플랜지 베어링이란? 종류, 코드 및 선정 방법

영문으로 "bearing flange"를 검색하는 엔지니어는 대개 서로 다른 두 부품 중 하나를 찾고 있습니다. 이를 혼동하면 잘못된 부품을 주문하기 쉽습니다. 하나는 볼 베어링을 주조 하우징에 미리 조립하고 볼트 체결용 플랜지를 둔 플랜지형 하우징 유닛입니다. 다른 하나는 베어링 자체의 플랜지로, 볼 베어링의 외륜 또는 슬리브 부싱 자체에 플랜지가 형성된 제품입니다. 이 가이드는 검색 의도의 약 90%를 차지하고 선정 오류도 자주 발생하는 전자를 중심으로 설명합니다.

이 유닛의 목적은 필로우 블록을 놓을 수 없는 축에 수직인 면에 베어링을 볼트로 장착하는 것입니다. 구매하려는 제품의 사양은 두 표준으로 정해집니다. 인서트 베어링에는 ISO 9628이 적용되고, 이를 감싸는 주조 또는 프레스 하우징에는 "플러머 블록 하우징, 플랜지형 하우징 및 테이크업 하우징"을 다루는 ISO 3228이 적용됩니다(ISO 3228:2013).

핵심 요약

• 플랜지 베어링은 볼트 체결용 하우징 면을 통해 축에 수직인 면에 장착됩니다. 필로우 블록을 놓을 수평 베이스가 없는 컨베이어 단부, 팬 하우징과 기어박스 측판 등에 사용합니다.
• 플랜지 형상에 따라 UCFL(타원형 2볼트), UCFB(원형 3볼트), UCF(사각형 4볼트), UCFC(원형 4볼트)로 구분합니다.
• 하우징의 기본 재질은 주철입니다. 하중이 아니라 사용 환경에 따라 다른 재질을 선택하십시오. 운전 온도에 자체적인 제한을 두는 것은 복합재 하우징(−20~+80 °C)뿐이며, 주철·프레스 강판·스테인리스강 하우징은 유닛의 허용 운전 온도를 제한하지 않습니다(SKF).
• 플랜지와 필로우 블록은 선호가 아니라 장착면의 방향으로 선택합니다. 볼트 체결면에 따라 적합한 하우징과 유닛이 결정됩니다.

플랜지 베어링이란?

플랜지 베어링은 장착면이 축 중심선에 수직인 하우징에 조립된 인서트 볼 베어링입니다. 수평 베이스가 아니라 축을 마주 보는 벽이나 단부판에 볼트로 체결합니다. 이와 같은 장착면의 방향이 플랜지 유닛을 사용하는 근본적인 이유입니다.

컨베이어의 헤드 풀리와 테일 풀리 축은 축을 마주 보는 단부판에서 끝납니다. 팬이나 송풍기에서는 베어링을 스크롤 케이싱 벽에 체결합니다. 두 경우 모두 필로우 블록을 놓을 수평면은 없지만 축에 직각인 평평한 면이 있으므로 플랜지 유닛을 사용할 수 있습니다.

플랜지 유닛은 네 부분으로 구성됩니다. 구면 외주와 연장 내륜을 갖춘 깊은 홈 볼 베어링인 인서트 베어링, 볼트 구멍이 있는 플랜지형 주조 하우징, 양쪽의 일체형 씰, 내륜을 축에 고정하는 잠금 장치입니다. ANDE는 이러한 유닛의 핵심인 깊은 홈 볼 베어링 인서트를 제조합니다. 하중은 전동체가 지지하고 플랜지는 베어링을 올바른 장착면에 고정합니다.

여기서 용어를 구분해야 합니다. "플랜지형 볼 베어링"은 외륜에 플랜지를 가공한 소형 베어링을 뜻할 수도 있습니다. 미니어처 및 계측기용 베어링에서 흔하며, 플랜지가 하우징 구멍 안에서 베어링의 축방향 위치를 결정합니다. "플랜지 부싱"은 일체형 스러스트 칼라가 있고 전동체가 전혀 없는 미끄럼 슬리브 베어링입니다. 같은 플랜지라는 표현이 서로 다른 세 부품에 쓰입니다. 이후 별도 설명이 없으면 플랜지형 하우징 유닛을 의미합니다.

