축방향 하중과 레이디얼 하중 비교: 복합 하중 베어링 선정

레이디얼 하중 2,500 N을 받는 6208 깊은 홈 볼 베어링의 계산 수명은 약 39,000시간입니다. 여기에 1,000 N의 추력을 더하면 같은 베어링의 계산 수명은 약 21,000시간으로 줄어듭니다. 베어링도, 회전 속도도 바뀌지 않았고 합력은 8%도 증가하지 않았습니다. 달라진 것은 하중 일부의 방향뿐이지만, 카탈로그 계산상 사용 수명은 거의 절반으로 줄었습니다(NSK, 검색일 2026-08-24).

바로 이 때문에 하중 방향을 별도로 다룰 필요가 있습니다. 레이디얼 하중은 축선에 수직으로 작용하고, 축방향 하중은 축선을 따라 작용하지만 베어링 카탈로그에는 어느 한쪽과도 직접 일치하지 않는 하나의 정격값이 제시됩니다. 이 가이드에서는 세 가지를 다룹니다. 추력을 계산에 반영할지를 결정하는 비율, 두 힘 성분을 정격과 비교할 하나의 값으로 환산하는 ISO 281 계산법, 그리고 허용 한계가 0인 여러 형식을 포함한 베어링 형식별 축방향 하중의 허용 한계입니다.

핵심 요약

• 레이디얼 하중은 축선에 수직으로 작용하고, 추력이라고도 하는 축방향 하중은 축선을 따라 작용합니다. 실제 용도에서 어느 한쪽만 순수하게 작용하는 경우는 거의 없으므로 베어링 선정은 복합 하중 조건을 기준으로 해야 합니다.
• 카탈로그에는 하나의 정격값만 제시되므로 두 힘 성분을 하나로 환산해야 합니다. ISO 281에서 이 값은 동등가 하중이며, P = X Fᵣ + Y Fₐ입니다.
• 베어링별 한계값 e보다 낮으면 축방향 하중은 수명 계산에 영향을 주지 않습니다. 이를 넘으면 축방향 항이 수명 계산에 포함되며, 볼 베어링의 L₁₀은 (C/P)³에 비례하므로 영향이 큽니다.
• 모든 형식에는 축방향 하중의 허용 한계가 있습니다. 표준 단열 깊은 홈 볼 베어링은 순수 축방향 하중 Fₐ ≤ 0.5 C₀까지만 허용하며, 소형 또는 경량 시리즈는 0.25 C₀까지만 허용합니다. 비위치 결정측 NU 원통 롤러 베어링은 축방향 하중을 전혀 지지하지 못합니다.
• 앵귤러 콘택트 베어링과 테이퍼 롤러 베어링은 레이디얼 하중만 작용해도 내부에서 축방향 하중이 발생합니다. 외력이 축을 밀지 않더라도 이 유도력을 계산에 포함해야 합니다.

축방향 하중과 레이디얼 하중의 정의

레이디얼 하중은 축선에 수직으로 작용합니다. 축방향 하중은 축선과 평행하게 작용하며, 추력은 축방향 하중을 가리키는 일반적인 명칭입니다. 용어는 ISO 5593에 규정되어 있습니다. 이는 생각보다 중요합니다. 제조사마다 용어가 조금씩 다를 수 있으므로 도면에 쓰는 용어에는 근거가 되는 표준이 필요합니다.

차이는 이것뿐이지만, 이 질문을 다루는 많은 자료는 여기서 설명을 끝냅니다. 화살표 방향을 아는 것만으로 어떤 베어링을 구매해야 하는지는 알 수 없습니다. 계산에 앞서 전체 구성을 파악해야 한다면 베어링의 종류 가이드에서 각 형식이 지지할 수 있는 하중을 기준으로 분류한 내용을 확인하십시오.

축방향과 레이디얼이라는 구분에서 완전히 빠지는 세 번째 성분도 있습니다. 합력이 베어링 중심을 지나지 않으면 모멘트 하중이 발생해 궤도면 한쪽에는 하중을 더하고 반대쪽에서는 하중을 덜어 냅니다. 폭이 좁은 단일 베어링은 이 하중을 지지할 수 없습니다. 실제 모멘트가 포함된 하중 조건에는 공식의 계수가 아니라 다른 배열이 필요합니다. 간격을 둔 베어링 쌍, 복열 베어링 또는 4점 접촉 설계를 사용해야 합니다. 모멘트 하중을 받는 축에 X와 Y 계수를 적용하면 산술적으로는 깔끔하지만 기계적으로 잘못된 답이 나옵니다.

