볼 베어링

볼 베어링(ball bearing)은 베어링의 레이스 사이의 간격을 유지하기 위해 볼을 사용하는 구름 베어링의 일종이다.

볼 베어링의 목적은 회전 마찰력을 줄이고 반경 및 축 하중을 지지하는 것이다. 이는 최소 두 개의 레이스를 사용하여 볼을 수용하고 볼을 통해 하중을 전달함으로써 달성된다. 대부분의 응용 분야에서 한 레이스는 고정되어 있고 다른 레이스는 회전 어셈블리(예: 허브 또는 샤프트)에 부착된다. 베어링 레이스 중 하나가 회전하면 볼도 회전하게 된다. 볼이 구르기 때문에 두 평평한 표면이 서로 미끄러지는 것보다 마찰 계수가 훨씬 낮다.

볼 베어링은 볼과 레이스 사이의 접촉 면적이 작기 때문에 다른 종류의 구름 베어링보다 크기에 비해 하중 지지력이 낮은 경향이 있다. 그러나 내륜과 외륜의 약간의 어긋남은 허용할 수 있다.

일반적인 볼 베어링 설계에는 앵귤러 콘택트, 축방향, 딥 그루브 및 사전 장착된 쌍이 포함된다. 볼 베어링의 볼은 다양한 방식으로 구성될 수도 있다. 볼 베어링은 스케이트보드 (장비) 및 원심펌프를 포함한 광범위한 응용 분야에 사용된다.

역사
베어링은 고대부터 개발되었지만, 볼 베어링에 대한 최초의 현대적인 기록 특허는 1794년 카마던에서 볼 베어링의 첫 설계를 만든 웨일스 발명가이자 제철업자인 필립 본에게 수여되었다. 그의 설계는 차축 어셈블리의 홈을 따라 볼이 움직이는 최초의 현대적인 볼 베어링 설계이다.

파리의 자전거 정비사인 쥘 쉬리레는 1869년에 최초의 레이디얼 스타일 볼 베어링을 설계했으며See:
  Suriray, "Perfectionnements dans les vélocipèdes" (Improvements in bicycles), French patent no. 86,680, issued:  2 August 1869, Bulletin des lois de la République française (1873), series 12, vol. 6, page 647.
  Louis Baudry de Saunier, Histoire générale de la vélocipédie [General history of cycling] (Paris, France:  Paul Ollendorff, 1891), pages 62–63. 이는 1869년 11월 세계 최초의 자전거 도로 경주인 파리-루앙에서 제임스 무어가 타고 우승한 자전거에 장착되었다.Bicycle History, Chronology of the Growth of Bicycling and the Development of Bicycle Technology by David Mozer. Ibike.org. Retrieved 1 September 2012.

 일반적인 디자인 

볼 베어링에는 여러 가지 일반적인 디자인이 있으며, 각 디자인은 다양한 성능 절충점을 제공한다. 이들은 스테인리스강, 크롬강, 세라믹 (질화 규소, Si3N4)을 포함한 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 하이브리드 볼 베어링은 세라믹 볼과 금속 레이스를 가진 베어링이다.

 앵귤러 콘택트 

앵귤러 콘택트 볼 베어링은 축 방향으로 비대칭인 레이스를 사용한다. 축 방향 하중은 베어링을 통해 직선으로 전달되는 반면, 반경 방향 하중은 레이스를 축 방향으로 분리시키는 경사 경로를 따른다. 따라서 내륜의 접촉각은 외륜의 접촉각과 동일하다. 앵귤러 콘택트 베어링은 복합 하중(반경 방향 및 축 방향 모두의 하중)을 더 잘 지지하며, 베어링의 접촉각은 각 하중의 상대적 비율에 맞춰야 한다. 접촉각이 클수록(일반적으로 10~45도 범위) 지지되는 축 하중은 높지만 반경 하중은 낮아진다. 터빈, 제트 엔진 및 치과 장비와 같은 고속 응용 분야에서는 볼에 의해 생성되는 원심력이 내륜 및 외륜의 접촉각을 변경한다. 질화 규소와 같은 세라믹은 낮은 밀도(강철의 40%) 때문에 이러한 응용 분야에서 정기적으로 사용된다. 이러한 재료는 원심력을 크게 줄이고 고온 환경에서도 잘 작동한다. 또한 유리나 도자기처럼 균열되거나 부서지지 않고 베어링 강과 유사한 방식으로 마모되는 경향이 있다. 대부분의 자전거는 헤드셋에 앵귤러 콘택트 베어링을 사용하는데, 이는 이러한 베어링에 가해지는 힘이 반경 방향과 축 방향 모두에 있기 때문이다.

