챕터 8. 베어링(1)

챕터 8. 베어링(1)

1. 베어링의 개요

 (1) 베어링과 저널

     축의 회전을 원활하게 하며 축을 지지하는 기계요소를 베어링이라 한다. 축 중에서 베어링과 접촉하는 부분을 저널이라 부른다.

  1) 저널의 종류

   1. 레이디얼저널

     힘이 축에 직각으로 작용하는 것으로 끝저널과 중간저널이 있다.

   2. 스러스트 저널

     힘이 축방향으로 작용하는 것으로 피봇저널과 칼라저널이 있다.

   3. 테이퍼저널

     원통형저널에 테이퍼를 주어 원뿔형으로 만든 것으로 약간의 추력을 지지할 수 있도록 되어 있다.

 2) 베어링의 종류

  1. 축과 베어링의 접촉에 따른 분류

     ㄱ. 미끄럼베어링 : 평면베어링이라고 부르며, 윤활유막을 매개로 미끄럼접촉을 하는는 베어링으로 주로 유막압력에 의하여 하중을 지지한다. 유체윤활에 의하여 마찰을 감소시킨다.

     ㄴ. 구름베어링 : 축과 베어링 사이에 볼, 롤러를 넣어 구름 접촉의 접촉압력에 의하여 하중을 지지하는 베어링이다.

 2. 작용하중의 방향에 따른 분류

    ㄱ. 레이디얼베어링 : 축에 직각으로 작용하는 하중을 지지하는 베어링으로 미끄럼베어링에서는 저널베어링이라고도 한다.

    ㄴ. 스러스트베어링 : 축방향으로 작용하는 하중을 지지하는 베어링이다.

    ㄷ. 테이퍼베어링 : 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 동시에 지지하는 베어링을 말한다.

 (2) 베어링의 특성 비교

  1) 미끄럼베어링과 구름베어링의 비교

 

  2) 베어링을 설계할 때 유의해야 할 조건

     1. 구조가 간단하여 유지, 수리 등이 용이할 것

     2. 과대한 열이 발생하여 베어링의 사용온도를 높이지 말 것

     3. 마찰저항이 작고, 동력손실이 작을 것

     4. 마모가 적고, 충분한 강도를 가질 것

     5. 베어링의 정확한 틈새유지와 신뢰성이 있을 것

     6. 고속 큰하중에 있어서 냉각방법을 고려할 것

     7. 마찰면이 파괴되지 않고 마찰면 내에 불순물이 들어가지 않도록 할 것.

2. 미끄럼베어링

 (1) 미끄럼베어링의 일반사항

  1) 미끄럼베어링의 구조

     미끄럼베어링은 베어링메탈, 윤활부, 베어링하우징으로 구성되어 있다.

미끄럼베어링의 구조

     1. 베어링메탈 : 접촉면의 마찰을 감소시키고 저널의 마멸을 방지한다.

     2. 윤활부 : 윤활제를 베어링의 접촉면에 공급하여 마멸을 감소시키고, 마찰열을 흡수하여 방산시키는 기구와 기능을 갖고있다.

     3. 베어링하우징 : 베어링메탈을 지지하면서 작용하는 힘을 프레임에 전달

 2) 미끄럼베어링의 종류

     1. 레이디얼 미끄럼베어링 : 하중이 축에 수직으로 작용하여 엔드저널, 중간저널 등이 있다.

     2. 스러스트 미끄럼베어링 : 하중이 축방향으로 작용하며 피봇저널, 칼라저널 등이 있다. 피봇저널을 절구저널이라 부른다.

 3) 베어링 메탈의 재료

     미끄럼베어링은 윤활을 완전하게 하고 마모 및 발열을 방지하지 않으면 안된다. 축과 친화성을 좋게하고, 오일의 흡착력이 높고, 열전도가 좋은것이 바람직하다. 축재료보다 연한것을 사용한다.

