베어링 수명 계산: 베어링 수명 예측의 비밀: 베어링 수명 예측의 비밀

베어링 수명의 실용적인 계산

이전 글에서는 베어링의 수명을 계산하는 방법에 대해 설명했습니다. 해당 글에서는 주로 베어링 수명에 대한 이론적 측면과 계산 공식을 소개했습니다.

오늘은 그 이론을 실제 시나리오에 적용하는 것을 목표로 합니다. 결국 이론적 지식 습득의 궁극적인 목표는 실제 엔지니어링 요구 사항을 충족하는 것입니다. 일부 엔지니어가 실제 계산 예제를 요청해 왔으므로 이전 글의 예제를 사용하여 더 자세히 살펴보겠습니다.

수직 모터의 예를 다시 살펴봅시다. 다음은 관련 베어링 세부 정보입니다:

• 베어링 모델: 6208
• 베어링의 기본 동적 하중 등급: 29kN
• 베어링의 등가 동적 하중: P=5.83kN

또한 이 베어링에 대한 몇 가지 추가 매개 변수를 제공하겠습니다:
베어링 속도: n=1500rpm

베어링 수명 공식 사용베어링의 수명을 구합니다:

여기서 p는 베어링의 계산 계수입니다. 베어링의 구름 요소가 볼인 경우 p는 3이고 구름 요소가 롤러인 경우 p는 10/3입니다. 그 결과 베어링 수명은 백만 회전 단위로 123.08입니다. 보다 일반적인 시간 단위로 변환하면 다음과 같습니다:

계산된 베어링 수명은 약 1368시간입니다.

이 예에서는 베어링에 높은 하중이 가해지는 시나리오를 사용했습니다. 계산된 결과에 따르면 베어링의 수명이 짧아 이 애플리케이션에 적합하지 않은 것으로 나타났습니다. 모터가 지속적으로 작동하는 경우 기본 정격 수명은 2개월 미만의 베어링 작동만 보장할 수 있습니다.

즉, 이 베어링을 선택하면 이러한 조건에서 90% 베어링이 2개월 동안 연속적으로 작동할 수 있다는 것을 보장할 수 있습니다.

위는 기본 베어링 수명 이론을 사용하여 얻은 베어링 수명 값입니다.

그러나 이전 글에서 살펴본 것처럼 전체 계산 과정에서는 베어링에 가해지는 하중만 고려합니다. 즉, 이 소위 정격 베어링 수명은 하중의 영향만 고려합니다. 이전 글에서 설명했듯이 현대 베어링 수명 이론이 수년간 발전함에 따라 이 계산은 더 이상 우리의 요구를 충족시키지 못합니다. 따라서 이 값을 더 조정해야 합니다.

즉, 베어링의 수정된 수명 값을 계산해야 합니다. 이러한 계산은 복잡할 수 있고, 많은 프로세스 또는 참조 이론이 실험에서 비롯되며, 셋째, 다양한 베어링 공급업체와 국제 베어링 표준이 더 나은 참조 도구인 차트를 제공했기 때문에 대부분의 후속 계산은 공식적인 방법을 사용하지 않습니다. 그렇다면 이러한 차트는 어떻게 사용할 수 있을까요? 예시를 통해 살펴보겠습니다.

베어링의 정격 수명 조정

이전 글에서 설명한 대로 조정된 수명에 대한 공식은 다음과 같습니다:

최종 값 L을 결정하려면_10mh A1과 A_iso.

01 먼저 a1을 정의합니다.

앞서 설명한 것처럼 a1은 조정된 수명의 신뢰성 계수로 알려져 있습니다. 신뢰도가 90%인 경우 a1의 값은 1입니다. 산업에서 사용되는 범용 기계의 경우 특별히 요구되지 않는 한 베어링의 수명은 항상 90% 신뢰도를 기준으로 합니다. 따라서 이 예에서는 a1을 직접 사용할 수 있습니다.

02 둘째, 우리는_iso.

조정된 수명 계수를 계산하는 표준 방법은 다음과 같습니다._iso 의 베어링은 다음 요소를 고려합니다:

• 베어링 하중
• 윤활 조건(윤활유의 종류 및 점도, 속도, 베어링 크기, 첨가제 사용 여부)
• 베어링의 피로 한계
• 베어링 유형
• 잔여 스트레스 베어링의
• 환경 조건
• 윤활유 오염

요약하면_iso 는 다음 매개 변수의 함수입니다:

Where:

• η_c 는 베어링의 오염 계수입니다,
• C_u 는 베어링의 피로 하중 한계입니다,
• k는 베어링 윤활유의 점도 비율입니다.

먼저 베어링의 오염 계수 ηc를 선택합니다. ISO281 표준 및 모든 베어링 제조업체 카탈로그에는 다음과 같은 선택 기준에 대한 참조 표가 있습니다:

수직 모터의 적용에서 이전 경험을 바탕으로 베어링의 오염 계수는 빛 공해와 일반 청결도 중에서 선택해야 합니다. 이 경우 일반 청결도보다 약간 높은 0.6의 오염 계수를 선택합니다.

