축 방향 하중은 샤프트의 축을 따라 힘을 가하는 반면, 반경 방향 하중은 샤프트에 수직으로 힘을 가합니다. 예를 들어 막대의 길이를 따라 직접 밀면 축 방향 하중입니다. 반대로 막대의 길이에 수직으로 밀면 반경 방향 하중입니다. 이러한 차이점을 이해하면 필요에 맞는 베어링을 선택하는 데 도움이 됩니다.
자세히 알아보기 전에 반경 방향 및 축 방향 하중의 기본 사항을 이해해 보겠습니다.
축 방향 하중은 샤프트의 축을 따라 가해지는 힘입니다. 예를 들어, 자동차에서 바퀴는 회전할 때 축을 따라 힘이 작용하기 때문에 축 방향 하중을 받습니다. 컴팩트 레일과 같은 롤러형 베어링에서는 롤러가 중심 축을 중심으로 회전하므로 하중이 축 방향 또는 장착 표면으로 전달됩니다.
반경 방향 하중은 축의 축에 수직으로 가해지는 힘입니다. 원을 상상해 보세요. 바깥쪽 가장자리에서 중심을 향해 반경 방향의 힘이 작용합니다. 반경 방향 하중은 부분적으로만 맞물리는 축 방향 하중과 달리 베어링의 궤도가 하중을 완전히 지지하기 때문에 일반적으로 축 방향 하중보다 더 많은 힘을 처리합니다.
반경 방향 하중은 일반적으로 중심 방향으로 방사형 선을 따라 물체에 힘을 가하는 힘입니다. 반경 방향 힘은 압력, 충격, 토크 또는 베어링에 의해 발생할 수 있으며 크기와 방향 성분이 모두 있습니다. 레이디얼 하중을 더 잘 이해하려면 레이디얼 하중과 축 방향 하중을 구분하는 것이 중요합니다.
축 방향 하중은 반경이 아닌 축을 따라 물체에 작용하기 때문에 반경 방향 하중과 다릅니다. 축 방향 힘은 반경 방향 힘처럼 물체를 잡아당기는 것이 아니라 함께 압축하는 경향이 있습니다. 이러한 유형의 하중은 자동차의 서스펜션 시스템이나 회전하는 부품이 있는 기계와 같은 애플리케이션에서 흔히 발생합니다.
방사형 부하의 예:
이러한 예는 반경 방향 하중이 얼마나 강력하고 다양한지 보여 주지만, 적절한 하중 용량 계산과 강도 분석 결과가 필요한 많은 엔지니어링 프로젝트의 효과적인 설계 솔루션을 위해서는 축 방향 하중과의 차이점을 이해하는 것이 필수적입니다.
축 방향 하중은 물체의 중심축과 같은 방향으로 직선을 따라 작용하는 힘입니다. 이러한 힘은 축력, 전단력, 인장력, 압축력, 굽힘력 등 다양한 형태를 가질 수 있습니다. 축력은 두 개의 반대되는 힘이 평형에 도달할 때 발생하며, 이러한 유형의 하중은 종종 기둥이나 보와 같은 물체에 압축 또는 인장력을 발생시킵니다. 전단력은 일반적으로 두 표면이 서로 미끄러질 때 발생하며, 적용된 하중의 방향에 수직인 표면에 적용됩니다. 인장력은 재료가 늘어나면서 발생하는 힘으로, 엔지니어링 프로젝트에 사용되는 케이블과 전선 등이 대표적인 예입니다. 압축력은 재료를 서로 압축하여 원래 모양에서 멀어지게 하여 전체적으로 더 강하게 만듭니다. 마지막으로 굽힘력은 빔의 길이를 따라 어느 지점에서든 외부 하중이 가해져 불균일한 하중 조건으로 인해 곡률이 발생할 때 발생합니다.