 축방향 

축방향 또는 스러스트 볼 베어링은 나란히 놓인 레이스를 사용한다. 축방향 하중은 베어링을 통해 직접 전달되는 반면, 반경 방향 하중은 잘 지지되지 않고 레이스를 분리시키는 경향이 있어 더 큰 반경 방향 하중은 베어링을 손상시킬 가능성이 높다.

 딥 그루브 


딥 그루브 레이디얼 베어링에서 레이스 치수는 그 안에 들어 있는 볼의 치수와 가깝다. 딥 그루브 베어링은 얕은 그루브보다 더 높은 하중을 지지한다. 앵귤러 콘택트 베어링과 마찬가지로 딥 그루브 베어링은 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 지지하지만, 이러한 하중 용량의 상대적 비율을 선택할 수 있는 접촉각을 선택할 수는 없다.

 사전 장착된 쌍 


위의 기본적인 베어링 유형은 일반적으로 프리로드된 쌍 방식으로 적용되는데, 두 개의 개별 베어링이 회전하는 샤프트에 서로 마주보도록 단단히 고정된다. 이는 베어링 볼과 레이스 사이의 필요한 약간의 간격을 흡수(프리로드)하여 축 방향 런아웃을 개선한다. 쌍으로 배치하면 하중을 고르게 분산시키는 이점도 있어, 단일 베어링에 비해 총 하중 용량이 거의 두 배가 된다. 앵귤러 콘택트 베어링은 거의 항상 반대 방향으로 배치된 쌍으로 사용된다. 각 베어링의 비대칭 설계는 한 방향으로만 축 방향 하중을 지지하므로, 응용 분야에서 양방향 지지가 필요한 경우 반대 방향으로 배치된 쌍이 필요하다. 프리로드 힘은 조심스럽게 설계하고 조립해야 하는데, 이는 베어링의 축 방향 힘 용량을 감소시키고 과도하게 적용될 경우 베어링을 손상시킬 수 있기 때문이다. 페어링 메커니즘은 단순히 베어링을 직접 마주보게 하거나, 심, 부싱 또는 샤프트 특징으로 분리할 수 있다.

