베어링 결함의 종류와 진단 방법: 외륜, 내륜, 볼/롤러, 케이지 결함

 

 

 

 

 

 

베어링 결함의 종류

 

  - 베어링은 회전하는 기계 요소에서 중요한 역할을 하며, 장시간 사용하거나 과부하, 윤활 부족 등의 원인으로 인해

    결함이 발생할 수 있음
  - 베어링 결함은 발생 위치에 따라 크게 외륜 결함(Outer Race Fault), 내륜 결함(Inner Race Fault),

    볼/롤러 결함(Ball/Roller Fault), 케이지 결함(Cage Fault) 으로 분류됨

 

 

 

 

 

베어링 결함 4가지

 

1. 볼/롤러 결함 (Ball/Roller Fault)

 

(1) 개념
  - 베어링 내부에서 회전하는 볼(Ball) 또는 롤러(Roller)에 균열, 패임(Pitting), 변형 등이 발생하는 경우
  - 베어링이 부하를 받을 때 볼/롤러가 외륜과 내륜 사이에서 압력을 받으며 구름 운동을 하는데,

    이 과정에서 손상이 축적될 수 있음

 

(2) 특징
  - 불규칙한 진동 패턴을 보이며, 충격성 노이즈(Impulsive Noise)가 간헐적으로 발생
  - 결함이 있는 볼/롤러가 회전할 때 일정한 주기로 충격이 발생하지만, 외륜이나 내륜 결함보다 예측하기

    어려운 특성을 가짐
  - 저속 회전에서는 비교적 감지하기 어렵지만, 고속 회전에서는 강한 충격 진동이 발생할 가능성이 큼

 

(3) 원인
  - 윤활 부족 또는 불순물이 윤활유에 포함되어 베어링 내부 마모 유발
  - 과부하 또는 갑작스러운 충격 하중으로 인해 국부적인 손상 발생
  - 제작 공정에서의 미세한 결함이 장시간 사용 중 진행되면서 균열 형성

 

(4) 진단 방법
  - 볼/롤러 결함 주파수(BSF, Ball Spin Frequency) 분석
  - 랜덤한 충격 신호가 나타나며, 고속 회전일수록 신호 강도가 증가

 

 

 

 

 

2. 케이지 결함 (Cage Fault)

 

(1) 개념
  - 베어링 내부의 볼 또는 롤러를 일정한 간격으로 유지하는 역할을 하는 케이지(Cage)가 손상되는 경우
  - 케이지가 손상되면 볼/롤러의 위치가 불안정해지고, 베어링이 비정상적으로 작동할 수 있음

 

(2) 특징
  - 비주기적인 불규칙한 충격 신호 발생
  - 볼/롤러가 비정상적으로 움직이며 베어링의 회전이 불안정해짐
  - 심각한 경우 볼/롤러가 한쪽으로 쏠리거나 베어링이 완전히 파손될 가능성이 있음

 

(3) 원인
  - 급격한 가속·감속으로 인해 케이지에 과부하 발생
  - 윤활 부족으로 인해 케이지가 과도한 마찰을 받아 변형
  - 케이지 재질의 피로 파괴 또는 제작 결함

 

(4) 진단 방법
  - 케이지 결함 주파수(FTF, Fundamental Train Frequency) 분석
  - 불규칙한 신호가 지속적으로 증가하는 패턴 확인

 

 

 

 

 

3. 외륜 결함 (Outer Race Fault)

 

(1) 개념
  - 베어링의 외륜(Outer Race)에서 균열, 피팅(Fretting), 점식(Pitting) 등의 손상이 발생하는 경우
  - 일반적으로 외부 하중이나 조립 불량, 윤활 부족 등의 요인으로 인해 발생함

 

(2) 특징
  - 회전 시 주기적인 충격 진동이 발생하며, 주파수 분석 시 특정한 고유 주파수를 나타냄
  - 외륜이 고정된 상태에서 하중을 받기 때문에, 외륜의 손상이 계속해서 같은 위치에서 발생하는 경향이 있음
  - 주로 낮은 주파수 대역에서 진동 신호가 검출됨

 

(3) 원인
  - 과부하 또는 반복적인 충격 하중
  - 윤활 부족 또는 부적절한 윤활제 사용
  - 베어링 장착 시 잘못된 조립 또는 불량한 정렬
  - 오염물(먼지, 이물질) 침투로 인한 마모

 

(4) 진단 방법
  - 진동 분석을 통해 외륜 결함 고유 주파수(BPFO, Ball Pass Frequency Outer race)를 확인
  - FFT(Fast Fourier Transform) 분석에서 낮은 주파수 영역에서 반복적인 피크 신호 확인

 

 

 

 

 

4. 내륜 결함 (Inner Race Fault)

 

(1) 개념
  - 베어링의 내륜(Inner Race) 표면에 크랙, 균열, 마모 등의 손상이 발생하는 경우
  - 외륜 결함과 달리 내륜은 회전하는 부품과 함께 움직이기 때문에 더 복잡한 진동 패턴을 나타냄

 

(2) 특징
  - 외륜 결함보다 높은 주파수에서 진동이 발생하며, 가속된 회전 속도에 따라 진동 패턴이 변화
  - 내륜이 회전하면서 지속적으로 손상 부위가 바뀌므로 충격성 진동이 반복적으로 발생함
  - 고속 회전 시 더 뚜렷한 진동 신호가 나타남

 

(3) 원인
  - 장기간의 사용으로 인한 피로 파괴(Fatigue Failure)
  - 고온 환경에서 베어링 사용으로 인해 금속 조직 변화
  - 부적절한 하중 배분으로 특정 부분에 집중적인 응력 발생
  - 윤활 불량으로 인해 표면 마모 가속화

 

(4) 진단 방법
  - 진동 분석을 통해 내륜 결함 고유 주파수(BPFI, Ball Pass Frequency Inner race)를 확인
  - 회전 속도가 증가함에 따라 신호 주파수가 변하는 패턴을 분석

 

 

 

 

 

 

결론

 

  - 베어링 결함은 위치에 따라 외륜, 내륜, 볼/롤러, 케이지 결함으로 나뉘며, 각각 고유한 원인과 진동 특성을 가짐

  - 볼/롤러 결함: 랜덤한 충격 진동, 고속 회전 시 강한 충격 발생
  - 케이지 결함: 불규칙한 충격 신호, 베어링 회전 불안정
  - 외륜 결함: 주기적인 진동, 고정된 하중 영향
  - 내륜 결함: 높은 주파수의 진동, 회전 속도에 따라 변화

 

  - 정기적인 진동 분석과 윤활 관리가 베어링의 수명을 연장하는 데 필수적이며, 결함이 초기에 감지되지 않으면

    기계 전체의 심각한 고장으로 이어질 수 있음