플랜지 베어링의 종류는 무엇인가?

플랜지 베어링은 플랜지 형상과 장착 볼트 수로 분류하며, 각 형상에는 표준 호칭 접두어가 있습니다. 대표적인 네 종류는 타원형 2볼트(UCFL), 원형 3볼트(UCFB), 사각형 4볼트(UCF), 원형 4볼트(UCFC)입니다. 따라서 축을 마주 보는 장착면에는 일반적으로 플랜지 유닛을 사용합니다.

형상마다 설치 면적과 강성이 다릅니다. 2볼트 타원형 플랜지는 작고 저렴하지만 두 볼트의 중심을 잇는 방향의 하중에 가장 효과적으로 대응합니다. 사각형 4볼트 플랜지는 강성이 높은 범용 형식으로, 사각 패턴의 볼트 네 개가 모든 방향의 모멘트 하중에 저항합니다. 3볼트 삼각형 플랜지는 더 작고 가벼운 주물로 4볼트 형식에 가까운 강성을 제공하는 절충안입니다.

흔히 설명에서 빠지는 또 하나의 구분은 인로(파일럿)형과 비파일럿형 플랜지입니다. 인로형 플랜지는 장착면에 돌출된 원형 인로 턱(파일럿)이 있고, 이 턱이 상대 부품의 맞춤 카운터보어에 끼워집니다. 따라서 볼트를 조이기 전부터 유닛의 중심이 맞습니다. 하나의 축을 지지하는 두 플랜지 유닛이 동축을 유지해야 할 때 특히 중요합니다. 비파일럿형은 장착면이 평평하여 볼트 위치와 조립 작업으로 정렬해야 합니다. 반복 조립 후에도 동심도를 재현해야 한다면 인로형을 지정하십시오.

알아둘 점: "UC" 접두어는 넓은 내륜과 고정 나사 또는 칼라 잠금 장치를 갖춘 깊은 홈 볼 베어링 인서트를 뜻합니다. 뒤따르는 문자는 하우징 형식을 나타냅니다. 따라서 "UCF"는 "UC 인서트 + F 플랜지(사각형)", "UCFL"은 "UC 인서트 + FL 플랜지(타원형)"로 해석합니다. 하우징 문자를 알면 대부분의 장착형 유닛을 외관만으로 식별할 수 있습니다.

UCF, UCFL 및 UCFC 코드는 무엇을 의미하는가?

호칭은 위치마다 한 가지 특징을 나타내는 문자와 숫자의 조합이므로 코드에서 유닛 구성을 읽을 수 있습니다. 왼쪽부터 UC는 인서트 베어링 형식, F 계열 문자는 플랜지 하우징, 끝의 숫자는 축 치수를 뜻합니다. 제조사 간 호환성은 아시아를 비롯한 세계 여러 제조사가 따르는 세 가지 JIS 표준에서 나옵니다. JIS B 1558은 인서트 베어링, JIS B 1559는 주조 및 프레스 하우징, JIS B 1557은 이 둘을 조합한 유닛의 치수를 규정합니다. 따라서 한 제조사의 UCF207 인서트는 다른 제조사의 UCF207 하우징에도 맞습니다.

대표적인 코드는 다음과 같이 해석합니다.

• UC: 넓은 내륜을 갖추고 일반적으로 고정 나사로 잠그는 인서트 볼 베어링
• F: 플랜지 하우징
• L: 타원형(2볼트) 플랜지, C: 원형(4볼트), B: 원형(3볼트), 추가 문자가 없으면 사각형(4볼트)
• 숫자: 내경 번호(다음 절 참조)

