베어링이란? - 부품, 작동원리, 유형 및 적용

베어링이란?

베어링은 구성 요소가 서로에 대해 이동할 수 있도록 하는 기계 요소입니다. 베어링에는 접촉식과 비접촉식의 두 가지 유형이 있습니다. 접촉형 베어링은 슬라이딩, 롤링 또는 굴곡 베어링을 포함하는 장비와 기계적으로 접촉합니다.

비접촉 베어링에는 액체, 공기, 혼합상 및 자기 베어링이 있습니다. 기계적 접촉이 없으면 정적 마찰이 제거됩니다.

베어링은 상대 운동을 원하는 운동으로만 제한하고 움직이는 부품 간의 마찰을 줄이는 기계 요소입니다.

베어링의 설계는 예를 들어 이동 부품의 자유로운 선형 이동 또는 고정 축 주위의 자유로운 회전을 제공할 수 있습니다. 또는 움직이는 부분에 작용하는 수직력의 벡터를 제어하여 움직임을 방지할 수 있습니다.

대부분의 베어링은 마찰을 최소화하여 원하는 동작을 용이하게 합니다. 베어링은 작동 유형, 허용되는 동작 또는 부품에 가해지는 하중(힘)의 방향에 따라 크게 분류됩니다.

 

베어링의 작동 원리

베어링은 매끄러운 금속 볼 또는 롤러를 제공하고 볼이 굴러갈 수 있는 매끄러운 내부 및 외부 금속 표면을 제공하여 마찰을 줄입니다. 이 볼이나 롤러는 하중을 "지지"하여 장치가 원활하게 회전할 수 있도록 합니다.베어링은 우리가 매일 사용하는 많은 기계를 가능하게 합니다. 베어링이 없으면 마찰로 인해 마모되는 부품을 지속적으로 교체해야 합니다. 물체는 미끄러지는 것보다 더 쉽게 굴러갑니다. 자동차의 바퀴는 큰 베어링과 같습니다. 바퀴 대신 스키와 같은 것이 있다면 차가 도로를 밀어내기가 훨씬 더 어려울 것입니다.

 

베어링 하중
베어링은 일반적으로 레이디얼 하중과 추력 하중의 두 가지 종류를 경험합니다. 베어링이 사용되는 위치에 따라 레이디얼 하중, 스러스트 하중 또는 이 둘의 조합이 나타날 수 있습니다.

전기 모터와 풀리 조합의 베어링은 반경 방향 하중만 받습니다. 대부분의 하중은 풀리를 연결하는 벨트의 장력으로 인해 발생합니다.

바스툴의 베어링과 게으른 수잔의 베어링은 완전히 스러스트 하중을 받습니다. 전체 하중은 물체의 무게에서 나옵니다.

자동차 휠의 허브에 있는 베어링은 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 모두 지원해야 합니다. 레이디얼 하중은 자동차의 무게에서 비롯됩니다. 추력 하중은 회전할 때 코너링 힘에서 비롯됩니다.

 

표준 베어링의 부품

베어링의 표준 필수 구성 요소는 다음과 같습니다.

1. 내부 링
내부 링은 두 개의 베어링 링 중 더 작은 것입니다. 볼의 궤도를 형성하기 위해 외경에 홈이 있습니다. 외경 경로의 표면은 매우 엄격한 공차로 마감되며 매우 매끄러운 표면으로 연마됩니다. 내부 링은 샤프트에 장착되며 회전 요소입니다.

2. 외부 링
외부 링은 두 개의 베어링 링 중 더 큰 것입니다. 외부 링의 내경에는 볼의 경로를 형성하는 홈이 있습니다. 또한 내부 링과 동일한 고정밀 마감 처리가 되어 있습니다. 외부 링은 일반적으로 고정되어 있습니다.

3. 롤링 요소(볼, 원통 롤러, 구면 롤러, 테이퍼 롤러, 니들 롤러)
롤링 요소는 내륜과 외륜을 분리하고 베어링이 최소한의 마찰로 회전하도록 합니다. 롤링 요소의 치수는 내부 및 외부 링의 트랙보다 약간 작게 만들어집니다.