 건설 유형 

 콘래드 콘래드 스타일 볼 베어링은 1903년 영국 특허 12,206호와 1906년 미국 특허 822,723호를 받은 발명가 로버트 콘래드의 이름을 따서 명명되었다. 이 베어링은 내륜을 외륜에 대해 편심 위치에 배치하고, 두 링이 한 점에서 접촉하게 하여 접촉점 반대편에 큰 틈을 만든 다음 볼을 틈을 통해 삽입하고 베어링 어셈블리 주위에 균등하게 분배하여 링이 동심원이 되도록 조립한다. 조립은 볼의 상대적 위치를 유지하기 위해 볼에 케이지를 장착함으로써 완료된다. 케이지가 없으면 볼은 작동 중에 결국 제자리를 벗어나 베어링이 고장 날 수 있다. 케이지는 하중을 받지 않으며 볼의 위치를 ​​유지하는 역할만 한다. 콘래드 베어링은 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 견딜 수 있다는 장점이 있지만, 베어링 어셈블리에 로드할 수 있는 볼의 수가 제한되어 하중 용량이 낮다는 단점이 있다. 아마도 가장 잘 알려진 산업용 볼 베어링은 딥 그루브 콘래드 스타일일 것이다. 이 베어링은 대부분의 기계 산업에서 사용된다.
 슬롯 필 슬롯 필 레이디얼 베어링에서는 내륜과 외륜에 한 면에 노치가 있어 노치가 정렬되면 볼이 생성된 슬롯에 미끄러져 들어가 베어링을 조립할 수 있다. 슬롯 필 베어링은 더 많은 볼을 조립할 수 있다는 장점이 있어(완전 보완 설계까지 허용), 동일한 치수 및 재료 유형의 콘래드 베어링보다 높은 반경 방향 하중 용량을 제공한다. 그러나 슬롯 필 베어링은 상당한 축 방향 하중을 지탱할 수 없으며, 슬롯은 레이스에 불연속성을 유발하여 강도에 작지만 불리한 영향을 미칠 수 있다.
 완화 레이스 완화 레이스 볼 베어링은 이름이 시사하듯이 한쪽 내륜의 외경이 줄어들거나, 한쪽 외륜의 내경이 늘어나서 '완화'된다. 이를 통해 더 많은 수의 볼을 내륜 또는 외륜 중 하나에 조립한 다음, 완화된 부분 위로 압입할 수 있다. 때로는 조립을 용이하게 하기 위해 외륜을 가열하기도 한다. 슬롯 필 구조와 마찬가지로 완화 레이스 구조는 콘래드 구조보다 더 많은 볼을 허용하며, 완전 보완까지 가능하고, 추가 볼 개수는 추가 하중 용량을 제공한다. 그러나 완화 레이스 베어링은 한 방향으로만('완화 레이스에서 멀어지는 방향') 상당한 축 방향 하중을 지지할 수 있다.
 파손 레이스 레이디얼 볼 베어링에 더 많은 볼을 장착하는 또 다른 방법은 링 중 하나를 방사형으로 '파손'(슬라이스)하여 볼을 넣고, 파손된 부분을 재조립한 다음, 한 쌍의 강철 밴드를 사용하여 파손된 링 섹션을 함께 정렬 상태로 유지하는 것이다. 이 역시 완전 볼 보완을 포함하여 더 많은 볼을 허용하지만, 슬롯 필 또는 완화 레이스 구조와 달리 양방향으로 상당한 축 방향 하중을 지지할 수 있다.
 와이어 레이스 4개의 와이어 링이 정사각형으로 배열되어 볼 베어링의 4개 지점에 접촉한다. 와이어 링은 베어링 강으로 만들어지며 베어링 볼과 접촉하는 부분이 매끄럽게 연마된다. 와이어는 베어링 하중을 직접 지지할 수 없으므로 하우징에 배치된다. 하우징은 베어링에 적합하지 않지만 다른 유용한 특성을 가진 재료일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 하우징의 와이어는 전체가 강철로 만들어진 비슷한 크기의 베어링보다 가벼울 수 있다. 3선, 선형 및 기타 와이어 레이스 베어링도 있다.
 열 단열 베어링과 복열 베어링의 두 가지 열 설계가 있다. 대부분의 볼 베어링은 단열 설계로, 베어링 볼이 한 줄로 되어 있음을 의미한다. 이 설계는 반경 방향 및 스러스트 하중에 작용한다. 복열 설계는 베어링 볼이 두 줄로 되어 있다. 단열 베어링에 비해 복열 베어링의 장점은 양방향으로 반경 방향 및 축 방향 하중을 지지할 수 있다는 것이다. 복열 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 기울기 효과도 지지할 수 있는 가파른 장착을 특징으로 한다. 복열 베어링의 다른 장점은 강성과 소형성이다. 단점은 단열 베어링보다 더 나은 정렬이 필요하다는 것이다.