잠금 방식은 별도의 접두어나 접미어로 표시되는 경우가 많으며 플랜지 형상만큼 중요합니다. 대표적인 방식은 세 가지입니다. 고정 나사 방식은 연장 내륜의 고정 나사 두 개로 축을 잡으며 구조가 간단하고 저렴하며, SKF는 회전 방향이 일정한 경우와 반전하는 경우 모두에 적합하다고 봅니다. 편심 잠금 칼라는 더 넓은 면적에서 편심 작용으로 내륜에 고정됩니다. SKF는 회전 방향이 일정한 용도로 한정합니다(SKF). 반면 Timken은 편심량을 줄인 자사 설계는 반전 운전에서도 풀리지 않는다고 밝힙니다(Timken). 어댑터 슬리브는 테이퍼 슬리브가 넓은 면적으로 축을 잡는 가장 견고한 방식으로, 대형 유닛에 사용합니다. 장착면에는 플랜지 형상을, 하중 반전과 진동에는 잠금 방식을 각각 맞추어야 합니다.

플랜지 베어링 치수는 어떻게 읽는가?

이 주제에서 가장 많이 찾는 정보는 치수입니다. 내경 치수는 호칭번호에서 바로 계산할 수 있으며, 인서트 치수는 제조사 간에 호환될 만큼 엄격히 표준화되어 있습니다. 일반적인 200 시리즈 인서트는 호칭번호 끝 두 자리에 5를 곱하면 적용 축 지름이 밀리미터 단위로 나옵니다. UCF205는 25 mm 축, UCF207은 35 mm 축, UCF210은 50 mm 축에 맞습니다. 사용 중인 유닛의 축 끼워맞춤을 확인해야 한다면 베어링 측정 방법에서 캘리퍼와 호칭번호를 이용하는 절차를 확인할 수 있습니다.

내경은 표준화되어 있지만 하우징 주물은 제조사 간에 완전히 호환되지 않습니다. 표준 인서트를 둘러싼 주조 하우징은 제조사별 설계이므로 같은 UCF 치수라도 볼트 구멍 중심 거리, 플랜지 외경, 파일럿 직경과 볼트 치수가 다를 수 있습니다. 교체품을 지정할 때는 도면에서 내경 번호, 플랜지 형상, 볼트 구멍 중심 거리, 파일럿형인 경우 파일럿 직경의 네 항목을 대조하십시오. "UCF207"이라는 호칭이 같다고 해서 하우징의 볼트 패턴까지 같다고 가정해서는 안 됩니다. 먼저 실물을 측정하거나 제조사 도면을 확인해야 합니다.

현장 경험: 가장 흔한 불일치는 내경이 아니라 볼트 구멍 간격입니다. 정비팀이 "같은 UCF207"을 주문해 인서트는 축에 정확히 맞지만 장착 구멍이 기존 탭 구멍에서 몇 밀리미터 벗어나는 경우가 있습니다. 주문할 때마다 기존 하우징의 볼트 구멍 중심 거리를 확인하십시오.

플랜지 베어링 재질: 주철, 강, 스테인리스강 및 폴리머

주철은 기본 하우징 재질입니다. 진동 감쇠와 치수 안정성이 우수하고 강성 대비 비용이 가장 낮아 견고한 장착부에 적합하기 때문입니다. 또한 주철 하우징에는 그리스 니플이 기본으로 달리지만, 복합재 및 프레스 강판 하우징은 일반적으로 재윤활이 필요 없는 구조로 제작됩니다(SKF). 대부분의 컨베이어, 팬과 일반 기계에는 회주철이 알맞습니다.

하지만 주철은 부식되고 충격에 취약하므로 용도에 따라 다음 세 가지 대안을 사용합니다. 적합한 재질은 하중보다 사용 환경에 더 크게 좌우됩니다.

• 프레스 성형 강판: 가볍고 저렴해 경하중 농기계와 경량 컨베이어 유닛에 사용합니다. SKF는 프레스 강판 하우징을 "하중과 속도가 제한적인 단순 용도에 적합"하다고 설명합니다. 따라서 단순히 비용을 낮추기 위한 대체재가 아니라 경하중용으로 선택해야 합니다.
• 열가소성 수지 / 복합재: 가볍고 부식되지 않으며, 보통 유리섬유 강화 폴리아미드로 만듭니다. 금속이 부식되기 쉬운 세척 공정, 식품 및 화학 환경에 적합합니다. 유닛의 운전 온도를 제한하는 유일한 하우징 재질이므로 선정 전에 아래 온도 한계를 확인해야 합니다.
• 스테인리스강: 내식성과 높은 강도를 모두 요구하는 식품, 제약 및 해양 환경에 사용하는 고급 위생 사양입니다.

