9.1 구름요소 베어링의 특징

Rolling Element Bearing Characteristics

 

슬리브(유체) 베어링 기계와 구름 베어링 기계는 베어링이 기본적으로 서로 다르기 때문에 각각 다른 감시방식과 진단기법을 요한다. 슬리브 베어링 내에서 축을 지지하는 얇은 유막은 베어링에 대한 축의 상대적인 움직임을 허용한다. Proximity Transducer는 축의 상대적인 움직임을 측정하기 위해 설계되었기 때문에 슬리브 베어링의 상대 축진동을 측정하기 위한 가장 적합한 변환기다. 그러나, 구름 베어링은 설계상 간극이 매우 작기 때문에 베어링에 대한 상대 축진동이 크게 발생하지 않는다. 축에서 발생하는 힘은 구름요소(Rolling Element)를 통해 베어링 외륜에 전달되고, 이는 궁극적으로 베어링 하우징에 전달된다. 이러한 전달 경로로 인하여, 구름 베어링을 가진 기계의 진동감시에 보통 케이싱(베어링 하우징) 측정 방식을 적용하는 것이 일반적이다(그림 10-31).

구름 베어링과 슬리브 베어링은 매우 다른 진동특성을 가지고 있다. 구름 베어링에서 발생되는 진동신호는 몇 가지 성분을 포함하고 있으며, 그 성분은 베어링 형상, 구름요소의 수량과 베어링 회전속도와 관련이 있다. 이와 관련한 진동주파수들은 전형적으로 1내지 7배의 요소 통과율(Element Passage Rate [EPx])이며, 새 베어링에서도 발생되나 진폭은 대단히 작다. 여기서 요소 통과율이란 구름요소들이 베어링의 내륜이나 외륜의 한 지점을 통과하는 비율이다. 베어링이 손상됨에 따라 이들 주파수에서의 진폭은 증가할 것이다. 베어링과 관련한 이 신호들을 관찰하므로써 구름 베어링의 진동문제를 진단하게 되고 베어링에서 어느 부분이 손상되었나를 알게된다. 이러한 정밀진단은 분석자들의 신용도를 높여 주지만 관리자 입장에서 보면 베어링의 어느 부분이 손상되고 있는가는 필요하지 않고 다만 기계 손상을 막기 위해서는 언제 베어링을 교체해야 하느냐가 중요하다. 구름 베어링에서 생기는 주파수 성분은 그것이 기계관리에 반드시 필수적인 것이 아닐지라도 두 가지 이유에서 예측될 수 있다. 첫째 한 요소에서의 어떤 결함은 다른 요소의 결함을 발생시키기 때문에 베어링 결함이나 관련 주파수 성분은 변한다. 둘째 계산된 주파수는 유지 보수를 예측하고 일정을 계획하는데 거의 도움이 되지 않는다. 구름 베어링은 베어링 전체를 교체하므로 베어링 손상의 정도만을 전체적으로 파악하면 된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 주파수들은 때때로 조기 베어링 고장의 근원을 분리해 장기 유지 보수에 대한 목표 관리를 세우는데 도움을 줄 수 있다. 구름요소 베어링에는 몇 가지 형태(Ball, Cylindrical, Spherical, Tapered 및 Needle)가 있다(그림 10-32). 이들 구름 베어링은 형태에 관계없이 Cage 내에서 보통 고정되는 구름요소에 의해 분리된 내륜 및 외륜을 포함한다. 기계적인 결함은 이러한 구성요소 어디에서든지 진행될 수 있다. 베어링 기본형상과 관계되는 주파수 성분은 베어링이 회전할 때 생성된다.

그림 10-31 구름 베어링의 구조

 

그림 10-32 구름 베어링의 형식

 

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