베어링(Bearing) 기술의 이해

작성자에스엠웰텍|작성시간10.10.05|조회수4,775 목록 댓글 0

베어링(Bearing) 기술의 이해

베어링(bearing)이란

베어링

회전축을 지지하는 역할을 하는 기계부품. 축받이라고도 한다. 회전 또는 요동하는 축을 지지하여 축에 가해지는 하중을 받아, 축심을 중심으로 회전·요동하도록 되어 있다. 축의 회전에 따른 마찰 때문에 발열·마멸·동력손실이 생긴다. 마찰저항과 마멸을 감소시키기 위해서 재질이나 형상을 연구하고 또 원활한 회전·요동을 위해서 각종 윤활제가 사용된다.

회전축을 지지하는 역할을 하는 기계부품. 축받이라고도 한다. 회전 또는 요동하는 축을 지지하여 축에 가해지는 하중을 받아, 축심(軸心)을 중심으로 회전·요동하도록 되어 있다. 축의 회전에 따른 마찰 때문에 발열·마멸·동력손실이 생긴다. 마찰저항과 마멸을 감소시키기 위해서 재질이나 형상을 연구하고 또 원활한 회전·요동을 위해서 각종 윤활제가 사용된다. 베어링에 접촉하고 있는 축 부분을 저널이라 하는데, 저널과 베어링과의 접촉상태에 따라 베어링은 미끄럼베어링(sliding bearing)과 구름베어링(rolling bearing)으로 나뉜다. 또 축에 가해지는 하중 방향에 따라 레이디얼베어링(radial bearing)과 스러스트베어링(thrust bearing)으로 나뉜다.

축과 베어링면이 직접 접촉하여 축은 미끄럼운동을 한다. 서로 넓은 면에서 접촉하고 있기 때문에 축이 회전하면 마찰이 많아지게 되고, 그 때문에 발열하여 축과 베어링의 온도가 상승한다. 아주 고온이 되면 타서 붙어버려 회전이 불가능하게 된다. 이것을 막기 위해 축과 베어링 사이에 얇은 공간을 만들어, 윤활유를 이 공간 속에 넣어 운전시킨다. 윤활유를 쐐기모양의 틈에 집어넣어 유압을 발생시키고, 축은 유막(油幕)에 뜨는 유체마찰상태로 되어, 발열을 방지하면서 회전한다. 서로 넓은 면에서 접촉하고 있으므로 큰 하중에도 견딘다. 가장 간단한 것은 주물(鑄物)로 만들어진 틀에 원형으로 구멍을 뚫은 것이다. 축과 접촉하는 부분은 별로 마멸되지 않고 축에 적응하기 쉬운 재료로 만들어진 베어링메탈을 부착한 것이 많이 이용된다. 베어링메탈은 마멸하면 베어링 본체로부터 떨어지므로 쉽게 교환할 수 있다. 보통 화이트메탈·켈밋·청동·인청동 등으로 만들어지며, 베어링은 하나로 만들어지는 것보다 2개 또는 몇 개로 분할할 수 있도록 만들어지는 경우가 많다. 이상과 같이 축에 대해서 하중이 직각 방향으로 가해지는 베어링을 레이디얼베어링이라 하며, 축 방향으로 하중이 가해지는 것을 스러스트베어링이라 한다. 스러스트베어링은 축의 앞쪽 끝을 베어링의 밑면에서 지탱하는 구조로 되어 있다. 하중을 받는면적이 작고 축이 고속회전을 하거나 또는 하중이 클 때는, 발열하며 상태가 나빠진다. 축의 지름이 작고 비교적 하중이 작은 것에 이용되는 스러스트베어링은 피벗베어링(pivot bearing)이라 한다. 시계의 톱니바퀴를 지탱하는 스러스트베어링은, 마찰을 줄이기 위해 앞쪽 끝을 가늘게 한다. 큰 하중에 견디는 스러스트베어링은 축의 한쪽 끝에 몇 개의 칼라(collar)를 만들어 이것을 베어링으로 감싼 것으로, 칼라의 측면에서 추력을 지지하는 칼라베어링이 있다. 배의 추진기 축에는 칼라베어링을 쓴다.