덧붙여 말씀드리겠습니다,

오염 계수의 선택에는 참조할 수 있는 특정 수학 공식이 없습니다. 일반적으로 수년간의 베어링 애플리케이션 경험. 더 많은 애플리케이션을 접할수록 더 많은 인사이트를 얻을 수 있습니다.

선택한 베어링이 6208이므로 피로 하중 제한 C_u 의 베어링 카탈로그에서 확인할 수 있습니다: 1.05kN

베어링의 등가 동적 하중 값은 이전 장에서 P=5.83kN으로 계산했습니다.

따라서 대략적인 값을 얻을 수 있습니다:

다음으로 점도 비율 k를 조금 더 복잡하게 선택해야 합니다. 이 장의 지면이 제한되어 있으므로 k의 구체적인 의미와 이 값을 선택하는 방법에 대해서는 자세히 설명하지 않겠습니다. 나중에 다른 글을 작성하여 자세히 설명하겠습니다. 지금은 베어링의 경우 올바른 윤활을 선택하는 것이 매우 중요하다는 점만 강조하고 싶습니다. 이는 그리스 자체의 품질뿐만 아니라 윤활이 베어링에 미치는 영향과도 관련이 있습니다.

점도 비율과 관련하여,

일반적으로 최종적으로 선택되는 윤활 값 k는 몇 가지 사항을 고려하여 1~4 사이에서 선택할 수 있기를 바랍니다.

선택한 윤활 값의 계산된 k값이

• 1 미만이면 윤활이 원하는 효과를 얻지 못했음을 의미합니다. 윤활유의 목적은 베어링 궤도와 구름 요소 사이의 강철과 강철 접촉을 분리하는 것입니다. k<1이면 윤활유가 강철과 강철의 접촉을 분리하지 않았으며 베어링이 작동할 때 여전히 마찰이 발생함을 나타냅니다.
• 4보다 크면 윤활유가 너무 많이 첨가되었음을 의미합니다. 금속 접촉을 완벽하게 분리하지만 베어링에 과도한 윤활유가 있으면 "항력 손실" 토크를 발생시킵니다. 이것은 베어링 마찰 모델에서 매우 중요한 부분입니다. 쉽게 설명하자면 윤활의 주된 목적은 마찰을 줄이고 베어링의 온도를 더 낮추는 것입니다. 그러나 윤활유가 너무 많으면 '마찰'이 발생하여 열도 발생할 수 있습니다.

따라서 적절한 윤활 값을 선택했으며 최종 k 값은 1.5입니다.

이 두 가지 매개 변수를 사용하면 ISO281 또는 베어링 제조업체의 카탈로그에서 다음 차트를 찾을 수 있습니다.

주의!

각기 다른 유형의 베어링에 대해 여러 가지 유사한 다이어그램이 있습니다. 저희는 레이디얼 볼 베어링의 일종인 깊은 홈 볼 베어링을 선택했습니다. 따라서 특정 베어링 유형에 따라 적절한 차트를 선택하세요.

선택한 다이어그램에서 이 애플리케이션에서 aiso=12임을 확인할 수 있습니다.

이 예에서 베어링 6208의 최종 수정된 정격 수명은 다음과 같습니다:

L_10mh = a₁×a_iso×L_10h = 1×12×1367.6 = 16411.2

이 수직 모터의 경우 적절한 윤활 조건에서 베어링은 최종적으로 16,410시간 동안 작동할 수 있습니다.

계산 목적

베어링 수명 계산 결과는 베어링의 실제 수명을 정확하게 반영할 수 없는데, 이 계산의 목적은 무엇인가요?

사실 많은 엔지니어들이 수명 계산을 '점치기'로 오해하는 경우가 많은데, 그 이름 때문일 수 있습니다. 원래 베어링 피로 수명을 연구하는 목적은 기준값, 즉 수명 기준을 설정하는 것이었습니다. 시간이 지나면서 이 기준값은 베어링 선택의 합리성을 비교하고 검증하기 위한 매개변수가 되었습니다.

사실 베어링 수명 계산은 선택한 베어링의 하중 용량을 확인하는 것입니다. 즉, 수명 요건을 충족할 수 있는 가장 작은 베어링을 선택하는 것입니다. 이런 의미에서 베어링 수명 계산은 베어링 하중 용량의 하한에 대한 요구 사항입니다.

이를 어떻게 이해할 수 있을까요? 생활 점검의 과정부터 시작해보겠습니다:

엔지니어가 베어링의 수명을 확인할 때 기계 설계 매뉴얼과 장비 재료는 항상 수명 요구 사항에 대한 최소값을 제공합니다. 다음은 한 가지 예입니다:

물론 일부 장비 제조업체는 다른 수명 요구 사항을 제공합니다. 이러한 수명 값은 기존 설계의 베어링으로 충족되는 경우가 많습니다.

