L10 베어링 수명 단계별 계산법: 직접 계산할 수 있는 것과 공급사에서 받아야 하는 것

P에 반경방향 하중만으로 충분한지 판단한다

P는 수명 계산식의 하중 항입니다. 축방향 하중이 작용하는데 Fr만 입력하면 계산된 수명이 과대하게 나옵니다.

환산은 P = X·Fr + Y·Fa로 수행하며, X와 Y는 베어링 형식과 형상에 따라 달라지고 규격 또는 제조사가 공표합니다^9,18. 이 문서에서 그 계수를 가져올 수는 없습니다.

수명 수치를 신뢰하기 전에 후보 베어링과 사용하시는 Fa/Fr 비에 해당하는 X 값과 Y 값을 공급사에 확인하십시오. 애초에 필요한지 여부는 하중 조건에 달려 있습니다.

디프 그루브 볼 베어링은 양방향의 축방향 하중을 견딜 수 있지만, 한 공급사는 축방향 용량이 보통 정반경 정격의 약 20~30%를 넘지 않으며, 더 높은 축방향 용량이 필요하면 앵귤러 콘택트 설계를 요한다고 밝힙니다⁶. 이 비율은 설계 근거로 삼을 규칙이 아니라 한 공급사의 견해로 취급하십시오.

축방향 성분이 반경방향 하중에 비해 작다면 1차 검토로는 반경방향 전용 계산으로 충분할 수 있습니다. 그렇지 않다면 X와 Y를 쓰는 절차가 필수입니다.

지수와 기본식을 확정한다

기본 정격 수명은 L10 = (C/P)^p × 10^6 회전입니다. 여기서 C는 기본 동정격 하중, P는 등가 동하중, p는 볼 베어링에서 3, 롤러 베어링에서 10/3입니다^8–10,21.

지수를 틀리면 이후의 모든 숫자가 틀리므로, 시작 전에 베어링 계열을 확인하십시오. 롤러 베어링은 3이 아니라 10/3을 씁니다.

이 지수야말로 하중 변화가 수명에 크게 작용하는 이유이기도 합니다. 수명은 하중비를 그 지수만큼 거듭제곱한 값에 비례해 변하므로, 작용 하중이 조금만 늘어도 계산 수명은 크게 줄어듭니다.

볼 베어링에 하중을 2배로 하면 수명은 대략 1/8로 줄어듭니다⁸. 지수가 더 큰 롤러 베어링은 더욱 민감합니다^1,9,21.

그렇기 때문에 C를 올리는 한 단계 위 베어링 선택이 애매한 수명 값을 그대로 받아들이는 것보다 저렴할 수 있습니다. C 자체에 대한 한 가지 주의점이 있습니다.

테이퍼 로oller 베어링의 카탈로그 동정격은 산정 기준 규격이 다를 수 있어 제조사 간에 반드시 직접 비교할 수 있는 것은 아닙니다²⁹. 여러 제조사의 후보를 비교할 때는 정격의 근거 규격을 각각 명시하도록 요구하십시오.

적용 장비의 회전 속도로 회전수를 시간으로 환산한다

L10의 단위는 회전수입니다. 속도를 확정해야 비로소 시간이 나옵니다.

회전수를 시간당 회전수, 즉 RPM × 60으로 나누십시오¹⁰. 계산의 형태는 단순합니다.

C = 10,000 N, P = 2,000 N, p = 3이면 C/P = 5, (C/P)^3 = 125이므로 L10 = 125 × 10^6 회전입니다. 1,000 RPM에서는 125,000,000 ÷ 60,000 = 약 2,083시간입니다^9,10.

이 예는 일반적인 설명일 뿐 모터, 펌프, 컨베이어의 실제 사례가 아닙니다. 이 자료군에는 실제 하중으로 그런 계산을 마친 출처가 없습니다.

결과를 비교할 목표는 운전 형태에 따라 달라집니다. 한 출처는 대부분의 산업 설비에서 목표 L10 수명을 20,000~50,000시간, 연속 운전하는 중요한 펌프·팬·컴프레서는 80,000~100,000시간 이상으로 보고 있습니다²¹.

이 구간들은 단일 출처의 출발점 참고치이지 사양이 아니며, 보전 주기와 계획되지 않은 정지의 비용을 근거로 목표를 직접 정하십시오. 하루 한 교대로 도는 컨베이어와 연속 운전하는 펌프는 베어링이 동일하더라도 같은 시간 목표를 적용해서는 안 됩니다.

신뢰성과 운전 조건 보정을 적용한다

기본 L10은 신뢰성 90% 수치입니다. 그 이상의 신뢰성이 필요하면 수정 정격 수명은 Lna = a1 × a2 × a3 × L10이며, a1은 신뢰성, a2는 재료, a3는 윤활과 청정도를 포함한 운전 조건을 보정합니다¹¹.

공표된 값이 있는 것은 신뢰성 계수로, 신뢰성 90%에서 a1 = 1.0, 95%에서 0.62, 99%에서 0.21입니다²⁰. 펌프의 신뢰성을 90%에서 99%로 올리면 계산 수명이 약 1/5로 줄어드는데, 사양서에 신뢰성 목표를 적을 때 당신이 감수하는 거래가 바로 이것입니다.

