베어링의 끼워맞춤 및 베어링 공차 적용

베어링의 끼워맞춤 및 베어링 공차 적용

베어링의 끼워맞춤에 대해서 많은 설계자들이 고민을 하는 경우를 보았다.
물론 본인도 그렇고..^^자격시험을 준비하시는 분들도 포털에 문의를 많이 한 내용들이 있다.

간략하게 조사하고 공부한 것을 옮겨본다.

구름베어링의 끼워맞춤을 이해하고 적용하려면 먼저 베어링이 설치되어 있는 장치나 기계에서 어떤 하중을 받고 있는지를 정확히 알아야 할 필요가 있다. 일반적으로 시험 과제도면에 나오는 동력전달장치 등의 경우 일체 하우징 구멍에서 하중의 종류 중 외륜 회전하중을 받는 보통하중 또는 중하중인 경우 N7을 적용하면 무리가 없을 것이다. 주로 볼베어링에 적용하며, 가벼운하중(경하중) 또는 변동하중을 받는 경우는 M7을 적용해주면 된다. 또한 외륜정지하중의 조건에서 모든 종류의 하중에 적용할 수 있는 하우징구멍의 공차등급은 H7, 경하중 또는 보통하중인 경우 H8을 적용해주면 된다.

반면 베어링에 끼워지는 축의 경우에는 축 지름과 적용 하중에 따라 축의 공차 범위 등급을 선정할 수가 있는데 예를 들어 하중의 조건이 내륜 회전하중 또는 방향부정하중이면서 보통하중을 받는 경우 축 지름에 따라서 js5, k5, m5, m6, n6, p6, r6를 적용하며 경하중 또는 변동하중인 경우 축 지름에 따라서 h5, js6, k6, m6를 적용하면 된다. 아래표에 나타낸 축과 구멍에 적용하는 공차 범위 등급은 KS와 JIS가 동일한 규격으로 규정하고 있는 내용이므로 참고하기 바란다.

베어링 끼워맞춤 공차 선정 순서

① 조립도에 적용된 베어링의 규격을 보거나 규격이 없는 경우 직접 재서 안지름, 바깥지름, 폭을 보고 KS규격에서 찾아 축지름과 적용하중을 선택한다.

② 축이 회전하는 경우 내륜회전하중 축은 고정이고 하우징이 회전하는 경우 외륜회전란을 선택하여 해당하는 공차를 선택한다.

③ 레이디얼 베어링(0급, 6X급, 6급)에 대하여 일반적으로 사용하는 축과 하우징 구멍의 공차 범위 등급에서 해당하는 것을 선택한다.

[Key point]

도면에 적용한 베어링의 규격에서 적용할 하중을 선택할 수도 있다. 베어링의 호칭번호 중에 두 번째 숫자로 표기하는 베어링 계열기호(지름번호)는 예를 들어 단열 깊은 홈 볼베어링 6204에서 2는 치수계열기호 02에서 0을 뺀 것이고 이 치수계열기호가 커짐에 따라 베어링의 폭과 바깥지름이 커지므로 적용하중하고 연관이 있게 되는 것이다. 0,1의 경우 아주 경하중용 2는 경하중용 3은 보통하중용 4는 큰하중용으로 구분할 수 있다. 베어링의 치수가 나와 있는 규격을 살펴보면 금방 이해할 수 있을 것이다.(예 : 6000, 6200, 6300의 베어링의 안지름은 10mm로 동일하지만 베어링의 바깥지름과 폭의 치수는 다른 것을 알 수 있다.)

