1.3 베어링 손상시 하중통로의 형태와 의미

Patterns of Load Paths and Their Meaning in Bearing Damage

 

베어링 손상은 설치전, 설치중 및 운전중에도 발생할 수 있다. 작용하는 하중과 구름 베어링에 의해 베어링 내부 표면에 형성되는 하중 영역이나 형태가 사고규명에 실마리를 제공한다. 하중 영역에 관한 연구를 통해 정보를 얻으려면 정상과 비정상 패턴의 차이를 알아야 한다. 그림 3-5는 일정방향으로 작용하는 하중이 구름 요소들에 어떻게 분포되는지를 보여주고 있는데, 큰 화살표는 작용하중을 작은 화살표는 베어링의 각 볼이나 롤러로 지지된 작용하중의 분담이다. 정지링은 하중분포 형태가 180̊ 보다 작은 반면, 회전링은 360〫전체에 이르고 있다. 그림 3-6은 내륜이 회전하고 하중 방향이 일정할때 볼 베어링 내부에서의 하중 영역을 나타낸다. 그림 3-7은 방향이 일정한 하중에 대하여 외륜이 회전하거나 또는 내륜이 회전하고 하중이 축과 동위상으로 회전할때 야기되는 하중 영역을 나타낸 것이다. 그림 3-8은 축방향 하중을 받는 홈이 깊은 볼베어링의 형태이고, 그림 3-9는 과도한 축방향 하중이 걸릴 때의 형태이다. 균일하게 작용하는 축방향 하중과 과도한 반경방향 하중으로 하중통로가 양륜에서 완전히 360̊에 걸쳐 있다. 축방향 및 반경방향 하중의 조합으로 그림 3-10과 같이 두 하중사이 어디엔가 패턴이 형성되는데 내륜의 하중을 받는 부분은 중심을 벗어나고 외륜의 길이는 반경방향 하중에 의한 것보다 크지만, 반드시 360̊는 아니다. 2열 베어링에서는 조합하중으로 인하여 하중의 결합으로 구름 요소의 2개 열의 길이가 불균일한 영역이 생기는데, 추력이 크면 구름요소의 한 열은 하중을 전혀 받지 않을 수 있다.

억지 끼워 맞춤(Interference Fit)할때 내륜이 축에서 미끄러지지 않을 만큼 충분해야 하지만, 베어링 내부 간극도 움직일 만큼 크지 않아야 한다. 어떠한 베어링의 형태라도 이 같은 맞춤이 적용되어야 할 표준이 있으며, 맞춤 관례는 "부적절한 맞춤에 의한 손상" 부분에서 더 자세히 설명된다. 맞춤이 매우 타이트하면 베어링 내외륜 사이의 구름 요소가 압박을 받아 내부적으로 예하중을 받게 되는데 이러한 경우, 베어링에서 관찰되는 하중 영역은 그림 3-11과 같이 정상적인 손상수명이 아니다. 내외륜이 360̊로 하중을 받지만, 작용하중이 내부 예하중과 서로 겹치는 정지링(Stationary Ring)에서 패턴은 더욱 넓어진다.

찌그러지거나 둥글지 않은 하우징 보어는 외륜을 꽉끼게 한다. 그림 3-12는 하우징 보어가 초기부터 원형이 아니거나 하우징을 오목이나 볼록면에 조임으로 인해 원형이 변하는 베어링에 나타난 하중 영역을 나타낸 것이다. 이러한 경우, 비틀림 형태에 따라 외륜은 둘 이상의 하중 영역을 나타내는데, 이것은 내부에 예하중의 한 형태이다. 그림 3-13은 정지된 외륜에 원형이 아닌 하우징을 꽉끼게 설치된 베어링의 사진으로써, 외륜의 Raceway 양쪽을 나타내는 거울상(Mirror View)이다.

구름 베어링의 어떤 형태는 매우 제한된 Misalignment가 되었는가에 따라 달라진다. 그림 3-14는 내륜이 축에 대해 Misalignment되었을 때 나타낸다. 원통형 롤러 베어링, 경사진(Tapered) 롤러 베어링, 각접촉(Angular-Contact) 볼 베어링 등은 Misalignment에 민감하지만, 하중영역에서 이런 상태를 탐지하기에는 몹시 어렵다. 앞서 기술한 손상형태의 기본 지식에 대하여 다음의 설명을 고려해야 한다.

그림 3-5 베어링내 하중 분포 그림 3-6 하중에 대한 회전하는
내륜의 정상 하중 영역

그림 3-7 하중에 대한 회전하는 외륜의 그림 3-8 축방향 하중의 정상 하중 영역
정상 하중 영역 또는 내륜과
동위상으로 회전하는 하중

그림 3-9 과도한 스러스트 하중시 그림 3-10 축방향 및 원주방향 하중이
하중 영역 조합된 정상적인 하중영역

그림 3-11 반경방향 하중을 지지하고 그림 3-12 베어링 외륜을 꼭끼워
내부 예하중을 받는 베어링의 하중 영역 원형이 아닌 하우징에 의한 하중 영역

그림 3-13 하우징에 의해 찌그러진 외륜의 거울상

그림 3-14 외륜이 축과 Misalignment 그림 3-15 내륜이 하우징에 대해
되었을 때 하중 영역 Misalignment되었을 때 하중영역

 

1.3.1 베어링 시트 缺陷에 의한 故障 (Failure Due to Defective Bearing Seats on Shafts and in Housing)

1.3.2 오정렬 (Misalignment)

1.3.3 設置不良의 慣例 (Faulty Mounting Practice)

1.3.4 不適切한 맞춤에 의한 損傷 (Damage Due to Improper Fits)

1.3.5 不充分 또는 不適切한 潤滑 (Inadequate or Unsuitable Lubrication)

1.3.6 非效果的인 실링 (Ineffective Sealing)

1.3.7 振動 (Vibration)

1.3.8 베어링을 통한 電流의 通路 (Passage of Electric Current Through the Bearing)

 

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