구름베어링이란?
구름베어링은 외륜과 내륜 사이에 볼이나 롤러를 넣어 회전 접촉을 통해 마찰을 줄이는 베어링입니다. 미끄럼베어링과 비교해 마찰이 적어 마찰손실이 작고, 기동저항과 발열이 낮아 일부 고속 회전이 가능합니다. 그러나 전동체와 궤도륜이 점접촉 또는 선접촉 방식이므로, 정밀도가 맞지 않으면 소음이 발생하기 쉽고, 충격에 약한 단점이 있습니다.
구름베어링은 크게 볼베어링과 롤러베어링 등 두 가지로 나뉩니다. 이둘의 차이는 볼 베어링은 마찰저항과 회전 시 축 흔들림이 적어 고속, 고정밀, 낮은 토크, 낮은 진동이 요구되는 곳에 적합합니다. 반면, 롤러 베어링은 중하중 또는 충격하중을 견뎌야 하거나, 장기간 사용해야 하는 환경에 적합합니다.
- 볼 베어링 : 궤도륜의 형상에 따라 나눈다.
- 깊은 홈 베어링
- 앵귤러 볼 베어링
- 롤러 베어링: 롤러의 형상에 따라 나눈다.
- 원통 롤러 베어링
- 니들 롤러 베어링
- 테이퍼 롤러 베어링
추가) 하중 방향에 따라 레이디얼 베어링(축 방향 하중을 지지) , 액시얼(스러스트) 베어링(축의 길이 방향 하중을 지지) 으로 다시 구분할 수 있다.
구름베어링 형식과 특징은?
구름베어링의 형식과 분류
구름베어링은 일반적으로 궤도륜, 전동체 및 케이지(리테이너)로 구성돼 있고 주로 부하되는 하중의 방향에 의해 레이디얼 베어링(축에 수직)과 스러스트 베어링(축에 수평)으로 구분됩니다. 또 전동체의 종류에 따라서 볼베어링과 롤러베어링으로 나눌 수가 있고 그 형상이나 특정 용도에 의해서도 분류할 수 있습니다.
단열깊은홈베어링
단열깊은홈베어링은 구름베어링중에서 가장 대표적인 형식이고 그 용도가 넓습니다. 일상에서는 스케이트보드 같은 제품에서 흔히 볼 수 있습니다. 내륜과 외륜에 설치된 궤도의 홈은 전동하는 볼의 반경보다 약간 큰 반경의 원호로 구성되어 있습니다. 단열 깊은홈 볼베어링은 경방향 하중 이외에 양방향, 축방향 하중 어느쪽에서도 견딜 수 있습니다. 또 마찰 토크가 적어 고속회전과 저소음, 저진동이 요구되는 용도에 가장 적합합니다. 개방향 외에 실드 또는 고무씰로 밀봉한 베어링 혹은 외륜외경에 스냅링이 부착된 베어링이 있습니다. 일반적으로 강판의 프레스 리테이너가 사용되고 있습니다.
※ 구름베어링 내에서도 고속회전엔 가장 적합하지만 그만큼 레이디얼&스러스트 부하능력은 가장 떨어집니다. 슬라이드나 다른 충격에 데미지를 입기 쉬우며 속도를 얻는 대신 내구성이 약해진다는 뜻입니다. 내구성을 보완하기 위해서 세라믹으로 제작된 세라믹 베어링을 사용하기도 합니다. 볼 만을 세라믹으로 사용한 제품이 있는데 모든 파트가 세라믹으로 된 베어링을 사용해야 내구성이라는 면에서 효과를 볼 수 있으며 상당히 고가입니다.
미끄럼베어링이란? / 오일리스베어링
미끄럼베어링은 베어링이 저널부의 표면 전부 또는 표면의 일부를 둘러싼 것 같은 형태로 이뤄져 있으며 베어링과 저널의 접촉면 사이에 윤활유가 있는 베어링을 말합니다. 미끄럼 베어링은 면과 면이 직접적으로 접촉하기 때문에 축이 회전할 때 생긴는 마찰 저항이 구름 베어링보다 높다. 하지만 하중을 지지하는 능력은 큰 편입니다. 그렇기 때문에 미끄럼베어링을 사용하기 위해선 마찰열을 방지해줄 적절한 윤활유가 필요하며 사용 중 마모로 인해 생기는 구멍이 커질 수 있기 때문에 부시메탈을 저널과 접촉하는 구멍부에 끼워넣어 사용하는 것이 일반적입니다.
베어링 메탈 / 윤활부 / 베어링 하우징
베어링 메탈은 접촉면의 마찰을 감소시키고 저널의 마멸을 방지하는 역할을 합니다. 윤활부은 윤활유를 베어링의 접촉면에 공급해 마모를 감소시키고 마찰열을 흡수해 저감시킵니다. 베어링 하우징은 베어링메탈을 지지하면서 작용하는 힘을 프레임에 전달하는 역할을 합니다.
