씬 섹션 볼 베어링은 동일한 지름의 표준 베어링보다 훨씬 얇은 단면을 가지므로 샤프트와 하우징에 더 민감하다. 따라서 올바른 설치가 중요하다. 베어링이 의도한 대로 작동하기 위해 베어링의 스타일 및 방향 등 여러 요소를 고려해야 한다. 적용된 하중의 방향과 크기, 최대 허용 토크 같은 베어링의 올바른 장착을 위한 고려사항을 알아보자. 자료 | Kaydon bearing solutions(www.kaydonbearings.com)

씬 섹션 볼 베어링이 최적의 성능을 발휘하기 위해서는 적절한 장착이 반드시 필요하다. 적절한 베어링의 종류와 방향, 권장 사항, 그리고 올바른 샤프트와 하우징을 사용하면 베어링은 항상 최적의 성능을 보장한다.

레이디얼(C타입) 베어링
레이디얼 베어링은 일반적으로 하중이 방사상 방향으로 적용되는 때 사용된다. 긴 샤프트의 양쪽 끝단에 두 개의 베어링이 사용될 경우, 베어링 중 하나는 <그림 1>과 같이 반드시 축 방향으로 흘러야 한다. 이를 통해 샤프트 또는 하우징의 열팽창이 레이디얼 베어링에 추력을 주지 않게 된다.

4점 접촉(X타입) 베어링
추력 하중 또는 방사상 하중, 추력 하중과 순간 하중 등이 조합될 경우, 4점 접촉 베어링이 사용(그림 2 참조)된다. 긴 샤프트의 반대쪽 끝에 2개의 베어링이 사용되는 경우, 두 번째 베어링은 반드시 레이디얼(C타입) 베어링이어야 하며, <그림 1>과 같이 플로팅이 허용되어야 하며, 동일한 샤프트에 2개의 4점 접촉 베어링은 권장되지 않는다.

단일 4점 접촉 베어링은 양방향의 추력 하중과 방사형, 순간 하중을 견딜 수 있다. 그러나 이러한 유형의 베어링은 일반적으로 동일한 크기의 레이디얼 베어링(C타입) 또는 앵귤러 콘택트 베어링(A타입)보다 더 큰 마찰을 지닌다.

앵귤러 콘택트(A타입) 베어링

앵귤러 콘택트 볼 베어링은 한 방향으로만 축 방향(추력) 하중을 받을 수 있으므로, DB(back-to-back) 배열이나 DF(face-to-face) 배열을 사용해 항상 쌍으로 이뤄진다.(그림 3), 앵귤러 콘택트의 쌍은 자유 회전을 모두 제거하고, 강성을 높이기 위해 일정 정도의 축방향 예하중이 함께 사용된다. 따라서 앵귤러 콘택트 베어링을 세트가 아닌 개별적으로 구입한 경우에는 설치 시 예하중을 설정해야 한다. 세트의 경우에는 공장에서 예하중이 설정된다.

앵귤러 콘택트 베어링을 일치하는 쌍(듀플렉스 페어duplex pair로도 불린다)으로 구입하게 되면 <그림 4>와 같이 내부 링과 외부 링을 정위치에 고정해야 한다. 축방향 예하중이 있는 베어링의 경우, 베어링과 축과 하우징 사이에 약간의 간극이 요구된다. 또 긴 축의 반대쪽 끝에 세 번째 베어링을 사용하는 경우, 단일 방사형 또는 면대면(DF) 쌍 중 하나여야 하며, 축 방향으로 자유롭게 플로팅되어야 한다. 일반적으로는 DB 베어링 쌍은 동일한 샤프트에 사용되지 않는다.

일반적인 권장 사항

스냅 오버snap-over나 크라운crown 유형의 볼 세퍼레이터를 사용하는 레이디얼 베어링과 4점 접촉 베어링은 세퍼레이터의 단단한 면이 위를 향하고 포켓 개구부가 아래로 향하도록 장착해야 한다. 이 때 샤프트 방향은 수직에서 45도 이내여야 하며, 적절한 방향을 나타내기 위해 일반적으로 UP 표기와 화살표가 베어링에 표시되어 있다.(그림 5 참조). 수평축의 경우에는 바람직한 방향은 따로 없다.

