구름베어링과 미끄럼베어링 차이점과 특징(베어링 총정리)

깊은홈 볼베어링

구름베어링

 

구름베어링은 외륜과 내륜으로 구성되며 사이에 볼이나 롤러를 넣어서 회전접촉을 시켜 말찰을 줄인 형태의 베어링입니다. 미끄럼베어링과 비교 시 마찰이 작기 때문에 마찰손실이 작습니다. 또 기동저항과 발열이 낮기 때문에 일부는 고속회전이 가능하다. 하지만 전동체와 궤도륜이 점접촉이나 선접촉하기 때문에 정밀도가 맞지 않을 경우 소음이 생기기 쉬우며 충격에 약한 것이 단점입니다.

 

구름베어링은 볼베어링과 롤러베어링으로 구분됩니다. 볼 베어링은 궤도륜의 형상에 따라 깊은 홈 베어링, 앵귤러 볼 베어링으로 구분하고, 롤러 베어링은 롤러의 형상에 따라, 원통 롤러 베어링, 니들 롤러 베어링, 테이퍼 롤러 베어링으로 분류됩니다. 또 하중을 받는 방향에 따라 레이디얼베어링과 액시얼(스러스트)베어링으로 구분합니다.

 

일반적으로 볼베어링은 마찰저항과 회전시 축 흔들림이 작기 때문에 고속과 고정밀도, 낮은 토크, 낮은 진동을 요구하는 곳에 적합합니다. 롤러베어링의 경우는 중하중 또는 충격하중을 받는 곳이나 오랫동안 사용해야되는 곳에서 사용하기 적합합니다.

구름베어링 형식과 특징

 

● 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.

 

구름베어링을 구성하는 요소들

● 구름베어링은 미끄럼베어링과의 비교 & 특징
○ 기동마찰이 작고, 동마찰과의 차이도 더욱 작다.
○  국제적으로 표준화, 규격화가 이루어져 있으므로 호환성이 있고 교환사용이 가능하다.
○ 베어링의 주변 구조를 간략하게 할 수 있고 보수, 점검이 용이하다.
○ 일반적으로 경방향 하중과 축방향 하중을 동시에 받을 수가 있다.
○  고온도, 저온도에서의 사용이 비교적 용이하다.
○  강성을 높이기 위해 부(負)의 클리어런스(예압상태)로 해서도 사용할 수 있다.

 

단열 깊은홈 볼베어링

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.

 

 

 

미끄럼베어링 VS 구름베어링 장단점 비교

 

구분	미끄럼베어링	구름베어링
마찰	마찰이 높다	마찰이 적다
하중	스러스트, 레디얼 하중을 1개의 베어링으로 받을 수 있음	두개의 하중을 1개의 베어링으로 받는다. 충격 하중으로 전동체와 내외륜의 접촉부에 자국이 생길 수 있다.
고속회전	비교적 낮은 회전속도에 사용한다.	고속회전에 적합하며 과열이 적다.
소음	일반적으로 조용하다	전동체와 궤도면의 정밀도에 따라 소음이 생길 수 있다
설치	설치가 쉽다	내외륜 끼워맞출 때 주의가 필요하다
윤할	윤활장치가 필요하다. 윤활유 선택에 주의해야 함	구리스 윤활의 경우 윤활 장치가 필요없다. 점도의 영향을 받지 않는다.
하중	추력하중은 받기 힘들다	추력하중을 용이하게 받는다
기동 토크	유막형성이 늦은 경우 크다	작다
규격화	자체 제작하는 경우가 많다	표준형 양산품으로 호환성이 높다
가격	가격이 저렴하다.	가격이 비싸다.

 

미끄럼베어링 / 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.

 

미끄럼베어링 구조

● 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 재료 / 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.

 

 

 

미끄럼베어링의 종류

 

베어링은 보통 전동체의 종류에 따라 볼베어링과 롤러베어링으로 구분하며 베어링이 주로 지지할 수 있는 하중의 방향에 따라 레이디얼베어링과 스러스트베어링으로 구분, 내부 접촉 방식에 따라 구름베어링과 미끄럼베어링으로 구분할 수 있습니다. 복잡한 것 같지만 이 정도로 구분하고 베어링을 구조 및 형식을 분류해보면 알 수 있습니다. 

 

● 레이디얼 미끄럼 베어링

 

○ 단일제 베어링은 구조가 간단하여 경하중의 저속용에 쓰이며, 베어링 하우징에 끼워 고정된 축을 지지하는데 주로 사용합니다. 베어링 하우징 상부에는 급유구가 붙어습니다.

 

○ 분할 베어링은 본체와 캡으로 분할된 베어링으로, 중하중의 고속용에 사용됩니다. 베어링의 유격 조정은 분할 면에 심을 넣어 적절히 유지하며, 내면에는 원활한 윤활을 위하여 오일 홈이 있습니다.

 

●스러스트 미끄럼 베어링

 

○ 피벗 베어링은 피벗 베어링은 절구 베어링이라고도 부르며 세워져 있는 축에 의해 스러스트 하중을 받을 때 사용합니다.

 

○ 칼라 베어링은 칼라 베어링은 수평으로 된 축이 스러스트 하중을받을 때 사용하는 베어링으로 여러 단의 칼라가 배열돼 있어 베어링의 길이가 비교적 길어집니다.

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