하우징 재질에 따라 하우징 자체가 운전 온도의 한계를 결정하는지도 달라집니다. 금속 하우징은 운전 온도를 제한하지 않습니다. SKF에 따르면 복합재 하우징의 허용 범위는 −20~+80 °C이고 100 °C는 단시간만 견딜 수 있으며, "그 밖의 하우징 재질은 유닛의 허용 운전 온도를 제한하지 않습니다"(SKF). 주철 또는 스테인리스강 유닛에서는 실제 상한을 씰이 결정하며, NBR 씰의 정격 범위는 −30~+100 °C입니다. 따라서 고온 용도라고 해서 특수 하우징부터 찾기보다 씰과 그리스를 먼저 확인하십시오.

세척 조건이 가장 가혹한 라인에서는 하우징뿐 아니라 인서트도 내식성 재질로 선택합니다. 최신 복합재 및 자가 윤활 인서트는 적합한 조건에서 유닛 수명 동안 유지보수가 필요 없는 제품으로 공급됩니다. 따라서 폴리머 하우징과 스테인리스 인서트의 조합은 초기 가격이 높더라도 수명주기 비용이 더 낮을 수 있습니다. 수명을 산정할 때는 제품군 전체에 통용되는 수치가 아니라 해당 운전 조건에 대해 제조사가 제시한 정격값을 사용하십시오.

플랜지 베어링과 필로우 블록: 언제 무엇을 선택하는가?

선호가 아니라 장착면의 방향으로 선택해야 합니다. 플랜지 유닛은 축에 수직인 면에 볼트로 체결하고, 필로우 블록은 축과 평행한 베이스에 체결합니다. 둘 다 같은 제품군에 속하며 같은 표준에 따라 치수가 정해집니다. ISO 3228은 플러머 블록, 플랜지형 및 테이크업 하우징을 하나의 문서에서 다루므로 어느 한쪽이 더 높은 등급의 제품인 것은 아닙니다. 품질의 우열이 아니라 기계 구조가 적합한 형식을 결정합니다.

축 아래에 볼트 체결이 가능한 수평면이 있으면 필로우 블록을 사용합니다. 축이 이를 마주 보는 벽, 단부판 또는 패널에서 끝나거나 그 면을 관통하면 플랜지 유닛을 사용합니다. 두 장착면을 모두 사용할 수 있다면 재윤활과 교체 시 접근성, 그리고 볼트 배열에 대한 레이디얼 하중의 방향을 함께 검토하십시오.

하우징을 선택하기 전에 적합한 베어링 계열부터 검토해야 한다면 베어링의 종류에서 전체 분류를 확인하십시오. 동정격하중과 정정격하중 비교에서는 인서트 자체의 정격하중을 산정하는 방법을 설명합니다.

플랜지 베어링을 올바르게 장착하는 방법

정해진 장착 순서를 따르면 조기 고장의 대부분을 예방할 수 있습니다. 부주의한 장착 중 유입되는 오염도 심각한 위험입니다. 윤활유에 수분이 1%만 섞여도 미끄럼 저널 베어링의 수명이 최대 90% 감소할 수 있으며, 플랜지 유닛의 인서트인 구름 베어링에는 영향이 더 큽니다. 반대로 입자 청정도를 ISO 코드 한 단계 개선하면 수명이 10–30% 늘어납니다(Machinery Lubrication). 유닛은 밀봉되고 그리스가 채워진 상태로 공급되므로 내부를 오염시키거나 정렬 상태를 흐트러뜨리지 않고 장착해야 합니다.

순서대로 진행하십시오.

1단계 — 장착면 준비 및 점검

맞닿는 면을 청소하고 평탄하며 축에 직각인지 확인하십시오. 버나 돌출부가 있으면 소프트 풋이 발생하여 볼트를 조이는 순간 하우징이 비틀리고 베어링에 예압이 걸립니다.