따라서 새 장비를 설계하고 베어링 수명을 검증할 때 다음과 같은 접근 방식을 사용할 수 있습니다:

• 새로 선택한 베어링의 수명이 필요한 수명보다 짧은 경우: 선택한 베어링의 하중 용량(및 이 하중 하에서의 해당 수명)이 이전에 이 조건을 충족했던 베어링의 하중 용량보다 적습니다. 즉, 선택한 베어링이 너무 작습니다;
• 새로 선택한 베어링의 계산된 수명이 필요한 수명보다 크거나 같은 경우: 선택한 베어링의 하중 용량(및 이 하중 하에서의 해당 수명)이 이전에 이 조건을 충족했던 베어링의 하중 용량보다 큽니다. 즉, 선택한 베어링이 너무 큽니다;

너무 작거나 너무 큰 수치는 합리적인 범위 내에서 선택해야 하며 절대적인 평등을 추구해서는 안 됩니다. 따라서 '필요한 수명'을 관찰할 때 이 값은 절대적인 수명이 아니라 범위라는 것을 알 수 있습니다.

따라서 베어링 수명을 암묵적으로 계산하려면 합리적인 수명 요건 하에서 베어링의 하중 용량을 확인해야 합니다. 즉, 주어진 작업 조건에서 합리적인 크기의 베어링을 선택해야 합니다.

실생활에서는 위의 개념에 대한 오해로 인해 많은 '오작동'이 발생합니다:

(1) 베어링의 계산된 수명은 장비의 보증 기간을 충족해야 합니다.

이 관행은 베어링 하중 점검과 장비의 수명을 혼동합니다. 사실 베어링의 수명 점검은 이전 글에서 설명한 것처럼 '점치기'와는 다릅니다.

실제 베어링 조건은 다양하며 엔지니어가 각 기계의 수명을 개별적으로 계산할 수는 없습니다. 이는 "베어링 수명 계산"에 대한 장비 제조업체의 오해입니다.

보증 기간의 개념은 '베어링 수명 계산'에서 다루는 개념보다 훨씬 광범위한 '보증' 개념으로 장비 제조업체에 모든 책임을 지우는 것이므로 이를 직접 적용하는 것은 부적절합니다.

물론 일부 엔지니어는 고객의 압력으로 인해 '20년'이라는 수명 요건을 충족해야 하는 경우도 있습니다. 이러한 의무에 따라 선택한 베어링은 종종 대형화되어 경제적 비효율성을 초래할 뿐만 아니라 베어링의 수명이 길다고 해서 항상 더 좋은 것은 아니라는 오해를 불러일으키기도 합니다.

(2) 베어링의 계산된 수명이 길수록 더 좋은 소리를 냅니다.

사실 이것은 베어링 선택에 오해를 불러일으키기도 합니다. 앞서 언급했듯이 베어링 수명 점검 계산은 작업 조건에서 베어링의 최소 하중 용량을 확인하는 것입니다.

한편, 작업 조건에서 베어링의 하중 용량의 상한인 베어링의 최대 하중 용량에도 제한이 있어야합니다. 계산 결과가 이 값을 초과하면 베어링에 문제가 발생합니다.

이를 흔히 "베어링의 최소 하중"이라고 합니다. 선택한 베어링이 너무 크고 작업 조건에서 베어링의 계산된 수명이 길어 베어링의 하중 용량이 매우 높으면 베어링의 최소 하중 요구 사항을 충족하지 못할 수 있습니다.

베어링이 견디는 하중이 필요한 최소 하중보다 적으면 베어링 내부에서 구름 요소 미끄러짐과 같은 문제가 발생하여 소손될 가능성이 높아질 수 있습니다.

실제로 베어링 수명의 개념을 이해하면 설계에서 수많은 최적화를 이룰 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

수명 요건을 충족하면서 베어링의 크기를 줄일 수 있는지 평가합니다;

수많은 베어링의 수명을 기록하고, 지속적으로 잔여 수명이 남아있는 경우 추가적인 크기 축소를 고려합니다.

요약하면, 엔지니어링 실무에서 베어링 수명 계산은 단순히 베어링의 하중 용량을 최대화하기 위한 것이 아니라 베어링의 하중 용량을 검증하는 데 사용됩니다. 또한 이 계산된 수명은 베어링의 '실제' 수명을 반영하지 않습니다.

베어링 수명 개념을 정확하게 이해하면 베어링 크기를 올바르게 선택하는 데 도움이 됩니다.

유감스럽게도 실제 업무에서는 고객의 요청이 기술적으로 불합리하다고 생각되더라도 고객의 요구에 응해야 할 때가 있습니다. 따라서 이 글을 고객과 자유롭게 공유해 주세요.

특히 전기 엔지니어에게는 지금까지 웹사이트에서 가장 이해하기 어려운 글일 수 있습니다. 질문이 있으신 분은 언제든지 댓글을 남겨 주시면 토론할 수 있습니다.