레이디얼 베어링(0급, 6X급, 6급)에 대하여 일반적으로 사용하는
축의 공차 범위 등급 [KS B 2051]

조 건		볼베어링		원통롤러베어링 원뿔롤러베어링		자동조심 롤러베어링		축의 공차등급	비고
		축 지름(mm)
		초과	이하	초과	이하	초과	이하
원통구멍 베어링(0급, 6X급, 6급)
내륜회전하중 또는 방향부정하중	경하중 또는 변동하중	- 18 100 -	18 100 200 -	- - 40 140	- 40 140 200	- - - -	- - - -	h5 js6 k6 m6	정밀도를 필요로 하는 경우 js6, k6, m6 대신에 js5, k5, m5를 사용한다.
	보통하중	- 18 100 140 200 - -	18 100 140 200 280 - -	- - 40 100 140 200 -	- 40 100 140 200 400 -	- - 40 65 100 140 280	- 40 65 100 140 280 500	js5 k5 m5 m6 n6 p6 r6	단열 앵귤러 볼 베어링 및 원뿔롤러베어링인 경우 끼워맞춤으로 인한 내부 틈새의 변화를 고려할 필요가 없으므로 k5, m5 대신에 k6, m6를 사용할 수 있다.
	중하중 또는 충격하중	- - -	- - -	50 140 200	140 200 -	50 100 140	100 140 200	n6 p6 r6	보통 틈새의 베어링보다 큰 내부 틈새의 베어링이 필요하다.
내륜정지하중	내륜이 축 위를 쉽게 움직일 필요가 있다.	전체 축 지름						g6	정밀도를 필요로 하는 경우 g5를 사용한다. 큰 베어링에서는 쉽게 움직일 수 있도록 f6을 사용해도 된다.
	내륜이 축 위를 쉽게 움직일 필요가 없다.	전체 축 지름						h6	정밀도를 필요로 하는 경우 h5를 사용한다.
중심축하중		전체 축 지름						js6	-
테이퍼 구멍 베어링(0급) (어댑터 부착 또는 분리 슬리브 부착)
전체하중		전체 축 지름						h9/IT5	전도축(伝導軸) 등에서는 h10/IT7로 해도 좋다.

[비고]

1. IT5 및 IT7은 축의 진원도 공차, 원통도 공차등의 값을 표시한다.

2. 위 표는 강제 중실축에 적용한다.

레이디얼 베어링(0급, 6X급, 6급)에 대하여 일반적으로 사용하는 하우징 구멍의 공차 범위 등급 [KS B 2051]

조건				하우징 구멍의 공차범위 등급	비 고	적용예(참고)
하우징 (Housing)	하중의 종류		외륜의 축 방향의 이동
일체 하우징 또는 2분할 하우징	외륜정지 하중	모든 종류의 하중	쉽게 이동할 수 있다.	H7	대형베어링 또는 외륜과 하우징의 온도차가 큰 경우 G7을 사용해도 된다.	일반 베어링 장치 철도차량차축 전도장치 등
		경하중 또는 보통하중		H8	-
		축과 내륜이 고온으로 된다.		G7	대형베어링 또는 외륜과 하우징의 온도차가 큰 경우 F7을 사용해도 된다.	건조 실린더 등
일체 하우징		경하중 또는 보통하중에서 정밀 회전을 요한다.	원칙적으로 이동할 수 없다.	K6	주로 롤러베어링에 적용된다.
			이동할 수 있다.	JS6	주로 볼베어링에 적용된다.
		조용한 운전을 요한다.	쉽게 이동할 수 있다.	H6	-
	방향부정 하중	경하중 또는 보통하중	통상 이동할 수 있다.	JS7	정밀을 요하는 경우 JS7, K7 대신에 JS6, K6을 사용한다.	전동기, 펌프, 크랭크축의 주베어링 등
		보통하중 또는 중하중	이동할 수 없다.	K7
		큰 충격하중	이동할 수 없다.	M7	-	트랙션 모터 등
	외륜회전 하중	경하중 또는 변동하중	이동할 수 없다.	M7	-	컨베이어롤러, 텐션풀리 등
		보통하중 또는 중하중	이동할 수 없다.	N7	주로 볼베어링에 적용된다.
		얇은 하우징에서 중하중 또는 큰 충격하중	이동할 수 없다.	P7	주로 롤러베어링에 적용된다.