2단계 — 파일럿을 끼운 후 볼트 가체결

인로형 플랜지는 볼트를 끼우기 전에 인로 턱을 카운터보어에 안착시켜 중심을 맞춥니다. 하우징이 올바른 위치로 움직일 여유가 있도록 모든 볼트를 손으로 가볍게 체결하십시오.

3단계 — 교차 순서로 볼트 조임

볼트를 십자 또는 별 모양 순서로 2–3회에 나누어 규정 토크까지 조이십시오. 균일하게 조이면 플랜지 면이 장착부에 평탄하게 밀착되고 하우징 변형을 방지할 수 있습니다.

4단계 — 내륜을 축에 고정

잠금 장치는 마지막에 체결합니다. 두 고정 나사를 균일하게 조이거나 편심 칼라를 축 회전 방향으로 돌려 잠그고, 어댑터 슬리브는 규정 조임량에 맞게 체결하십시오. 그런 다음 축을 손으로 돌려 걸림 없이 자유롭게 회전하는지 확인합니다.

잠근 뒤에도 축이 자유롭게 회전하고 씰이 제자리에 있으며 볼트가 균일하게 조여졌다면 올바르게 장착된 것입니다. 정렬 확인을 생략하면 몇 년이 아니라 몇 달 만에 다시 정비해야 할 수 있습니다.

플랜지 베어링에 적용되는 표준과 정격하중

플랜지 유닛은 다른 구름 베어링과 같은 국제 표준을 적용합니다. 인서트 자체가 구름 베어링이고 하우징은 이를 지지하기 때문입니다. 베어링 수명은 ISO 281에 따르며, 이 표준은 기본 정격수명 L10을 동일한 베어링 집단의 90%가 도달하거나 초과하는 수명으로 정의합니다(ISO 281:2007). 수명 공식은 L10 = (C/P)ᵖ이며 볼 베어링은 p = 3, 롤러 베어링은 p = 3.33입니다. "10"은 해당 시점까지 10%가 고장 날 것으로 예상한다는 뜻입니다. 집단에 대한 통계적 기준이지 개별 유닛의 수명 보증은 아닙니다.

다음 표준의 적용 범위를 구분하면 잘못된 표준을 인용하는 일을 피할 수 있습니다. 예를 들어 ISO 9001은 품질경영시스템 인증일 뿐 해당 부품의 성능을 규정하지 않습니다.

• ISO 15: 레이디얼 베어링의 주요 치수와 호칭 체계
• ISO 9628:2019: 편심 잠금 칼라와 레이디얼 내부 틈새를 포함한 인서트 베어링 자체
• ISO 3228:2013: 플러머 블록형, 플랜지형 및 테이크업형을 포함하는 주조 또는 프레스 하우징
• ISO 281: 동정격하중과 정격수명(위의 L10 계산)
• ISO 15243:2017: 베어링 고장 형태와 발생 메커니즘의 분류
• ANSI/ABMA 9 및 11: 현재 ISO 281 및 ISO 76 계산 방식과 일치하는 북미 정격하중 산정 방법. 위 두 ISO 표준에 대응하는 인치 치수 규격은 ANSI/ABMA 14(하우징)와 15(베어링)입니다
• JIS B 1557 / 1558 / 1559: 각각 유닛, 인서트 베어링, 하우징을 규정하는 일본의 세 표준. 흔히 잘못 인용되지만 JIS B 1559는 인서트가 아니라 하우징을 다룹니다

정밀도와 관련해서는 고속 스핀들에 중요한 ABEC 공차 등급이 장착형 플랜지 유닛에는 대체로 중요하지 않습니다. 컨베이어와 팬의 운전 속도는 보통 수준이므로 표준 공차 인서트가 적합합니다. 컨베이어 플랜지 유닛에 ABEC 5를 지정하면 실제로 활용할 수 없는 정밀도에 비용을 지불하게 됩니다. 정밀도 등급이 실제로 중요해지는 것은 가장 작은 크기이며, 자세한 내용은 미니어처 베어링을 참고하십시오.

자주 묻는 질문

Q: 플랜지 베어링은 어디에 사용됩니까?