윤활과 오염 측면은 a3를 통해서, 또는 윤활 상태·오염·신뢰성 목표를 함께 다루는 ISO 281 수정 수명 방식을 통해서 반영됩니다^11,21. 이 자료군에는 a_ISO 값이나 숫자를 넣어 계산을 마친 수정 수명 예시가 없으므로, 공개 데이터만으로는 이 단계를 완료할 수 없습니다.

사용하시는 윤활·청정도 조건으로 수정 계산을 수행하고 어떤 계수 구조를 썼는지 밝히도록 공급사에 요구하십시오.

운영 형태에 맞춰 내부 여유와 끼워맞춤을 정한다

여유는 L10 산술에 나오지 않지만, 계산한 수명을 실제로 얻게 될지를 결정합니다. 내부 여유는 소음, 진동, 열응력, 처짐, 하중 분포, 피로 수명에 영향을 주며, 내륜이나 축이 외륜보다 뜨겁게 돌 때는 축의 열팽창으로 여유가 줄어들기 때문에 큰 반경방향 여유가 바람직합니다⁷.

모터, 펌프, 컨베이어에서는 보통 내륜이 더 뜨거우므로, 고속·발열·열팽창을 근거로 세 용도 모두에 C3 여유가 흔히 권장됩니다²². 끼워맞춤은 반대 방향에서 같은 역할을 합니다.

고속·고하중 용도에는 더 단단한 압입이 필요한 반면, 열팽창은 여유 끼워맞춤이나 중간 끼워맞춤 쪽으로 밀어갈 수 있습니다²³. 두 선택은 서로 맞물립니다.

뜨거운 축에 너무 단단한 끼워맞춤을 하면 선택한 내부 여유를 잠식하고, 느슨한 끼워맞춤은 륜의 크리프를 허용합니다. 문의를 보내기 전에, 내외륜의 실제 온도차에 대해 여유 등급과 축·하우징 공차를 하나의 묶음으로 확인하십시오.

별개의 결정으로 다뤄서는 안 됩니다.

동수명 대신 C0이 지배하지 않는지 확인한다

동수명 계산식은 베어링이 하중 아래에서 회전한다는 전제를 깁니다. 하중 아래에서 정지해 있거나 매우 느리게 움직이는 베어링, 즉 인덱싱 후 정지하거나 위치를 유지하는 축에서는 정격 C0과 정적 안전율 확인이 지배하며, 충격 하중, 저속 진동, 긴 정지 시간이 있으면 이 확인이 동적 확인만큼 중요해집니다¹².

잦은 기동과 충격 하중이 있는 컨베이어 구동부가 바로 주의할 사례입니다. 출처들은 정적 안전율 공식도, 어느 용도에 대한 허용 최소값도 제공하지 않으므로, 이 문서만으로는 이 확인을 마칠 수 없습니다.

사용하시는 용도에 대한 정적 등가 하중 방법과 공급사가 적용하는 최소 안전율을 요구하십시오.

수치를 신뢰하기 전에 공급사에 요구할 데이터

위의 계산 사슬은 출처가 공개하지 않는 입력이 갖춰져야 비로소 완성됩니다. 문의를 보내기 전에 다음을 요구하고, 이것들 없이 제시된 수명 수치는 잠정치로 취급하십시오.

• ✓후보 베어링의 사용하시는 Fa/Fr 비에서의 X·Y 계수와 그 출처 규격
• ✓카탈로그 C 정격의 근거 규격. 특히 테이퍼 로oller 베어링은 제조사 간 정격이 비교 불가할 수 있음
• ✓사용하시는 용도에 대한 C0, 정적 안전율 방법과 최소값
• ✓실제 윤활·청정도 조건에 대한 a_ISO 또는 동등한 윤활·오염 계수
• ✓수명 수치가 깨끗한 윤활, 올바른 설치, 정상 운전 조건을 전제로 한다는 확인, 그리고 전제가 무너질 때의 변화
• ✓후보가 좁혀지면 공급사 자체 수명 계산기를 사용하시는 용도에 대해 실행해 줄 수 있는지 여부
• ✓후보 베어링의 DN 값. 동일 내경에서 단열 베어링은 보통 복열 대응품보다 20~40% 높은 DN 값을 허용하므로

보정 구조를 두고 출처들이 엇갈리는 지점

두 보정 경로는 계산 방식이 다릅니다. 수치를 비교하기 전에 공급사가 제시하는 수명이 어느 쪽을 쓰는지 확인하십시오.

출처들이 입증하지 않는 것

• 특정 베어링 형식의 P를 계산하는 데 필요한 X·Y 계수의 실제 값을 제공하는 출처는 없다.
• 모터, 펌프, 컨베이어 적용에 대해 구체적인 하중·회전 속도와 그에 따른 L10h까지 계산을 마친 L10 계산 예를 제공하는 출처는 없다.
• s0 = C0/P0 공식이나 어느 용도에 대한 허용 최소값을 제공하는 출처는 없다.
• a_ISO 값이나 숫자를 넣어 계산을 마친 수정 정격 수명 계산 예를 제공하는 출처는 없다.
• 특정 후보 베어링에 대한 실제 카탈로그 데이터(C, C0, 치수, 최고 회전 속도)를 제공하는 출처는 없다.
• X·Y 계수로 반경방향·축방향 하중에서 P를 계산하는 것까지 포함한 단계별 계산 예를 제공하는 출처는 없다.
• 가변 속도 적용에서 회전수 기준 L10과 시간 기준 L10h의 상호 환산을 제공하는 출처는 없다.