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구름베어링이 오늘날의 구조로 형식을 갖추도록 된
것을 구름마찰의 이용이란 면에서 역사적으로 거슬러 올라가보면 기원전에
근원을 두고 있다. 마찰과 구름과를 연결하여 인류가 발명한 걸작인
구름베어링은 BC400년부터 AD1800년에 이르는 기나 긴 요람시대에서
1800~1900년의 유소년기를 지나서 현재의 청장년기를 맞이 하고 있다.
1) BC 4000년 구름운동이 車로서 이용된 最古의 시대는 BC4000년 이라고 생각되어진다. 현재 남아 있는 가장오래된 車는 목제의 戰車용 차륜으로 BC3000년경에 만들어진 것으로 추정되고 있지만,고고학적 고찰에 의해 수백년 이전까지 그 문화를 거슬러 올라 갈수가 있다. 2) BC1900년 이 시대에는 금속제 車가 사용되었으며 윤활제를 부어 넣어면서 미끄러지는 방법이 취해진 것 같다. 3) BC1100년 앗시리아인들이 큰 돌을 운반하기 위해 로울러를 사용하여 구름운반을 했다. 4) BC760년 BC650년경에 제작되었다고하는 유명한 Ninvet의 대부조의 하나에는 차륜이 붙은 운반차와 다수의 로울러를 사용한 운반방법이 보여진다.흥미로운 것은 대부분의 로울러가 운반하려고 하는 방향으로 그의 중심축을 향해 놓여있었다 5) BC500년 그리스의 역사가인 헤로도터스는 그의 저서중에서 배의 진수용 및 군용 발사 기계에서 로울러를 사용한 사실을 기술하고 있다. 6) BC300년 BC300년경 그리스의 기술자인 Diades는 리테이너붙은 로울러로 된 직동 로울러 베어링(Linear Roller Bearing)의 초기의 것을 당시 성벽 공격용 기계의 성벽 파괴용 공이에 이용하여 그 운동을 원활히 했다고 하는 것이 BC20년 로마의 기술자이며 건축가인 Vitruvius에 의해 기술되고,리테이너로는 最古의 것이다. 7) BC20년 Vitruvius는 알타미스 사원의 건축에 관한 기술중에서 커다란 돌기둥의 운반에도 리테이너가 붙은 로울러가 사용되어진 것을 밝히고 있다.단지 이 경우 로울러는 원통형의 돌로 그의 끝에는 철제의 핀이 붙어 있어 목제 후레임의 리테인너에 꼭 끼어있는 구조이며 이것을 소가 끌어서 땅 위를 이동시켰다고 한다. 8) AD50년 일종의 스러스트 볼 베어링이 배 갑판상의 회전 立像坮로서 사용설이있다.그것은 1894년 에 이태리 로마에서 남동쪽으로 18마일 떨어진 곳에 있는 네미호수 라는 작은 화산호수에서 발견된 청동 제품과 1928년 호수를 간척했을 시에 발견된 배의 유물로 부터의 추정이지만 스러스터 볼 베어링이라 할수가 있다. 9) AD50~1500년 이 기간에는 특기할 사항이 없다. 10) AD1500~1600년 1520년경 砲車의 움직임을 용이 하게 하기위하여 주철제 볼이 사용되어 스페인 지브롤터계곡의 길 양측에서 발견되었다고 한다.1556년에 Agricola라는 독일 기술자가 두레박 운동기구에 대하여 기술하고있다. 11) AD1700~1800년 1710년 프랑스 De.Mondran이 원판상에서 회전하는 차륜을 갖는 차량에 대한 계획을 발표했다. 포차에 이용된 기록도 있다. 1716년 영국의 시계 제조업자 Henry.sully가 크로노메타의 평형륜에 로울러 베어링을 사용하여 고정밀도를 얻어 1716년 오픈 경연 대회에서 수상했다. 구름베어링이 계측기에 사용된 최초의 예이다.같은시기에 Altwood가 중력가속도 측정장치에 이것을 이용했다고 알려지고 있다.1770년에는 러시아의 캐서린 여왕이 Pitor대왕의 석상을 만들기 이해 길이 13m, 무게 1500톤의 큰 바위를 핀란드에서 러시아까지 운반 하는 데에 청동제의 볼과 U형상의 레일을 사용했다는 것이 동판화 및 Aminoff의 저서에 남아 있다.이것은 현재의 직동구름 안내(Linear Roller Bearing ) 의 원형이라고 할수가있으며 그리스 기술자 Carburis가 고안한 것으로 알려지고 있다. 1794년 에는 P.Vaughan이 최초로 레이디얼 볼베어링을 발명하여 영국특허 2006을 얻었다.또한 같은해에 제작된 리테이너붙이 스러스트 로울러 베어링은 악100년후 1909년에 미국에서 발견되었다.로울러수는 6개로 상당히 큰 Crowning된 원통로울러였다. 12) AD1800~1900년 1802년 프랑스의 Cardinet가 스러스트 테이프롤러베어링과 스러스트 볼베어링을 고안 하였다. 13) 1900년 이후 각종의 잡다한 구조로 된 로울러베어링이 고안되고
개발되고 또한 도태되어 현존 하는 형식으로 통합되어 왔다.