 플랜지형 외륜에 플랜지가 있는 베어링은 축 방향 위치 지정을 단순화한다. 이러한 베어링용 하우징은 균일한 직경의 관통 구멍으로 구성될 수 있지만, 하우징의 입구 면(외면 또는 내면)은 구멍 축에 대해 실제로 수직으로 가공되어야 한다. 그러나 이러한 플랜지는 제조 비용이 매우 많이 든다. 유사한 이점을 가진 베어링 외륜의 보다 비용 효율적인 배열은 외경의 양쪽 끝 또는 한쪽 끝에 스냅 링 홈을 만드는 것이다. 스냅 링은 플랜지 기능을 담당한다.
 케이지형 케이지는 일반적으로 콘래드 스타일 볼 베어링에서 볼을 고정하는 데 사용된다. 다른 구조 유형에서는 특정 케이지 모양에 따라 볼의 수가 줄어들어 하중 지지력이 감소할 수 있다. 케이지가 없으면 접선 위치는 두 개의 볼록한 표면이 서로 미끄러지면서 안정화된다. 케이지가 있으면 접선 위치는 볼록한 표면이 일치하는 오목한 표면에서 미끄러지면서 안정화되는데, 이는 볼에 흠집이 생기는 것을 방지하고 마찰이 적다. 케이지형 롤러 베어링은 존 해리슨이 18세기 중반 크로노그래프 작업의 일환으로 발명했다.
 세라믹 볼을 사용한 하이브리드 볼 베어링 세라믹 베어링 볼은 크기와 재료에 따라 강철 볼보다 최대 40% 가볍다. 이는 원심 하중과 미끄러짐을 줄여주므로 하이브리드 세라믹 베어링은 기존 베어링보다 20%에서 40% 더 빠르게 작동할 수 있다. 이는 베어링이 회전할 때 외륜 홈이 볼에 가하는 안쪽 방향 힘이 줄어든다는 것을 의미한다. 이러한 힘의 감소는 마찰과 마찰력#구름 마찰력을 줄인다. 가벼운 볼은 베어링을 더 빠르게 회전시키고, 속도를 유지하는 데 더 적은 전력을 사용한다. 세라믹 볼은 일반적으로 레이스보다 단단하다. 마모로 인해 시간이 지남에 따라 레이스에 홈이 생길 것이다. 이는 성능에 심각한 해를 끼칠 수 있는 평평한 지점을 남길 수 있는 볼의 마모보다 선호된다. 세라믹 하이브리드 베어링은 강철 볼 대신 세라믹 볼을 사용하지만, 강철 내륜과 외륜으로 구성된다. 따라서 하이브리드라는 명칭이 붙는다. 세라믹 재료 자체는 강철보다 강하지만, 더 단단하여 링에 가해지는 응력이 증가하고, 결과적으로 하중 용량이 감소한다. 세라믹 볼은 전기 절연성이 있어 전류가 베어링을 통과할 경우 '아크' 고장을 방지할 수 있다. 세라믹 볼은 윤활이 불가능한 환경(예: 우주 응용 분야)에서도 효과적일 수 있다. 일부 환경에서는 금속 볼 베어링 위에 얇은 세라믹 코팅만 사용된다.
 완전 세라믹 베어링 이 베어링은 세라믹 볼과 레이스를 모두 사용한다. 이 베어링은 부식에 강하고 윤활이 거의 필요하지 않다. 볼과 레이스의 강성과 경도 때문에 이 베어링은 고속에서 소음이 발생한다. 세라믹의 강성 때문에 이 베어링은 취약하며 하중이나 충격으로 인해 균열이 발생하기 쉽다. 볼과 레이스 모두 비슷한 경도를 가지기 때문에 마모는 고속에서 볼과 레이스 모두에 파편을 유발할 수 있으며, 이는 스파크를 유발할 수 있다.
 자동 조심 베어링 그림에 표시된 빙크비스트 베어링과 같은 자동 조심 볼 베어링은 구형 레이스웨이를 가진 외륜 내에 내륜과 볼 어셈블리가 포함되도록 구성된다. 이 구조는 샤프트 또는 하우징 변형 또는 부적절한 장착으로 인한 작은 각도 오정렬을 베어링이 허용할 수 있게 한다. 이 베어링은 주로 섬유 공장의 변속기 샤프트와 같이 매우 긴 샤프트를 가진 베어링 배열에 사용되었다. 자동 조심 볼 베어링의 한 가지 단점은 제한된 하중 등급인데, 외륜 레이스웨이가 매우 낮은 오스큘레이션(반경이 볼 반경보다 훨씬 크다)을 가지기 때문이다. 이는 유사한 디자인을 가졌지만 볼 대신 롤러를 사용하는 구면 롤러 베어링의 발명으로 이어졌다. 구면 스러스트 롤러 베어링은 빙크비스트의 발견에서 파생된 또 다른 발명이다.

