제품 및 기술

베어링, 배워봅시다!

베어링의 구조와 종류

베어링은 「볼」또는「롤러」를 사용합니다.

베어링은 내륜, 외륜, 볼의 세가지 요소로 구성됩니다. 내륜과 외륜 사이에는 볼이 많이 끼워져 있습니다. 볼이 지나가는 내륜과 외륜을 「궤도륜」이라고 하며 볼을 「전동체」라고 합니다.
전동체에는 구 형상의 「볼」과 「롤러」가 있습니다.
또한, 전동체가 궤도면에서 벗어나거나 볼끼리 서로 충돌하는 것을 방지하는 부품을「케이지」라고 합니다.

「볼」과 「롤러」의 차이점

볼이나 롤러 등의 전동체를 사용하는 베어링을 「구름 베어링」이라고 합니다. 구름 베어링은 전동체와 궤도륜의 형태에 따라 다양한 종류로 나뉘며 각각 특징을 갖추고 있습니다. 일반적으로 볼을 사용하는 베어링은 고속회전에 적합하며, 「롤러」를 사용하는 베어링은 큰 하중을 견딜 수 있도록 되어 있습니다.

베어링의 역사

무거운 돌은 "롤러"로 운반되었다.

베어링의 역사는 기원전으로 거슬러 올라갑니다.당시 거대한 구조물을 만들기 위해 크고 무거운 돌을 운반해야 했습니다. 지금처럼 크레인이나 불도저와 같은 기계도 없는 시대입니다. 돌을 운반한 방법은 지면에 원주형의 롤러를 올려 놓고 운반했다고 합니다. "롤러"가 구름(굴러가면서)이 되면서 마찰을 줄여 돌을 운반한 것입니다.

“롤러”에서 베어링으로

"롤러"를 굴려서 무거운 물건을 운반하는 기술은 베어링의 원점이라고도 부릅니다.
지면에 늘려 놓은 "롤러"를 원형으로 하면 현대적인 베어링의 형태에 가까워집니다. 베어링의 원점은 고대부터 사용되었던 무거운 물건을 운반하기 위한 지혜에 있는 것입니다.

산업 혁명으로 철제 베어링의 보급

18세기 후반 영국에서 일어난 산업혁명 이후, 베어링의 중요성은 높아졌고 볼을 사용한 베어링이 등장했습니다.
19세기 들어 단단한 강철 제조에 성공하자 튼튼하고 작은 베어링을 만들 수 있게 되었습니다. 이렇게 베어링은 자동차를 비롯한 다양한 산업의 발전을 도와줄 수 있었습니다.

레오나르도 다빈치는 「볼」을 사용한 베어링을 고안했었다!

15세기에 활약한 만능 천재 레오나르도 다빈치는 지금 베어링의 기초가 되는 스케치를 남겼습니다.
그가 생각하고 있던 것은, "롤러" 대신 볼을 사용한 지금의 볼 베어링 입니다.
현대와 거의 같은 구조의 베어링을 베어링이 크게 보급되기 전부터 이미 생각하고 있었던 것입니다.

베어링의 활약

  • 자동차에 100개~150개가 사용됩니다.

    자동차 동력을 만들어내는 엔진과 엔진 파워를 컨트롤하는 트랜스미션(변속기), 타이어 중심부 허브 등 자동차 곳곳에서 베어링이 활약하고 있습니다. 1대 당 사용되는 베어링의 수는 무려 100개에서 150개. 안전하고 쾌적한 드라이브에 빠질 수 없는 부품입니다.

  • 철도 차량의 고속 주행을 지지합니다.

    철도 차량에도 베어링이 사용되고 있습니다. 바퀴를 돌리는 차축 외에 차축의 회전을 만들어 내는 모터나 모터의 회전을 차축에 전달하기 위한 구동 장치 등에 베어링이 사용되고 있습니다. 시속 300km/h의 속도로 달리는 고속철도의 비밀은 베어링에 있습니다.

  • 비행기 엔진으로 고속 회전합니다.

    비행기가 하늘을 날기 위한 동력을 만드는 제트 엔진과 이륙이나 착륙에 필수적인 바퀴, 게다가 문이나 에어컨 등에도 베어링이 사용되고 있습니다. 비행 중 제트 엔진은 1분에 약 1만 번이나 회전하고, 온도는 200℃ 이상이나 됩니다. 제트 엔진에는 고온 하에서 고속 회전할 수 있도록 특수 재료를 사용한 베어링이 사용되고 있습니다.

