선회 베어링: 종류, 하중 선도 및 선정 가이드

지름이 1 m인 링의 무게가 91 kg이고 분당 회전수는 1회전에도 훨씬 못 미칩니다. 그런데 이 베어링의 생존 여부를 좌우하는 수치는 정격하중 열에 없습니다.

선회 베어링을 사양화할 때 만나는 첫 번째 의외의 사실이며, 뒤이어 세 가지가 더 나옵니다. 주요 치수에는 적용되는 표준이 없으므로, 기대하는 호환성은 규격이 아니라 시장 관행에 기반합니다. 흔히 더 약하다고 여기는 형식이 오히려 대안으로 선택하는 형식보다 정하중을 더 많이 지지합니다. 또한 상당수 고장은 베어링 자체가 아니라 그 아래 용접 구조물에서 시작됩니다. 이 가이드에서는 여섯 가지 형식과 실제 크기 선정에 사용하는 하중 선도를 차례로 살펴봅니다. 이어서 업계에서 병용되는 두 안전계수 체계, 기어와 볼트 원, 마모된 링과 잘못 장착된 링을 구분하는 방법을 설명합니다. 모든 항목의 기초가 되는 정격 용어부터 확인하려면 동정격하중과 정정격하중 가이드를 먼저 읽어보십시오.

핵심 요약

• 치수 표준이 없습니다. SKF는 자사의 4점 접촉 볼 및 크로스 롤러 선회 베어링 주요 치수가 국제 또는 국가 표준을 따르지 않는다고 명시합니다. 다만 경량·중형 시리즈는 경쟁사 제품과 치수상 호환됩니다.
• 정격값이 아니라 선도로 선정합니다. 모든 선회 베어링에는 두 곡선으로 구성된 정적 한계 하중 선도가 있습니다. 실선은 궤도면 용량, 점선은 볼트 체결부 용량을 나타냅니다. 운전점이 두 곡선 아래에 모두 있어야 합니다. C와 C₀는 적합한 카탈로그 페이지를 찾는 데만 쓰입니다.
• 먼저 하중에 계수를 곱합니다. SKF는 턴테이블의 1.15부터 콤팩터와 캐러셀의 2까지 용도별 하중 계수를 적용합니다. Kaydon은 기계 종류가 아니라 운전 조건에 따라 1.00–1.50의 사용 계수를 적용합니다. 또한 SKF에는 대응 규칙이 없는 조건을 하나 더 둡니다. 최대 추력 정격이 최대 운전 추력의 3배를 넘어야 합니다.
• 볼형이 더 약한 선택은 아닙니다. 평균 궤도 지름이 같은 1,094 mm 제품에서 SKF 4점 접촉 볼형의 C₀는 2,710 kN, 크로스 롤러형은 1,450 kN이며 질량은 같습니다. 롤러형은 강성, 회전 정밀도, 틈새 0을 얻는 대신 속도를 희생합니다.
• 지지 구조물도 베어링의 일부입니다. Ra 3.2–6.3 µm로 반드시 가공해야 하며, 전체 평면도는 (dₘ + 1000)/10000 mm 이하입니다. 장착 플랜지 두께는 dₘ의 0.03–0.05배가 필요합니다. 단면이 낮은 링은 볼트로 체결한 구조물의 형상을 그대로 따라갑니다.
• 마킹은 장착 지침입니다. 빨간색 마크와 문자 F는 고주파 경화가 시작되고 끝나는 비경화 구간인 연질부를 표시합니다. 조립할 때 두 링의 F 마크를 서로 180° 떨어뜨려야 합니다.
• 마모는 추측하지 않고 측정합니다. 설치 시 축방향 전도 틈새를 기록하고, 2,000시간 운전 후 또는 최소 연 1회 다시 측정하십시오.

선회 베어링은 대형 볼 베어링과 무엇이 다른가?

선회 베어링은 어느 방향에서든 축방향 하중, 레이디얼 하중, 전도 모멘트를 동시에 지지하며, 피벗 조립체 안에 들어가는 것이 아니라 피벗 조립체 자체를 대체합니다. 이것이 기능상의 차이입니다. 연속 회전뿐 아니라 제한된 각도 안에서 왕복 선회 운동도 수행할 수 있습니다(SKF).

구조도 이 역할에 맞춰집니다. 내륜과 외륜 사이에서 볼 또는 원통 롤러가 구르며, 일체형 케이지 대신 폴리아미드 스페이서로 전동체를 분리합니다. 한쪽 링에는 보통 기어가 가공됩니다. 두 링에는 체결 볼트용 관통 구멍이나 나사 구멍이 있습니다. 궤도면만 경화하고 정밀 연삭하므로 기어 치형을 비롯한 나머지 링 부분은 조질 상태로 남습니다. 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 일체형 씰이 그리스의 유출과 오염물 유입을 막고, 그리스 니플을 통해 운전 중 재윤활할 수 있습니다.

설계 단계에서는 두 가지 결과가 중요합니다. 큰 내경과 낮은 단면 높이 덕분에 주변 구조가 단순해지며, 대부분의 경우 상대 부품에는 평탄하게 가공한 면만 있으면 됩니다. 그러나 같은 낮은 단면 때문에 링은 지름에 비해 자체 강성이 매우 낮습니다. 그래서 카탈로그에는 베어링 공차뿐 아니라 용접 구조물의 공차까지 제시됩니다.

