Vee Ring, 뛰어난 하중 용량으로 Slewing의 한계를 뛰어넘다

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Slewing Ring 베어링은 군사, 건설 및 방위를 포함한 중공업에서 주로 선택되고 있다. 작은 크기의 베어링에서 우수한 하중 용량을 제공하기 때문에 설계자들에게 작은 공간에서 콤팩트한 솔루션을 가능하게 하기 때문이다. 또한 수명 기간 동안 유지보수 비용도 적게 들기 때문에 사용자에게는 가격대비 좋은 기술이다. 또한 ‘Vee Ring’ 시스템은 수천 시간을 보장하면서 정비가 필요 없어 설계자들에게 인기가 많다.

본문에서는 다음의 내용을 다룬다.

• 링 시스템 구성 및 개념
• 수명이 길고 고장 없는 링 시스템의 싸이징
• 링 장착 및 설치
• 운영 조건
• 유지 보수

링 컨셉 및 제작

HepcoMotion에서 제조한 Vee Ring시스템은 최대 1.8m 직경의 단일 부품으로 생산된다. 내부 및 외부 직경은 Vee 프로파일이 있는 이중 모서리로 생산되며, 동력 전달을 위한 기어 프로파일은 경 또는 외경으로 제공된다. 또한 외경 옵션으로 톱니 구동 벨트를 사용할 수 있으며 직경 1.8m 이상은 기어 구동이 가능하도록 세그먼트에 맞게 제공될 수 있다.

Vee Ring 컨셉

Vee Ring 시스템은 V 베어링에 의존하는 Slewing Ring과는 달리, Vee Ring 에서 하중 용량을 제공한다. 사용되는 베어링 스타일은 트윈 베어링 구조 또는 DR(double row)이다. 트윈 베어링은 고정 스터드에 위치한 두 개의 별도 베어링으로 부드러운 움직임을 제공하면서 기계의 부정확성을 처리할 수 있다. 그러나 DR 베어링 보다 부하 용량이 낮기 때문에, 부하 용량보다는 부드러운 모션이 우선되는 가벼운 애플리케이션 분야에 적합하다.

트윈 또는 DR 볼 베어링은 Hepco PRT2 제품군 내에서 최대 54mm의 외경으로 사용되어 자동화 응용 제품에 알맞다. 최대 120mm의 훨씬 더 큰 직경의 DR 볼 베어링을 HDRT 라인에서 사용할 수 있으므로 부하 용량 처리가 중요한, 무거운 작업에 이상적이다. 50,000N의 레이디얼 하중 용량을 가진 더 큰 150mm 직경의 트윈 테이퍼 롤러 베어링 설계도 HDS2 라인에서 사용할 수 있다.

Vee Ring 제작

모든 링은 수년간의 애플리케이션 경험과 테스트에 따라 특수강으로 정밀 가공된다. 베어링과 일치하도록 링 Vee 각도를 정확하게 제어하여 Vee 주행면을 경화한다. 베어링과 링 면사이의 윤활은 슬라이드 또는 베어링 윤활기에 의해 제공된다. 링에는 고정 구멍이 있어 기계베이스 또는 베어링이 있는 베이스에 직접 장착한다. 링은 일체형 기어로 인해 별도의 부품을 설치하지 않고도 드라이브를 쉽게 통합할 수 있다. 링은 윤활이 필요 없는 드라이브로, 백래시가 적은 외부 타이밍 벨트 드라이브와 함께 사용할 수 있다.

턴테이블 운동은 쉬운 드라이브 적용 방법으로 링에 적용될 수 있다. PRT2 제품라인 링은 링 디스크로 구성되어 사용자가 픽스처를 장착할 수 있으며 별도의 상판이 필요하지 않은 채 장비를 디스크 디스펜스에 직접 처리할 수 있다.

긴 수명, 유지보수가 필요 없는 링 시스템 싸이징

모서리 링을 사용하면 베어링을 내·외부 모두 배치할 수 있으며 이는 축 방향으로 용량을 늘리는 유용한 방법이 될 수 있다. 그러나 주요 용도는 완전한 링 앤 트랙 시스템(ring and track system)을 위해 180도 리턴 세그먼트를 형성하거나 arc를 통해 캐리지를 이동할 수 있는 것이다.

기본 회전 운동의 경우 Edge Ring의 요구사항에 따라 드라이브를 내부 또는 외부에 배치할 수 있다. 또한 사용자는 링 중앙에서 사용 가능한 공간을 늘려서 장치를 장착하는 데 매우 유용하다는 것을 알게 된다.

Vee 베어링 수 및 간격

vee 작동 표면 주위에 위치한 vee 베어링의 수는 링 하중 용량 여부에 관계없이 vee bearings 기반으로 결정한다. 링은 베어링을 원주 둘레에 균등하게 배치하는 것이 일반적이지만, 공간을 허용하면 부하가 가장 가벼워 다른 베어링을 지점에 위치해 안내 기능을 수행한다. 링은 턴테이블 어플리케이션과 같이 수평 또는 수직으로 장착할 수 있다. 대부분의 턴테이블은 베어링이 축 방향으로 하중을 받는 반면 수직 어플리케이션은 반경 방향 하중과 축 방향 하중에 영향을 받는다.