[비고]

1. 위 표는 주철제 하우징 또는 강제 하우징에 적용한다.

2. 베어링에 중심 축 하중만 걸리는 경우 외륜에 레이디얼 방향의 틈새를 주는 공차범위 등급을 선정한다.

베어링의 회전 및 하중 조건에 따른 끼워맞춤 일반기준

아래 표에 정리해놓은 것처럼 먼저 조립도를 분석하여 어떤 하중이 걸리고 베어링의 내륜이 회전하는지 외륜은 고정인지에 따라 내륜회전하중에 외륜정지하중이라면 끼워맞춤은 내륜의 경우 억지끼워맞춤으로 외륜의 경우 헐거운 끼워맞춤으로 해주면 된다.

1) 내륜 회전·외륜 정지(하중의 종류 : 정지)

내륜과 축의 맞물림에는 「억지끼워맞춤」가, 외륜과 하우징의 맞물림에는 「헐거운끼워맞춤」이 적합하다. 

주된 사용예는 전동기나 평기어 장치 등.

2) 내륜 정지·외륜 회전(하중의 종류 : 회전)

내륜과 축의 맞물림에는 「억지끼워맞춤」이, 외륜과 하우징의 맞물림에는 「헐거운끼워맞춤」이 적합하다. 

주요 사용 예는 불균형이 큰 바퀴 등.

3) 내륜 정지·외륜 회전(하중의 종류 : 정지)

내륜과 축의 맞물림에는 「헐거운끼워맞춤」이, 외륜과 하우징의 맞물림에는 「억지끼워맞춤」이 적합하다. 

주된 사용예는, 정지축이 붙은 주행차나 도르래 등.

4) 내륜 회전·외륜 정지(하중의 종류 : 회전)

내륜과 축의 맞물림에는 「헐거운끼워맞춤」이, 외륜과 하우징의 맞물림에는 「억지끼워맞춤」이 적합하다.

주된 사용예는 불균형 진동의 특성을 가진 진동체 등.

5) 부정(불균형 하중이나 변동적인 하중이 있는 등 하중 방향이 일정하지 않은 경우)

내륜과 축, 외륜과 하우징 모두 "억지끼워맞춤"이 좋다고 되어 있다. 

주요 사용 예는 크랭크 등.

베어링 제조사의 카다로그에 수록된 기술자료나 추천하는 권장 끼워맞춤을 참고하여 설계에 적용하는 것이 좋다. 

베어링은 축과 하우징에 끼워맞춤하여 작동한다. "끼워맞춤"이란 축과 내륜, 하우징과 외륜이 끼워맞춤될 때의 경도의 정도를 말한다. 구름 베어링은 내륜·외륜을 축이나 하우징에 고정하여 하중을 받는 구조. 

또, 구름 베어링의 작용으로서, 궤도륜과 축, 혹은 하우징의 끼워맞춤 면에서, 「레이디얼 방향」 「액시얼 방향」 또는 「회전 방향」에 상대적인 움직임이 발생하지 않게 한다는 점을 들 수 있다.

「끼워맞춤」에는 베어링의 구멍의 치수가 축의 치수보다 작은 경우의 차이인 「죔새」가 있는지 여부에 따라 「억지끼워맞춤」 「헐거운끼워맞춤」 「중간끼워맞춤」 등의 종류로 구분할 수 있다. 

베어링을 안전하게 고정하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 궤도륜과 축 또는 하우징과의 끼워맞춤면에 죔새를 설계하는 것이다. 그 죔새를, 「억지끼워맞춤」으로 하는 방법이다. 또, 이러한 방법으로 설계하는 것으로, 베어링의 부하 능력이 손상되지 않는다는 장점도 있다.

단, 억지끼워맞춤을 채용하면 베어링의 분해 작업의 간편성을 떨어진다는 단점도 고려할 필요가 있다. 또한 자유측 베어링에 비분리 베어링을 사용할 때에는 축 방향으로 이동할 수 없다는 점도 고려해야 한다.