축과 베어링 사이에 볼이나 롤러를 넣은 것으로서 미끄럼베어링보다 회전은 경쾌하다. 볼을 넣은 것을 볼베어링, 롤러를 넣은 것을 롤러베어링이라 한다. 그 구조는 내륜(inner race)과 외륜(outer race) 사이에 볼 또는 롤러를 여러 개 넣은 것이다. 볼이나 롤러는 서로 접촉하지 않도록 고르게 배치한다. 내륜을 회전하는 축에 끼우고, 외륜은 바깥쪽의 베어링 부분에 끼우게 되어 있다. 하중이 회전축에 직각 방향으로 가해지는 것을 레이디얼-볼베어링이라 하며, 축 방향으로 가해지는 것을 스러스트-볼베어링이라 한다. 롤러베어링은 볼베어링보다 접촉면이 많으므로 큰 하중에 견딜 수 있으며 타격력이 큰 경우에도 적합하다. 볼이나 롤러가 1렬로 된 단열(single row)과 2열로 된 복렬(double row)이 있다. 볼베어링은 축과 베어링과의 접촉면적이 극히 작으므로 마찰손실은 적다. 축의 회전이 매끄럽기 때문에 자전거의 차륜을 지지하는 것을 비롯하여 널리 이용된다. 하중이 어느 정도 큰 것에는 롤러베어링이 이용된다. 가장 보편적으로 쓰이고 있는 롤러베어링의 롤러는 지름과 길이가 거의 같으며, 하중이 축에 수직으로 가해지는 경우에 이용된다. 이것을 원통롤러베어링이라 한다. 길이가 지름보다 긴 것도 있는데, 특히 가늘고 긴 롤러를 사용하는 것은 바늘모양롤러베어링(니들베어링)이라 하며, 무게하중인 곳에 쓰인다. 구름베어링의 형태는 국제적으로 통일되어 있다. 치수의 정밀도에 관해서도 규격이 있어서 보통급·상급·정밀급의 3가지가 있다. 회전축에 수직인 하중과 회전축 방향의 하중을 동시에 받은 축에는 원뿔형의 롤러를 사용한 베어링이 이용된다. 이것을 원뿔롤러베어링이라 한다. 원통형의 중앙이 부푼 맥주통형의 롤러를 사용한 구면롤러베어링도 있다. 이것은 사용중에 다소 축이 휘어도, 또 조립이 다소 미비하여도 회전중에 베어링의 중심이 자동적으로 조절되기 때문에 편리하다.

베어링

베어링 : 회전축을 지탱하며, 축에 작용하는 하중을 받아 축을 원활하게 회전 시키는 기계요소

베어링의 종류

구름 베어링과 미끄럼, 베어링의 성능 차이

구분	마찰저항	기동저항	윤활성	과열성	베어링나비	베어링 바깥지금
구 름 베어링	0.005~0.01	작다	용이하다	적다	작다 축지름 × (0.06∼1.0)	크다 축지름 × (1.2∼2.2)
미끄럼 베어링	0.025~0.05	크다	정지 상태에서 가동시에 나쁘다	일단 과열하면 달라 붙어 버린다	길다 축지름 × (0.7∼4.0)	작다 축지름 × (1.1∼1.2)
구분	재 료	정밀도	가 격	소 음	충 격	익숙하지 못한분야
구 름 베어링	특수강	정밀다듬질 ▽▽▽▽	종류, 크기, 재질로 가격을 결정	발생하기 쉽다 (점검하기 쉽다)	약하다 (재질이 단단하기 때문)	초고하중 초고속
미끄럼 베어링	주철ㆍ청동ㆍ화이트 메탈	기계마무리 ▽▽ ▽▽▽	종류, 크기, 재질로 가격을 결정	적다	오일의 완층 있음	저 속 (100rpm이하)기동 정지가 많은 부분

로울러 베어링에 베어링 부여 방법

[예1 ] 6212 ZNR

로울러 베어링에 베어링 부여 방법

[예2 ] 608 C2 P6

로울러 베어링에 베어링 부여 방법

[예3 ] 7206 CDBP5

로울러 베어링에 베어링 부여 방법

[예4 ] NA 4916 VK

취급과 보전

― 손상의 원인

구름 베어링은 바르게 취급하면 피로 수명에 이르기까지 오래 사용이 가능하지만, 설치, 취급의 부적당, 윤활의 불충분, 축 하우징의 열영향 대한 검토 불충분으로 단기간 손상에 이른다.

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
플 래 킹	레이디얼 베어링의 궤도의 한쪽에만 플래킹 복열 베어링의 궤도를 한쪽에만 플래킹	이상 트러스트 하중	자유측 베어링 외륜의 맞물림을 틈 물림으로 하고 축의 열 팽창을 예상한 축 방향의 틈을 확보한다.
	궤도의 원주방향 대칭 위치에 플래킹	하우징의 둥근 정도 불량	둘로 분할한 하우징의 경우 특히 주의 하우징 내경면의 정밀도 수정
	레이디얼 보올베어링에서 궤도에 대한 경사에 플래킹· 로울러 베어링에서 궤도면, 전동면의 끝부분 근처에 플래킹	설치불량, 축의 힘, 축 ·하우징의 정밀도 불량	설치주의, 심출주의, 큰틈의 베어링을 선택한다. 축 하우징(housing)의 어깨 직각도 수정
	궤도에 전동체 피치 간격의 플래킹	설치때의 큰 충격하중, 운전정지시의 녹, 원통 로울러 베어링의 흠	설치의 주위 운전정지가 길 때 녹방지 처치
	궤도면, 진동체의 조기 플래킹	틈 과소, 과대하중 · 윤활불량·녹 등	적정한 맞몰림, 베어링 틈을 선택, 윤활제를 다시 선정한다.
	조합 베어링의 조기 플래킹	예압과대	예압량의 적정화

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
프 렛 팅	궤도면, 전동면의 프렛팅	초기의 윤활불량 그리이스가 너무 굳었다 시동때의 가속도가 크다	부드러운 그리스를 사용, 급격한 가속을 피한다.
	트러스트 구슬 베어링의 궤도면에 나선 모양의 갈아먹음	궤도 바퀴가 평행이 아니다. 회전속도가 너무 빠르다	설치를 수정하고, 예압을 건다. 적정한 베어링 형식을 선정한다.
	로울러 끝면과 날밑안 내면과의 프렛팅	윤활불량, 설치불량, 트러스트 하중이 크다	적정한 윤활제를 선택한다. 설치를 바르게 한다.