  1. 베어링메탈의 구비조건

     ㄱ. 하중 및 피로에 대한 충분한 강도를 가지고 있을 것

     ㄴ. 축에 눌러붙지 않는 내열성을 가질 것

     ㄷ. 내식성이 높을 것

     ㄹ. 유막의 형성이 쉬울 것

     ㅁ. 축의 처짐과 미세한 변형에 대하여 잘 융합할 것

     ㅂ. 베어링에 흡입된 미세한 먼지 등의 흡착력이 좋을 것

     ㅅ. 내마멸성 및 내구성이 좋을 것

     ㅇ. 마찰계수가 작을 것

     ㅈ. 마찰열을 소산시키기 위하여 열전도율이 좋을 것

     ㅊ. 주조와 다듬질 등의 공작이 쉬울 것

     ㅋ. 축재료보다 연하면서 압축강도가 클 것

  2. 베어링메탈 재료의 종류

     ㄱ. 화이트메탈 : 주석, 아연, 납, 안티몬의 합금이며, 주석계 화이트메탈은 주석을 주성분으로 구리, 안티몬을 함유한 합금으로 베빗메탈이라고도 하며, 성능이 가장 우수하여 내연기관을 비롯한 각종기계의 베어링으로 가장 널리 사용

     ㄴ. 켈밋 : 구리와 납의 합금이며 피로강도, 내열성이 높으므로 고속, 중하중의 내연기관용 베어링으로 널리 사용

     ㄷ. 카드뮴합금 : 화이트메탈에 비하여 피로강도와 내열성이 높으므로 중하중용 내연기관에 사용

     ㄹ. 오일리스베어링 : 금속분말을 가압, 소결하여 성형한 후 윤활유를 입자사이의 공간에 스며들게한 것으로 급유가 곤란한 베어링이나 급유를 하지 않는 베어링에 사용한다.

     ㅁ. 알루미늄합금 : 내마멸성이 높아 고속, 중하중 베어링에 주로 사용하나 마찰에 의해 생기는 산화피막 때문에 축이 손상되기 쉬운 단점이 있다.

 4) 마찰과 윤활

  1. 마찰의 종류

    ㄱ. 상대운동에 의한 분류

      1. 미끄럼마찰 : 정지하고 있는 물체에 미는 힘을 서서히 증가시키면 움직이기 시작하며 미는 힘이 작을 때는 어느 한도 까지는 물체가 움직이지 않는다.

      2. 구름마찰 : 구름마찰은 상대운동을 하여 굴러가지만 마찰력을 정지마찰력을 초과하지 않으며 미끄러지면서 굴러가는 경우에는 마찰력의 크기는 동마찰계수와 수직력의 곱과 같다.

    ㄴ. 마찰면의 상태에 따른 분류

      1. 고체마찰 : 접촉면에 윤활유가 없는 마찰을 말하며, 건조마찰이라 한다.

      2. 유체마찰 : 윤활유의 주입에 의한 유막의 두께가 충분한 마찰을 말하며 완전 윤활이라 부른다. 기름의 점성만에 의한 전단력이 되며 마찰계수가 매우 작고 물체의 재질 및 표면상태에는 무관하다.

      3. 경계마찰 : 고체마찰과 유체마찰의 중간정도인 마찰을 말하며 유막이 극히 얇은 상태이다.

  2. 점도

     점도는 윤활유의 가장 중요한 성질 중의 하나로서 마찰손실, 작용하중, 유막두께 및 윤활유의 유동성능과 밀접한 관계가 있고 윤활유를 선정할 때 하나의 기준으로 이용된다.

  3. 윤활방법

    1. 적하급유법 : 오일컵을 사용하여 모세관현상이나 사이펀작용으로 윤활유를 공급하는 방법으로 경 중하중용 또는 고속회전하는 소형베어링에 이용

    2. 링급유법 : 베어링아랫부분에 기름을 채우고 축에 오일링을 걸쳐놓아 축이 회전하면 링도 함께 회전하여 윤활유를 위쪽으로 공급하여 베어링에 급유하는것으로 저속에서는 윤활이 불량하다.

    3. 패드급유법 : 철도차량용 베어링에서와 같이 레이디얼베어링에서 급유가 곤란한 경우 패드의 모세관작용을 이용하여 용기안의 기름을 베어링면에 바르는 방법

    4. 비말급유법 : 내연기관의 크랭크축에 급유할 때 사용하는 것으로 크랭크축이 회전하면 크랭크축에 붙어있는 국자가 오일을 퍼올려 뿌리는 구조

    5. 순환급유법 : 펌프의 압력을 이용하여 베어링 내부에 강제적으로 급유하는 강제급유법과 상부에 설치한 기름탱크로부터 파이프를 거쳐 중력수두압으로 급유하는 중력급유법이 있다.

 5) 베어링계수(ηN/p)

     ηN/p은 유막의 상태와 두께에 관한 값으로서 무차원 수이다. 베어링계수의 값이 클 때는 유막이 두껍게 되어 유체윤활로 되고 작으면 유막이 얇게 되어 축과 베어링 사이에 아주 작은 요철부가 직접 접촉하여 경계 윤활의 마찰계수가 큰 접촉상태가 된다.