단일 앵귤러 콘택트(A 타입) 베어링은 한 방향의 축방향(추력) 하중만 견딜 수 있다. 이 베어링의 바깥에는 화살표와 THRUST라는 글자가 표기되어 있는데, 이는 추력 하중이 외부 링에 적용될 수 있는 방향을 보여주는 것이다.(그림 6 참조) DB 배열 쌍으로 장착될 경우에는 화살표가 서로 반대 방향을 보아야 하며, DF 배열 쌍에서는 화살표가 서로를 향해야 한다.

듀플렉스 페어 세트로 구입한 앵귤러 컨택트 베어링에는 O.D.와 I.D. 양쪽에 V자가 표기되어 있으며, 설치 시 V 표시가 서로 정렬되어야 한다(그림 7 참조). 하지만 V자의 방향에 대해서는 신경쓸 필요가 없어 V자가 위 또는 아래로 향해도 된다.

축과 하우징 공차
씬 섹션 볼 베어링은 횡단면이 같은 직경의 표준 베어링보다 훨씬 얇기 때문에 샤프트 및 하우징 형상에 매우 민감한 특성을 지닌다. 특히 설치 후 베어링이 샤프트와 하우징의 모양을 따르는 경향이 있으므로 샤프트 및 하우징의 진원도, 베어링 시트의 평탄도가 중요하다.
베어링 시트의 평탄도 공차(그림 8의 A와 D)는 맞물리는 베어링 링의 축 방향 런아웃과 동일해야 한다. 샤프트와 하우징에 대한 진원도 허용 오차(그림 8의 B와 C)의 경우에도, 짝을 이루는 베어링 링의 레이디얼 런아웃과 동일해야 한다.

샤프트와 하우징 양쪽에는 손쉽게 조립할 수 있도록 얇은 납이 들어 있어야 하며, 베어링 등받이의 모서리에 있는 필렛 반경은 베어링 시트의 챔퍼보다 작아야 한다. 인터페이스핏interference fit을 사용할 때에는 열 또는 냉기를 사용함으로써 간극을 증가시켜 조립을 용이하게 할 수 있는데, 이 경우 고정 장치를 조이기 전에 어셈블리를 상온으로 되돌려야 한다.
프레스핏press fit을 사용해야 할 경우에는 베어링 전체에 걸쳐 균일한 압력을 가하는 것이 중요하며, 항상 인터페이스핏 사용이 권장된다. 베어링과 샤프트 사이에 프레스핏을 사용해야 할 경우에는 외부 링이 아닌 내부 링을 눌려야 하며, 레이스를 가로질러 압력을 가할 경우에는 베어링이 손상될 수 있다.

프리로드
베어링에 대한 최적의 프리로드는 애플리케이션에 따라 다르다. 프리로드의 증가에 따라 하중 처짐이 감소되고(그림 9 참조), 베어링의 강성과 고유 진동이 증가하는 반면, 프리로드 증가는 마찰 토크를 높인다. Kaydon의 Reali-Design과 같은 무료 도구 소프트웨어는 다양한 프리로드에서 하중에 따른 처짐량을 계산할 수 있게 함으로써 애플리케이션에서 최적의 프리로드를 구현할 수 있도록 지원한다.

클램프 링
베어링을 제자리에 고정시키기 위해 프레스핏에 의존하지 말고, 모든 베어링에 페이스 클램프를 사용하는 것이 좋다.

<그림 10>과 같이 클램프 링을 겹쳐 라비린스 쉴드를 형성하게 되면 오염을 방지하고, 윤활유를 유지하는 데 도움이 된다. 열악한 환경에서 사용되는 베어링의 경우에는 외부 씰로 보호하는 것이 좋다.
또 균일한 클램핑을 위해 다수의 작은 패스너를 사용하는 것이 몇 개의 큰 클램프를 사용하는 것보다 바람직한 방법이다. 패스너는 클램핑의 힘을 균등하게 분배하기 위해 별 모양의 패턴으로 조여야 한다.