열박음 가열 온도 계산 방법: 축·하우징 간섭량으로 구하는 팽창량과 가열 온도

열박음 가열 온도 계산은 베어링 내륜을 가열해서 내경을 늘린 뒤 축에 헐겁게 끼우기 위해, 몇 ℃까지 가열해야 하는지를 간섭량으로 구하는 작업입니다. 해머나 프레스로 압입하면 궤도면이나 전동체에 손상이 생길 수 있고, 가열하면 힘 없이 장착할 수 있어서 중형 이상 베어링에서 널리 쓰입니다.

하지만 “대충 100℃쯤”으로 가열하면 두 가지 문제가 생깁니다. 온도가 모자라면 장착 도중 내륜이 축에 걸려 멈추고, 지나치게 가열하면 베어링 치수 안정성과 윤활제에 손상이 생깁니다. 그래서 간섭량으로 필요 온도를 계산하고 가열 한계와 비교하는 과정이 필요합니다.

이 글에서는 열박음 가열 온도 계산식, 축 공차별 최대 간섭량과 가열 온도, 6310과 NU220 계산 예제, 가열 방법별 주의점, 작업 중 실수를 막는 방법을 순서대로 정리합니다.

열박음 가열 온도 계산의 기본 원리

강재를 가열하면 길이와 지름이 늘어납니다. 베어링강의 선팽창계수는 대략 12×10⁻⁶ /℃로 보고 계산합니다. 내륜 내경이 늘어나는 양은 다음과 같습니다.

ΔD = α × d × ΔT

• α: 선팽창계수 (베어링강 약 12×10⁻⁶ /℃)
• d: 베어링 내경 (mm)
• ΔT: 축 온도 대비 가열 온도차 (℃)

단위를 µm와 mm로 맞추면 α × d는 0.012 × d (µm/℃) 입니다. 내경 50mm는 ℃당 0.6 µm씩 늘어나는 셈입니다.

열박음 가열 온도 계산식: ΔT = (δmax + δa) / (0.012 × d)

필요한 온도차는 다음 식으로 구합니다.

ΔT = ( δmax + δa ) / ( 0.012 × d )
가열 온도 = 축(주변) 온도 + ΔT

• δmax: 최대 간섭량 (µm) = 축 공차 상한 − 베어링 내경 공차 하한
• δa: 조립 여유 (µm). 가열한 내륜이 축에 걸리지 않고 들어가도록 두는 틈이며, 작업 중 식는 양까지 고려한 값
• d: 베어링 내경 (mm)

엑셀에서는 다음처럼 쓰면 됩니다.

=(최대간섭량 + 조립여유) / (0.012 * 내경)

간섭량은 최대값 기준으로 계산합니다. 최소 간섭으로 계산하면 실제 부품이 최대 쪽 공차일 때 장착이 안 됩니다.

베어링 내경별 ℃당 팽창량

선팽창계수 12×10⁻⁶ /℃ 기준의 값입니다.

내경 d (mm)	℃당 팽창량 (µm)	ΔT = 80℃일 때 팽창량 (µm)
30	0.36	29
50	0.60	48
80	0.96	77
100	1.20	96
150	1.80	144
200	2.40	192
300	3.60	288

내경이 클수록 같은 온도차에서 팽창량이 크기 때문에, 큰 베어링은 상대적으로 낮은 온도로도 장착할 수 있습니다.

열박음 가열 온도 계산 예제 1: 6310, 축 공차별 가열 온도

계산 조건

• 베어링 6310 (내경 d = 50mm), 보통급 내경 공차 0 ~ −12 µm
• 주변·축 온도 20℃
• 조립 여유 δa = 15 µm (가정값)
• 축 공차: k5, m5, n6, p6 (30~50mm 구간 ISO 값)

최대 간섭량과 필요 온도차

축 공차	축 편차 (µm)	δmax (µm)	δmax + δa	필요 ΔT (℃)	가열 온도 (℃)
k5	+2 ~ +13	13 + 12 = 25	40	약 67	약 87
m5	+9 ~ +20	20 + 12 = 32	47	약 78	약 98
n6	+17 ~ +33	33 + 12 = 45	60	100	120
p6	+26 ~ +42	42 + 12 = 54	69	약 115	약 135

m5를 예로 계산 과정을 보면 다음과 같습니다.