실제 하중 조건은 복합 하중

순수 레이디얼 하중과 순수 축방향 하중은 교과서적인 조건입니다. 실제 생산 설비에는 두 하중이 동시에 작용하며, 둘의 비율이 실제로 베어링을 결정합니다.

축방향 성분은 추력을 직접 발생시키는 요소보다 구동계에서 생기는 경우가 많습니다. 헬리컬 기어 치형은 그 형상 때문에 축방향 하중을 발생시킵니다. 베벨 기어와 웜 기어도 큰 축방향 성분을 만들며, 웜에서는 대개 이 성분이 지배적입니다. 벨트 장력은 전달 토크에 따라 크기가 달라지는 원주 방향 하중을 더합니다. 앵귤러 콘택트 베어링 쌍은 내부에서 축방향 하중을 발생시키며, 아래에서 별도로 설명합니다. 두 번째 위치 결정 베어링에 의해 축의 열팽창이 구속되면 외력이 전혀 없어도 축방향 하중이 발생합니다.

이론적인 구동력을 베어링 하중으로 환산하는 데는 두 가지 계수가 사용되며, 모두 SKF의 선정 지침(검색일 2026-08-24)에 제시되어 있습니다.

고정밀 기어에서는 추가 힘을 무시할 수 있습니다. 정밀도가 낮은 기어에서는 그렇지 않으며, 이 계수를 적용해야 실제 하중 조건을 타당하게 반영할 수 있습니다.

계산을 시작하기 전에 한 가지 적용 한계를 알아야 합니다. 여기서 다루는 모든 카탈로그 계산법은 축을 모멘트를 전달하지 않는 강체 지지점에 놓인 정정 보로 간주합니다. 베어링, 하우징, 기계 프레임의 탄성 변형과 축 처짐으로 생기는 모멘트는 무시합니다. 이러한 단순화 덕분에 수계산이 가능하지만, 유연한 축과 강성이 낮은 하우징은 결국 공식이 아니라 시스템 해석 소프트웨어로 검토해야 합니다. 적용 범위를 아는 것도 계산법을 올바르게 사용하는 과정의 일부입니다.

추력의 반영 여부를 결정하는 한계값

단열 레이디얼 베어링에서 축방향 하중은 Fₐ/Fᵣ 비가 한계값 e를 넘을 때만 수명 계산에 영향을 줍니다. e 이하에서는 동등가 하중이 단순히 P = Fᵣ이므로 추력에 따른 수명 손실이 없습니다. e를 넘으면 축방향 항이 포함되면서 영향력이 커지기 시작합니다.

함정은 e를 상수로 간주하는 것입니다. 이 값은 제품 표에 베어링별로 제시되며, 깊은 홈 볼 베어링에서는 f₀Fₐ/C₀ᵣ 비에 따라 달라집니다. 따라서 검토 중인 축방향 하중에 따라서도 달라집니다. "볼 베어링"에 해당하는 값 하나를 찾아 반복해서 사용할 수 없습니다.

복열 베어링에는 축방향 하중을 무시할 수 있는 구간이 없습니다. 복열 베어링에서는 작은 축방향 하중도 동등가 하중에 영향을 주므로 반드시 포함해야 하지만, 단열 베어링은 e 이하에서 이를 완전히 무시합니다. 이는 실제 선정에 활용할 수 있는 차이이며 직관과는 반대입니다. 열 수를 두 배로 늘리면 용량은 커지지만 측정되지 않은 추력에 대한 허용도는 커지지 않습니다.

레이디얼 하중과 축방향 하중을 하나의 값으로 환산

ISO 281은 동등가 하중 P를 실제 복합 하중과 베어링 수명에 동일한 영향을 미치는 가상의 하중으로 정의하며, 다음과 같이 계산합니다.

P = _X F_ᵣ + _Y F_ₐ

도입부의 6208에 NSK 카탈로그의 계산 예를 그대로 적용해 보겠습니다. 베어링 정격은 Cᵣ = 32,000 N, C₀ᵣ = 17,900 N이고 f₀ = 14.0입니다. 하중 조건은 Fᵣ = 2,500 N, Fₐ = 1,000 N입니다.