링 방향에 관계없이, 동일한 시스템의 크기를 정할 때는 동일한 원칙이 적용된다. 최소 베어링 수는 3개다. 그러나 대부분의 애플리케이션은 90도 간격으로 4개의 베어링을 균일하게 사용한다. 링 시스템의 하중 용량은 비슷한 크기의 Slewing Ring 베어링의 하중 용량과 절대 일치하지 않는다. 링 시스템을 성공적으로 지정하는 열쇠는 어플리케이션에 필요한 링 베어링의 올바른 조합이다.

샘플 수명 추정 값

4개의 베어링이 동일한 간격으로 배치되고 외부 Vee Ring디자인으로 500kg의 축 방향 하중을 갖는 턴테이블 배열에서는 다음처럼 수명을 고려해볼 수 있다.

1. 4x THJR120 베어링이 장착된 HDRT 링 크기 HDRE1280은 63,540km 또는 15,961,876 회전의 수명을 제공한다.
2. 동일한 링을 사용하지만 동일한 조건에서 더 작은 4x THJR95 베어링을 지정하면 수명은 25,000km 또는 6,270,378 회전이다.
3. 6x THJR95 베어링과 동일한 링을 사용하면 수명은 54,744km 또는 13,730,624 회전이다.

위 내용으로 20년 동안 4x THJR 120 베어링을 사용한 사례 # 1을 만들 수 있다. 6배 더 작은 THJR95 베어링 조합을 갖는 예 # 3은 크게 줄어들지 않는 반면, 4 배 THJR95 세트를 갖는 예 # 2는 8년의 수명을 제공한다는 것을 알 수 있다.

Slewing Ring에 대한 매우 실용적인 대안

하중 전달 용량 및 수명과 관련하여, HD 링은 Slewing Ring에 대한 실질적인 대안을 제공한다. 중요한 부분은 설비의 오랜 수명을 위한 링 및 베어링 조합을 선정하는 것이다.

8년 사용 후 베어링을 교체하면 유지 보수가 적게 들겠지만 20년 수명이 가능한 조합을 선정하면 불필요하게 비용이 추가될 수도 있다. 이론적으로, 하중 용량을 추가로 증가시키기 위해서 임의의 개수로 베어링이 vee 직경 주위에 위치될 수 있다. 그러나 8개의 베어링을 초과하는 것은 권장하지 않는다. 그 이상이 디면 베어링 수가 부하를 균등하게 공유하기 어렵기 때문이다.

전체 수명을 보장하는 윤활

고장 없이 긴 수명을 달성하기위한 핵심 요소는 바로 윤활이다. 이 점은 vee 시스템이 Slewing Ring 보다 중요한 이점을 제공하는 요소다. Vee 베어링은 내부에 그리스로 포장되어 수명이 길다. 윤활유 유지 보수가 필요한 유일한 영역은 베어링과 링의 매칭 면이다. 장비의 수명을 연장하려면 소량의 오일이 필요하다. 윤활은 베어링 또는 슬라이드 윤활기에 제공할 수 있으며 둘 다 오일에 적신 펠트를 적용한다.

링 장착 및 설치

Vee Ring은 설치 시간을 상당히 절약할 수 있다. 이를 보다 자세히 이해하기 위해서는 Slewing Ring 배열과 Vee Ring 시스템을 비교하는 것이 좋다.

Slewing Ring 장착 요구 사항

Slewing Ring의 단면 배열은 내부 및 외부 race way ring 모두의 장착 표면이 평평하고 높은 정밀도로 가공될 것을 요구한다. 직경 1.5m의 Slewing Ring 베어링의 경우, 장착 표면 평탄도가 0.190mm 이내인 경우 반대쪽 Ring 면이 0.15mm 이내와 평행을 이루어야 한다.

Ring의 왜곡이 볼의 내부 주행에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 반드시 정확해야 한다. 그렇지 않으면 마찰이 증가하고 최악의 경우 수명이 단축될 수 있다. 어셈블리에서 링 왜곡이 발생하지 않도록 하려면 많은 수의 고정 구멍을 특정 토크로 조여야 한다.

조임 과정에서 링이 회전하여 마찰이 증가하는지 확인해야 하며 이상이 감지되면 Ring을 제거하고 장착 표면을 점검해야 한다.

Vee Ring 장착 요구사항

Vee Ring시스템은 두꺼운 단면과 작동 원리로 인해 장착 문제에 영향을 받을 가능성이 적다. 대부분 표준 제어형 스페이셔를 사용하여 링을 상단에 볼트로 고정할 수 있다. 이 설치 방법은 시간을 절약하고 링의 고유 진원도와 평탄도를 사용해 최상의 효과를 낸다. Vee 베어링은 동심 관통 홀 고정 저널에 2개의 베어링과 편심에 고정한 베이스 플레이트에 간단하게 장착할 수 있다. 편심은 최적의 주행을 달성하기 위해 Vee Ring으로 조정할 수 있다.