1) 깊은 홈 볼베어링 최초의 레이디얼 볼베어링은 1794년 영국의 P.Vaughan에 의해 발명되었으며 Filling Slot Type이다. Filling Slot Type은 내 외륜을 편심시켜 초승달형의 공간에 볼을 삽입한 후 동심 위치로 복귀시키고 볼을 등 간격으로 배열하여 리테이너로 지지하는 형식이다. 이 편심 조립방법은 1903년 독일의 Robert Conrad에 의해 발명되었기에 이형식을 Conrad type 이라 부른다. 2) 매그니토우 볼 베어링 1844년 미국 특허 29516에 보이는 것이 이 형식에서 최초의 것이지만 현재에 있는 구조를 처음 기술한 것은 1902년 Hoffmann의 영국특허 15130이다. 3) 앵귤러 볼 베어링 앵귤러 접촉상태에 있는 볼베어링은 1860년대 부터 자전거용 볼베어링에서 고안 하여 실용화 되어왔으나 내외륜을 갖는 앵귤러 볼 베어링으로서는 1881년 영국의 L.H.Pearce의 발명으로 2680이고 복열은 1894년 영국특허 11379가 최초이다. 4) 자동 조심 볼 베어링 구름 베어링에 자동 조심성을 갖도록 외륜의 외경면을 구면으로 고안한 것으로 1885년 미국 특허324568에 나타나 있지만, 이것이 외륜 궤도면을 구면으로 하는 방법이 유리하다고 된 것은 1899년 영국의 F.H.Heath의 발명으로 현재의 형식으로된 것은 1907년 스웨덴의Sven Wingquist 에 의해 스웨덴 특허로 되었다. 이베어링을 생산하기 위하여 만든 공장이 오늘날 세계 제일의 베어링 메이커인 SKF의 초석이되었다. 5) 자동 조심 로울러 베어링 외륜의 궤도면을 구면으로 한 로울러 베어링은 1902년 독일의 A.Wallenstein이 발명하여 독일 특허 135220이 최초이다. 이것은 단열이다.복열은 자동 조심 볼 베어링의 발명자인 Sven Wingquist가 1911년 단열 및 복열을 영국특허 1617을 얻었다.그러나 현재의 구조로 된 것은 SKF 소유의 A.Palngren이 고안한 1920년의 독일특허 331454 및 331651로서 작은 턱이 없는 것이 현재의 것과 다른 점이다. 오늘날 장구형 로울러 베어링이란 것은 미국 Shfer 가 제작하고 있지만 일반적이 아니다. 6) 원통 로울러 베어링 이 베어링의 역사는 오래고 1700년대까지 거슬러 올라가지만 뚜렷이 나타난 것은 1811년 독일의 Hachette의한 발명이며 1909년에 현재의 모양과 유사한 형식으로 발전했다. 7) 니들 로울러 베어링 원통 로울러 베어링은 초기에는 오히려 니들 로울러 베어링에 가까운 긴 로울러가 많이 사용 되었기 때문에 니들 로울러 베어링의 역사는 사실상 의외로 오래고 1858년 영국 특허 42에 보이고 있다.