1. 한계값을 구합니다. f₀Fₐ/C₀ᵣ = 14.0 × 1,000 / 17,900 = 0.782이므로 e ≈ 0.26입니다.
2. 비율을 확인합니다. Fₐ/Fᵣ = 1,000 / 2,500 = 0.4로 e를 넘습니다. 축방향 항을 적용합니다.
3. 계수를 확인합니다. X = 0.56이며, 카탈로그 표를 선형 보간하면 Y = 1.67입니다.
4. 계산합니다. P = 0.56 × 2,500 + 1.67 × 1,000 = 3,070 N입니다.

이 차트에서 두 가지를 다시 살펴볼 필요가 있습니다. 레이디얼 계수 X = 0.56은 측정된 레이디얼 하중 2,500 N을 줄여서 1,400 N만 반영합니다. 축방향 계수 Y = 1.67은 측정된 축방향 하중 1,000 N을 늘려서 1,670 N으로 반영합니다. 따라서 추력이 레이디얼 힘의 40%에 불과해도 축방향 항이 레이디얼 항보다 커집니다.

수명 손실은 지수에서 비롯됩니다. 볼 베어링의 L₁₀은 (C/P)³에 비례하므로 P가 2,500 N에서 3,070 N으로 증가하면 계산 수명에는 (2,500/3,070)³ = 0.54가 곱해집니다. 같은 조건에서 NSK가 제시한 수명 계수도 4.26에서 3.47로 바뀌며, 다른 경로로 계산해도 동일한 0.54가 나옵니다. 이에 따라 약 39,000시간이 약 21,000시간으로 줄어듭니다. 계산 수명이 약 46% 감소합니다. 하중이 10%만 초과해도 계산 수명의 약 4분의 1이 줄어드는 것과 같은 민감도이며, 베어링 고장 모드 가이드에서 더 자세히 설명합니다.

이 운전점에서는 추력 1 kN이 레이디얼 하중 1 kN을 추가하는 것보다 수명에 미치는 영향이 작습니다. 1,000 N을 축방향으로 더하면 P = 3,070 N입니다. 같은 1,000 N을 레이디얼 방향으로 더하면 순수 레이디얼 하중은 0.56 계수로 줄이지 않고 정격과 직접 비교하므로 P = 3,500 N입니다. 추력이 유일하게 위험한 방향이라는 통념은 계산 결과와 다릅니다. 축방향 하중이 위험한 이유는 계수가 아니라 다음 절에서 설명할 허용 한계와, 비율이 커질수록 X는 그대로인 반면 Y는 계속 증가한다는 점입니다.

이 비교에는 한 가지 주의점이 있습니다. 검증한 운전점에서만 성립하며 전체 하중 범위로 일반화할 수 없습니다. Y 역시 상수가 아니며 f₀Fₐ/C₀ᵣ이 증가하면 감소하므로 두 하중의 교차점은 하중 조건에 따라 달라집니다. 한 쌍의 계수를 반복 사용하지 말고 실제 베어링과 실제 하중에 맞는 계수를 확인하십시오.

정격 C와 C₀ 자체, 그리고 L₁₀ 공식과 s₀ 안전계수가 이 정격을 바탕으로 구성되는 방식은 베어링의 동하중과 정하중 비교를 참조하십시오.

같은 문제의 정적 검토

하중 방향의 구분은 다른 계수와 다른 표준을 사용하는 정적 검토에서도 다시 나타납니다. 단열 깊은 홈 볼 베어링의 경우 ISO 76은 정등가 하중을 P₀ = 0.6 Fᵣ + 0.5 Fₐ로 규정합니다. 여기에는 하나의 하한 조건이 따릅니다. P₀가 Fᵣ보다 작게 계산되면 P₀ = Fᵣ로 적용합니다.

같은 6208 조건을 적용해 보겠습니다. P₀ = 0.6 × 2,500 + 0.5 × 1,000 = 2,000 N으로, 레이디얼 하중 2,500 N보다 작습니다. 따라서 하한값을 적용해 P₀ = 2,500 N이 됩니다. 추력은 정적 검토에서 완전히 제외됩니다. 이는 계산법의 오류가 아니라, 가중 평균 때문에 베어링이 실제로 지지하는 하중이 과소평가되지 않도록 하는 규칙입니다.