작동 조건

수명
베어링의 계산된 수명은 베어링이 지지하는 하중과 작동 속도에 따라 달라진다. 업계 표준 가용 베어링 수명은 베어링 하중의 세제곱에 반비례한다. 베어링의 공칭 최대 하중은 100만 회전의 수명에 대한 것이며, 50 Hz(즉, 3000 RPM)에서는 5.5 작동 시간의 수명에 해당한다. 해당 유형 베어링의 90%는 최소한 그 수명을 가지며, 50%의 베어링은 최소 5배 더 긴 수명을 가진다."Leerboek wentellagers", SKF, 1985

업계 표준 수명 계산은 1947년에 룬드베르크(Lundberg)와 팔름그렌(Palmgren)이 수행한 작업을 기반으로 한다. 이 공식은 수명이 금속 피로에 의해 제한되며, 수명 분포는 베이불 분포로 설명될 수 있다고 가정한다. 재료 특성, 윤활 및 하중에 대한 요소를 포함하는 다양한 변형 공식이 존재한다. 하중에 대한 요소는 현대 재료가 룬드베르크와 팔름그렌이 결정한 것과는 다른 하중과 수명 간의 관계를 보여준다는 암묵적인 인정으로 볼 수 있다.

고장 모드
베어링이 회전하지 않으면 최대 하중은 요소 또는 레이스웨이의 소성 변형을 유발하는 힘에 의해 결정된다. 요소에 의해 발생하는 함몰은 응력을 집중시키고 구성 요소에 균열을 발생시킬 수 있다. 회전하지 않거나 매우 느리게 회전하는 베어링의 최대 하중을 "정적" 최대 하중이라고 한다.

또한 베어링이 회전하지 않는 경우, 베어링에 가해지는 진동력은 베어링 레이스 또는 구름 요소에 충격 손상을 일으킬 수 있으며, 이를 브리넬링이라고 한다. 베어링이 짧은 호를 따라 회전하고 윤활유를 구름 요소에서 멀리 밀어낼 때 발생하는 두 번째로 작은 형태는 가짜 브리넬링이라고 한다.

회전하는 베어링의 경우 동적 하중 용량은 베어링이 1,000,000 사이클을 견디는 하중을 나타낸다.

베어링이 회전하지만 한 바퀴보다 짧게 지속되는 심한 하중을 받는 경우, 베어링이 최대 하중 동안 회전하지 않으므로 계산에 정적 최대 하중을 사용해야 한다.

딥 그루브 레이디얼 베어링에 측면 토크가 가해지면 타원형의 고르지 않은 힘이 구름 요소에 의해 외륜에 가해지며, 외륜의 반대편 두 영역에 집중된다. 외륜이 충분히 강하지 않거나 지지 구조에 의해 충분히 지지되지 않으면 외륜은 측면 토크 응력으로 인해 타원형으로 변형되어 구름 요소가 빠져나갈 수 있을 만큼 간격이 커질 때까지 변형된다. 그러면 내륜이 튀어나와 베어링이 구조적으로 붕괴된다.