δmax = 20 − (−12) = 32 µm
ΔT = (32 + 15) / (0.012 × 50) = 47 / 0.6 ≈ 78℃
가열 온도 = 20 + 78 ≈ 98℃

이 열박음 가열 온도 계산 결과, m5까지는 100℃ 안팎으로 해결되지만 **n6는 120℃, p6는 135℃**가 필요합니다. 일반 베어링은 약 120℃를 넘지 않도록 권장하는 경우가 많아서, 간섭이 큰 조합은 가열만으로 해결하기 어렵습니다. 이때는 유압 장착(오일 주입법)을 쓰거나 공차 선정을 재검토해야 합니다. 공차 선정 기준은 [축·하우징 끼워맞춤 공차와 내부간극] 글에서 다룹니다.

열박음 가열 온도 계산 예제 2: NU220, 내경 100mm

계산 조건

• 원통롤러베어링 NU220 (d = 100mm), 보통급 내경 공차 0 ~ −20 µm
• 축 공차 m5 (80~120mm 구간 +13 ~ +28 µm)
• 주변 온도 20℃, 조립 여유 δa = 25 µm (가정값)

계산

δmax = 28 − (−20) = 48 µm
ΔT = (48 + 25) / (0.012 × 100) = 73 / 1.2 ≈ 61℃
가열 온도 = 20 + 61 ≈ 81℃

같은 m5 공차인데도 내경 50mm에서는 약 98℃, 100mm에서는 약 81℃입니다. 내경이 커질수록 필요 가열 온도가 낮아지는 경향을 확인할 수 있습니다. 반대로 내경 200mm 이상의 대형 베어링은 간섭량 자체가 커져서 오일 주입 장착이 더 일반적입니다.

가열 한계 온도: 어디까지 올려도 되나

항목	기준 (참고)	이유
일반 베어링 (개방형)	약 120℃ 이하	치수 안정화 처리 한도를 넘으면 경도 저하와 치수 변화 가능
실 또는 실드, 그리스 봉입형	제조사 지정값 (보통 약 80℃ 안팎)	그리스와 고무 실 열화
고온용 치수안정 처리 베어링 (S1, S2 등)	제조사 표기 확인	안정화 온도에 따라 다름
오일 가열 시 오일	인화점이 충분히 높은 청정 오일	화재와 오염 방지

온도 한계는 제조사마다 다르므로, 사용하는 베어링의 카탈로그 값을 반드시 확인하세요. 장시간 가열이 아니라 필요한 온도에 도달하면 바로 장착하는 것이 원칙입니다.

간섭이 하우징 쪽(외륜)에 있을 때

외륜이 하우징에 억지로 끼워지는 설계라면 베어링이 아니라 하우징을 가열하거나 외륜을 냉각해서 장착합니다. 하우징 보어가 늘어나는 양은 재질에 따라 다릅니다.

재질	선팽창계수 (약)
주철, 강	11~12×10⁻⁶ /℃
알루미늄 합금	약 23×10⁻⁶ /℃

알루미늄 하우징은 강보다 두 배 가까이 늘어나서 같은 간섭량이라도 가열 온도가 낮습니다. 단, 알루미늄 하우징은 운전 중에도 강 외륜보다 많이 팽창해서 외륜과의 끼워맞춤이 느슨해질 수 있으니 사용 온도에서의 간섭량을 따로 확인해야 합니다.

열박음 가열 방법 비교

방법	장점	주의점
유도가열기(인덕션 히터)	빠르고 온도 제어가 쉬움, 오일 오염 없음	가열 후 탈자(잔류 자기 제거) 필수, 온도 센서 위치 확인
오일 가열	균일하게 가열, 설비가 단순	베어링이 용기 바닥에 닿지 않게 그물망 사용, 오일 청정도 관리, 화재 주의
핫플레이트·가열판	소형 베어링에 간편	가열면 접촉부만 과열되기 쉬워 뒤집어 가며 가열
가열 오븐	균일한 가열	시간이 오래 걸림, 작업 직전 온도 유지 필요
가스 토치·직접 불꽃	사용 금지	국부 과열로 궤도면 경도 저하와 변형

가열 중에는 접촉식 온도계로 내륜 표면 온도를 측정하세요. 번들거리는 금속 표면은 적외선 온도계의 오차가 크기 때문입니다.