  • 거대한 풍력 발전 장치에 사용됩니다.

    바람의 힘으로 날개를 돌려 전기를 만드는 풍력 발전 장치에는 높이가 100m 이상인 것이 있습니다. 날개의 회전을 전달하는 주축에 사용되는 베어링은 큰 것으로 직경 2m 이상, 거기에 더해 무게는 약 2t 이나 됩니다. 주축 이외에도 축의 회전 속도를 높이는 증속기나 전기를 만들어내는 발전기 등 풍력 발전 장치의 중요한 부분에 다양한 베어링이 사용되고 있습니다.

베어링의 볼은 지구상에서 가장 완전한 「동그라미」

베어링의 볼이 오목하거나 볼록하면 부드러운 회전이 어렵습니다.
그래서, 베어링 볼은 오목함과 볼록함이 서브미크론(1만분의 1mm) 이하가 되도록 철저하게 연마해야만 합니다.
아기의 머리카락 굵기가 약 0.1mm이기 때문에 그 크기의 1,000분의 1의 굵기의 차이가 없을 정도로 동그랗습니다.

용도에 따른 베어링

하중이 가해지는 방법과 베어링의 종류 (레이디얼 혹은 스러스트)

베어링은 기계의 무게와 움직임에 따라 다양한 방향에서 힘이 가해집니다. 베어링이 지지하고 있는 축에 대해 수직 방향으로 가해지는 힘을 「레이디얼 하중」이라고 하며, 축에 대해 수평 방향으로 가해지는 힘을 「액시얼 하중」이라고 합니다.
이러한 하중을 지탱하기에 적합한 베어링이 있으며, 레이디얼 하중을 받는 것에 특화된 베어링을 「레이디얼 베어링」, 액시얼 하중을 받는 것에 특화된 베어링을 「스러스트 베어링」이라고 합니다. 베어링을 선택할 때는 전동체의 종류(볼, 롤러)와 더불어 하중을 받는 방법(레이디얼 하중, 스러스트 하중)도 고려해야만 합니다.

형상이나 기능에 따라 다양한 베어링이 있습니다.

전동체나 외륜, 내륜의 형상에 따라 다양한 베어링이 있으며 각각 특징적인 기능을 가지고 있습니다. 대표적인 베어링에 대해 소개하겠습니다.

  • 깊은 홈 볼 베어링

    볼을 사용한 가장 일반적인 베어링입니다. 레이디얼 하중을 받아 고속 회전에 적합하며 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있습니다.

  • 앵귤러 볼 베어링

    볼이 내륜과 외륜과 접촉하는 앵귤러 콘택트를 갖는다. 방사형 및 축 방향 하중을 모두 받을 수 있습니다.

  • 실린드리컬 롤러 베어링

    원통형의 롤러를 이용한 베어링입니다. 레이디얼 하중을 받습니다. 롤러를 이용하고 있기 때문에 큰 힘이나 충격에 견딜 수 있습니다.

  • 테이퍼 롤러 베어링

    원추형으로 롤러를 이용한 베어링입니다. 롤러가 구르는 내륜과 외륜의 전주면도 원추면으로 되어 있어 레이디얼 하중과 액시얼 하중을 받을 수 있습니다.

  • 니들 롤러 베어링

    니들 롤러를 다수 이용한 베어링입니다. 레이디얼 하중을 받습니다.내륜과 외륜이 얇고 침형의 롤러를 많이 사용하기 때문에 베어링의 크기에 대해 큰 힘을 견딜 수 있습니다.

  • 자동 조심 롤러 베어링 (스페리컬 롤러 베어링)

    구면 롤러라고 불리는 통 형상의 롤러를 사용한 베어링입니다. 레이디얼 하중과 액시얼 하중을 받습니다. 롤러가 굴러가는 외륜의 전주면이 구면으로 되어 있기 때문에 축의 처짐이나 기울기에 대응할 수 있습니다.

베어링의 종류 (예시)

볼이나 롤러를 사용하지 않는 「미끄럼 베어링」

베어링에는 공이나 굴 등의 전동체를 사용하지 않는 「미끄럼 베어링」이라는 것이 있습니다. 플라스틱을 가공한 「수지 베어링」이나, 금속의 가루를 가열하여 굳힌 「소결 함유 베어링」등이 있습니다. 물에 강한 것이나 전기를 통하지 않는 것 등 재료에 따라 다양한 특징이 있습니다.

  • 수지(플라스틱) 베어링

  • 소결 함유 베어링