적이 되면 수명이 급격히 떨어지며, 앵귤러 컨택트나 테이퍼 롤러 베어링으로 ​​전환하면 의미 있는 엔지니어링 이점을 얻을 수 있습니다. SKF 및 NSK 응용 엔지니어링의 실제 지침은 다음과 같습니다. 축 하중이 초과하는 경우 레이디얼 하중의 50~60% , 깊은 홈을 기본으로 설정하기 전에 앵귤러 콘택트 베어링이 훨씬 더 나은 서비스 수명을 제공하는지 여부를 평가하십시오.

일반적인 잘못된 선택 실수와 이를 방지하는 방법

• 무거운 축방향 하중이 주요한 곳에 깊은 홈 베어링 사용: 가장 흔한 실수. 응용 분야가 반경 방향 하중을 크게 초과하는 축 방향 하중을 유지하는 경우(예: 벨트 장력과 축 방향 공기 흐름 추력이 있는 팬) 앵귤러 콘택트 베어링 또는 한 쌍의 깊은 홈 배열은 훨씬 더 긴 서비스 수명을 제공합니다. 지속적으로 무거운 축 하중을 받는 단일 깊은 홈 베어링은 홈의 한쪽 어깨 부분에 특징적인 궤도 피로 손상을 나타냅니다.
• 극도의 방사형 하중에 롤러 베어링이 필요한 경우 깊은 홈 베어링 사용: 볼 베어링의 헤르츠 점 접촉은 선 접촉 롤러 베어링에 비해 반경방향 하중 용량을 제한합니다. 볼 베어링의 무거운 반경 방향 하중은 빠른 표면 피로를 유발합니다. 하중 계산 결과 L10 수명이 DGBB의 허용 한계 미만인 경우 일반적으로 동일한 엔벨로프의 원통형 또는 구형 롤러 베어링이 문제를 해결합니다.
• 고속 응용 분야에서 차폐 베어링을 밀봉 베어링으로 교체: 2RS 베어링의 접촉 씰은 작동 온도를 높이고 속도 등급을 낮추는 마찰 토크를 추가합니다. 고속 모터 응용 분야(소형 베어링의 경우 10,000RPM 이상)에서 ZZ 실드 또는 개방형 베어링을 2RS로 대체하면 속도가 카탈로그 정격 최대값 내에 있어도 과열이 발생할 수 있습니다.
• 제조업체 공차 등급에 관계없이 모든 "6000 시리즈" 베어링을 동등하게 취급: 표준 베어링은 ISO 공차 등급 일반(PN)으로 제조됩니다. 정밀 스핀들의 경우 ABEC 5(P5) 또는 ABEC 7(P7) 공차 깊은 홈 베어링은 방사형 런아웃을 크게 줄입니다. P5는 런아웃을 5미크론 이하로 제한하고 PN의 경우 18미크론 이하로 제한합니다. — 이는 공작 기계 및 정밀 기기 응용 분야에 매우 중요합니다.
• 내부 틈새 선택 무시: 깊은 홈 베어링은 C2(보통 미만), CN(보통), C3(보통보다 큼) 및 C4 틈새 등급으로 제공됩니다. 고온 애플리케이션에는 열 예압을 방지하기 위해 C3 또는 C4가 필요합니다. 압입 설치에는 간섭 끼워 맞춤 폐쇄를 보상하기 위해 C3이 필요합니다. 두 상황 모두에서 표준 CN 여유 공간을 사용하면 고착(너무 빡빡함) 또는 과도한 진동(너무 느슨함)이 발생합니다.

실용적인 선택 가이드: 깊은 홈 베어링이 올바른 선택일 때

다음 조건이 적용되는 경우 깊은 홈 볼 베어링을 기본 선택으로 사용하십시오.

1. 방사형 하중이 기본입니다. - 하중은 주로 샤프트 축에 수직이며 축 하중은 사용 중인 반경 방향 하중의 약 50%를 초과하지 않습니다.
2. 축 하중은 양방향입니다. - 베어링은 한 쌍의 베어링 배열 없이 양방향에서 발생하는 축방향 힘을 견뎌야 합니다. 깊은 홈은 단일 베어링으로 ​​이를 처리합니다.
3. 빠른 속도가 필요합니다 - 응용 프로그램이 롤러 베어링 대체 속도 제한에 접근하거나 이를 초과하는 속도로 실행됩니다. 깊은 홈 베어링은 주어진 보어 크기에 대해 표준 베어링 유형 중 가장 높은 속도 등급을 갖습니다.
4. 저소음, 저진동이 중요 — 전기 모터, 가전제품 및 소비자 제품은 고품질 깊은 홈 베어링(예: SKF의 "E" 또는 FAG의 "P6Q" 음향 사양과 같은 저소음 등급 지정)을 사용하여 조용하고 원활한 작동을 얻을 수 있습니다.
5. 유지보수가 필요 없는 작동이 선호됩니다. — 밀봉되고 사전 그리스 처리된 깊은 홈 베어링은 현장 윤활이 필요하지 않으며 거의 모든 보어 크기에서 사용할 수 있습니다. 3mm ~ 200mm .
6. 비용 효율성이 중요합니다 - 깊은 홈 베어링은 생산량이 많기 때문에 단위 용량당 가장 저렴한 정밀 베어링 유형입니다. for cost-sensitive applications meeting the load and speed requirements, no other bearing type delivers comparable value.