열박음 작업 순서

1. 계산과 준비: 간섭량과 가열 온도를 계산하고, 축과 하우징 치수를 실측합니다.
2. 청소와 확인: 축 표면의 방청유, 이물, 흠집을 제거하고 베어링 방향을 확인합니다.
3. 가열: 목표 온도에 도달한 뒤 내륜 전체가 균일해질 때까지 잠시 유지합니다.
4. 장착: 장갑 등 보호구를 착용하고 가능한 한 빠르게 축 단차(어깨)까지 밀어 넣습니다. 장착 지그를 미리 준비해 두세요.
5. 밀착 유지: 내륜이 식어서 수축하는 동안 어깨에 밀착한 상태로 누르고 있거나 락너트로 고정합니다. 식으면서 틈이 생길 수 있습니다.
6. 냉각 확인: 충분히 식은 뒤 축방향 틈새가 없는지 확인하고, 회전이 부드러운지 점검합니다.

압입 조립 중 궤도륜 변형과 전동체 손상을 막는 기준은 [압입 조립 불량 원인과 예방대책] 글에서 이어집니다.

장착 후 내부간극은 얼마나 줄어드는가

열박음으로 억지로 끼운 내륜은 팽창해서 베어링의 내부간극이 줄어듭니다. 내륜이 늘어나는 양은 실제 간섭량의 약 70~90% 수준으로 보는 것이 일반적이고, 6310 m5 예제에서 실제 간섭량이 9~32 µm라면 간극 감소량은 대략 6~29 µm입니다. 이 때문에 간섭이 큰 끼워맞춤에는 C3 같은 큰 내부간극 베어링을 쓰는 것이 일반적입니다. 간극 선정 방법은 [내부간극 선정 방법과 판단 기준] 글에서, 간극과 프리로드의 관계는 [프리로드 설정 기준] 글에서 다룹니다.

열박음 가열 온도 계산에서 흔한 실수

1. 최소 간섭량으로 계산: 장착 도중 걸리는 원인이 됩니다. 최대 간섭량 기준으로 계산하세요.
2. 조립 여유를 0으로 계산: 가열한 베어링은 장착하는 사이에 식으므로 여유가 필요합니다.
3. 주변 온도를 0℃나 25℃로 일괄 가정: 겨울철 작업장은 축 온도가 낮으므로 실제 축 온도를 재야 합니다.
4. 내경 공차를 중간값으로 사용: 최대 간섭량 계산에는 공차 하한값(최소 내경)을 씁니다.
5. 가열 한계 확인 누락: p6처럼 계산 온도가 한계를 넘으면 유압 장착으로 방법을 바꿔야 합니다.
6. 가열 후 탈자를 생략(유도가열): 잔류 자기가 철 분진을 끌어당겨 오염 손상의 원인이 됩니다.
7. 밀착 유지 없이 방치: 식으면서 내륜과 어깨 사이에 틈이 생길 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q. 열박음 가열 온도 계산 결과가 120℃를 넘으면 어떻게 하나요?
A. 유압 장착, 축 냉각 병행, 공차 재검토(간섭량을 줄이는 방향) 중에서 선택합니다. 한계를 넘겨서 가열하는 것은 권장하지 않습니다.

Q. 베어링만 가열하면 되나요, 축은 냉각하면 안 되나요?
A. 축을 냉각해서 수축시키는 방법도 있지만, 결로 때문에 녹이 슬 수 있어서 베어링 가열이 일반적입니다. 필요하면 두 방법을 병행해 온도차를 확보합니다.

Q. 오븐이나 핫플레이트로 가열해도 되나요?
A. 소형 베어링은 가능하지만 가열이 균일해야 합니다. 핫플레이트는 접촉부가 먼저 과열되므로 베어링을 뒤집어 가며 온도를 확인하세요.

Q. 가열한 베어링의 윤활은 어떻게 하나요?
A. 그리스 봉입형 베어링은 가열 한계가 낮아서 제조사 지침을 따르고, 개방형은 장착 후 정해진 그리스 양을 주입합니다. 주입량은 [과윤활로 인한 온도 상승 원인] 글을 참고하세요.

열박음 가열 온도 계산 핵심 정리

• 열박음 가열 온도 계산식은 ΔT = (δmax + δa) / (0.012 × d)이며, 가열 온도는 축 온도에 ΔT를 더한 값이다.
• δmax는 축 공차 상한에서 베어링 내경 공차 하한을 뺀 최대 간섭량이다.
• 6310 예제에서 m5는 약 98℃였지만 n6는 120℃, p6는 135℃로 일반 가열 한계를 넘었다.
• 같은 공차라도 내경이 클수록 필요한 가열 온도는 낮아진다.
• 가열 방법은 유도가열이나 오일 가열을 권장하고, 작업 후에는 내륜이 식는 동안 밀착 상태를 유지한다.