크기 범위도 대부분의 베어링 계열보다 넓습니다. SKF의 일체형 링은 외경 50–7,900 mm, 분할형 링은 14,000 mm까지 제작됩니다. 공개된 모든 용량 데이터는 하중이 베어링을 지지 구조물 쪽으로 누르는 지지형 배열에 적용됩니다. 베어링이 매달리는 현수형 배열은 응용 엔지니어링 검토가 필요합니다.

선회 베어링의 여섯 가지 형식

대부분의 배열은 단열 4점 접촉 볼형과 단열 크로스 원통 롤러형으로 해결됩니다. 나머지 네 형식은 강성, 용량 또는 질량에 대한 특정 제약 때문에 이 두 단열 형식을 사용할 수 없을 때 선택합니다.

이 표의 두 항목에는 주의가 필요합니다. 3열 롤러 베어링은 정격이 가장 높지만 허용도가 가장 낮습니다. SKF는 관련 부품의 처짐에 민감하므로 최대 수명을 얻으려면 지지 구조물이 매우 강하고 정밀하게 제작되어야 한다고 설명합니다. 최고 정격 제품을 사서 유연한 프레임에 체결하면 그 정격을 그대로 잃습니다. NSK의 제철 설비용 제품도 같은 3열 구조를 사용하며, 외경 1–6 m, 내치·외치·무기어 사양으로 공급됩니다(NSK).

와이어 레이스 베어링의 공개 경량화 수치는 시점에 따라 달라졌습니다. 2019년 카탈로그는 비슷한 크기의 전강재 베어링보다 단열 와이어 레이스 베어링이 70% 가볍다고 설명합니다. 현재 skf.com 제품 페이지에는 60% 가볍다고 나옵니다(SKF). 같은 비교에 대한 SKF의 서로 다른 수치이므로 중간값을 쓰지 말고 최신 페이지의 수치를 날짜와 함께 인용하는 편이 맞습니다. 해당 페이지에는 8점 접촉 볼 구조가 같은 크기의 단열 4점 접촉 볼 베어링보다 용량이 80% 높다는 SKF의 주장도 있습니다. 이는 제조사 자체 비교이며 측정 결과는 아닙니다.

볼형인가, 크로스 롤러형인가? 카탈로그는 통념과 다르다

평균 궤도 지름과 질량이 같다면 4점 접촉 볼 선회 베어링의 축방향 정정격하중이 더 높습니다. 크로스 롤러형이 아닙니다.

평균 궤도 지름이 모두 1,094 mm인 한 카탈로그의 네 행만 보면 결론이 분명합니다(SKF).

지름과 기어 사양이 같고 질량도 1 kg 단위까지 같은데, 볼형의 축방향 정하중 용량은 87%, 동하중 용량은 9% 더 높습니다. 이 비율은 공개된 값이 아니라 두 카탈로그 행으로 직접 계산한 결과입니다.

그렇다면 크로스 롤러형은 실제로 무엇을 제공할까요? SKF의 설명은 구체적이며 용량은 그 목록에 없습니다. 예압을 적용하면 롤러와 궤도면의 넓은 접촉 면적 덕분에 강성과 회전 정밀도가 높아집니다. 그래서 정확한 위치 결정이 핵심 운전 변수인 곳에 사용합니다. 운전 틈새 0이나 예압이 필요하거나 회전 저항이 일정해야 할 때도 이 형식을 선택합니다.

그 대가는 네 가지입니다.

• 속도. 4점 접촉 볼 베어링은 마찰이 적어 더 빠르게 회전합니다. 중형 볼형은 원주 속도 4 m/s, 경량 시리즈는 2 m/s까지 허용되지만 크로스 롤러형은 연속 운전 1.5 m/s, 단시간 2 m/s로 제한됩니다.
• 지지면 공차. 크로스 롤러형은 4점 접촉 볼형보다 지지면 평면도와 강성 사양이 엄격합니다.
• 치수 호환성. 4점 접촉 경량·중형 시리즈는 경쟁사 제품과 치수상 호환됩니다. 크로스 롤러형은 평균 궤도 지름 1,094 mm 이하에서만 호환된다고 SKF는 명시합니다.
• 지름 공차는 반대입니다. 크로스 롤러형은 모든 크기 구간에서 무기어 내경 또는 외경 공차를 ±1 mm로 유지합니다. 4점 접촉 볼형은 1,000 mm까지 ±2.5 mm, 2,000 mm까지 ±3.5 mm, 2,500 mm까지 ±5 mm입니다. 전체 높이 공차는 둘 다 ±1 mm입니다.

SKF 선정 가이드는 크로스 롤러형을 회전 정밀도 용도로 권장하고 고속 용도로는 권장하지 않습니다. 반대로 경량 볼 시리즈는 회전 정밀도 용도로 권장하지 않습니다. 결정 규칙으로 바꾸면 간단합니다. 기계가 정확한 위치를 알아야 하면 롤러형, 움직이며 하중을 지지해야 하면 볼형을 선택하십시오.

첫 번째 궤도면 형상의 네 접촉점은 앵귤러 콘택트 볼 베어링 가이드에서 설명한 고딕 아치 형상을 지름 1 m로 확대한 것입니다.