이러한 모든 유형의 축 방향 하중은 하중을 받는 방식에 따라 강도 및 강성과 같은 재료의 물리적 특성을 변경하여 구조적 안정성에 영향을 미칩니다. 또한 다양한 하중 조합에 의해 유발되는 응력은 설계 단계에서 고려하지 않으면 영구적인 변형이나 심지어 고장으로 이어질 수 있습니다. 축 방향 하중 시나리오에 노출된 구조물을 설계할 때는 안전 기준을 충족할 수 있도록 신중하게 고려해야 합니다. 따라서 다양한 유형의 축 방향 하중의 특성을 이해하면 엔지니어는 시간이 지나도 적절한 구조 성능을 보장하는 효과적인 전략을 개발하는 데 도움이 됩니다. 이러한 지식을 통해 구현을 시작하기 전에 결과를 보다 정확하게 예측할 수 있으므로 향후 프로젝트 실패와 관련된 위험을 줄일 수 있습니다.
반경 방향 하중과 축 방향 하중은 구조 안정성에 큰 영향을 미칩니다. 반경 방향 하중은 물체의 반경을 따라 가해지는 힘인 반면 축 방향 하중은 회전축을 따라 가해지는 힘입니다. MIT의 엔지니어들이 수행한 연구에 따르면, 모든 하중을 받는 구조물 중 약 92%가 반경 방향 하중과 축 방향 하중을 동시에 경험한다고 합니다.
| 영향 | 구조적 강도 |
|---|---|
| 방사형 부하 | 안정성 향상 |
| 축 방향 하중 | 안정성 감소 |
다양한 유형의 내하중 구조물을 분석할 때는 이러한 다양한 형태의 하중에 대한 저항 능력을 고려하는 것이 중요합니다. 반경 방향 및 축 방향 하중이 구조 안정성에 미치는 영향을 고려할 때, 반경 방향 하중은 일반적으로 안정성을 높이는 반면 축 방향 하중은 특정 조건에서 좌굴 또는 고장 가능성이 증가하여 안정성을 낮추는 경향이 있다는 점에 유의해야 합니다. 특히 기둥이나 보와 같은 작은 물체의 경우 이 두 가지 유형의 하중으로 인한 횡방향 처짐이 설계 고려 사항을 통해 적절히 해결되지 않으면 파괴적일 수 있습니다.
반경 방향 하중과 축 방향 하중의 차이는 결과적으로 구조 강도에 미치는 영향이 크게 달라지므로 설계자는 시간이 지나도 구조적 무결성을 보장하기 위해 어떤 유형의 힘이 설계 중인 구조물에 가장 적합한지 신중하게 고려해야 합니다. 또한 베어링 설계 시에는 온도나 습도 수준과 같은 환경적 요인과 시간이 지남에 따라 구조물의 성능에 영향을 미칠 수 있는 기타 외부 영향으로 인해 발생할 수 있는 모든 변화도 고려해야 합니다.
베어링을 설계할 때는 반경 방향 하중과 축 방향 하중이라는 두 가지 유형의 하중을 고려해야 합니다. 반경 방향 하중은 샤프트 축에 수직으로 가해지는 힘이고 축 방향 하중은 샤프트 축에 평행하게 가해지는 힘입니다. 베어링을 선택할 때는 이러한 힘과 베어링 자체, 씰 또는 베어링과 연결된 기타 부품과 같은 다양한 구성 요소에 미치는 영향을 모두 고려해야 합니다. 용량 범위 내에서 반경 방향 및 축 방향 하중을 모두 견딜 수 있는 베어링을 선택하는 것이 중요합니다. 애플리케이션에 맞는 베어링을 선택할 때는 두 가지 유형의 동적 하중도 고려해야 합니다.
