Tolerance Rings Bearing Mounts

Bearing mount solutions with RENCOL^® Tolerance Rings 

롤러 베어링은 낮은 마찰력의 회전 시스템에 사용되는 필수 요소이며 베어링 조립 방법에 따라 롤러 베어링의 성능에 큰 영향을 줄 수도 있습니다. 직접 압입 방법이 일반적인 조립 방법이지만 과다한 조립력, 고온에서 베어링 이탈 그리고 높은 부품 가공비와 같은 문제를 가지고 있습니다.

RENCOL^® Tolerance Rings은 기존 직접 압입 방법에 비해 낮은 압입력, 상대품 공차 완화 혹은 소음 감소등 다양한 장점을 가지고 있습니다. 하우징과 베어링 사이의 clearance 수준에 따라 동적 강도가 달라지기 때문에 공차 완화와 소음 감소가 동시에 개선되지 않는 경우도 있습니다. 이런 이유로 Saint-Gobain은 경험과 전문성을 바탕으로 최적화된 제품을 개발할 수 있도록 고객과 긴밀히 협력하고 있습니다.

그림 1: 모터 내 RENCOL^® Tolerance Rings으로 조립된 롤러 베어링/ 오른쪽 - 하드 디스크 드라이브에 RENCOL^® Tolerance Rings으로 조립되는 롤러 베어링.

Reducing Costs

베어링 조립시 RENCOL^® Tolerance Rings을 사용하면 베어링 하우징의 공차 및 표면 상태를 완화할 수 있습니다. 일례로 하우징 베어링 조립부 공차가 IT6에서 IT11로 완화된 경우가 있습니다. 직경 22mm 기준 공차 범위가 13㎛에서 130㎛으로 변경되는 것과 동일한 수준입니다. batch size를 100,000인 경우 최종 설계에 따라 달라지지만 정밀 가공 공정 삭제 및 톨러런스 비용을 검토하면 제품당 약 $0.04 to $0.06 를 절감할 수 있습니다. 이는 batch당 $6,000을 직접 절감하는 것과 같습니다. 이 결과는 열경화성 플라스틱 하우징으로 계산한 것이며 금속 하우징의 절감 금액은 더 큽니다.

접착제 방식을  RENCOL^® Tolerance Rings으로 교체하면 조립된 제품 전체를 폐기하는 것이 아니라 부품 재작업이 가능하기 때문에 폐기 비용 절감이 가능합니다. 또한 접착제 경화에 필요한 시간도 없으므로 공정 시간 및 비용이 절감됩니다.

Enabling lightweight design

자동차 및 전 산업에 걸쳐 알루미늄과 같은 경량 소재 적용이 확대되고 있습니다. 하지만 알루미늄 하우징은 스틸 베어링보다 온도 변화에 따른 열팽창률이 크기 때문에 이러한 이종 소재간 압입 방식은 부품간 조립 상태가 헐거워 지거나 래틀 소음이 발생 할 수 있습니다.

RENCOL^® Tolerance Rings은 웨이브의 탄성 영역내에서 사용하기 때문에 고온에서도 일반 압입 방식에 비해 높은 베어링 지지력을 제공합니다(그림2). 

그림 2: 알루미늄 하우징에 RENCOL^® Tolerance Rings 조립 및 일반 압입 조립된 스틸 베어링의 이탈력 계산 결과. RENCOL^® 기술은 온도 변화 조건에서도 일정하고 높은 지지력을 제공합니다.

Reducing noise

시스템의 과도한 소음 혹은 기타 NVH 문제가 있는 경우 RENCOL^® Tolerance Rings을 사용하여 소음 수준을 개선할 수도 있습니다. 이 제품은 동적 강성을 조정하여 문제 주파수 대역을 차단할 수 있기 때문입니다. 그림 3은 모터의 음압 수준을 측정한 결과로 RENCOL^® Tolerance Rings을 사용한 베어링 조립품은 4dB(A)수준의 개선 결과를 보였습니다.

그림 3: RENCOL^® Tolerance Rings 베어링 조립 모터와 직접 압입 모터의 음압 측정 결과. 5회 시험 후 평균값 산출. 모터 속도 : 1,000RPM. RENCOL^® 톨러런스 링 베어링 조립 모터의 소음이 4dB(A) 작음.

Improving Quality 

회전체의 경우 360° 회전에 걸쳐 발생하는 토크의 변동량으로 품질을 평가할 수 있습니다. 작동 중 균일하지 않은 외부 압력은 베어링 외륜의 변형으로 이어질 수 있습니다. 이런 현상은 모터 구동 제품에서 1차 모드 진동이 발생할 수 있습니다.

RENCOL^® Tolerance Rings은 베어링 외륜에 가해지는 불균일한 외력을 분산시켜 이를 방지합니다. 그림4에서는 베어링이 조립된 하우징의 표면 두께가 불균일한 상태에서 베어링 외륜의 변형을 보여주는 FEA 결과입니다. 베어링 압입시 불균일한 압력에 의한 불균일한 강성 수준을 보여 주고 있습니다. RENCOL^® 톨러런스 링은 이 조건에서도 압력을 분산시켜 시스템 회전시 토크의 변동량을 개선할 수 있습니다. 

그림 4: 직접 압입 베어링(왼쪽) 과 RENCOL^® 톨러런스 링 조립품(오른쪽) 각 조건에서 불균일한 외부 압력에 의한 베어링 외륜 변형 FEA 결과. RENCOL^® 톨러런스 링은 베어링 외륜에 걸쳐 일정한 압력 분포를 보여줍니다.

또한, RENCOL^® Tolerance Rings은 각 웨이브들이 축 중심 방향으로 반력이 있기 때문에 우수한 동심도를 가질 수 있습니다. Free arrangement의 경우 편심량은 반경 방향 clearance의 2-3% 수준입니다.

How we make a big difference

Tolerance Rings은 독립 적인 구동 부품이 아닙니다. 상위 시스템의 필수 부품으로서 톨러런스 링 설계에는 전문 지식이 필요합니다. 이러한 이유로 RENCOL^® Tolerance Rings은 고객사의 엔지니어와 협력하여 개발하고 있습니다. 이러한 개발 과정은 요구 조건에서 상대품을 포함하여 시스템을 분석할 수 있는 사내 테스트와 FEA 기능을 포함합니다.