니들 롤러 베어링: 60년이 지났지만 여전히 발전하고 있습니다.

Jul 20, 2023

니들 롤러 베어링의 기본 설계는 지난 60년 동안 크게 변경되지 않았지만 지속적인 개발을 통해 원래 제품에 비해 수명이 5배, 정하중 정격이 2배인 새로운 케이지 설계가 탄생했습니다. 대부분의 설계 엔지니어 니들 롤러 베어링이 제공하는 기술적 이점, 즉 컴팩트한 설계 영역에서 상대적으로 높은 하중을 처리할 수 있는 능력에 대해 이미 잘 알고 있을 것입니다. 이러한 기술적 이점으로 인해 니들 롤러 베어링은 수년에 걸쳐 다양한 산업 및 자동차 동력 전달 응용 분야에서 선호되는 베어링으로 ​​선택되었습니다. 니들 롤러 베어링은 작은 원통형 롤러를 사용하는 베어링입니다. 이 롤러는 회전 표면의 마찰을 줄이는 데 사용됩니다. 볼 베어링과 비교하여 니들 롤러 베어링은 베어링 궤도 저널과 접촉하는 넓은 표면적을 가지고 있습니다. 니들 롤러 베어링의 일반적인 구조는 내부 레이스(또는 때로는 샤프트), 방향을 지정하고 포함하는 니들 케이지로 구성됩니다. 니들 롤러, 니들 롤러 자체, 외부 궤도. 니들 롤러 베어링에는 드로운 컵, 정밀 레이스, 케이지 롤러, 스러스트 롤러 등 다양한 디자인이 있습니다. 여기서는 케이지형 롤러 유형을 고려합니다. 케이지형 니들 롤러 베어링의 기능은 반경방향 하중과 회전 속도를 지원하는 것입니다. 여기에서는 케이지가 롤러를 안내하고 유지합니다. 케이지 설계는 일반적으로 1열 및 2열 설계로 제공되며 강철, 플라스틱(PA66) 및 알루미늄을 포함한 다양한 케이지 재료를 사용할 수 있습니다. 다중 열 베어링 설계는 하중 전달 능력을 향상시킵니다. 강철이든 플라스틱이든 케이지는 솔리드 케이지, 단일 분할 및 분할 절반(2피스)을 포함하여 다양한 구조로 만들 수 있습니다. 이러한 케이지에는 윤활 통로 및 기타 맞춤형 설계 기능이 통합될 수도 있습니다. 케이지 니들 롤러 베어링의 일반적인 응용 분야는 기어박스, 자동차 동력 전달 시스템, 2행정 및 4행정 엔진, 유성 기어 세트 및 공기 압축기입니다. 4가지 주요 유형 중 어떤 유형에 관계없이 용도에 맞게 니들 롤러 베어링을 선택하면 엔지니어는 설계 단계 초기에 결정을 내리기 전에 크기/설계 범위, 하중 유형, 하중 용량, 속도, 온도, 오정렬, 하우징 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 1949년 제2차 세계 대전이 끝나갈 무렵 INA(현 Schaeffler 그룹)의 창립자인 Georg Schaeffler 박사와 그의 형제 Wilhelm은 새로운 유형의 니들 롤러 베어링인 INA 케이지 니들 롤러 베어링. Georg Schaeffler가 처음으로 완전 보완형 니들 롤러 베어링의 단점을 극복하는 방법을 고려한 것은 미군용 베어링을 제조하는 동안이었습니다. 당시 전동체를 사용한 베어링 설계는 특히 높은 주행 속도에서 기울어지는 경향이 있었고 이로 인해 마찰 저항(열)이 증가하는 문제가 있었습니다. 또한 틈새가 좁은 곳에서는 베어링이 쉽게 잠겼습니다. 1949년 Georg Schaeffler 박사의 솔루션은 케이지에서 바늘을 축 방향으로 안내하는 것이었습니다. 케이지 니들 롤러 베어링은 이러한 단점을 극복하는 동시에 높은 속도와 낮은 마찰을 제공합니다. Georg는 INA의 엔지니어 팀과 협력하여 대량 생산이 준비될 때까지 아이디어를 개발한 후 고객에게 새로운 니들 베어링의 장점을 설득하기 위해 샘플 케이스를 들고 동생과 함께 출발했습니다. 초기에는 INA의 발전은 자동차 산업과 밀접하게 연관되어 있습니다. 실제로 케이지 니들 롤러 베어링의 첫 번째 목표는 자동차 산업이었으며 신기술로 전환한 최초의 고객 중 일부는 Mercedes Benz와 Adler Motorcycles였습니다. INA의 롤링 베어링 사업이 본격적으로 시작되었습니다. 오래지 않아 Schaeffler 박사의 케이지 니들 롤러 베어링은 많은 자동차 및 산업 플랜트와 기계 설계에서 필수 요소가 되었습니다. Schaeffler 박사의 케이지 니들 롤러 베어링의 엔지니어링 천재성이 오늘날에도 원래 설계에 여전히 사용되고 있다는 것은 놀라운 일입니다. 그러나 원래 설계는 수년에 걸쳐 그대로 유지되지 않고 지속적으로 개선되어 점점 더 다양한 요구 사항을 충족하도록 조정되었습니다. INA 케이지 니들 롤러 베어링은 더 작고 효율적이며 비용 효율적인 차량 개발에 크게 기여했습니다. 