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
파 손	외륜 또는 내륜의 갈라짐	과대한 충격하중, 차지하는 부분이 과대, 축의 등심도 불량, 슬리이브 테이퍼도 불량, 플래킹의 진전	하중 조건의 재평가, 맞물림의 적정화, 축이나 슬리이브의 가공정밀도 수정, 귀퉁이의 둥근 정도를 베어링의 면깍기 칫수보다 적게 한다.

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
압 흔	전동체의 갈라짐	플래킹의 진전 설치때의 낱밑에 의한 타격 운반 취급의 부주위에 따른낙하	취급, 설치 주위
	보지기 파손	설치 불량에 따른 보지기에서 이상하중, 윤활불량	설치오차를 적게한다. 윤활법 및 윤활제를 검토
	궤도면의 전동체 피치간격의 압흔(브리네링)	설치때의 충격하중 정지때의 과대하중	취급주의
	궤도면, 전동면의 압흔	금속분, 모래등 이물질의 혼입	하우징의 세척, 밀봉장치의 개선, 깨끗한 윤활제의 사용

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
이 상 마 모	폴스브리네링 (브리네링과 비슷한 현상)	수송 중 등 베어링 정지 중 진동, 진폭이 적은 진동 운동	축과 하우징을 고정한다. 윤활제로서 기름을 사용한다. 예압을 걸어서 진동을 경감한다.
	프렛팅 맞몰림면에 적갈색 색상의 마모를 동반한 국부 마모	맞 물림 면의 미소한 틈에서 미끄럼 마모	차지하는 부분을 크게 한다. 기름을 바른다.
	궤도면, 전동면, 날밑면 보지기 등의 마모	이물침입, 윤활불량, 녹	밀봉 장치의 개선, 하우징 세척, 깨끗한 하우징 세척, 깨끗한 윤활제 사용한다.
	크리이프 맞물림 면의 프래팅	차지하는 부분 부족 슬리이브의 조임 부족	맞 물림의 수정, 슬리이브 조임을 적정하게 한다.

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
눌 러 붙 음	궤도면, 전동면, 날밑면의 변색, 연화 용착	틈과 소, 윤활불량, 설치불량	맞 물림, 베어링 틈의 재평가 적정 윤활제를 적량 공급, 설치법 및 설치 관계부품의 재평가

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
전 식	궤도면에 세탁판 형태의 요철	전류 흐름에 의한 스파크로 용융	전류가 피하기 위해 어스를 설치, 베어링을 절연한다.

― 손상과 그 원인· 대책

	손상상태	원 인	대 책
녹	베어링 내부, 맞 물림면 등의 녹이나 부식	공기 중에서 수분의 결로 프레팅, 부식성 물질의 침입	고온, 다습한 곳에서는 보관에 주의 장기간 운전 휴지때에는 녹방지 대책

점검과 진단 기술

― 일상점검, 간이 진단

	구름 베어링의 고장은 본래의 구름 피로에 의한 플레킹(비닐 상태로 떨어짐)에 의한 손상도 있지만 베어링 및 베어링 주위의 설계를 포함한 사용방법 및 보수관리가 적절하지 못한 것에 의한 손상의 경우가 휠씬 많다.
	이 때문에 일상 점검에 의해 이상을 조기 발견하여 고장을 미연에 방지할 필요가 있다. 일상 보수 관리에 있어서 일반적인 점검 사항으로서는 다음 2가지가 있다.
	· 기계의 운전 상태 점검(베어링 온도, 소리, 진동) · 윤활제(기름, 그리이스)의 보급과 더러워짐 상태의 확인

― 기계의 운전 상태 점검

· 베어링의 온도

	일반적으로 베어링의 온도는 작동하기 시작하면 상승하여 어느 시간이 경과 하면 이보다 약간 낮은 온도(통상 실온도보다 10℃∼40℃ 정도 높다)로써 정상 상태에 이른다. 이 온도가 적정 온도 이상으로 상승하면 다음과 같은 원인을 생각할 수 있으니 작동을 멈추고 대책을 강구할 필요가 있다.
	ⓐ 윤활제의 부족 또한 과다 ⓑ 베어링의 설치 불량 ⓒ 베어링 틈의 과소에 의한 내부하중의 과대 ⓓ 밀봉 장치의 마찰 과대 ⓔ 맞춤면의 크리이프

· 베어링의 소리

소리는 베어링· 하우징에 청음봉등을 대면 잘 들린다. '자아'하는 소리, '챠라챠라'하는 소리, '샤아'하는 소리 등이 있는데, 이 소리를 듣고 이상을 판단하는 데에는 풍부한 경험이 필요하다.

AE Signal Pattern Recognition Method for Rotational Body