4. 기본동정격하중과 피로수명
구름베어링의 부하 능력을 나타내는 기본동정격하중은, 외륜 정지 상태에서 내륜이 100만 회전 할 수 있는, 방향과 크기가 일정한 하중입니다.
하중을 부하하면서 회전하면, 외륜 또는 내륜의 궤도면과 전동체의 전동면가 반복 하중을 받으므로, 재료의 피로에 의해 비늘 모양의 손상(플레이킹)이 궤도면 또는 전동면에 나타납니다. 이 손상이 나타날 때까지의 총회전수를 구름피로수명 또는 베어링 수명이라 합니다.
베어링 수명
소음, 진동 또는 토크 상승으로 인한 교환, 베어링 온도 상승으로 인한 교환 등, 사용자나 애플리케이션에 따라 베어링 수명의 기준은 다양합니다. 이들 베어링 수명은 경험 또는 통계학을 근거로 계산하여 예측됩니다.
구름피로수명
베어링이 하중을 받아 회전하면, 내외륜의 궤도면과 전동체의 전동면이 반복 하중을 받아 내부 응력이 발생합니다.
이로 인한 재료의 피로에 의해 결국 플레이킹(비늘 모양의 손상)이 궤도면 또는 전동면(주로 내륜 궤도면)에 나타납니다.
이 손상이 나타날 때까지의 총회전수를 구름피로수명이라 합니다.
내륜 궤도면의 플레이킹 사례
구름피로수명의 편차
구름피로수명의 경우, 치수, 구조, 재료, 열처리, 가공 방법 등이 같은 수많은 베어링을 동일 조건에서 운전해도, 아래 그래프와 같이 상당히 큰 편차가 있습니다. 이는 재료의 피로 그 자체에 본질적인 편차가 있기 때문입니다.따라서 이 수명 편차를 통계적 현상으로 취급하여 다음과 같이 정의된 기본정격수명을 사용합니다..
기본정격수명(L10) = 동일 형번의 베어링을 동일 조건에서 각각 회전시켰을 때, 그 중 90%의 베어링이 구름 피로에 의한 플레이킹(박리)을 일으키지 않고, 회전할 수 있는 총회전수를 기본정격수명(L10)이라 합니다.
기본정격수명 L10
동일 형번의 베어링을 동일 조건에서 각각 회전시켰을 때, 그 중 90%의 베어링이 구름 피로에 의한 플레이킹(박리)을 일으키지 않고, 회전할 수 있는 총회전수를 기본정격수명(L10)이라 합니다.
- 왼쪽 그래프는 베어링 수명 시험 결과를 근거로, 시간과 불신뢰도(손상률)을 직선에 근사하게 가시화한 것이며, 와이블 플롯이라 합니다.
- 와이블 플롯은 신뢰성 시험으로 얻은 데이터가 와이블 분포(※)를 따라가는지 판정하고, 와이블 분포의 파라미터을 구하기 위해, X축에 시간(로그 스케일)을, Y축에 누적 고장률(손상률)을 기술한 것입니다.
* 물체의 강도를 통계적으로 설명하기 위한 "확률 분포"입니다.
기본동정격하중
정의: 내륜 회전, 외륜 정지 조건에서, 100만회(106) 회전했을 때, 정격피로수명(10%의 고장률 또는 90%의 신뢰도 계수)을 확보할 수 있는 방향과 크기가 일정한 하중.
점접촉
점접촉은 작은 하중, 저토크, 고속에 적합
선접촉
선접촉은 큰 하중, 저속에 적합
L10 = (C/P) 3 볼베어링의 경우
=(C/P)10/3 롤러베어링의 경우
여기서
L10: 신뢰도 90%의 기본정격수명 [X106회전]
C: 기본동정격하중[N]
"C"는 레이디얼 베어링의 경우 "Cr", 스러스트 베어링의 경우 "Ca"로 표시됩니다.
P: 베어링 하중(등가 하중) [N]
"P"는 레이디얼 방향 하중의 경우 "Pr"로 표시되고 액시얼(스러스트) 방향 하중의 경우 "Pa"로 표시됩니다.
하중 크기 및 수명
구름베어링의 기본동정격하중 C, 베어링 하중 P와 기본정격피로수명 사이에는 다음의 관계가 있습니다.
기본동정격하중Ｃ ⇒ 100만 회전의 수명을 갖는 일정 하중
볼베어링의 경우, L10=(C/P)3
롤러베어링의 경우, L10 = (C / P) 10/3
L10 : 기본정격수명 (× 106 회전)
P: 베어링하중(동등가하중) (N)
C: 기본동정격하중(N)
기본정격피로수명은 시간으로 나타내는 것이 편리합니다.
베어링의 기본정격피로수명과 회전 속도 사이에는 다음의 관계가 있습니다.
볼베어링
롤러베어링
여기
L10 : 기본 정격 수명 (h)
n: 회전 속도(min-1)
볼베어링: 하중이 절반이 되면, 수명이 8배 더 길어집니다
롤러베어링: 하중이 절반으로 줄어들면 수명이 10배 더 길어집니다.