오늘날에도 니들 롤러 베어링을 사용하지 않은 자동차 변속기 시스템은 상상하기 어려울 것입니다. 오늘날 INA 니들 롤러 베어링은 15,000개 이상의 변형으로 제조되며 고객 응용 분야의 특별한 요구 사항을 충족하도록 맞춤화된 새로운 설계를 갖추고 있습니다. 가공된 INA 니들 롤러 베어링은 특히 셰플러의 X-life 프리미엄 품질 표준이 최근 도입되면서 제품군의 핵심을 형성합니다. X-life 품질로 생산된 니들 롤러 베어링은 이제 기존 베어링에 비해 동적 정격 하중이 13% 증가했으며, 이는 서비스 수명이 50% 증가한 것과 같습니다. 고객에게 이러한 개선은 윤활 스트레스 감소, 마찰 감소를 의미합니다. 베어링 온도가 낮아져 에너지 효율적인 베어링이 탄생합니다. 또한, 성능 용량의 증가로 인해 베어링의 무게와 공간 요구 사항이 감소하면서 해당 용도에 맞게 베어링 크기를 줄일 수 있습니다. 드물지만 적용 요구 사항이 X-life 베어링을 초과하는 경우 추가 기술 성능 개선이 가능합니다. 새로운 베어링 코팅 및 재료를 사용하여 얻을 수 있습니다. 현재 셰플러 자동차 사업부에서 진행 중인 프로젝트 중 하나는 새로운 하이브리드 전기 승용차의 자동 기어박스 변속기용 고속 유성 기어 세트를 재설계하는 것입니다. Stewart Davies, 수석 응용 엔지니어 Schaeffler(UK) Ltd는 다음과 같이 말했습니다. "오늘날 자동차 산업은 CO2 배출량을 줄이면서 연료 효율이 높은 차량을 생산해야 한다는 압력을 받고 있습니다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 전체 주행에서 마찰을 줄여 차량의 연료 소비를 개선하는 것입니다. 이는 개별 구성 요소의 무게를 줄여 전체 차량의 무게를 줄이는 것을 의미합니다.""자동차 제조업체는 이제 더 나은 마찰 특성을 제공하는 베어링 및 기타 엔진 구성 요소를 요구하며, 이것이 케이지 니들 롤러 베어링의 장점이 되는 곳입니다. "Davies는 니들 롤러 베어링용 케이지의 특수 설계와 베어링의 윤활 흐름 특성을 개선하는 개선된 기능으로 인해 베어링의 마찰 설계가 낮아져 고객이 전기 차동 장치용 유성 기어 세트를 사용할 수 있게 되었다고 말합니다. 크기가 줄어들어 원래 시스템보다 무게가 17% 가벼워졌습니다. 캐리어를 통한 최적화된 오일 흐름과 결합된 베어링은 20% 더 높은 주행 속도(최대 8,000rpm)를 가능하게 했습니다. "케이지는 해당 응용 분야에 맞게 맞춤 설계되었습니다. 제한된 설계 범위로 인해 케이지는 샤프트를 수용할 수 있도록 더 작고 기어의 하우징 보어는 베어링 궤도를 지지하도록 마감 처리되어 있습니다. 그렇지 않은 경우 외부 또는 내부 링이 필요했을 것입니다."라고 Davies는 설명합니다.케이지 니들 롤러 베어링은 고객을 위해 다양한 종류로 조립될 수 있습니다. . 여기에는 단일 분할 디자인, 하프 쉘 유형, 대각선 스프링 바 연결이 있는 단일 분할이 포함됩니다. 1980년대 후반부터 1990년대 초반까지 케이지 디자인 개선은 질량을 줄이고 더 얇은 디자인에 중점을 두었습니다. 기타 개선 사항에는 베어링의 모든 영역에서 윤활유를 보다 효과적으로 이동시켜 오일 흐름을 개선하는 데 도움이 되는 새로운 설계 기능이 포함되었습니다. 원래 케이지는 단순히 롤링 요소를 안내하기 위해 설계되었습니다. 그러나 최근에는 니들 롤러 베어링에 특수 가공 케이지 등 훨씬 개선된 케이지 설계가 제공되고 있습니다. 세차 운동은 모든 롤러 사이에 마모를 분산시키는 데 도움이 될 뿐만 아니라 베어링 주변에 윤활유를 분산시키는 데에도 도움이 됩니다. '폴스 브리넬링'은 특히 동력 전달 분야에서 케이지 니들 롤러 베어링의 일반적인 고장 모드입니다. 이러한 고장 모드는 일반적으로 롤링 요소와 궤도 저널 사이의 미세한 진동과 움직임으로 인해 발생하며 금속 간 접촉 조건을 생성합니다. 설명된 것과 같은 개선의 결과로 최신 베어링 케이지 롤러 설계가 가능해졌습니다. 유사한 크기의 베어링에 대해 최대 25% 더 높은 정적 부하 용량을 제공하며 이는 동적 정격 부하의 두 배 이상에 해당합니다. 여러 개의 작은 움직임이 있는 응용 분야의 경우 베어링 수명은 일반적으로 3배에서 5배로 늘어납니다. 자세한 내용은 www.schaeffler.co.uk를 참조하십시오.