레이디얼 베어링에 가해지는 측면 토크는 구름 요소가 가장 높은 측면 토크 위치에서 모두 함께 미끄러지려는 시도 때문에 구름 요소를 같은 간격으로 유지하는 케이지에도 압력을 가한다. 케이지가 붕괴되거나 파손되면 구름 요소가 함께 모여 내륜이 지지력을 잃고 중심에서 튀어나올 수 있다.

최대 하중
일반적으로 볼 베어링의 최대 하중은 베어링의 외경에 베어링의 폭(폭은 축 방향으로 측정됨)을 곱한 값에 비례한다.

베어링에는 정적 하중 정격이 있다. 이는 레이스웨이에서 특정 양의 소성 변형을 초과하지 않는 것을 기준으로 한다. 이 정격은 특정 응용 분야에서 크게 초과될 수 있다.

윤활
베어링이 제대로 작동하려면 윤활이 필요하다. 대부분의 경우 윤활제는 엘라스토하이드로다이내믹 효과(오일 또는 그리스에 의한)를 기반으로 하지만 극한 온도에서 작동하는 건식 윤활 베어링도 사용할 수 있다.

베어링이 공칭 최대 하중에서 공칭 수명을 가지려면 해당 베어링에 권장되는 최소 동적 점도(일반적으로 그리스 문자 로 표시) 이상의 윤활제(오일 또는 그리스)로 윤활해야 한다.

권장 동적 점도는 베어링 직경에 반비례한다.

권장 동적 점도는 회전 빈도에 따라 감소한다. 대략적인 지표로:  미만에서는 속도 10배 감소 시 권장 점도가 6배 증가하고,  이상에서는 속도 10배 증가 시 권장 점도가 3배 감소한다.

베어링 외경과 차축 구멍 직경의 평균이 이고 으로 회전하는 베어링의 권장 동적 점도는 이다.

오일의 동적 점도는 온도에 따라 크게 달라진다는 점에 유의해야 한다. 의 온도 상승은 점도를 10배 감소시킨다.

윤활유의 점도가 권장보다 높으면 베어링의 수명이 증가하며, 대략 점도의 제곱근에 비례한다. 윤활유의 점도가 권장보다 낮으면 베어링의 수명은 감소하며, 얼마나 감소하는지는 사용되는 오일의 종류에 따라 달라진다. EP('극한 압력') 첨가제가 포함된 오일의 경우 수명은 동적 점도의 제곱근에 비례하며, 이는 점도가 너무 높은 경우와 마찬가지이다. 반면 일반 오일의 경우 권장보다 낮은 점도를 사용하면 수명은 점도의 제곱에 비례한다.

윤활은 그리스로 할 수 있는데, 그리스는 일반적으로 베어링 내에 보관되어 볼에 의해 압축될 때 윤활유를 방출하는 장점이 있다. 이는 베어링 금속에 환경으로부터 보호 장벽을 제공하지만, 이 그리스를 주기적으로 교체해야 하고 베어링의 최대 하중이 감소한다는 단점이 있다(베어링이 너무 뜨거워지면 그리스가 녹아 베어링 밖으로 흘러나오기 때문). 그리스 교체 주기는 베어링의 직경에 따라 매우 강하게 감소한다.  베어링의 경우 그리스는 5000 작동 시간마다 교체해야 하는 반면,  베어링의 경우 500 작동 시간마다 교체해야 한다.

윤활은 또한 오일로 할 수 있는데, 이는 최대 하중이 더 높다는 장점이 있지만, 오일이 일반적으로 베어링 밖으로 흐르는 경향이 있기 때문에 베어링 안에 오일을 유지할 방법이 필요하다. 오일 윤활의 경우 오일이 보다 뜨거워지지 않는 응용 분야에서는 오일을 1년에 한 번 교체하고, 오일이 보다 뜨거워지지 않는 응용 분야에서는 오일을 1년에 4번 교체하는 것이 좋다. 자동차 엔진의 경우 오일 온도가 에 도달하지만, 엔진에는 오일 품질을 유지하기 위한 오일 필터가 있어 베어링의 오일보다 교체 주기가 짧은 편이다.