C₀만으로 선회 베어링을 선정할 수 없는 이유

선회 베어링은 정격값을 비교하는 것이 아니라 점을 선도에 표시해 선정합니다. 기계의 하중을 하나의 합성 축방향 하중과 하나의 합성 전도 모멘트로 환산하십시오. 둘 다 용도 계수를 곱한 다음, 해당 베어링의 정적 한계 하중 선도에서 그 점이 두 곡선 아래에 모두 있는지 확인합니다.

먼저 하중 조건을 계산합니다. SKF는 도면에 제시된 배열에 대해 두 식을 사용합니다. 축방향 하중은 Fₐ = Qₐ + G₁ + G₂ + G₃입니다. 전도 모멘트는 Mₜ = Qₐ × L + Fᵣ × Hᵣ + G₃ × L₃ − G₁ × L₁ − G₂ × L₂입니다. 여기서 Qₐ는 인양 하중, G 항은 카운터웨이트·운전실·붐 등의 중량 분력, L과 H 항은 각 레버 암입니다. 작업 반경이 변하면 최대 반경을 사용해야 합니다.

레이디얼 하중을 무시할 수 있는지는 두 규칙으로 판단합니다. 외부 레이디얼 하중은 축방향 하중의 5% 이하일 때 무시할 수 있습니다. 하중이 베어링 평면과 다른 위치에서 작용한다면 그로 인해 생기는 전도 모멘트를 계산해 반영해야 합니다. 또한 Fᵣ/Fₐ 비가 0.6을 넘으면 곡선을 읽지 말고 응용 엔지니어링 부서에 문의하라고 SKF는 권고합니다. 두 힘 성분을 일반적인 하나의 하중 조건으로 합성하는 방법은 축방향 하중과 레이디얼 하중을 참조하십시오.

그다음 계수를 곱합니다. 축방향 하중과 전도 모멘트 모두 같은 용도별 하중 계수를 적용해 Fₐᵣ = fL × Fₐ, Mₜᵣ = fL × Mₜ로 계산합니다.

선도는 마지막 단계이며 경쟁사들이 흔히 생략하는 단계입니다. 제품표의 각 베어링에는 두 곡선이 있는 정적 한계 하중 선도가 붙습니다. 실선은 궤도면 용량으로, 회전 거동에 해로운 영향을 주지 않고 베어링이 수용할 수 있는 최대 정하중을 뜻합니다. 점선은 볼트 체결부 용량이며 특정 체결재 조건에만 유효합니다. 지지형 배열, 해당 베어링에 지정된 수량의 10.9급 볼트, 저점도 오일을 얇게 바른 나사산, 카탈로그 지정 조임 토크를 전제로 합니다. 정격 축방향 하중과 정격 전도 모멘트가 만나는 점이 두 곡선 아래에 있어야 합니다.

SKF의 계산 예는 독자들이 가장 궁금해하는 내용을 모두 담고 있으면서도 짧습니다. 미니 굴착기에 내치 선회 베어링이 필요합니다. 축방향 하중 Fₐ = 65 kN, 외부 레이디얼 하중 Fᵣ = 12 kN, 전도 모멘트 Mₜ = 120 kNm입니다. 하중비 Fᵣ/Fₐ = 12/65 = 0.184로 0.6 한계 안에 충분히 들어가므로 이 조건에서는 어느 시리즈든 후보가 됩니다. 미니 굴착기의 fL = 1.33을 적용하면 Fₐᵣ = 1.33 × 65 = 87 kN, Mₜᵣ = 1.33 × 120 = 160 kNm입니다. RKS.062.20.1094와 RKS.162.14.1094 모두 선도를 통과합니다. 강성이 중요하면 크로스 롤러형을, 그렇지 않으면 볼형을 선택하면 됩니다.

여기서 실제 판단에 쓰인 값에 주목하십시오. 87 kN과 160 kNm는 C₀와 전혀 비교하지 않습니다. 동정격하중과 정정격하중 가이드에서는 선회 링을 C₀가 아니라 C로 선정하는 것을 첫 번째 공통 오류로 꼽습니다. 위 수치가 그 이유를 보여줍니다. 저속 회전 링은 피로가 누적되기 훨씬 전에 궤도면 브리넬링으로 파손됩니다. 정정격 자체는 ISO 76, 동정격은 ISO 281에 정의되며 둘 다 제품표에 나옵니다. 이 값들은 후보를 추리는 기준이지 최종 합격 판정 기준이 아닙니다.

SKF의 하중 계수와 Kaydon의 사용 계수는 같은 수치가 아니다

두 주요 제조사는 서로 다른 양에 서로 다른 방식으로 정한 계수를 곱하는 선정법을 공개합니다. 한 공급사의 곡선으로 검토한 설계를 다른 공급사의 곡선으로 옮기면, 자신도 모르게 의도했던 여유가 달라질 수 있습니다.