설계 엔지니어는 베어링이 레이디얼 하중과 축 방향 하중을 모두 처리하는 능력과 관련된 여러 요소를 고려해야 합니다. 여기에는 모든 표면에서 적절한 윤활 흐름을 유지하는 데 중요한 내부 레이스 직경과 외부 레이스 직경 사이의 적절한 간극과 다양한 온도와 속도에서 적절한 작동을 위한 적절한 전체 간극이 포함됩니다. 적절한 간극 값은 사용 중인 특정 베어링의 크기와 모양에 따라 다르므로 최종 결정을 내리기 전에 항상 신중하게 고려해야 합니다.
다른 설계 고려 사항으로는 속도, 토크, 온도 변동 등과 같은 작동 조건과 움직이는 부품 간의 마찰 수준에 영향을 미치는 방식에 따라 각 개별 애플리케이션에 적합한 정적 및 동적 하중 용량을 결정하는 것이 있습니다. 이 정보는 시간이 지남에 따라 성능을 최적화하기 위해 특정 애플리케이션의 요구 사항에 가장 적합한 재료 또는 코팅 유형을 결정하는 데 도움이 됩니다. 예상 작동 중 베어링에 가해지는 최대 허용 하중을 정확하게 예측하면 엔지니어는 기계 제조업체가 정한 표준 및 안전 요구 사항을 관리하는 산업 규정에 따라 적절한 재료 또는 코팅을 선택할 수 있습니다.
엔지니어는 베어링 선택을 결정할 때 이러한 모든 요소를 고려하여 수년간의 사용 수명 동안 최적의 내구성을 보장하는 동시에 시간이 지남에 따라 원하는 사양을 안정적으로 충족할 수 있습니다. 이를 통해 베어링을 사용하는 기계는 정격 한계를 초과하는 과도한 반경 방향 또는 축 방향 힘으로 인한 예기치 않은 충격으로 인해 구조적 무결성이 크게 손상되지 않고 변화하는 조건을 효과적으로 관리할 수 있습니다.
이제 베어링 설계 고려 사항에 대해 살펴봤으니 하중 분포에 영향을 미치는 요소를 살펴보겠습니다. 하중은 적용 방향과 해당 물체에 부여하는 구조적 안정성에 따라 반경 방향 또는 축 방향의 힘으로 분류할 수 있습니다. 반경 방향 하중은 회전축에 수직으로 작용하는 하중이며 축 방향 하중은 동일한 축을 따라 힘을 가하는 하중입니다. 최적의 성능과 신뢰성을 위해 베어링을 설계할 때는 두 가지 유형의 하중을 모두 고려해야 합니다.
이 두 힘의 크기와 방향도 전체 하중 분포 계산에 고려해야 합니다. 일반적으로 반경 방향 힘은 회전 특성으로 인해 베어링의 한 쪽에 다른 쪽보다 더 큰 응력을 유발하는 경향이 있는 반면, 축 방향 힘은 양쪽에 동일하게 영향을 미칩니다. 이러한 다양한 힘을 효과적으로 관리하는 것이 시간이 지남에 따라 적절한 작동을 보장하는 핵심이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
성공적인 엔지니어링 및 건설 프로젝트를 위해서는 다양한 하중 조건이 프로젝트에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것이 필수적입니다. 베어링과 관련된 대규모 설치를 계획할 때는 유형뿐만 아니라 각 힘의 양과 방향도 적절히 고려해야 합니다. 엔지니어는 초기 설계 단계에서 모든 변수를 고려함으로써 향후 원활한 운영을 보장할 수 있습니다. 이러한 지식을 바탕으로 이제 엔지니어링 및 건설 현장의 적용 사례에 대해 알아보겠습니다.
반경 방향 하중과 축 방향 하중은 엔지니어링 및 건설 분야에서 각각 다른 용도로 사용됩니다. 반경 방향 힘은 일반적으로 일정 영역에 균일한 하중을 가하는 데 사용되며, 축 방향 힘은 구조물이나 구성 요소의 축을 따라 작용합니다. 엔지니어링 환경에서 반경 방향 및 축 방향 하중을 적용할 수 있는 4가지 방법은 다음과 같습니다: