⚙️ 베어링 수명 (L10) 계산기
ISO 281 규격을 기반으로 구름 베어링의 기본 정격 수명(L10)을 계산합니다.
Inputs
Results
베어링 수명-부하 곡선
파란 곡선: 베어링 수명(L10h, 시간)이 부하 증가에 따라 감소. 빨간 점: 현재 운전점으로, 그 높이가 L10h 결과와 일치.
계산기 설명
구름 베어링(볼 베어링·롤러 베어링)은 회전축을 지지하며 마찰을 최소화하는 기계 요소입니다. 아무리 잘 만든 베어링이라도 하중을 받으며 회전을 반복하면 접촉면에 반복 응력이 쌓여 결국 표면 피로(스폴링, spalling)로 손상됩니다. 이 “피로 수명”을 통계적으로 예측하는 국제 표준이 ISO 281이며, 이 계산기는 그 기본 정격 수명 L₁₀를 구합니다.
이 계산기가 구하는 것: 기본 정격 수명 L₁₀
L₁₀는 동일한 조건에서 운전한 다수의 베어링 중 90%가 표면 피로 없이 도달하는 수명입니다. 다시 말해 10%만 고장 나는 시점이며, 백만 회전(millions of revolutions) 단위 또는 회전 속도를 반영한 운전 시간(L₁₀h) 단위로 표현됩니다. “평균 수명”이 아니라 신뢰도 90% 기준의 보수적 수명이라는 점이 핵심입니다.
왜 필요한가
- 설계 하중과 속도에서 베어링이 요구 수명(예: 20,000시간)을 만족하는지 검증
- 여러 베어링 모델의 정격 하중(C)을 비교해 최적 사양 선정
- 예방 정비·교체 주기 및 재고 계획 수립
계산 공식
ISO 281 베어링 수명 방정식
기본 정격 수명은 정격 하중과 실제 하중의 비를 지수 승한 값으로 정의됩니다. 회전 속도를 알면 이를 운전 시간으로 환산합니다.
- L₁₀ — 기본 정격 수명 (백만 회전 단위)
- L₁₀h — 작동 시간 기준 기본 정격 수명 [h]
- C — 기본 동적 정격 하중 [N (lbf)] (베어링 카탈로그 제공값)
- P — 등가 동하중 (반경·축방향 하중을 합성한 값) [N (lbf)]
- p — 수명 지수 (볼 베어링 = 3, 롤러 베어링 = 10/3)
- N — 회전 속도 [RPM]
식의 의미 (어떻게 구하나)
- 하중 P가 커질수록 수명은 지수적으로 급감합니다. 볼 베어링(p=3)은 하중이 2배가 되면 수명이 1/8로 줄어듭니다.
- 정격 하중 C가 큰(더 큰) 베어링을 고르면 (C/P) 비가 커져 수명이 늘어납니다.
- 회전 속도 N이 높을수록 같은 회전수에 더 빨리 도달하므로 시간 단위 수명 L₁₀h는 짧아집니다.
계산 예시
동적 정격 하중 C = 30,000 N인 볼 베어링(p=3)이 등가 하중 P = 3,000 N, 회전 속도 N = 1,500 RPM으로 운전된다고 하면 L₁₀ = (30000/3000)³ = 1,000 백만 회전 = 10억 회전입니다. 시간으로 환산하면 L₁₀h = 1,000,000 / (60 × 1500) × 1000 ≈ 11,111 시간이 됩니다.
유용한 팁
실무 팁
- P는 순수 반경 하중이 아니라 등가 하중입니다. 축방향 하중이 있으면 P = X·Fr + Y·Fa 로 먼저 환산하세요 (X, Y는 베어링별 계수).
- 더 긴 수명이 필요하면 하중을 줄이기보다 한 치수 큰 베어링(더 큰 C)을 쓰는 것이 지수 효과 덕분에 효율적입니다.
- 실제 신뢰도·윤활·오염을 반영하려면 수정 정격 수명 Lnm = a₁·a_ISO·L₁₀ 를 사용하세요.
한계와 주의사항
- L₁₀는 표면 피로만 고려합니다. 부적절한 윤활, 오염, 오정렬, 과열 등은 예측보다 훨씬 이른 고장을 유발합니다.
- 정적(비회전) 하중이 큰 경우에는 정적 안전율(C₀/P₀)을 별도로 확인해야 합니다.
- 매우 저속에서는 회전당 수명이 커도 실제 시간 수명은 짧을 수 있고, 유막 형성이 어려워 별도 검토가 필요합니다.