Kaydon의 표는 기계의 종류가 아니라 운전 방식에 따라 값을 나눕니다. 일반 건설 작업에 쓰는 타이어식 이동 크레인은 1.00, 크롤러식은 1.10, 같은 크레인이라도 고철장과 조선소의 생산 작업에는 1.25, 임업 하역에는 1.50을 적용합니다. 굴착기는 전도 한계가 하중을 제한하면 1.25, 유압 릴리프 압력이 제한하면 1.50입니다. 인덱스 테이블과 턴스타일 테이블은 빈도와 충격에 따라 1.00–1.50이며, 조향 기어는 공기 타이어에 1.25, 솔리드 타이어에 1.50을 적용합니다(Kaydon).

SKF 목록과 비교하면 단순한 표현 차이가 아니라 실제 방법의 차이입니다. SKF는 이동식 크레인에 일괄적으로 1.5를 적용합니다. Kaydon은 같은 기계라도 하루 종일 어떤 작업을 하는지에 따라 1.00–1.50을 적용합니다. 어느 쪽도 틀린 것은 아닙니다. 추상화 방식이 다르며, 근거를 다시 계산하지 않고 계수를 옮겨 쓰면 다른 곡선에 맞춰 보정된 수치를 적용하게 됩니다.

추력 여유에서는 차이가 더 뚜렷합니다. Kaydon은 해당 조건의 모멘트와 무관하게 최대 추력 정격이 최대 운전 추력의 3배를 넘어야 한다고 명시합니다. 근거는 구조 강성과 하중 분포입니다. SKF 방법에는 대응 규칙이 없으며, 볼트 체결부 용량 곡선이 같은 우려의 일부를 이미 반영하기 때문입니다. SKF 선도로 선정한 뒤 같은 운전 조건에 Kaydon 제품을 견적한다면 3배 규칙을 별도로 확인하십시오.

두 제조사가 서로 다른 단위를 사용하므로 속도 한계를 환산해 보면 흥미로운 결과가 나옵니다. Kaydon의 일반 용도 상한은 단열 베어링 500 fpm, 다열 베어링 300 fpm입니다. 1 ft = 0.3048 m로 환산하면 각각 2.54 m/s, 1.52 m/s입니다. Kaydon의 다열 수치는 반올림 오차 안에서 SKF 크로스 롤러 한계 1.5 m/s와 일치하지만, 단열 수치는 SKF 중형 볼 베어링의 4 m/s보다 훨씬 낮습니다. 롤러·다열 상한에는 두 제조사가 거의 같은 의견을 보이고, 단열 볼형에서는 약 1.6배 차이가 납니다. 환산값은 당사가 계산했으며 원수치는 Kaydon 자료입니다.

Kaydon이 정의한 일반 용도 조건은 그 자체로 유용한 사전 점검 목록입니다. 회전축이 수직이고 압축 추력과 모멘트 하중을 받으며, 레이디얼 하중이 추력의 10% 미만이라고 가정합니다. 또한 요동 또는 간헐 회전, −20 °F–+140 °F(−29–+60 °C)의 운전 온도, 올바른 장착, 정기 윤활, 볼트 장력의 정기 확인을 전제로 합니다. 하나라도 벗어나면 공개된 곡선만으로 판단할 수 없습니다.

실제 운전 온도를 제한하는 요소

한계를 정하는 것은 링 강재가 아닙니다. 폴리아미드 스페이서, 고무 씰, 그리스이며 SKF 카탈로그 제품군에 공개된 운전 범위는 −25–+70 °C입니다.

표준 충전 그리스는 리튬 비누 증주제와 극압 첨가제를 사용한 광유계 그리스이며 NLGI 주도 등급 2입니다. 기유 점도는 40 °C에서 200 mm²/s, 100 °C에서 16 mm²/s입니다. SKF 트래픽 라이트 개념에서 신뢰할 수 있는 윤활 범위는 +30–+110 °C로, 그리스 자체의 전체 온도 범위보다 좁지만 실제 선정에는 더 유용합니다. 기유 점도와 첨가제 화학이 선택에 미치는 영향은 베어링 윤활 가이드를 참조하십시오.

설계 단계에서 쉽게 놓치는 열적 함정이 하나 있습니다. 외륜이 내륜보다 차갑게 운전되면 내부 틈새가 줄거나 예압이 증가합니다. SKF는 이 조건에서 응용 엔지니어링 검토를 권고합니다. 주변 공기에 노출된 외륜 안쪽에 뜨거운 허브가 있는 구조가 바로 이런 상태를 만듭니다.

이 베어링은 저속으로 움직이므로 실제 윤활 규칙은 짧고 비교적 관대합니다.

• 두 링 사이의 빈 공간을 그리스로 완전히 채워도 됩니다.
• 장착 직후 새 그리스가 씰의 전체 둘레에서 빠져나올 때까지 주입하십시오.
• 그리스가 고르게 퍼지도록 베어링이 회전하는 동안 재윤활하십시오.
• DIN 71412:1987 형식 A의 원추형 그리스 니플 네 개를 같은 간격으로 배치합니다. 외치 베어링은 내륜에, 그 밖의 형식은 외륜에 설치합니다.
• 주당 운전 시간에 따른 선도에서 재윤활 주기를 정합니다. 이 선도는 운전 온도 70 °C와 양호한 그리스를 전제로 하며, 먼지·습기·고온이 있으면 주기를 줄여야 합니다.

기어는 별도로 윤활하며 출하 시에는 그리스가 아니라 방청제만 도포되어 있습니다. 기어 윤활제는 40 °C에서 기유 점도 500 mm²/s 이상, 우수한 접착성, 높은 내수 세척성, 최소 +100 °C의 내열성이 필요합니다.