전동체 치수는 매우 높은 정확도로 제어됩니다. 표면 마감과 크기 변화는 중요한 속성입니다. 이러한 속성은 마이크로인치 수준으로 제어됩니다.

4. 케이지(리테이너)
베어링에 있는 케이지의 목적은 전동체를 분리하고 내륜과 외륜 사이의 일정한 간격을 유지하며 회전하는 동안 경로에서 전동체를 정확하게 안내하고 전동체가 떨어지는 것을 방지하는 것입니다.

5. 윤활
윤활유는 베어링의 표준 구성 요소의 필수적인 부분입니다. 내륜과 외륜 사이의 베어링 마찰 손실을 줄이기 위해 윤활이 추가됩니다.

6. 기타 옵션 베어링 부품
다른 추가 구성 요소 실드 및 씰은 볼 베어링의 성능과 수명을 향상시킵니다. 이러한 옵션 구성 요소는 베어링의 성능을 향상시키기 위해 고객의 요구 사항에 따라 베어링에 추가됩니다.

7. 실드
실드는 스탬프 처리된 프로파일 판금 디스크입니다. 실드는 외부 링의 내부 가장자리 직경에 있는 매우 작은 홈으로 눌러집니다. 내륜의 외경과 실드 사이에 작은 공간이나 틈이 열려 있습니다.

실드가 베어링의 내륜과 접촉하지 않기 때문에 실드와 베어링 사이에 추가 마찰이 없습니다. 그 결과 토크가 매우 낮은 베어링이 생성됩니다. 실드의 목적은 더 큰 오염 입자가 베어링에 들어가는 것을 방지하는 것입니다.

8. 씰
씰은 외부 링의 가장자리 직경 안쪽에 있는 매우 작은 홈에도 삽입됩니다. 씰의 내부 가장자리는 특별히 설계된 립 구성으로 성형됩니다.

 

베어링의 종류

1. 구름 베어링
구름 베어링에는 볼 또는 실린더 모양의 구름 요소가 있습니다. 구름 마찰의 크기가 미끄럼 마찰보다 작기 때문에 바퀴를 지면에 미끄러뜨리는 것보다 바퀴를 굴리는 것이 더 쉽다는 것을 알고 있습니다. 여기에서도 동일한 원칙이 적용됩니다. 롤링 요소 베어링은 회전 운동에서 부품의 자유로운 움직임을 용이하게 하는 데 사용됩니다.

애플리케이션에서 선형 운동이 필요한 경우에도 회전 운동을 슬라이딩 운동으로 변환하는 것은 쉽습니다. 에스컬레이터나 컨베이어를 생각해 보십시오. 모션은 선형이지만 모터에 의해 구동되는 롤러에 의해 구동됩니다.

또 다른 예는 연결 장치를 사용하여 모터의 회전 에너지를 병진 운동으로 변환할 수 있는 왕복 펌프입니다. 이러한 각 응용 분야에서 볼 베어링은 모터 샤프트와 어셈블리의 다른 롤러 샤프트를 지지하는 데 사용됩니다.

구름 요소는 미끄럼 마찰이 구름 마찰로 대체되기 때문에 많은 마찰 없이 하중을 전달합니다. 롤링 요소 베어링은 볼 베어링과 롤러 베어링의 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.

2. 볼 베어링
볼 베어링은 사용되는 베어링 등급의 가장 일반적인 유형 중 하나입니다. 롤링 요소로 볼의 행으로 구성됩니다. 그들은 두 개의 고리 모양의 금속 조각 사이에 갇혀 있습니다. 이 금속 조각을 인종이라고 합니다. 내부 레이스는 자유롭게 회전하고 외부 레이스는 고정되어 있습니다.

볼 베어링은 롤링 중에 마찰이 매우 낮지만 하중 전달 능력이 제한적입니다. 이것은 볼과 레이스 사이의 접촉 면적이 작기 때문입니다. 레이디얼 하중 외에 두 방향으로 축방향 하중을 지지할 수 있습니다.