베어링이 진동 상태에서 사용되는 경우 오일 윤활이 선호되어야 한다. 그리스 윤활이 필요한 경우, 발생하는 매개변수에 맞춰 구성해야 한다. 가능하면 높은 블리딩률과 낮은 기본 오일 점도를 가진 그리스가 선호되어야 한다.

하중 방향
대부분의 베어링은 축에 수직인 하중("레이디얼 하중")을 지지하기 위한 것이다. 축 하중도 지탱할 수 있는지, 그리고 지탱할 수 있다면 얼마나 되는지는 베어링의 종류에 따라 달라진다. 스러스트 베어링(일반적으로 회전식 선반에서 볼 수 있음)은 특히 축 하중을 위해 설계되었다.

단열 딥 그루브 볼 베어링의 경우 SKF 문서에서는 최대 축 하중이 최대 반경 방향 하중의 약 50%라고 명시하고 있지만, "가벼운" 및 "작은" 베어링은 최대 반경 방향 하중의 25%에 해당하는 축 하중을 견딜 수 있다고도 명시하고 있다.

단열 에지 접촉 볼 베어링의 경우 축 하중은 최대 반경 하중의 약 2배까지 가능하며,
원뿔형 베어링의 경우 최대 축 하중은 최대 반경 하중의 1배에서 2배 사이다.

종종 콘래드 스타일 볼 베어링은 축 방향 하중에서 접촉 타원 절단 현상을 보인다. 이는 외륜의 내경이 충분히 크거나 내륜의 외경이 충분히 작아서 볼과 레이스웨이 사이의 접촉 면적을 줄인다는 것을 의미한다. 이 경우 베어링의 응력이 크게 증가하여 방사형 및 축 방향 하중 용량 간의 관계에 대한 경험 법칙이 종종 무효화될 수 있다. 콘래드 이외의 구조 유형의 경우, 외륜 내경을 더 줄이고 내륜 외경을 늘려 이를 방지할 수 있다.

축 방향 및 반경 방향 하중이 모두 존재하면 벡터적으로 합산하여 베어링에 가해지는 총 하중을 구할 수 있으며, 이는 공칭 최대 하중과 함께 수명을 예측하는 데 사용될 수 있다. 그러나 볼 베어링의 정격 수명을 정확하게 예측하려면 계산 소프트웨어의 도움을 받아 ISO/TS 16281을 사용해야 한다.

바람직하지 않은 축 하중 방지
베어링의 회전하는 부분(차축 구멍 또는 바깥쪽 원주)은 고정되어야 하는 반면, 회전하지 않는 부분은 그럴 필요가 없다(따라서 미끄러지도록 허용될 수 있다). 베어링에 축 방향 하중이 가해지면 양쪽 측면이 고정되어야 한다.

차축에 두 개의 베어링이 있고 온도가 변동하면 차축이 수축하거나 팽창하므로, 두 베어링이 양쪽 측면에서 모두 고정되는 것은 허용되지 않는다. 이는 차축의 팽창이 이 베어링들을 파괴할 축 방향 힘을 가할 것이기 때문이다. 따라서 베어링 중 적어도 하나는 미끄러질 수 있어야 한다.

'자유롭게 미끄러지는 끼워맞춤'은 최소 4 μm의 간격이 있는 끼워맞춤을 의미하며, 이는 선반으로 만들어진 표면의 표면 거칠기가 일반적으로 1.6~3.2 μm이기 때문으로 추정된다.