미끄럼 베어링의 특징
미끄럼베어링은 축하중을 받치고 있기 때문에 회전중 유막의 상태가 중요한 역할을 합니다. 유막의 상태가 좋지 않으면 베어링메탈과 축이 직접 접촉하개 돼 마모가 될 수 있습니다. 알맞는 윤활제를 사용할 것을 권장드립니다. 베어링의 재료는 마모도가 낮고, 면압 강도. 내식성이 높아야 됩니다. 녹아서 붙어버리지 않을 만한 재료를 사용해야하며 비슷한 성질의 금속이나 비금속을 선택하는 것이 중요합니다.
미끄럼베어링 금속 재료와 비금속 재료 특징
비금속 재료
베어링 재료로 사용하는 비금속 재료에는 흑연, 플라스틱, 고무 등이 있습니다. 흑연은 고체 윤활제의 역할을 함으로써 별도의 윤활제가 필요없는 것이 특징입니다. 플라스틱은 윤활유가 없는 상태에서도 마찰 계수가 낮고 내마멸성도 높으며 경계 윤활성이 좋아 베어링 재료로 적합한 비금속 재료입니다. 고무는 물과 같이 저점도 윤활제의 역할을 하며 마찰 계수가 작고 진동과 충격의 흡수가 우수해 백 메탈에 부착해 사용합니다.
금속 재료_주철, 황동, 청동
내마멸성이 높고, 충격에 강합니다. 고속 회전에서는 녹아 붙음을 일으키기 쉽습니다. 공작기계의 메인(main) 베어링에 쓰이며 단일체 베어링의 저· 중속용에 주로 사용하는 것이 특징입니다.
화이트 메탈
주석, 아연, 납, 안티몬의 합금이며 주석계 화이트 메탈은 주석을 주성분으로 구리, 안티몬을 함유한 합금으로 배빗 메탈이라고도 하며 성능이 가장 우수해 내연기관을 비롯한 각종 기계의 베어링으로 가장 널리 사용하고 있습니다. 단점으로는 피로 강도, 면압 강도가 낮습니다.
켈밋
구리와 납의 합금이며 피로 강도와 내열성이 높아서 고속, 중하중의 내연기관용 베어링으로 사용합니다.
카드뮴 합금
화이트 메탈에 비해 피로 강도와 내열성이 높기 때문에 중하중 내연기관에널리 사용 됩니다.
알루미늄 합금
내마멸성이 높아 고속, 중하중 베어링에 주로 사용하지만 마찰에 의해 생기는 산화 피막 때문에 축이 손상되기 쉬운 단점이 있습니다.
오일리스 베어링
금속 분말을 가압, 소결해 성형한 뒤 윤활유를 입자 사이의 공간에 스며들게 한 것으로 급유가 곤란한 베어링이나 급유를 하지 않는 베어링에 사용합니다. 오일리스 베어링에는 구리계와 철계가 있으며 구리계는 고속 저압용에 사용하고 철계는 저속 저압용에 사용하는 것이 특징입니다.
미끄럼베어링 VS 구름베어링 장단점
미끄럼베어링과 구름베어링은 여러 면에서 차이가 있습니다.
마찰 면에서, 미끄럼베어링은 마찰이 높은 반면, 구름베어링은 마찰이 적습니다. 하중의 경우, 미끄럼베어링은 스러스트(추력)와 레디얼(방향성) 하중을 하나의 베어링으로 동시에 받을 수 있지만, 구름베어링은 두 가지 하중을 받을 때 충격 하중으로 인해 전동체와 내외륜의 접촉 부위에 손상이 생길 수 있습니다.
고속 회전에 있어서는, 미끄럼베어링은 비교적 낮은 속도에 적합한 반면, 구름베어링은 고속 회전에 적합하며 과열이 적게 발생합니다. 소음은 미끄럼베어링이 일반적으로 조용한 데 비해, 구름베어링은 전동체와 궤도면의 정밀도에 따라 소음이 발생할 수 있습니다. 설치 측면에서는 미끄럼베어링이 설치가 쉽지만, 구름베어링은 내외륜의 정확한 끼워 맞춤에 주의가 필요합니다.
윤활에서 미끄럼베어링은 윤활장치가 필요하고 윤활유 선택이 중요하지만, 구름베어링은 구리스 윤활의 경우 추가 장치가 필요 없고 점도의 영향을 받지 않습니다. 추력 하중에 관해서는, 미끄럼베어링이 추력 하중을 받기 힘든 반면, 구름베어링은 이를 용이하게 받을 수 있습니다. 기동 토크에서는, 미끄럼베어링은 유막 형성이 늦으면 기동 토크가 크지만, 구름베어링은 기동 토크가 작습니다.
규격화의 경우, 미끄럼베어링은 자체 제작되는 경우가 많고, 구름베어링은 표준화된 양산품으로 호환성이 높습니다.가격 측면에서는 미끄럼베어링이 저렴한 반면, 구름베어링은 가격이 상대적으로 비쌉니다. 따라서, 미끄럼베어링은 저렴하고 간단하지만 고속회전과 소음, 기동 토크 측면에서 한계가 있는 반면, 구름베어링은 고속회전과 하중을 잘 견디지만 설치와 정밀도에 주의해야 하며 가격이 비쌉니다.