정적 계수는 배열의 영향을 동적 계수보다 더 크게 반영하기도 합니다. 배면 또는 정면으로 장착한 짝맞춤 쌍에는 같은 출처에서 P₀ = Fᵣ + 1.7 Fₐ를 제시합니다. 축방향 계수가 0.5에서 1.7로 세 배 넘게 증가합니다.

형식별 축방향 하중의 허용 한계

모든 베어링 형식에는 지지할 수 있는 축방향 하중의 허용 한계가 있으며, 일부 형식은 그 한계가 0입니다. 이는 동등가 하중 계산과 별개의 조건입니다. 수명 계산을 통과한 하중 조건도 허용되지 않을 수 있습니다.

표의 출처는 2026-08-24에 확인한 SKF의 형식별 제품 데이터입니다.

몇 가지 행은 별도로 짚어 볼 필요가 있습니다. 비위치 결정측 원통 롤러 베어링은 추력을 전혀 지지하지 못하며, 정등가 하중도 축방향 항 없이 P₀ = Fᵣ입니다. 양쪽 링에 리브를 두고 위치 결정 베어링으로 사용하면 Fₐ를 0.5 Fᵣ까지 지지합니다. 이는 같은 부품에 다른 계산을 적용하는 것이 아니라 서로 다른 부품입니다. 스러스트 볼 베어링은 동적 모델과 정적 모델 모두에 레이디얼 항이 없습니다. 레이디얼 하중을 지지하도록 설계된 제품이 아니기 때문입니다. 추력이 하중의 일부가 아니라 전부라면 선정 대상은 전용 스러스트 베어링으로 바뀌며 방향 비율의 문제가 아니게 됩니다.

자동 조심 롤러 베어링은 축방향 하중과 순수 축방향 하중까지 지지하므로 표에서 예외적인 형식입니다. 허용 한계는 형상보다 장착 방식에 따라 달라집니다. 고정 어깨가 없는 일반 축에 어댑터 슬리브로 올바르게 장착한 경우 허용 축방향 하중은 Fₐₚ = 0.003 B d까지 낮아집니다. 베어링 자체가 약해진 것이 아니라 축에서 베어링을 고정하는 마찰력이 한계가 된 것입니다.

축방향 허용 한계는 정정격하중 한계와 다름

이 부분은 자주 간과되며, 앞의 모든 계산을 통과한 하중 조건도 베어링을 파손시킬 수 있는 이유입니다.

깊은 홈 볼 베어링의 허용 축방향 하중은 접촉 타원이 궤도 홈의 어깨를 넘어서는 하중으로 정해집니다. 축방향 하중이 증가하면 접촉각이 변하고 타원형 접촉 면적이 홈 측면을 따라 이동하다가 일부가 가장자리 밖으로 벗어납니다. NSK는 이 한계가 C₀와 정적 축방향 계수 Y₀에서 산출한 P₀ 값과 다른 한계임을 명시합니다. 그 결과도 직접 설명합니다. 축방향 하중이 P₀ 한계보다 낮아도 접촉 타원이 어깨를 넘어설 수 있습니다(NSK 카탈로그 E1103, 검색일 2026-08-24).

정적 검토를 통과해도 축방향 하중이 허용된다는 뜻은 아닙니다. 정정격하중은 접촉부의 영구 변형을 제한합니다. 축방향 허용 한계는 접촉부가 궤도면을 벗어나지 않는지를 규정합니다. 두 조건은 한계값과 고장 메커니즘이 서로 다르며, 형상 한계가 먼저 발생할 수 있습니다.

계속 사용한 예에 적용해 보겠습니다. 6208은 내경 40 mm인 직경 시리즈 2이므로 두 예외 중 어느 것도 해당하지 않습니다. 순수 축방향 하중의 허용 한계는 0.5 × 17,900 = 8,950 N입니다. 하중 조건의 추력 1,000 N은 이 한계 안에 충분히 들어옵니다. 같은 내경 40 mm를 직경 시리즈 0으로 바꾸면 한계는 C₀의 4분의 1로 낮아집니다. 도면상 치수가 같아 보여도 실제 운전에서 동등하지 않은 대체 사례입니다. 제조사 간 베어링 형번을 상호 대조할 때도 같은 함정이 다른 형태로 나타납니다.

