선형 베어링 속도를 제한하는 것은 무엇입니까? (1 부)

다니엘 콜린스 | 2017년 5월 28일

포장 및 전자 조립과 같이 처리량이 중요한 요소인 응용 분야에는 고속 모션이 필요합니다. 이러한 시스템은 일반적으로 우수한 강성과 높은 부하 용량을 위해 재순환 선형 베어링 가이드와 함께 선형 모터 또는 강철 강화 벨트 드라이브를 사용합니다. 그러나 이러한 응용 분야에서 요구되는 속도는 일반적으로 최대 속도가 3m/s(9.8ft/s)인 재순환 선형 베어링에 문제가 될 수 있습니다.

리니어 가이드 유형과 제조업체에 따라 최대 속도가 2m/s(6.6ft/s)를 초과하는 경우 2~4 사이의 부하 계수가 권장될 수 있습니다. 베어링 수명을 계산할 때 베어링의 동적 부하 용량을 부하 계수로 나눕니다. 이는 고속에서 발생하는 진동과 충격을 설명하기 위해 수행됩니다.

재순환 선형 볼 베어링은 고도로 가공된 표면 사이의 구름 접촉과 최소 마찰(적절하게 윤활된 경우)을 통해 매우 우수한 작동 특성을 갖습니다. 그렇다면 최대 속도는 왜 제한됩니까?

대답은 가속도와 뉴턴의 운동 제2법칙인 F = ma(힘 = 질량 x 가속도)와 관련이 있습니다.

재순환 선형 베어링의 볼은 하중 지지 구역에서 재순환 구역으로 이동할 때 방향이 변경된다는 점을 기억하십시오. 이를 위해서는 재순환 메커니즘에 의해 엔드 캡 주위를 안내하면서 감속해야 합니다. 이러한 감속은 재순환 요소, 특히 베어링 블록 엔드 캡에 힘을 생성합니다. (베어링 블록의 속도를 기준으로) 볼의 속도가 높을수록 감속도 커지고 엔드 캡에 가해지는 힘도 커집니다(F = ma로 돌아옴).

재순환 선형 베어링에서 볼은 베어링 블록을 통과하면서 방향을 바꿉니다. 이로 인해 재순환 요소와 엔드 캡에 큰 힘이 가해집니다. 이미지 출처: Schaeffler Group Inc.

재순환의 원리를 이해하면선형 재순환 볼 베어링으로 ​​더 높은 속도를 달성하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 더 높은 힘을 견딜 수 있는 엔드 캡을 사용하거나 볼의 질량을 줄이는 것입니다.

실제로 대부분의 선형 베어링 제조업체는 엔드 캡을 포함하여 강화된 재순환 메커니즘을 갖춘 재순환 볼 베어링을 제공합니다. 이는 최대 속도가 5m/s(16.4ft/s)인 "고속"으로 표시된 선형 베어링의 설계인 경우가 많습니다.

일부 제조업체에서는 볼 체인이 있는 고속 선형 재순환 베어링(볼 분리기, 볼 스페이서 또는 케이지 볼이라고도 함)을 제공합니다. 볼 간의 접촉을 제거하여 마찰과 열을 더욱 줄이고 각 볼에 일정한 힘이 공급되도록 하기 때문입니다. 그리고 충분한 윤활.

볼 체인은 각 볼이 일정하고 충분한 윤활을 받도록 보장합니다. 이미지 제공: THK

다른 대안은 볼의 질량을 줄여 재순환 중에 엔드 캡에 가해지는 힘을 줄이는 것입니다. 이를 달성하기 위해 일부 제조업체에서는 세라믹 볼이 포함된 선형 베어링 블록을 제공합니다. 세라믹은 질량 대 강도 비율이 낮기 때문에 사용되며, 강철 표면에 사용하면 롤링 특성이 좋습니다. 세라믹 볼이 포함된 선형 베어링은 최대 10m/s(32.8ft/s)의 최대 속도를 달성할 수 있지만 기존 강철 볼이 포함된 유사한 베어링과 비교할 때 동적 부하 용량은 최대 30%까지 감소합니다.

다음으로 리니어 플레인 베어링의 속도를 제한하는 요소를 살펴보겠습니다.

특집 이미지 크레디트: 연방고속도로국