베어링의 끼움이란? 끼움 공차와 종류를 철저하게 해설

베어링은 동력기계에 의해 발생한 회전운동을 원활하게 전달하기 위해 필수적인 부품으로 다양한 기기에서 이용되고 있습니다. 베어링을 장착할 때의 축이나 하우징은 규격에 따라 지정된 「끼움 치수」로 가공할 필요가 있으며, 높은 가공 정밀도와 지식·숙련 스킬이 필요합니다.
이 기사에서는 베어링을 장착할 때의 끼움 공차와 종류에 대해 해설합니다.

또, 아래의 기사에서는 기계 요소의 기본이 되는 축이나 베어링·키·핀의 작용에 대해 자세하게 해설하고 있으므로, 아울러 읽어 봐 주세요.

베어링의 끼움에 관한 기초 지식

베어링을 사용하는 축이나 하우징을 설계·가공할 때는 사용하는 베어링의 크기나 형상·끼움에 관한 기초적인 지식이 필수적입니다.
또, 사용되는 환경·하중 방향에 따라서도 축이나 하우징의 치수를 조정해, 끼움의 종류를 구분해서 사용할 필요가 있습니다.

이하에서 축이나 하우징 가공에 있어서의 「끼움의 중요성」에 대해 살펴봅시다.

베어링의 끼움이란?

「끼움」이란 축과 베어링의 내륜 또는 하우징과 베어링의 외륜이 장착될 때의 경도(빠지기 어려운 정도)를 나타내는 용어입니다. 일반적으로는 베어링 내륜에 대해 축의 외경이 클수록 끼임의 경도가 강하며 작을수록 빠지기 쉬워집니다.
반대로 베어링 외륜에 대해 하우징 내경이 클수록 끼임의 경도는 느슨해지기 때문에 끼움시 부담은 작아져 베어링 마모시 교체가 용이합니다.

사용하는 기기의 「하중 방향의 회전 또는 고정」 「내륜 회전과 외륜 회전」을 고려해, 적절한 끼움 치수를 선정해 주세요.

끼움 공차의 정의

끼움 공차란, 축과 베어링 내륜·하우징과 베어링 외륜의 조합을 설계할 때 사용하는 수μm 단위의 치수(오차 또는 용서해)를 「H7・h7」등의 알파벳과 숫자로 나타낸 것입니다 축의 가공에는 소문자 알파벳과 숫자, 하우징(구멍)의 가공에는 대문자 알파벳과 숫자의 표기가 일반적으로 사용됩니다.

맞는 공차를 사용함으로써 설계도의 가독성이 향상되기에, 치수의 판독 실수 등에 의한 가공 미스를 방지하는 대책으로서도 효과적입니다.

끼움의 종류에 대해서

앞서 언급했듯이, 맞물림의 선정은 사용되는 기기의 목적이나 하중 방향에 따라 적절한 선택을 해야 합니다.

일반적으로 사용되는 「끼움의 종류」는 다음 소개되는 세 가지 입니다.

틈새 끼움

「틈새 끼움」은 구멍과 축의 사이에 틈새(치수의 차이)가 있는 상태에서의 끼움으로, 삽입한 축을 슬라이드시키거나 축만을 회전시키거나 하는 기기의 설계로 채용됩니다.
틈새 끼움은 그 목적에 따라 틈새의 크기를 변경할 수 있기에 고온 상태에서 축경이 팽창해도 움직일 수 있는 틈새를 확보할 수 있습니다. 틈이 있기에 조립 등도 용이하지만, 정밀한 회전 운동이 요구되는 부분 등은 틈새를 작게 할 필요가 있습니다.

죔새 끼움

죔새는 구멍에 대한 축이 클때의 끼움으로, 높은 토크로 동축도가 요구되는 부분 등에 사용됩니다. 조립 시 높은 압력이 필요하기 때문에 베어링 삽입에는 전문적인 지식이나 기술이 필요합니다.
죔새 끼움의 경우는 한번 끼우면 비파괴로 해체하기 어려우며 분해에는 「풀러」 등의 전용 공구를 필요로 합니다. 베어링을 삽입할 때는 플라스틱 또는 나무 망치를 사용하여 부품에 손상을 주지 않는 배려도 필요합니다.
또한, 죔이 큰 경우는 인력으로 조립하는 것이 어렵기에 「압입기」를 사용하거나, 구멍을 가열해 팽창시키는 「수축 끼움」라고 하는 방법을 채용하기도 합니다.

중간 끼움

중간 끼움은 틈새끼움과 죔새끼움의 사이를 취한 끼움니다.
약간의 틈새와 마감이 있기에 동축도가 높고, 고정밀도에서도 높은 토크가 필요 없는 부분에 사용됩니다.

• 약간의 틈새가 있고, 그리스 등의 윤활제를 사용하면 손으로 움직일 수있는 것
• 거의 틈새가 없고, 해체·삽입에는 망치나 압입기를 사용하는 것
• 조금 비틀림이 있어, 해체나 삽입시에 강한 힘이 필요한 것

등, 목적이나 기기의 사용 환경에 따라 구분해 사용할 수 있습니다.

또, 해체시에는 「죔새 끼움」과 같은 강한 힘은 필요 없고, 부품을 손상시키지 않고 분해할 수 있으므로, 베어링 교환 등의 유지보수의 특성도 높아집니다.