끼워맞춤
베어링은 결합 부품의 크기가 적절해야만 최대 하중을 견딜 수 있다. 베어링 제조업체는 이를 달성하기 위해 샤프트 및 하우징의 끼워맞춤에 대한 공차를 제공한다. 재료 및 굳기도 지정될 수 있다.

미끄러지지 않도록 하는 끼워맞춤은 미끄러짐을 방지하는 직경으로 만들어지며, 결과적으로 결합 표면은 힘 없이는 제자리에 놓을 수 없다. 작은 베어링의 경우 망치로 두드리면 베어링과 샤프트 모두 손상되므로 프레스로 하는 것이 가장 좋으며, 큰 베어링의 경우 필요한 힘이 너무 커서 끼워맞춤 전에 한 부품을 가열하여 열팽창으로 인해 일시적인 미끄러짐 끼워맞춤이 가능하도록 하는 것 외에는 대안이 없다.

비틀림 하중 방지
샤프트가 두 개의 베어링에 의해 지지되고 이 베어링의 회전 중심선이 동일하지 않으면 베어링에 큰 힘이 가해져 베어링이 파손될 수 있다. 아주 적은 양의 정렬 불량은 허용되며, 그 양은 베어링의 유형에 따라 달라진다. 특히 '자동 조심'으로 제작된 베어링의 경우 허용되는 정렬 불량은 1.5도에서 3도 사이다. 자동 조심형으로 설계되지 않은 베어링은 2-10분(0.033-0.166도)의 정렬 불량만 허용할 수 있다.

응용 분야


일반적으로 볼 베어링은 움직이는 부품이 포함된 대부분의 응용 분야에 사용된다. 이러한 응용 분야 중 일부는 특정 기능과 요구 사항을 가지고 있다.

 컴퓨터 팬 및 회전 장치 베어링은 매우 구형이었으며 가장 완벽한 구형으로 알려져 있었지만, 하드 디스크 드라이브에서는 더 이상 그렇지 않으며 점점 더 많은 부분이 유체 베어링으로 교체되고 있다.
 시계학에서 장 라살 회사는 무브먼트의 두께를 줄이기 위해 볼 베어링을 사용하는 시계 무브먼트를 설계했다. 0.20mm 볼을 사용하여 칼리버 1200은 두께가 1.2mm에 불과했으며, 이는 여전히 가장 얇은 기계식 시계 무브먼트이다.
 항공우주 베어링은 상업용, 개인용 및 군용 항공기의 많은 응용 분야에서 사용되며, 여기에는 풀리, 기어박스 및 제트 엔진 샤프트가 포함된다. 재료에는 M50 공구강(AMS6491), 탄소 크롬강(AMS6444), 내식성 AMS5930, 440C 스테인리스강, 질화 규소(세라믹) 및 탄화 티타늄 코팅 440C가 포함된다.
 스케이트보드 (장비) 바퀴에는 두 개의 베어링이 포함되어 있으며, 이들은 축 방향 및 반경 방향으로 시간에 따라 변하는 하중을 모두 받는다. 가장 일반적으로 베어링 608-2Z(보어 직경 8mm의 60 시리즈 딥 그루브 볼 베어링)가 사용된다.
 초보자용부터 전문가용 또는 대회용 등 다양한 요요에는 볼 베어링이 통합되어 있다.
 많은 피젯 스피너 장난감은 무게를 추가하고 장난감이 회전할 수 있도록 여러 개의 볼 베어링을 사용한다.
 원심펌프에서.
 철도 기관차 차축 저널. 철도가 디젤 엔진으로 전환되기 전 최신 고속 증기 기관차의 측면 로드 작동.

지정
볼 크기는 주어진 내경 또는 외경(둘 다 아님)에 대해 시리즈가 증가함에 따라 증가한다. 볼이 클수록 하중 지지력이 커진다. 시리즈 200과 300이 가장 일반적이다.

 같이 보기 

 롤러 베어링

 각주 

분류:프랑스의 발명품
분류:1869년 도입
분류:베어링