지원되지 않는 Vee Ring의 장착

최근 설치 링을 뺀 경우가 점점 증가하는 추세다. 설계자가 설치 비용을 줄일 수 있기 때문이다. HDRT 제품 라인 내에서 PRT2 링을 사용하면 회전 고정부의 하중이 잘 지원된다. 이 경우 링은 평면도와 진원도에 맞게 낮은 마찰로 일관되게 움직임을 유지한다.

작동 조건

자동화에서 절단 및 가공과 관련된 프로세스 수가 증가하고 있다. 최악의 조건은 선형 및 회전 시스템이 매우 빠르게 파괴되면서 유지 보수 비용도 많이 들게 된다. 높은 제조 효율을 유지하려면 올바른 시스템의 선택이 중요하다.

열악한 조건에 대한 보호

Slewing Ring 장치는 볼 트랙 및 볼 시스템을 보호하는 내장 NBR 을 갖추고 있다. 특히 2차 밀봉이 필요한 경우가 종종 있는데, 이는 추가적인 NBR 밀봉 또는 외부 구조물에 장착된 기계적 미로 유형일 수 있다.

Vee Ring시스템은 Vee wiping 원리로 오염 물질을 제거하고 효율적인 주행을 유지할 수 있도록 설계되었다. Vee Ring시은 Vee 베어링만 밀봉된다. Ring Vee에서 베어링 와이핑은 매우 효율적이다. 이러한 배치를 통해 사용자는 윤활 및 수명 관점에서 효율적인 평가를 할 수 있다.

Vee Ring시스템 유지 관리

리니어 Vee 시스템은 유지 보수가 적다. 리니어 시스템은 베어링을 완전히 덮고 가이드에 윤활을 제공하면서 베어링을 추가로 보호하는 캡 와이퍼(cap wipers)를 사용한다. 그러나 캡 와이퍼는 직선 슬라이드 또는 매우 큰 직경의 곡선에서만 작동한다. 따라서 링의 마모를 방지하기 위한 링 시스템용 윤활기를 베어링 Vee 또는 Ring Vee에 사용할 수 있다.

Slewing 베어링의 유지 관리

Slewing 베어링의 내부 볼 트랙은 건식 주행과 고장 가능성을 방지하기 위해 주기적으로 재 윤활이 필요하다. 문제 발생시 전체 베어링을 교체해야 한다. Vee Ring의 윤활기와 유사하게 점검 절차를 시도하거나 기계에 연결된 자동 시스템에서 윤활을 적용할 수 있다. 시간 기반 증착 캐니스터(deposition canisters)도 인기 있는 솔루션이다.

와이핑 동작의 주유기

윤활기는 기름에 적신 펠트 와이퍼를 통해 윤활을 하고 입자를 제거하기위한 스크레이퍼 역할을 한다. 와이핑 동작은 Ring Vee 면을 가로 질러 윤활을 퍼지게 한다. Vee의 주요 장점은 마모를 방지하기 위해 소량의 윤활제만 필요하다는 것이다. 윤활기의 수는 베어링 근처로 4개이다.

재 윤활

재 윤활 간격은 적용 분야에 따라 다르다. 장비 유지 보수 매뉴얼대로 펠트가 마르지 않도록 해야 하며 일반적인 재 윤활 간격 기간은 대부분 9개월이다.

베어링 교체

베어링 수명에 대한 계산에서 첫 번째 기준은 마모의 여부다. 교체가 필요한 경우 중앙 고정 스터드에서 베어링을 간단히 분리해서 교체할 수 있다. 이 교체는 몇 분 내에 완료할 수 있다.

시스템 수명 최적화

링 Vee가 윤활 상태를 유지하도록 주의를 기울이고 나면, 두 번째 베어링 세트로 수명을 달성할 수 있어야한다. 실제 8년의 원래 수명은 Vee Ring의 경우 16년으로 연장할 수 있다.

기어 윤활 및 유지 보수

기어가 있는 slewing 베어링과 Vee Ring시스템은 조립 시 그리스를 도포하고 모니터링 해야 한다. Slewing Ring의 기어 윤활 간격은 베어링 볼 트랙보다 두 배 정도 길 수 있다. Vee Ring의 윤활 주기는 베어링과 일치해 자동 시스템을 사용할 수 있다.

결론

Vee Ring 및 Slewing Ring 시스템은 각각의 애플리케이션에서 다양한 특성을 갖고 있다. Vee Ring은 준비와 설치 시간이 덜 소요되는 반면, Slewing Ring은 하중 용량이 훨씬 크기 때문에 고하중 애플리케이션에서 솔루션으로 사용할 수 있다.

Vee Ring은 어플리케이션의 수명을 정확하게 예측할 수 있다. 유지 보수 비용을 최소화하고 싶다면 vee 베어링으로 교체해야 해야 한다. Vee ring은 설계 유연성을 제공하여 설계자의 엔지니어링 비용을 줄일 수 있으며, 편리하며 통합이 쉬운 솔루션을 제공한다.

자료 제공: Bishop-Wisecarver(www.bwc.com)