끼움 공차 선택의 중요성

끼움 공차의 선택은 베어링의 성능이나 수명에 중대한 영향을 미칩니다. 적절한 공차를 선정함으로써 마찰이나 마모를 최소화하고 최적의 동작을 실현할 수 있습니다. 반면 부적절한 공차를 선택하면 과도한 마찰이나 발열이 발생해 부품의 조기 열화나 고장을 일으킬 수 있습니다.
또한 부적절한 끼움은 진동과 소음의 증가를 초래하여 기계 시스템 전체의 안정성을 해칠 우려가 있습니다. 따라서 설계자는 사용 환경, 운전 조건 및 부하 특성을 종합적으로 고려한 후 최적의 공차를 설정해야 합니다.

G6 공차의 특징

끼움 규격에서 「G6」은 홀 치수의 「틈새 끼움」에 해당합니다.
예로서 홀 직경 120mm의 경우는 [+0.014~+0.039]로, 끼움 규격 E8에서 G7까지의 중에서는 가장 틈새가 작고 고정밀도가 요구되는 규격입니다. 틈새 끼움에에 해당하지만 축과 홀의 치수차가 작아 수작업에서는 삽입이 어렵기에 홀쪽에 약간의 단차를 설치하여 베어링을 삽입하기 쉽게 하는 경우가 있습니다.
또한 하우징 측의 바닥 면 코너 부분이나 베어링 내륜에 접하는 축의 단차 부분에 「릴리프」가공을 하면 베어링의 설치 정밀도가 높아지므로 추천합니다.

위 그림과 같이 하우징에 φ+0.1~0.2mm, 깊이 수mm 정도의 단차를 설치하여 베어링 삽입 시 가이드 역할을 하여 보다 정확하고 용이한 장착이 가능합니다.

이 방법은 틈새 끼움, 중간 끼움, 죔새 끼움등 모든 끼움에 적용할 수 있습니다(단차의 깊이는 베어링의 치수에 따라 적절히 조정 부탁드립니다).
또한 코너 부분에는 슬로어웨이 공구의 노즈R 제거용 누스미 가공을 실시하여 베어링과 워크의 코너 간섭을 방지합니다. 이를 통해 축, 하우징의 가공면과 베어링을 고정밀로 위치 결정 할 수 있어 높은 동축도, 흔들림정밀도가 요구되는 제품에도 대응 할 수 있습니다.

또한 meviy에서는 G6(6급 공차) 등의 고정밀도 가공에 대응하고 있으며, 각종 베어링과의 조합 및 조립에 최적인 제조가 가능합니다.

끼움의 조정에 관하여

끼움 치수의 선택은 사용하는 기기의 목적이나 환경에 따라 조정·검토할 필요가 있습니다. 축소 가공시의 「가열에 의한 축의 변형」「조성·경도의 변화」를 피하고 싶은 경우나 애초에 가열을 할 수 없는 경우 등의 조건에서는 중요해지는 것이 「끼움 치수의 적절한 선택」입니다.

아래에 끼움이 부적절했을 경우의 폐해에 대해 자세하게 해설해 가겠습니다.

끼움이 힘들 경우

【하우징】

• 베어링의 외륜부나 내부 구조에 과도한 부담이 가한다
• 내륜이 원활하게 회전하지 않게 된다

【축】

• 베어링의 내륜부나 내부 구조에 과도한 부담이 가한다
• 외륜이 원활하게 회전하지 않게 된다

그 외에 과도한 틈새에 의한 하우징이나 축의 손상도 생각할 수 있습니다.

끼움이 느슨한 경우

【하우징】

• 베어링의 외륜부가 미끄러짐에 의해 손상·이상 발열·진동이 일어난다
• 틈이 크기에 목적으로 하는 정밀도가 나오지 않는다
• 하우징 내부의 열융착 및 마모 분말에 의해 베어링 내부가 손상한다

【축】

• 베어링의 내륜부가 미끄러짐에 의해 손상·이상 발열·진동이 일어난다
• 틈이 크기에 목적으로 하는 정밀도가 나오지 않는다
• 축측의 손상·파손

끼움이 헐거운 경우 소음이나 축의 회전 흔들림 확대로도 이어지기 때문에 공작 기계의 주축 등에서는 가공 정밀도, 진원도, 면상도의 저하로 이어집니다.

정리

끼움은 사이즈나 기기의 사용목적, 하중방향, 회전토크의 크기에 따라 최적의 「끼움 공차」 선택이 중요합니다.
또, 하우징측의 소재나 베어링 외륜에 접하는 두께에 의해서도 조정할 필요가 있기에, 설계를 실시하는 분은 「가공이나 조립에 관한 지식」이 필요 불가결합니다. 일반적으로 축과 비교하여 하우징의 가공은 어렵고 홀 정밀도도 좋지 않으므로 바깥 고리와의 결합은 느슨하게 해 주십시오.
또, 중공축이나 두께가 얇은 하우징, 알루미늄 주물등의 경합금제 하우징의 경우는, 통상의 것보다 딱딱한 끼워맞춤을 선택하는 것을 추천합니다.

베어링을 사용하고 있는 기기의 강성이나 정밀도뿐만 아니라 유지보수성도 포함한 최적의 끼움을 선택 부탁드립니다