외부에서 가하지 않은 축방향 하중

단열 앵귤러 콘택트 베어링이나 단열 테이퍼 롤러 베어링은 베어링 축에 대해 비스듬한 각도로 한 궤도면에서 다른 궤도면으로 레이디얼 하중을 전달합니다. 이 경사진 하중 경로는 외부 추력이 없어도 내부 축방향 힘을 유도합니다. 이는 기계가 가하는 외부 추력 때문이 아니라 접촉각 때문에 발생합니다. 이러한 베어링을 단독이 아닌 대향 쌍으로 장착하는 이유도 여기에 있습니다. 한 베어링에서 발생한 유도력을 다른 베어링이 받아 줄 수 있기 때문입니다.

실무적으로는 단열 베어링 두 개 또는 병렬 조합 쌍으로 구성한 조정 배열에서 유도 성분을 동등가 하중 계산에 포함해야 합니다. 이를 빼면 계산이 보수적이지 않은 정도가 아니라 완전히 잘못됩니다. 초기 하중 조건에 나타나지 않은 추력을 베어링이 실제로 지지하고 있기 때문입니다.

이러한 배열의 카탈로그 계산식에는 실제 도면에서 놓치거나 위반하기 쉬운 조건이 붙습니다. 두 베어링의 접촉각이 동일하고, 예압 없이 사실상 틈새가 0이 되도록 서로 맞대어 조정한 경우에만 계산식이 유효합니다. 틈새를 두거나 예압을 가하거나 두 베어링의 접촉각을 다르게 구성하면 계산식이 더 이상 해당 배열을 설명하지 못합니다. 이때는 스프레드시트가 아니라 베어링 배열 해석 소프트웨어를 사용해야 합니다.

외력이 전혀 없어도 축방향 하중을 만드는 또 다른 배열 오류가 있습니다. 바로 한 축에 위치 결정 베어링을 두 개 사용하는 것입니다. 양쪽 끝이 축방향으로 고정된 상태에서 축이 열팽창하면 늘어날 곳이 없습니다. 그 결과 어떤 하중 조건이나 도면에도 나타나지 않는 축방향 하중이 베어링에 작용합니다. 위치 결정 베어링 하나와 비위치 결정 베어링 하나를 사용하면 이를 방지할 수 있습니다. 위 표의 비위치 결정측 원통 롤러 베어링이 의도적으로 추력을 지지하지 않도록 설계된 이유가 바로 이것입니다.

접촉각과 DB, DF, DT 배열 코드에 관한 자세한 내용은 앵귤러 콘택트 볼 베어링 가이드를 참조하십시오. 위치 결정측과 비위치 결정측 배열에서 두 롤러 형식을 선택하는 방법은 테이퍼 롤러 베어링과 원통 롤러 베어링 비교를 참조하십시오.

하중이 너무 작아도 문제가 됨

하중이 지나치게 작은 상태로 운전되는 베어링은 피로가 아니라 스키딩과 스미어링으로 고장 납니다. 전동체가 미끄러지지 않고 구르려면 충분한 하중이 필요합니다. 이보다 낮으면 고장 메커니즘이 완전히 달라지므로 모든 베어링에는 최대 하중뿐 아니라 최소 하중도 규정되어 있습니다.

SKF(검색일 2026-08-24)의 일반 기준은 볼 베어링 0.01 C, 롤러 베어링 0.02 C입니다. 6208에서는 0.01 × 32,000 = 320 N이며 레이디얼 하중 2,500 N은 이 조건을 충분히 충족합니다.

필요한 형식에는 방향별 최소 하중이 규정됩니다. 단열 테이퍼 롤러 베어링은 하중이 작용하는 방향에 따라 Fᵣₘ = 0.017 C 또는 Fₐₘ = 0.009 C/Y가 필요합니다. 자동 조심 롤러 베어링에는 Pₘ = 0.01 C₀가 필요하며, 기준 속도의 0.3 미만에서 오일로 윤활하면 0.003 C₀로 낮아집니다.

이 요건은 급가속, 급기동·급정지, 제품 표에 명시된 한계 속도의 50%를 넘는 운전 조건에서 가장 중요합니다. 이러한 조건에서는 전동체가 궤도면에서 미끄러질 가능성이 가장 큽니다. 최소 하중을 충족할 수 없다면 더 작은 치수 시리즈, 특수 윤활 또는 길들이기 절차, 코팅 베어링, 예압 부여의 순서로 대책을 검토합니다. 예압이 가장 일반적인 해결책이며 주문 시 지정하는 틈새 등급과 밀접하게 연계됩니다. 자세한 내용은 베어링 내부 틈새 가이드에서 설명합니다.