플랜지 베어링은 장착면이 축 아래가 아니라 축을 마주 보는 위치에서 회전축을 지지합니다. 컨베이어의 헤드 및 테일 풀리, 팬과 송풍기 하우징, 농기계, 기어박스 단부판 등에 사용합니다. 플랜지 베어링은 장착형 베어링 유닛에 속하며, 하우징 치수는 ISO 3228:2013, 인서트 치수는 ISO 9628을 따릅니다.

Q: 플랜지 베어링과 필로우 블록의 차이는 무엇입니까?

차이는 장착면의 방향입니다. 플랜지 베어링은 축에 수직인 면에, 필로우 블록은 축과 평행한 베이스에 볼트로 체결합니다. 어느 한쪽이 더 높은 등급의 제품은 아니며 ISO 3228은 두 형식의 치수를 하나의 문서에서 규정합니다. 기계에서 사용할 수 있는 장착면에 따라 선택하십시오.

Q: UCF, UCFL, UCFC는 무엇을 의미합니까?

이 문자는 "UC" 인서트 베어링을 둘러싼 플랜지 하우징 형식을 나타냅니다. UCF는 사각형 4볼트, UCFL은 타원형 2볼트, UCFC는 원형 4볼트, UCFB는 원형 3볼트 플랜지입니다. 끝의 숫자는 내경 번호이며, 200 시리즈는 끝 두 자리에 5를 곱하면 축 지름이 밀리미터 단위로 나옵니다.

Q: 플랜지 베어링에는 볼트가 몇 개입니까?

플랜지 형상에 따라 2개, 3개 또는 4개를 사용합니다. 타원형 플랜지(UCFL)는 2개, 삼각형 볼트 배열의 원형 플랜지(UCFB)는 3개, 사각형(UCF)과 원형(UCFC) 플랜지는 4개입니다. 볼트 수가 많을수록 모멘트 하중에 대한 강성이 높아집니다. 사각형 4볼트 유닛은 모든 방향의 전도 모멘트에 저항하므로 고하중 용도에 널리 사용합니다.

Q: 플랜지형 베어링은 플랜지형 부싱과 같은 것입니까?

아닙니다. 플랜지형 베어링 하우징 유닛에는 마찰이 매우 낮은 구름 볼 베어링이 들어 있습니다. 플랜지형 부싱은 일체형 스러스트 칼라가 있는 미끄럼 슬리브 베어링으로 전동체가 없습니다. 구름 접촉이 아니라 미끄럼 접촉으로 작동해 마찰계수가 훨씬 높습니다. 플랜지라는 개념만 같을 뿐 작동 원리와 용도는 근본적으로 다릅니다.

결론

플랜지 베어링을 지정할 때는 다음 네 항목을 순서대로 확인합니다.

• 장착면 방향으로 플랜지와 필로우 블록을 구분합니다. 축에 수직인 면에는 플랜지 유닛을 사용합니다.
• 플랜지 형상과 볼트 개수(UCFL, UCFB, UCF, UCFC)에 따라 설치 면적과 강성의 균형이 달라집니다.
• 내경 번호에서 축 치수를 계산할 수 있지만, 하우징은 제조사 간에 호환되지 않으므로 볼트 구멍 간격과 인로(파일럿) 치수는 도면과 대조해야 합니다.
• 재질과 잠금 방식은 카탈로그 가격이 아니라 사용 환경과 하중 방향의 반전에 맞춰 선택합니다.

이 네 항목을 올바르게 맞추면 유닛이 정격수명에 도달할 수 있습니다. 현장에서 가장 흔한 실수인 볼트 패턴을 잘못 선택하면 인서트가 정확히 맞아도 하우징을 장착할 수 없습니다. 하우징 코드를 해석하고 도면 치수를 대조한 뒤, 내륜을 고정한 후 정렬 상태를 확인하십시오.

ANDE는 다양한 내경의 장착형 플랜지 유닛에 사용하는 깊은 홈 볼 베어링 인서트를 제조합니다. 적용 조건에 맞는 인서트, 하우징 재질과 잠금 방식을 선정하거나 기존 볼트 패턴에 맞는 교체품을 확인하려면 엔지니어링 팀에 문의하십시오.