일체형 씰만으로 외부 보호를 대신할 수는 없습니다. SKF는 물, 진공, 고농도 연마성 오염물 또는 방사선에 노출되는 베어링에는 이 씰이 적합하지 않다고 분명히 밝힙니다. 시판 대형 V링이나 회전부 또는 고정부에 볼트로 고정하는 강판 커버를 보조 씰로 주로 사용합니다. 씰을 사양 변수로 다루는 일반 원칙은 밀봉형과 실드형 베어링에서 설명합니다.

기어: 치형을 의도적으로 경화하지 않는 이유

일체형 기어는 압력각 20°의 인벌류트 원통 기어이며 경화하지 않습니다. SKF는 ISO 1328-2 정확도 등급 12에 가까운 자체 규격으로 가공하고, 하나가 아니라 두 가지 치면력으로 정격을 표시합니다.

이 두 정격의 의미를 이해하는 것이 중요합니다. Tf normal은 정상 운전 하중에 허용되는 접선 방향 치면력으로, 치저 피로 응력을 기준으로 하며 3,000,000회 운전 사이클에 대해 계산됩니다. Tf max는 치저 파단을 기준으로 한 최대 허용 접선력입니다. 두 값은 호칭별로 공개되며 모두 비경화 기어에 적용됩니다. 수명 대부분을 Tf normal 아래에서 보내고 가끔 Tf max에 도달하는 운전 주기는 어느 한 한계 가까이에서 계속 운전하는 경우와 전혀 다른 설계 조건입니다. 단일 수치로는 이 차이를 표현할 수 없습니다.

기어 위치는 취향이 아니라 설계 결정이며 호칭에도 반영됩니다. SKF 중형 4점 접촉 볼 계열에서 061은 외치, 062는 내치, 060은 무기어입니다. 외치는 피니언이 중심에서 가장 먼 위치에서 맞물리고, 내치는 가장 가까운 위치에서 맞물리므로 구동계가 받는 레버 암이 달라집니다.

백래시에는 공개된 값과 직관에 반하는 최소 한계가 있습니다.

피니언 위치를 맞춘 뒤 필러 게이지로 파란색 마크와 문자 B 지점에서 측정하십시오. 이 마크는 원주에서 치간 간격이 가장 작은 곳을 나타냅니다. 다른 위치의 백래시가 더 큰 것은 정상적인 형상 공차이며 문제를 일으키지 않습니다. 또한 백래시 0은 정밀한 상태가 아니라 결함입니다. SKF는 실제 경험상 백래시가 0이면 구조물에 과부하가 생겨 기어 수명이 크게 줄 수 있다고 설명합니다.

링에서 포기한 경도는 피니언이 담당합니다. 피니언은 보통 경화·연삭하며 양쪽에서 베어링 기어보다 약 5 mm씩 더 길어야 합니다. 치끝 릴리프는 0.01 × 모듈, 릴리프 높이는 0.4–0.6 × 모듈, 반지름은 0.1–0.15 × 모듈이 적합합니다. 이 릴리프는 더 부드러운 베어링 기어의 치저에서 맞물림 간섭을 막습니다. 릴리프가 없으면 초기 길들이기 마모가 소음 증가로 나타납니다. SKF는 이를 실질적으로 유해하지 않은 현상으로 설명합니다. 마모 속도는 점차 낮아지고 소음도 줄어들어야 합니다. 이런 길들이기 현상과 실제 베어링 결함을 구분하는 방법은 베어링 소음 가이드에서 다룹니다.

이렇게 절삭한 치형은 조질 상태로 남으므로 표면에 보이는 것은 연삭 흔적이 아니라 절삭 마감입니다.

장착: 지지 구조물도 베어링의 일부다

선회 베어링은 지름에 비해 단면이 작아 자체 강성이 낮습니다. 볼트로 체결한 구조물의 형상을 그대로 따라갑니다. 이것이 카탈로그에 제작 구조물의 공차가 제시되고, 그 공차가 일반 용접 작업에서 예상하는 수준보다 엄격한 이유입니다.

구조물. 장착 플랜지는 베어링 링의 전체 측면을 지지해야 합니다. 최소 두께는 평균 궤도 지름 500 mm 이하에서 0.05 × dₘ, 500–1,000 mm에서 0.04 × dₘ, 1,000 mm 초과에서 0.03 × dₘ입니다. 구조물의 최소 벽 두께는 S₁ = 0.35 × S입니다. 내측 또는 외측 플랜지가 있는 두꺼운 원통형 구조물이 트러스 프레임을 사용한 얇은 용접 구조물보다 유리합니다. 하부와 상부 구조물의 벽은 전동체 조립체와 일직선에 놓아 하중 경로를 직접 만들어야 합니다.

표면. 가공은 필수이며 거칠기는 Ra 3.2–6.3 µm여야 합니다. 면은 평탄하고 녹, 도장, 버가 없어야 합니다. 세척한 뒤 건조하고, 특히 방청제·오일·그리스를 남겨두면 안 됩니다. 링과 구조물의 접합부는 마찰로 하중을 전달하므로 윤활하면 기능을 해칩니다.