6단계 하중 방향 검토

전체 검토는 6단계입니다. 실무에서 자주 빠지는 두 단계는 유도 하중과 축방향 허용 한계이며, 둘 중 하나라도 생략하면 완전해 보이지만 불완전한 계산이 됩니다.

1. 외력을 각 베어링 위치의 Fᵣ과 Fₐ로 분해하고, 구동계의 기어 또는 벨트 하중 계수를 적용합니다.
2. 베어링이 앵귤러 콘택트 또는 테이퍼 롤러 형식이면 다른 계산에 앞서 유도 축방향 힘을 더합니다.
3. 해당 베어링의 e를 확인한 다음 Fₐ/Fᵣ을 계산해 비교합니다.
4. P를 계산합니다. e를 넘으면 해당 베어링의 계수로 P = X Fᵣ + Y Fₐ를 적용합니다. e 이하에서는 P = Fᵣ이지만 단열 베어링에만 해당합니다.
5. 허용 한계와 정적 조건을 확인합니다. 축방향 하중을 해당 형식의 허용 한계와 비교하고, 별도로 최대 하중 또는 정지 조건의 P₀를 C₀와 비교합니다.
6. 듀티 사이클의 높은 하중뿐 아니라 낮은 하중 조건에서도 최소 하중을 확인합니다.

6208 조건에 이 절차를 처음부터 끝까지 적용하면 다음과 같습니다.

• 1단계. Fᵣ = 2,500 N, Fₐ = 1,000 N.
• 2단계. 깊은 홈 볼 베어링이므로 유도 성분 없음.
• 3단계. 하중 비 0.4에 대해 e ≈ 0.26이므로 축방향 항 적용.
• 4단계. Cᵣ = 32,000 N에 대해 P = 3,070 N.
• 5단계. 축방향 하중 1,000 N, 허용 한계 8,950 N. P₀ = 2,500 N, C₀ᵣ = 17,900 N이므로 정적 안전계수 7.2.
• 6단계. 최소 하중 요건은 320 N이며 실제 하중이 이를 충족함.

이 수치는 모두 공표된 표준이나 제품 표로 추적할 수 있습니다.

이러한 추적 가능성이 핵심입니다. 6단계를 모두 충족하는 베어링은 제조사와 관계없이 품질 부서에 선정 근거를 제시할 수 있습니다. 근거는 ISO 281, ISO 76, 그리고 제조사가 공표해 검증할 수 있는 정격하중입니다. 수치와 표준을 명시하면 원산지에 관한 의문도 자연스럽게 해소됩니다.

자주 묻는 질문

볼 베어링은 축방향 하중을 지지할 수 있습니까?

그렇습니다. 표준 단열 깊은 홈 볼 베어링은 기본 정정격하중의 0.5까지, 즉 순수 축방향 하중 Fₐ ≤ 0.5 C₀를 허용합니다. 두 범주는 이 값의 절반인 0.25 C₀로 제한됩니다. 내경 12 mm 이하인 베어링과 직경 시리즈 8, 9, 0, 1인 베어링입니다. 스테인리스강 깊은 홈 볼 베어링도 0.25 C₀로 제한됩니다. 이 한계를 넘으면 사용 수명이 크게 줄어들 수 있으며, 지배적인 메커니즘은 정적 과부하가 아니라 접촉 타원이 궤도면 어깨를 넘어서는 현상입니다.

축방향 하중과 레이디얼 하중의 차이는 무엇입니까?

레이디얼 하중은 축선에 수직으로 작용하고, 축방향 하중은 축선을 따라 작용합니다. 축방향 하중은 추력이라고도 합니다. ISO 5593에 이 용어가 규정되어 있습니다. 세 번째 유형인 모멘트 하중은 합력이 베어링 중심을 지나지 않을 때 발생합니다. 이 하중에는 하중 계수가 아니라 베어링 쌍이나 복열 설계가 필요합니다.

축방향·레이디얼 복합 하중에 가장 적합한 베어링은 무엇입니까?

