피트니스 장비 애플리케이션을 위한 리니어 베어링과 가이드 선정 방법

LEE Linear

지난 몇 년간 특수 피트니스 장비 분야는 급격히 성장했으며, 장비와 가이드 메커니즘이 다양한 디자인으로 구성됐다. 장비는 부드럽고 일관된 움직임에 대한 요구를 충족하도록 설계됐다.

웨이트 스택 애플리케이션의 기본 요구 사항

1. 모션의 일관성

움직임이 일관될수록 품질이 우수하다. 일관된 동작은 베어링 마찰 계수(COF, Coefficient of Friction)의 결과이다.

2. 반복 공차와 조립의 용이성

피트니스 장비의 제조와 조립과 사용에서, 반복적인 프로세스와 성능을 제공해서 발생한 공차가 중요하다. 총 시간과 비용이 절감되며 이는 경쟁 우위를 확보할 수 있다.

3. 최소한의 유지 관리

피트니스 장비가 공장에서 피트니스 센터나 헬스클럽으로 납품되면, 제대로 유지 관리가 되는지는 보장할 수 없다. 장비 성능을 장기적으로 유지하기 위하여 사용 현장의 세심한 관리 상태 점검이 요구된다.

성능의 장점과 단점

1. 모션의 일관성

a. 볼 베어링

볼 베어링은 일반적으로 직선운동 구동 시 일관적이며 마찰 계수가 가장 낮다. 단점은 외부 영향에 무엇보다 취약하다는 것이다.   또한 제대로 장착되지 않으면 과부하 상태로 작동해 조기 고장이 발생한다. 먼지나 오물이 베어링을 조립할 때나 작동 중에 들어가면, 볼이 미끄러지거나 제자리에서 움직일 수 없다. 이 때문에 볼에 평평한 지점(flat spot)이 생기고 베어링과 샤프트가 손상된다. 결국 전체 시스템이 고장 난다.

b. 브론즈 부싱

브론즈 부싱은 일관된 움직임을 제공하는 데 가장 영향을 주는 옵션이다. 금속이 접한 지점은 항상 윤활이 필요하다. 윤활제가 오래되거나 증발하면 웨이트 스택이 불규칙하게 움직인다. 또한 금속의 접촉으로 샤프트가 갈라지고 시스템이 완전히 고장 난다.

c. 고체 플라스틱

웨이트 스택이 작동할 때 다양한 플라스틱의 조합으로 일관된 느낌을 준다. 그러나 환경 조건과 오염에 취약하다. 열팽창과 습도, 수분 등으로 주행 중 유격이 줄어든다. 따라서 웨이트 스택을 움직이는 사용자에게 필요한 힘이 증가하므로 전체 시스템에 일관성이 없다.

d. 단순 베어링

FrelonGOLD?는 외부에서 그리스나 오일을 주입하지 않아도 작동하도록 설계된 자체 윤활 베어링 소재이다. 즉, 재료 특성이 변하지 않는다. 마찰 계수에 대한 사용자의 느낌이 설치할 때부터 베어링 수명이 다할 때까지 같다는 것을 뜻한다.

2. 반복 공차와 조립의 용이성

a. 볼 베어링

볼 베어링 공차는 일반적으로 고품질이나 예압(preloaded) 조건에서 샤프트에 배치되도록 설계된다. 따라서 샤프트와 접촉할 때 미리 설정된 만큼 볼에 압력이 가해진다.
이 조립 과정은 까다롭기에 볼이 궤도에서 떨어지거나 빠져 나오는 경우가 종종 있다. 베어링 트랙에서 볼을 교체하는 것은 시간이 소요된다. 재조립할 때 베어링에 오염물질이 유입될 위험이 높고, 결과적으로 시스템에 대한 느낌이 일관적이지 못하며, 조기 고장이 발생한다.

b. 브론즈 부싱

브론즈 부싱은 공차가 일관적이며 조립하기 쉽다. 그러나 샤프트와 부싱 사이의 공차는 볼 베어링보다 더 커진다.
따라서 윤활이 필요하다. 또한 이 유격으로 사용자는 풀어지거나 느슨한 느낌을 받을 수 있다.

c. 고체 플라스틱

플라스틱은 주변 환경에 영향을 많이 받으므로 베어링과 샤프트 사이의 간격을 넓게 설계해야 한다. 또한 플라스틱 베어링은 표면 가공 후 기계적인 가공 없이 간단히 사출 성형된다. 종종 제조와 설치를 쉽게 하려고 슬롯으로 이용하지만 이 때문에 공차가 더 다양해진다.

d. 단순 베어링

복합 베어링은 ID(inside Diameter)와 OD(Outside Diameter) 양쪽 모두 연삭 처리한 결과 0.0005인치 미만의 정확한 공차를 갖는다.
볼 베어링처럼 사전 로드되지는 않지만, 베어링과 샤프트 인터페이스의 전체 길이에서 0.001인치 미만의 일관된 주행 유격을 유지한다. 또한 환경에 크게 영향을 받지 않아 샤프트와 베어링 표면 사이에 큰 간격이 필요하지 않다.

3. 유지 보수와 교체

a. 볼 베어링, 브론즈 부싱

볼 베어링과 브론즈 부싱은 정확한 양의 윤활유가 공급되도록 유지 보수를 계속해야 한다. 그렇지 않으면 샤프트와 베어링 트랙의 볼이 금속과 접촉하고 시스템이 손상되어 전체를 교체해야 한다.

b. 고체 플라스틱

올바른 환경에서 플라스틱 베어링은 일반적으로 유지 보수가 필요 없다. 그러나 외부 영향이 베어링 크기나 특성을 변경하는 위치에 베어링을 배치하면 바인딩(binding)과 같은 문제가 발생한다. 따라서 외부 윤활을 하거나 올바르게 작동되도록 유지 관리를 해야 한다.

c. 단순 베어링

단순 베어링은 유지 보수가 필요 없다. 디자인 자체가 수명 주기 동안 자체 윤활과 외부 윤활이 필요 없게 만들어졌다. 환경의 영향을 받지 않고 광범위한 조건에서 작동한다. 금속 간의 접촉이 없으므로 큰 고장이 없고 샤프트를 유지할 수 있다.

또한 수명 주기 테스트 결과 FrelonGOLD? 베어링 소재는 1,250,000인치(약 3,175,000cm)의 거리를 이동하는 데 0.002인치(약 0.00508cm) 미만의 마모가 발생한다. 이는 리프트 기계의 평균 스트로크가 40인치(약 101.6cm)라고 가정하면, 최소 마모와 베어링의 유지 보수 없이 3,125,000 리프트 주기로 볼 수 있다.

결론

피트니스 장비를 위한 베어링 설계에 필요한 여러 옵션이 제품 수명의 특정 단계에서 장점을 제공한다. 그러나 자체 윤활의 단순 베어링만이 모든 영역에서 일관된 결과를 보여준다. FrelonGOLD? 소재의 베어링이 일관적인 움직임을 보이며, 베어링 사용 기간 동안 마찰 특성을 동일하게 유지한다. 품질과 기능은 전체 제조, 조립, 사용 수명 주기로 나타난다.

자료 제공: LEE Linear(www.leelinear.com)