볼 베어링은 진동 및 회전 운동을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 예를 들어, 샤프트가 자유롭게 회전하지만 모터 하우징은 회전하지 않는 전기 모터에서 볼 베어링은 샤프트를 모터 하우징에 연결하는 데 사용됩니다.

3. 깊은 홈 볼 베어링
이것은 가장 널리 사용되는 볼 베어링 유형입니다. 두 레이스 사이에는 하중을 전달하고 두 레이스 사이에서 회전 운동을 허용하는 볼 링이 있습니다. 볼은 리테이너에 의해 제자리에 고정됩니다.
구름 마찰이 매우 낮고 저소음 및 저진동에 최적화되어 있습니다. 따라서 고속 애플리케이션에 이상적입니다.
그들은 비교적 설치가 쉽고 최소한의 유지 보수가 필요합니다. 레이스는 샤프트에 밀어 넣어야 하므로 레이스가 움푹 들어가지 않도록 설치하는 동안 주의를 기울여야 합니다.

4. 앵귤러 콘택트 볼 베어링
이 볼 베어링 유형에서 내부 레이스와 외부 레이스는 베어링 축을 따라 서로에 대해 변위됩니다. 이 유형은 레이디얼 하중 외에 양방향으로 더 많은 양의 축 방향 하중을 처리하도록 설계되었습니다.

내부 및 외부 레이스의 이동으로 인해 축 방향 하중이 베어링을 통해 하우징으로 전달될 수 있습니다. 이 베어링은 견고한 축 방향 안내가 필요한 응용 분야에 적합합니다.
앵귤러 콘택트 베어링은 농업 장비, 자동차, 기어박스, 펌프 및 기타 고속 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

5. 자동 정렬 볼 베어링
이러한 유형의 볼 베어링은 샤프트 처짐 또는 장착 오류로 인해 발생할 수 있는 샤프트와 하우징 사이의 오정렬에 영향을 받지 않습니다.

내부 링에는 깊은 홈 볼 베어링과 유사한 깊은 홈이 있으며 두 줄의 볼과 외부 링이 있습니다. 외부 링은 오목한 모양을 가지고 있으며 이는 내부 링이 오정렬에 따라 스스로 재배열할 수 있는 약간의 자유를 부여합니다.

 

6. 스러스트 볼 베어링
스러스트 볼 베어링은 축 방향 하중을 위해 특별히 설계된 특수한 유형의 볼 베어링입니다. 그들은 레이디얼 하중을 전혀 견딜 수 없습니다.
스러스트 볼 베어링은 저소음 및 부드러운 작동을 나타내며 고속 적용이 가능합니다.
단일 방향 또는 양방향 베어링으로 ​​제공되며 선택은 하중이 단방향인지 양방향인지에 따라 다릅니다.

7. 롤러 베어링
롤러 베어링은 레이스 사이의 하중 전달 요소로 볼 대신 원통형 롤링 요소를 포함합니다. 요소의 길이가 지름보다 길면(약간만) 롤러로 간주됩니다. 볼 베어링의 경우처럼 점 접촉 대신 내부 및 외부 레이스와 선 접촉하기 때문에 더 큰 하중을 지지할 수 있습니다.

롤러 베어링도 다양한 유형으로 제공됩니다. 하중의 종류와 크기, 사용조건, 오정렬 가능성 등을 고려하여 적절한 형식을 선택할 수 있다.

8. 원통형 롤러 베어링
이들은 롤러 베어링 제품군 중 가장 단순합니다. 이러한 베어링은 무거운 레이디얼 하중과 고속의 문제에 직면할 수 있습니다. 또한 우수한 강성, 축방향 하중 전달, 낮은 마찰 및 긴 서비스 기간을 제공합니다.

일반적으로 원통형 롤러를 고정하기 위해 제자리에 있는 케이지 또는 리테이너를 사용하지 않음으로써 부하 용량을 더 늘릴 수 있습니다. 이것은 하중을 지탱하기 위해 더 많은 롤러를 장착할 수 있게 합니다.
단일 행, 이중 행 및 4열 유형으로 제공됩니다. 또한 분할 및 밀봉된 변형으로 제공됩니다.