평면도는 세 가지로 나누어 확인합니다.

• 원주 방향 전체 평면도는 tc = (dₘ + 1000)/10000 mm 이하입니다.
• 측정점 간격은 체결 볼트 구멍 피치보다 넓어서는 안 됩니다. 연속한 두 점이 같은 방향으로 벗어날 때 편차는 0.0002 × n 이하이며, n은 두 점 사이 거리입니다. 기울기 방향이 바뀌면 두 편차의 합은 0.002 × n 이하여야 합니다.
• 레이디얼 또는 횡방향 평면도, 즉 지지면 폭에 걸친 테이퍼는 tt = B/1000 이하이며 B는 지지면 폭입니다.

볼트 체결에서는 두 제조사의 방법이 다시 달라집니다. SKF는 DIN EN ISO 4014:1999의 육각 머리 볼트, 강도 등급 10.9(EN ISO 898), 최소 체결 길이 _L_K = 5 × G를 지정합니다. 볼트 머리와 너트 아래의 평와셔는 경화 또는 담금질·뜨임 처리해야 하며, 어떤 종류의 스프링 와셔도 사용해서는 안 됩니다. 정확한 토크 렌치나 유압 텐셔너를 사용해 최소 두 단계로 조입니다.

Kaydon은 SAE J429 Grade 8 또는 ISO 898-1 Class 10.9를 허용합니다. 장비 설계자가 정한 최종 설계 장력의 30%, 80%, 100%로 세 단계에 걸쳐 별 모양 순서로 장력을 줍니다. 베어링 아래에 얇은 라이저 플레이트를 사용하는 것도 경고합니다(Kaydon). 평면도와 처짐 한계는 공식이 아니라 피치 지름과 볼 지름에 따른 그래프로 제시합니다. SKF 부품이 아니더라도 SKF의 닫힌형 공식을 참고해 둘 만한 이유입니다.

연질부는 자세히 알아둘 가치가 있습니다. 궤도면만 고주파 경화하며, 고주파 경화 공정은 어디선가 시작하고 끝나야 합니다. 이 때문에 작은 비경화 원호가 남고 SKF는 이를 빨간색 마크와 문자 F로 표시합니다. 가능한 경우 볼이나 롤러를 넣는 구멍과 같은 위치에 두며, 삽입 후에는 궤도면 윤곽에 맞춘 플러그로 막습니다. 두 번째 구조물을 장착할 때 자유 링의 F 마크는 이미 고정된 링의 F 마크에서 180° 떨어져야 합니다. 명칭은 통일되어 있지 않아 중국 및 애프터마켓 링에는 같은 부위를 S로 표시하는 경우가 많습니다. 기능은 같고 문자만 다르므로 한 가지 관행만 아는 작업자는 존재하지 않는 마크를 찾게 됩니다. 실제 조립 정보를 담은 방향 마킹은 4열 원통 롤러 베어링에서도 다룬 바 있습니다.

설치 마무리에는 두 가지 인수 검사가 필요합니다. 자유 링을 돌려 토크가 과도하게 변하거나 걸리는 구간이 없는지 확인하십시오. 예압, 그리스, 씰 마찰 때문에 절대 토크가 높은 것은 정상입니다. 문제는 변화량이며, 변화가 크면 타원 변형을 의심해야 합니다. 다음으로 정해진 전도 모멘트를 가한 상태에서 다이얼 게이지로 주 하중선의 축방향 전도 틈새를 측정합니다. 측정점에서 180° 떨어진 위치의 레이디얼 틈새가 사실상 0인지 확인하십시오. 인접 부품에 측정 위치를 표시하고 설치 보고서에 값을 기록합니다. 이 값이 기계 수명 전체의 마모 기준선이 되며 나중에는 복원할 수 없습니다.

평균 궤도 지름이 2,000 mm를 넘는 링에는 검은색 마크가 있으며 한 단계가 추가됩니다. 두 검은색 마크를 맞추고 센터링 지름에서 30° 간격의 여섯 지점으로 타원도를 측정합니다. 평균 궤도 지름 2,000–3,000 mm에서는 0.5 mm 이내여야 합니다. 교정할 때는 강제로 때리지 말고 잭이나 별 모양 공구로 작게 탄성 변형시킵니다.

마모된 링과 잘못 장착된 링을 구분하는 방법

현재의 축방향 전도 틈새를 설치 시 기록값과 비교하면 됩니다. 궤도면 마모와 축방향 틈새는 함께 증가하므로 틈새 추이가 곧 마모 측정값입니다. 기준선이 없으면 측정 자체가 성립하지 않습니다.

SKF의 점검 주기는 2,000시간 운전 후 또는 최소 연 1회입니다. 매번 결과를 기록해 그래프로 표시하면 유격이 위험해지기 전에 추세를 볼 수 있습니다.

현장에서 전도 틈새를 측정할 수 없으면 베어링 높이 감소량으로 대신합니다. ΔHw = Hs0 − Hs1이며, Hs0는 설치 직후 높이, Hs1은 현재 높이입니다. 항상 같은 절차로 측정하십시오. 허용 감소량은 전동체 지름에 비례합니다. 14 mm 전동체에서 1 mm, 16 mm에서 1.2 mm, 20 mm에서 1.5 mm, 30 mm에서 2.2 mm입니다. 경량 시리즈 4점 접촉 볼 베어링은 20 mm 볼을 사용하므로 흔한 한계는 1.5 mm이며, 호칭만으로 전동체 크기를 알 수 있습니다.