또 리테이너가 붙은 것은 1888년 미국의 W.S.Sharpneck 의 발명으로 미국 특허 91695이다. 8) 테이퍼 로울러 베어링 테이퍼 로울러 베어링은 1867년 미국의 G.F.Lynch 에 의해 발명되엇으며 미국 특허 62143이나, 이것은 비교적 테이퍼가 완만하고 상당히 긴 로울러가 사용되었다. 1898년 미국의 Henry Timken이 마차의 차축에 테이퍼 로울러 베어링을 부착하기 위한 공장을 만든 것이 오늘날 유명한 베어링 메이커인 Timken의 초석이 되었다. 1920년 독일 특허331651의A.Palmgren이 고안한 SKF 특허가 있다. 9) 스러스트 볼 베어링 최초의 스러스트 볼베어링은 1802년 프랑스의 M.Cardnet에 의해 발명 되었고 프랑스 특허 236이다.복식 스러스트 볼 베어링이 거의 현존하는 구조로 고안된 것은 1893년 영국특허 13483이고, 또 구면좌의 것은 1908년 Sven Wingquist가 발명한 것이나 복열 스러스터 볼 베어링은 1860년 미국특허 30457로 처음 나타났다. 10) 스러스트 자동 조심 로울러 베어링 SKF 소유의 1920년 독일 특허 331454에 보이는 것으로 근대까지 비교적 특수품으로 되어왔으나 현재는 시리즈화 되어 많이 이용되고 있다.또한 스러스트 테이퍼 롤러 베어링은 1802년 프랑스의 M.Cardinet가 발명했다. 11) 시일드 및 시일 베어링 시일드 베어링과 시일 베어링은 밀봉장치가 베어링의 양측에 있는 것으로 그리이스를 미리 주입한 상태이며 이 형식의 베어링이 처음 사용된 기록은 1908년 영국특허 11787로 되어 있으며 일본에서 개발된 비접촉시일(Labyrinth) 이 지금까지 두각을 나타내어왔다. 이것은 고속회전에 따른 접촉 시일베어링에서는 사용한계가 있기 때문에 고속을 이용하여 비접촉 부분의 Labyrinth 효과를 얻어 그리스의 누설을 적게하는 것을 특징으로 하며 동시에 마찰이 적다는 점도 부차적으로 얻는 잇점이다.
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베어링은 힘과 무게를 지지하면서 물체를 적은 마찰력으로 회전운동(또는 직선운동)을 시켜 동력과 변위를 전달하기 위한 안내에 사용되는 기계요소이다. 구름베어링(이하 베어링이라 함)은, 일반적으로 궤도륜, 전동체 및 케이지(RETAINER)로 구성되어 있고 주로 부하되는 하중의 방향에 의해 레이디얼 베어링과 스러스트베어링으로 구분된다. 또한 전동체의 종류에 따라서 볼베어링과 로울러베어링으로 나눌 수가 있고 그 형상이나 특정 용도에 의해서도 분류할 수 있다.
