Q & A
안녕하세요
허브(또는 회전축) 와 볼베어링 관련 질문 입니다.
아시다시피 허브베어링에 허브를 장착할 때는 공차가 거의 없다시피 하여 압입 (손으로 눌러서는 꿈쩍도 안 해서 프레스기를 써서 눌러야 들어가는) 을 해야 하는데,
볼베어링이라는 물건의 특성 자체가 내륜과 외륜 사이에 볼이 들어가 있어서 구름을 부드럽게 해 주고 당연히 고속으로 회전을 하게 되면 외륜도 볼도 내륜도 모두 온도가 상승하게 되고 모든 쇠붙이가 그렇듯 열에 의해 팽창을 하게 될 텐데요..
허브와 베어링이 결합된 상태로 고속 회전을 해서 온도가 상승하면
1. 허브는 당연히 치수상으로는 팽창 (커짐. 두꺼워짐) 할 듯 한데
볼 베어링(허브베어링)의 내륜은 허브를 압박하는 방향 즉 안쪽으로 팽창을 하는가요 아니면 외륜방향 즉 바깥쪽
방향으로 팽창을 하는 지요?
2. 허브베어링 뿐만 아니라 모든 볼베어링들을 보면 간극이 거의 없이 (유격 없이) 만들어져 있는데, 그렇다면
작동하면서 온도가 상승해도 내륜, 볼, 외륜이 모두 동일한 정도로 치수가 커져서 (아주아주 미세한 정도의 차이)
온도가 상승해도 더 타이트해진다거나 하는 등 회전에는 지장이 없도록 같은 열팽창계수를 가진 재질로 외륜/볼/
내륜을 모두 비슷한 재질로 만드는 것인지요?
3. 혹시 그렇다면 허브베어링을 오랫동안 써서 수명이 다 하고 유격이 커지는 것이, 구름에 의한 기본 하중 외에
베어링 외륜, 볼, 내륜, 허브 각각의 열팽창계수가 달라서 상온시 대비해서 열 받았을때는 자기들끼리 타이트하게
막 끼이기 때문에 마모도가 심해 지는 기전인지요?
4. 간혹 보면 자동차가 아닌 바이크의 경우 회전 축과 허브 베어링의 내륜 치수 차이가 상온에서도 덜그덕 거리면서
조립이 되도록 유격이 있는데, 혹시 그 이유가 상기와 같이 열팽창율 차이에 의한 공차를 열간시 기준으로 맞추기
위해서 상온에서는 유격이 생기는 것인가요 ?
아시는 분 답변 주시면 감사하겠습니다
답변 감사합니다.
* 마지막 질문에 대해서는, 그렇다면 바이크의 경우에도 심보(축)과 허브베어링의 내륜이 유격이 있는 상태로 덜그덕 거리는 상태로 조립이 된다면 주행하면서 발열하면 그 갭이 더 커지는 상황이 되겠군요... 심보(축)이 회전하지 않고 가만히 있는 전륜은 더더욱 그렇겠네요 베어링은 뜨거워젿 축은 안 뜨거워지니 열팽창을 안 할 거고.....
* 그리고 강구(볼베어링 속에 있는 볼) 가 열간시에 그정도 치수가 커진다고 하면 내륜/외륜/볼 다 커져야 하는데 너클(허브캐리어) 에 조립할 때는 허브를 베어링에 끼울 때 처럼 프레스로 눌러야 들어갈 정도로 빡빡한데, 상온에서도 그럴 정도면 고온시에는 더 팽창해서 너클 구멍을 더 넓히려고 하는 힘이 강하게 작용하고 낑낑되겠네요... 물론 그 온도면 너클 역시도 약간의 팽창을 하겠지만요...
Jis suj2, 요즘은 w4재질을 사용.
2.그래서 열팽창 계수를 고려하여 스펙에 맞는 치수를 선정합니다.
3. 베어링은 설계상의 최대 팽창율을 고려하여 경방향 틈새와 축방향 틈새를 spec을 가지고 있습니다.(통상 50미크론을 넘지 않음)
4. 베어링은 사양에 따라 맞춤 공차가 다르나, 보통 예압(상대품과의 끼워맞춤 공차를 반영하여 미리 어느정도의 유격을 가져갈 것인지 설정)을 가져가나, 아주 빡빡하게는 설정하지 않습니다. (열팽창을 고려 최소 10미크론 이상의 유격을 확보하나, 촉감으로 확인하기는 어려운 정도임)
4.
답변 감사 드립니다.
1. 말씀하신 w4 재질은 suj2 재질 대비 물성이 우수하기 때문에 요즘 그렇게 바뀌는 건가요 아니면 물성은 비슷한데
제조 원가의 절감이 가능해서 그렇게 바뀌는 것인지요.. 궁금해서 질문 드립니다
2. 그렇다면 생산라인에서 조립의 편의성 때문에 (바이크) 일부러 공차를 두고 제조되는 프론트 휠 허브와 베어링 내륜
사이의 약간 과도한 간극 (베어링에다가 허브를 넣어 보면 살짝 덜그덕 거리는 정도로 유격이 큼) 에 대해서, 이를
내륜과 살짝 닿을 정도의 적은 공차가 되도록 (손으로 조립은 가능하도록...그러나 덜그덕거리는 유격이 없는 수준 정
도로) 허브를 사알짝 직경을 키워서 새로 제작해서 넣어도 허브 본체와 베어링 내륜이 고온시에 서로 싸우는 일
없이 괜찮을까요?
1. 그렇군요. 답변 감사합니다.
혹시 조심스럽게 추천할 만한 볼베어링 메이커가 있으신지요?
베어링 종류가 많지만 전체적으로 가장 퀄리티가 우수하다고 평가받는 메이커를 보니
FAG (독일 거라는데 스펠링이 맞는지 모르겠습니다) SKF(스웨덴? 인가요?)나 NSK(일본인듯) 등이 있던데... 이 중에
혹은 이 이외에도 퀄리티 적으로 가장 추천할 만한 메이커가 있으신지요?
2. 네. 안그래도 그 정도로 키우지 않고 손으로도 축과 베어링이 슥 조립이 될 수준정도만 키우려고 합니다. (자동차
용 허브베어링 처럼 프레스를 써야만 넣을 수 있을 정도로 타이트하게 사이즈를 키우지는 않을 예정입니다) 말씀하
신 대로 순정품 축대와 베어링 간극이 상식 이상으로 너무 유격이 커서요.. (설계오류인듯 합니다)
조언 감사합니다
베어링 설계하시는분 안계실까요? 제가 상상 가능한 것만 점심시간에 잠깐 적어봅니다.
1. 허브 내륜을 반지 형태로 단순화 가정하여 열팽창 시키면(온도가 허브두께를 따라 균일하게 퍼져있다는 가정 하에), 내경과 외경 모두, 즉 직경이 커지게 됩니다. (마차 나무바퀴에 철띠 두르는 작업과 비슷)
2. 승용차 허브 내/외/볼 은 스틸이라 등방성 재료지만, 해당 부품들의 형상 및 국부적 온도가 다 달라서 동일하게 열팽창하지는 않습니다. 재료 선택 이유는 설계자분을 모셔야 하겠지만, 온도뿐만 아니라 고려할 것이 많아보이긴 합니다.
3. Failure 인자는 좀 많아 보입니다. http://www.generalbearing.com/assets/files/Hyatt%20BFA.pdf
4. 승용차 스케일 기준으로 계산해보니까, 직경12mm 쯤 되는 강구의 경우 100'c 까지 올리면 직경 0.06mm 정도 변하는 수준이긴 하네요.