7. 끼워맞춤과 클리어런스

끼워맞춤 선정이 부적절한 경우, 크립(Creep) 손상이, 클리어런스 선정이 부적절한 경우, 소착 손상이 발생할 수 있습니다.

끼워맞춤

끼워맞춤이란, 베어링 내륜 내경과 축 외경의 관계, 또는 베어링 외륜 외경과 하우징 내경과 같이, 서로 맞닿는 축과 하우징의 치수나 공차를 설정하는 것입니다.

기계 가공 시의 편차를 공차라 하며, 끼워맞춤은 다음과 같이 구분됩니다.

끼워맞춤의 중요성

산업용 모터와 같은 내륜 회전 하중 조건(내륜 : 억지끼워맞춤, 외륜 : 헐거운끼워맞춤)에서 부하 하중, 끼워맞춤면의 거칠기, 운전 중의 온도 등에 의해 끼워맞춤양이 감소하여 끼워맞춤면에 틈새가 생기면, 프레팅(※)이나 크립(다음 페이지 참조)이 발생하기 쉬워집니다.
그대로 계속 사용하면, 베어링 설치부에 마모, 진동, 또는 이상 발열이 발생합니다.
(※) 두 접촉면 사이의 상대적 반복 미소 미끄럼에 의한 마모

과대한 억지끼워맞춤(끼워맞춤양 大)으로 베어링을 축에 조립하면, 내륜 재료의 인장 강도를 초과한 응력 집중에 의해, 내륜의 균열이 발생할 수 있습니다.

내륜 균열이 발생하지 않더라도, 조립 시의 내륜 팽창으로 베어링 내부 클리어런스가 감소하여 이상 발열이 발생할 가능성이 있습니다.

사용 조건을 고려한 끼워맞춤양 설정이 중요합니다.

내륜 프레팅

뜯김 손상을 동반한 내륜 크립

내륜의 축방향의 균열

내륜의 소착

크립(Creep)

구름베어링이 작은 끼워맞춤양으로 축에 설치되어, 내륜에 하중을 받아서 회전하면, 내륜과 축 사이에 원주 방향의 유해한 미끄러짐이 발생할 수 있습니다.

이러한 유해한 미끄러짐은 크립이라 하며, 다음의 이유에 의해 끼워맞춤양이 감소하면 발생하기 쉬워집니다.

하중 방향에 대해 궤도륜이 정지(내륜 또는 외륜 정지 하중)해 있으면, 궤도륜을 끼워맞춤면에서 움직이는 힘이 발생하지 않습니다.

한편 하중 방향에 대해 궤도륜이 회전(내륜 또는 외륜 회전 하중)하고, 그 끼워맞춤면에 틈새가 있으면(발생하면), 원주 방향으로 크립됩니다. 내륜 회전 하중의 경우, 끼워맞춤양 감소의 이유는 다음과 같습니다.

내륜은 레이디얼 하중이 부하되면 부하권에서 경방향으로 압축되므로, 원주 길이가 약간 길어져, 끼워맞춤양이 감소합니다.
축과의 압입에 의해, 표면이 미세하게 소성 변형되어 끼워맞춤양이 감소합니다.
운전 중의 베어링 온도 상승에 의해 끼워맞춤양이 감소합니다.

갉아먹는 내부 고리 크리프의 예

크리프 발생 메커니즘

내륜과 축의 끼워맞춤양이 감소하여, 내륜과 축 사이에 틈새(c)가 생기는 경우, 끼워맞춤 단면에 있어서, 내륜측(내륜 내경)의 원주 길이 : π(d + c)는 축측(축 외경)의 원주 길이 : πd 보다 길어집니다.

따라서, 축이 회전할 때, 내륜의 회전은 축의 회전 방향과 반대 방향으로 늦어지게 됩니다. (왼쪽 애니메이션 참조)

끼워맞춤면의 틈새 c라 하면, 1회전에 πc만큼 축의 회전 방향과 반대 방향으로 이동합니다.

끼워맞춤 선정

내륜 회전 하중 : 하중은 내륜의 회전을 따라가지 않습니다. (내륜 부하권이 변화합니다.)
외륜 정지 하중 : 하중은 외륜의 회전을 따라갑니다. (외륜 부하권이 변화하지 않습니다.)
내륜 정지 하중 : 하중은 내륜의 회전을 따라갑니다. (외륜 부하권이 변화하지 않습니다.)
외륜 회전 하중 : 하중은 외륜 회전을 따라가지 않습니다. (외륜 부하권이 변화합니다.)