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구름 베어링 |
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[레이디 형] |
[스러스트 형] |
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단열 |
깊은 홈 볼 베어링 |
볼 베어링 |
볼 베어링 |
스러스트 볼 베어링 |
단식 |
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복열 |
복식 |
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매그니토 볼 베어링 |
스러스트 앵귤러 볼 베어링 |
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단열 |
앵귤러 볼 베어링 |
로울러 베어링 |
스러스트 원통 로울러 베어링 |
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복열 |
스러스트 니이들 로울러 베어링 |
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조합 |
스러스트 테이퍼 로울러 베어링 |
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3점/4점 접촉 볼 베어링 |
스러스트 자동조심 로울러 베어링 |
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자동 조심 볼 베어링 |
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베어링 유니트용 볼 베어링 |
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단열 |
원통 로울러 볼 베어링 |
로울러 베어링 |
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복열 |
용도별 베어링 |
자동차 크러치릴리즈용 |
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奉狀 로울러 베어링 |
자동차 물 펌프 용 |
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니이들 로울러 베어링 |
철도차량차축용 |
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단열 |
테이퍼 로울러 베어링 |
크레인 시이브용 |
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복열 |
선회륜용 |
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4열 |
체인 컨베어용 |
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자동조심 로울러 베어링 |
기타 |
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구름베어링은 미끄럼베어링과 비교하여 다음과 같은 특징을 갖고 있다. (1) 기동마찰이 작고, 동마찰과의 차이도 더욱 작다. (2) 국제적으로 표준화, 규격화가 이루어져 있으므로 호환성이 있고 교환사용이 가능하다. (3) 베어링의 주변 구조를 간략하게 할 수 있고 보수·점검이 용이하다. (4) 일반적으로 경방향 하중과 축방향 하중을 동시에 받을 수가 있다. (5) 고온도·저온도에서의 사용이 비교적 용이하다. (6) 강성을 높이기 위해 부(負)의 클리어런스(예압상태)로 해서도 사용할 수 있다. 또한 구름베어링은 형식마다 각각 특징을 갖고 있다.
대표적인 구름베어링에 대해서 그 특징을 다음표에 나타낸다.
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주 (1) Cr는 사용할 베어링의 기본동정격하중을 나타낸다. 비고 이 표는 鋼製의 중실축에 적용한다. 스러스트베어링의 축과의 끼워맞춤
레이디얼베어링의 하우징구멍과의 끼워맞춤
스러스트베어링의 하우징구멍과의 끼워맞춤
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비고 1. 허용회전수는 베어링치수표에 기재되어 있는 오일윤활의 경우의 값을 사용한다. 2. 냉동기유(JIS K2211), 베어링유(JIS K2239), 터빈유(JIS K2213), 기어유(JIS K2219) 참조 3. 위 표의 왼쪽란에 표시하는 온도범위에서 운전온도가 고온인 경우는 고점도의 오일을 사용한다. 4. 운전온도가 -30℃이하 또는 110℃이상인 경우에는
본사에 상담해 주십시오.
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표2 침탄베어링용 강의 화학성분
(주요성분)
표3 고운베어링용 고속도강의 화학성분(주요성분)
표4 구름베어링용 스테인레스강의 화학성분(주요성분)
표5 리테이너용강판 및 탄소강 화학성분 (주요성분)