분할 변형은 엔진 크랭크축과 같이 접근하기 어려운 영역에 사용됩니다. 밀봉된 변형에서는 베어링 오염이 방지되고 윤활제가 유지되어 유지보수가 필요 없는 옵션입니다.

 

볼 베어링은 언제 사용할까?

볼 베어링이 필요할 수 있는 몇 가지 작업 조건에 대해 간략히 설명하겠습니다.

추력 하중이 있음
볼 베어링의 설계로 인해 축방향 하중을 견딜 수 있습니다.

무거운 짐 없음
볼 모양의 롤링 요소가 있기 때문에 베어링은 모든 힘을 몇 개의 접촉 지점에 집중시킵니다. 이것은 높은 부하로 조기에 고장을 일으킬 수 있습니다.

고속
볼 베어링의 작은 접촉점은 마찰이 적음을 의미합니다. 따라서 극복해야 할 저항이 적기 때문에 이러한 유형의 베어링으로 고속을 달성하는 것이 더 쉽습니다.

 

베어링 유형 선택

애플리케이션에 적합한 베어링을 선택하는 것은 매우 중요합니다. 다음은 올바른 베어링을 선택하기 위한 빠른 가이드입니다.

▷ 저하중 및 중하중의 경우 볼 베어링을 선택하고 고하중의 경우 롤러 베어링을 선택하십시오.
▷ 축간 정렬 불량의 경우 자동 정렬 볼 베어링 또는 롤러 베어링이 사용됩니다.
▷ 중간 스러스트 하중의 경우 레이디얼 스러스트 베어링이 선택되고 무거운 스러스트 하중의 경우 원통형 스러스트 베어링이 사용됩니다.
▷ 축 방향 및 반경 방향 하중 구성 요소가 모두 있는 상황에서는 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 콘택트 베어링 및 구면 롤러 베어링을 사용합니다.
▷ 고속 응용 분야의 경우 깊은 홈 볼 베어링, 앵귤러 콘택트 베어링 및 원통형 롤러 베어링을 권장합니다.
▷ 공작 기계와 같이 시스템의 강성이 주요 요구 사항인 경우 복열 원통형 롤러 베어링 또는 테이퍼 롤러 베어링을 사용합니다.
▷ 소음 감소가 주요 기준일 때 깊은 홈 볼 베어링을 사용합니다.

 

베어링의 응용

▷ 항공 화물 시스템.
▷ 항공우주 날개 액추에이터.
▷ 풍력계.
▷ ATM 및 카드 리더기.
▷ 자전거.
▷ 상업용 블렌더.
▷ 치과 손 도구.
▷ 전기 모터.

 

베어링의 장점

▷ 마찰 저항과 소비 전력이 작고 기계적 효율이 높으며 시작하기 쉽습니다.
▷ 크기 표준화, 호환성, 설치 및 분해가 용이하고 수리가 용이합니다.
▷ 구조가 작고 무게가 가벼우 며 축 방향 크기가 더 좁습니다.
▷ 높은 정밀도, 큰 하중 및 긴 수명.
▷ 일부 베어링에는 자동 심장 조정 기능이 있습니다.
▷ 대량 생산에 적합하며 품질이 안정적이고 신뢰할 수 있으며 생산 효율이 높습니다.
▷ 변속기의 마찰 토크는 유체 동압 베어링의 마찰 토크보다 훨씬 낮기 때문에 마찰 온도가 상승하고 전력 소비가 낮습니다.
▷ 축 방향 크기는 기존 유체 동적 베어링보다 작습니다.
▷ 레이디얼과 추력의 결합 하중을 동시에 견딜 수 있습니다.
▷ 큰 하중 - 속도 범위 내에서 고유한 베어링 설계로 우수한 성능을 얻을 수 있습니다.

롤링 베어링의 단점

▷ 소음이 큽니다.
▷ 베어링 시트의 구조는 복잡합니다.
▷ 비용이 높습니다.
▷ 베어링에 윤활유를 잘 바르고 올바르게 설치하고 잘 밀봉하고 정상 작동하더라도 구름 접촉면의 피로로 인해 결국 베어링이 고장납니다.