대형 선회 배열이 실제로 분리되는 상당수 사례가 볼트 접합부에서 발생하므로 궤도면만큼 주의해야 합니다.

• 운전 시작 후 3–12주 사이에 모든 체결 볼트를 다시 조입니다. 이후 장기간 정지 후 재가동 전, 2,000시간 운전 후 또는 최소 연 1회 재점검하십시오.
• 볼트의 규정 예압이 20% 이상 감소했다면 해당 볼트와 양옆의 두 볼트를 교체하십시오.
• 한 링에서 볼트의 20% 이상이 규정 예압의 80% 미만이면 해당 링의 볼트를 모두 교체하십시오.
• 한 번에 두 개 이상의 볼트를 풀거나 교체하지 말고, 최초 장착과 같은 조임 방법·공구·볼트 형식을 사용하십시오.
• 베어링을 교체할 때는 볼트도 반드시 교체하십시오.

정상 정비 중에는 씰을 최소 6개월마다 검사하고 손상 흔적이 있으면 세척하거나 교체합니다. 씰 립 전체 둘레에 그리스가 있는지도 확인하십시오.

예비품 보관도 실제 고장 원인이 됩니다. 상대습도 60% 미만, 진동과 큰 온도 변화가 없는 조건에서 원래 포장 상태라면 선회 베어링의 보관 수명은 약 1년입니다. 더 오래 보관하려면 포장 방식이 달라지므로 발주 시 지정해야 합니다. 링은 전체 측면이 지지되도록 눕혀서 보관하고 세워두지 마십시오. 세우면 링과 전동체의 무게로 영구 변형될 수 있습니다. 운송할 때도 같은 원칙을 적용하며 한 지점이나 볼트 하나에 걸어 들어 올려서는 안 됩니다. 이미 손상이 생겼다면 베어링 고장 분석의 고장 모드 체계를 다른 베어링과 마찬가지로 선회 궤도면에도 적용할 수 있습니다.

치수 표준이 없을 때 호칭 읽기

선회 베어링 주요 치수를 정하는 표준이 없으므로 호칭은 제조사 고유 코드입니다. 주요 제조사들이 같은 경량·중형 외형 치수에 수렴했기 때문에 호환이 가능할 뿐이며, 이 범위를 벗어나면 바로 호환성이 사라집니다.

SKF는 호칭 체계를 모두 공개하므로 설명용 사례로 유용합니다. RKS.는 SKF 선회 베어링을 뜻합니다. 다음은 시리즈로, 경량 4점 접촉 볼은 2, 중형 4점 접촉 볼은 06, 중형 크로스 원통 롤러는 16입니다. 그다음은 기어 위치입니다. 중형 시리즈에서 1은 외치, 2는 내치, 0은 무기어이며 경량 시리즈의 무기어는 3입니다. 이어서 전동체 크기가 오는데 볼은 20, 25, 30 mm, 롤러는 14, 16, 20 mm입니다. 마지막은 밀리미터 단위의 평균 궤도 지름입니다. 따라서 RKS.062.20.1094는 내치, 20 mm 볼, 평균 궤도 지름 1,094 mm인 중형 4점 접촉 볼 선회 베어링입니다. 주문 제작 베어링은 외경 구간, 형식, 전동체 크기를 부호화한 별도 체계를 사용합니다.

실무적으로는 어떤 항목을 문의서에 넣어야 하는지가 중요합니다. 외경과 볼트 원만으로는 호환 여부를 판단할 수 없습니다.

재질과 관련해서는 지름 경계에서 강종이 바뀌는 두 가지 사실도 함께 확인해야 합니다. SKF는 평균 궤도 지름 1,094 mm까지 EN 10083-2의 C45E 조질강, 그보다 큰 제품에는 EN 10083-3의 고주파 경화용 42CrMo4 강을 사용합니다. 볼과 롤러는 EN ISO 683-17의 100Cr6 완전 경화강입니다. 궤도면만 고주파 경화하며 링과 기어 치형은 의도적으로 영향을 받지 않게 둡니다. 이는 SKF 2019년 카탈로그가 인용한 표준 판본이며 이후 개정된 표준도 있으므로, 현재 표준 판본이 아니라 제조사 사양의 근거로 이해해야 합니다.

표준이 있는 베어링에도 같은 원칙을 적용하는 제조사 간 대조 방법은 베어링 상호 대조와 베어링 번호 읽기 가이드를 참조하십시오. 장착된 링을 측정해 식별하려면 베어링 측정 방법부터 확인하십시오. 생산 지역으로 보면 베어링 제조사 조사에서 다룬 뤄양 클러스터가 중국 선회 링 생산의 상당 부분을 차지합니다.

ANDE는 선회 링을 제조하지 않습니다. 대신 같은 고딕 아치 형상을 더 작은 지름에 적용한 4점 접촉 볼 베어링을 내경 30–500 mm 범위로 생산합니다. 위에서 설명한 것과 같은 하중 및 공차 근거로 상호 대조하고 사양을 검토합니다. 요구 형상이 이 범위 안에 있거나 도면에 반영하기 전 선회 베어링 선정에 대한 추가 검토가 필요하다면 엔지니어링 팀에 보내주십시오.