테이퍼 롤러 베어링, 앵귤러 콘택트 볼 베어링, 자동 조심 롤러 베어링이며, 형식마다 복합 하중을 처리하는 방식이 다릅니다. 단열 테이퍼 롤러 베어링은 한계값을 넘으면 P = 0.4 Fᵣ + Y Fₐ를 적용합니다. 단열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 P = X Fᵣ + Y₂ Fₐ를 적용합니다. 자동 조심 롤러 베어링은 P = 0.67 Fᵣ + Y₂ Fₐ를 적용하며, 나머지 두 형식과 달리 단일 장착 상태에서도 순수 축방향 하중을 지지합니다. 테이퍼 롤러와 앵귤러 콘택트 형식은 모두 내부에서 축방향 하중을 유도하므로 대향 쌍으로 사용해야 합니다.

원통 롤러 베어링은 추력을 지지할 수 있습니까?

리브가 있는 위치 결정측 구성에서만 가능합니다. 내륜과 외륜 모두에 리브가 있는 원통 롤러 베어링은 레이디얼 하중과 함께 Fₐ ≤ 0.5 Fᵣ의 축방향 하중을 지지합니다. 한계값을 넘으면 P = 0.92 Fᵣ + Y Fₐ를 적용합니다. 비위치 결정 베어링으로 사용하면 축방향 하중을 전혀 지지하지 않습니다. 동등가 하중은 단순히 P = Fᵣ이고, 정등가 하중도 축방향 항 없이 P₀ = Fᵣ입니다. 추력을 지지하지 않는 특성은 축이 열팽창할 때 베어링에 하중을 가하지 않고 늘어날 수 있게 하는 설계 기능입니다.

축방향 하중을 과소평가하면 어떻게 됩니까?

서로 다른 두 가지 메커니즘에서 문제가 발생합니다. 볼 베어링의 계산 수명은 동등가 하중 증가 비율의 세제곱에 반비례해 감소하므로 추력을 과소평가한 하중 조건은 수명을 과대평가합니다. 이와 별개로 접촉 타원이 궤도면 어깨를 넘어설 수 있으며, 축방향 하중이 P₀ 정적 한계보다 낮아도 이 현상이 발생할 수 있습니다. 정적 검토를 통과했다고 해서 허용된다는 뜻은 아닙니다. 발생한 손상은 ISO 15243에 따라 분류되며, 손상 패턴은 베어링 고장 가이드에서 설명합니다.

결론

하중 방향은 단순한 분류가 아니라 계산 문제입니다. 다음 세 가지가 가장 중요합니다.

• 비율이 반영 여부를 결정합니다. 해당 베어링의 한계값 e보다 낮으면 축방향 하중은 수명 계산에 포함되지 않습니다. 이를 넘으면 P = X Fᵣ + Y Fₐ를 적용하며, 추력이 전체 힘의 절반보다 작아도 축방향 항이 레이디얼 항보다 커질 수 있습니다.
• 환산 방법은 표준화되어 있습니다. 동적 조건은 ISO 281, 정적 조건은 ISO 76을 따르며, 계수는 형식별이 아니라 베어링별로 제시됩니다. 실제 부품의 값을 확인해야 합니다.
• 허용 한계는 형식별로 다르며 정격과 별개의 조건입니다. 표준 깊은 홈 볼 베어링은 0.5 C₀, 소형 및 경량 시리즈는 0.25 C₀, 리브가 있는 위치 결정측 원통 롤러 베어링은 0.5 Fᵣ이고, 비위치 결정측 제품은 0입니다. 형상 한계가 정적 한계보다 먼저 나타날 수 있습니다.

두 방향 성분이 모두 포함된 하중 조건이 있다면 레이디얼 하중, 축방향 하중, 회전 속도와 허용 설치 치수를 ANDE Bearing 엔지니어링 팀에 보내 주십시오. ISO 281 계산서를 첨부한 베어링 선정안을 제공하므로 선정 결과를 그대로 믿는 데 그치지 않고 직접 검토할 수 있습니다. 필요한 형식을 이미 알고 있다면 깊은 홈 볼 베어링, 테이퍼 롤러 베어링, 원통 롤러 베어링에서 시작할 수도 있습니다.

저자 소개

Jeff Li는 ANDE Bearing에서 베어링 엔지니어링과 글로벌 소싱에 관한 글을 작성합니다. 자동차, 중공업, 재생 에너지 분야의 OEM 및 애프터마켓 구매자와 직접 협력하고 있습니다. LinkedIn에서 프로필을 확인할 수 있습니다.