자주 묻는 질문

선회 베어링이란 무엇입니까?

어느 방향에서든 축방향 하중, 레이디얼 하중, 전도 모멘트를 동시에 지지하고 상·하부 구조물에 직접 볼트로 체결하는 대구경 구름 베어링입니다. 제한된 각도에서 선회하거나 연속 회전할 수 있으며 보통 저속으로 움직입니다. 궤도면만 경화하고 한쪽 링에는 일반적으로 기어가 있습니다.

턴테이블 베어링과 선회 베어링은 같은 것입니까?

산업 분야에서는 선회 링, 슬루 링과 함께 같은 뜻으로 사용합니다. 혼동은 용어보다 시장에서 생깁니다. 턴테이블 베어링을 검색하면 모멘트 정격이나 여기서 다룬 엔지니어링 데이터가 전혀 없는 소비재용 회전판과 회전 트레이 하드웨어도 함께 나옵니다.

선회 베어링에는 어떤 형식이 있습니까?

단열 4점 접촉 볼, 단열 크로스 원통 롤러, 복열 4점 접촉 볼, 복열 원통 롤러, 3열 롤러, 와이어 레이스의 여섯 가지입니다. 처음 두 형식이 대부분의 배열을 담당합니다. 3열 롤러는 정격이 가장 높지만 주변 구조물의 처짐에 가장 민감합니다.

선회 베어링의 하중 용량은 어떻게 계산합니까?

기계의 하중을 하나의 합성 축방향 하중과 합성 전도 모멘트로 환산하고 둘 다 용도별 하중 계수를 곱합니다. 그 점이 해당 베어링 정적 한계 하중 선도의 궤도면 곡선과 볼트 체결부 곡선 아래에 모두 있는지 확인하십시오. SKF의 계수는 기계 종류에 따라 1.15–2입니다. 볼트 원이 지배 조건이 될 수 있으므로 C₀만으로는 결정할 수 없습니다.

선회 베어링의 S 또는 F 마크는 무엇을 뜻합니까?

고주파 경화가 시작되고 끝나는 비경화 원호인 궤도면 연질부를 표시하며, 일반적으로 플러그로 막은 전동체 삽입 구멍에 있습니다. SKF는 빨간색 마크와 문자 F를 사용하고 많은 다른 공급사는 S를 사용합니다. 장착할 때 두 링의 연질부는 서로 180° 떨어져야 합니다.

어느 정도의 마모가 한계입니까?

현재 축방향 전도 틈새를 설치 시 기록값과 비교하고, 2,000시간 운전 후 또는 최소 연 1회 점검하십시오. 틈새를 측정할 수 없다면 전동체 지름별 베어링 높이 감소량을 사용합니다. 14 mm 전동체는 1 mm, 20 mm는 1.5 mm, 30 mm는 2.2 mm가 한계입니다.

핵심만 정리하면

선회 베어링은 내부에 전동체가 들어 있는 구조 부품이므로 그에 맞게 사양화해야 합니다. 대부분의 결정은 다음 여섯 가지로 정리됩니다.

• 치수 표준이 없습니다. 시리즈 이름만 믿지 말고 설치 외형, 기어, 볼트 패턴을 확인하며, 공개된 호환성에는 지름 한계가 있다는 점을 기억하십시오.
• 하중 선도가 합격 판정 기준입니다. 궤도면과 볼트 체결부 두 곡선 아래에 운전점이 있어야 합니다. 정격하중은 후보를 추릴 뿐 최종 승인을 대신하지 못합니다.
• 선도에 표시하기 전에 계수를 곱하고, 그 계수가 어느 체계에서 왔는지 확인하십시오. SKF는 기계 종류, Kaydon은 운전 조건을 기준으로 하며 Kaydon에는 SKF 방법에 없는 3배 추력 여유 규칙이 있습니다.
• 볼형이 더 약한 형식은 아닙니다. 위 카탈로그 행에서는 지름과 질량이 같을 때 축방향 정하중 용량이 87% 더 높았습니다. 강성과 정밀도가 필요하면 크로스 롤러형을 선택하되 속도를 희생해야 합니다.
• 용접 구조물도 검토 범위입니다. 플랜지 두께, Ra, 세 가지 평면도 검사, 볼트 등급과 예압을 확인하십시오. 유연한 프레임 위의 완벽한 베어링은 결국 마모된 베어링이 됩니다.
• 첫날 틈새를 기준값으로 기록하십시오. 마모는 추세로 판단하며, 첫 측정값은 나중에 다시 얻을 수 없는 유일한 값입니다.

축방향 하중, 레이디얼 하중, 전도 모멘트, 선회각, 속도, 운전 주기, 온도 범위를 엔지니어링 팀에 보내주십시오. 최종적으로 당사 제품을 사용하지 않더라도 함께 선정해 드립니다.

저자 소개

Jeff Li는 ANDE Bearing에서 베어링 엔지니어링과 글로벌 조달에 관한 글을 씁니다. 자동차, 중공업, 재생 에너지 분야의 OEM 및 애프터마켓 구매자와 직접 협업합니다. LinkedIn에서 연결할 수 있습니다.