비고 : 표중의 BAS는 일본 베어링공업회규격이다.
표6 머신드 리테이너용 高力황동의
화학성분
비고 HBsC1을 개향한 재료도 사용하고 있다
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1) 운전검사 베어링의 설치가 끝나면, 그 설치가 정상인지 아닌지를
확인하기 위하여 운전검사를 실시한다. 소형베어링에서는 손으로 돌려
윤활하게 회전하는지 확인한다 조사항목은 이물질이나 긁힌자국, 압흔등에
의한 걸림, 설치불량, 설치자리의 가공불량 등에 의한 회전토오크 클리어런스
감소, 설치오차, 시일의 마모등에 기인하는 토오크 과대 등이다. 이상이
없으면 동력운전을 실시한다. 2) 베어링의 이상운전상태와 그 원인과 대책 대형기계에서는 손회전을 할 수 없으므로 무부하에서 시동하고, 곧 동력을 끊고 관성운전을 실시한다. 진동, 음, 회전부품의 접촉의 유무등에 대해서 이상이 없는 것을 확인하고, 그 다음에 동력운전에 들어간다. 동력운전은 무부하, 저속으로 시동하여 서서히 소정의 조건으로 올려 정격운전에 들어간다. 시운전중의 조사항목은 이상 음의 유무, 베어링온도의 추이, 윤활제의 누출이나 변색등이다. 시운전에서 이상이 발견되면 곧 운전을 중지하고 기계를 점검하는데 필요하다면 베어링을 떼어내고 점검한다. 베어링온도는 일반적으로는 하우징의 외면 온도에서부터 추측할 수 있지만, 오일홈 등을 이용해서 직접 베어링 외륜의 온도를 측정할 수가 있다면 보다 더욱 적절하다. 베어링온도는 운전개시후 서서히 상승해서 보통 1∼2시간 내에 정상상태가 된다. 베어링온도는 급격히 상승해서 이상고온으로 되는 수가 잇다. 그 원인으로 서는 윤활제의 과다, 베어링클리어런스의 과소, 설치 불량, 밀봉장치의 마찰과대 등을 들 수 잇다. 또 고속 회전의 경우에서는 베어링형식이나 윤활방법의 선정의 착오등도 원인이 된다. 베어링의 회전음은, 청음기 등으로 조사한다. 높은 금속음이나 이상음, 불규칙음 등은 이상을 나타내는 것이므로, 그 원인으로서 윤활불량, 축·하우징의 정도불량, 베어링의 손상, 이불질의 침입등이 잇다. 상기의 이상현상에 관한 추정원인과 대책에 대해서는
표1를 참조로 한다. 표1 베어링의 이상운전상태와 그 원인과 대책
주 (1) 중∼대형의 원통 로울러 베어링이나 볼 베어링에서 그리스
윤활의 경우, 특히 동절기나 저온등의 경우 조건에 따라서는 삐걱거리는
음이 문제가 될 수 있다. 일반적으로는 삐걱거리는 음이 발생하여도
베어링의 온도상승, 피로수명, 그리스 수명등에의 양향은 없으므로,
베어링을 그대로 사용하여도 지장이 없다. 사전에 삐걱거리는 음의 발생에
우려될 것 같은 경우에는 NSK에 상담하여 주십시오.
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1) 보전·점검과 이상처리 베어링본래의 성능을 양호한 상태에서 가능한한 오래 유지하기 위하여 보수와 점검을 시행한다. 그렇게 함으로써 거장을 미연에 방지하고 운전의 신회성을 확보하여 생산성, 경제성을 높일 수가 있다. 보전은 기계의 운전조건에 맞는 작업 표준에 따라 정기적으로 실시하는 것이 바람직하며 운전상태의 감시 윤활제의 보급 또는 교체, 정기 분해에 의한 검사등에 걸쳐 실시한다. 운전중의 점검항목으로서는 베어링의 회전음, 진동,
온도, 윤활제의 상태등이 있다. 운전중에 이상한 상태가 발견된 경우에는
전항 표1를 참고로 원인을 확인하고 대책을 세운다. 필요에 따라서는
베어링을 떼어내고 상세하게 조사한다.
2) 베어링의 손상과 대책 일반적으로 구름베어링은 바르게 취급하면 피로수명에 이르까지 오래 사용할 수 있지만 의외로 빨리 손상되어 사용에 견딜 수 없게 되는 경우가 있다. 이 조기 손상은 피로수명에 대해 고장 또는 사고라고 불리우는 성질의 사용한도이며 설치, 취급, 윤활상의 배려의 불충분, 외부로부터 이물침입, 축·하우징의 열영향에 대하여 검토 불충분 등에 기인하는 수가 많다. 베어링의 손상상태로서, 예를들어 로울러 베어링의 궤도륜 턱부의 갉아먹음에 대해서 말하자면 그 원인으로서 생각할 수 있는 것은 윤활제의 부족·부적합, 급배유 구조의 결함, 이물질의 침입, 베어링의 설치오차나 축의 휨의 과대 등이 있으며, 또 이들의 원인이 중복되는 경우도 있다. 따라서 손상베어링만을 조사해도 손상의 참된 원인을
안다는 것은 어려운 일이다. 그러나 베어링의 사용 기계, 사용조건,
베어링 주변의 구조를 알고나서 사고 발생전의 상황을 이해한다면 베어링의
손상상태와 몇 개의 원인을 연결하고 고려하여 동류의 사고발생을 방지하는
것은 가능하다. 표1에 베어링에 베어링의 손상예의 대표적인 것에 대한
원인 및 대책을 표시하였다. 표1 베어링의 손상과 대책
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기술상담 및 영업문의
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이사 김선형 | 010-5358-0949 |
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| 부장 공병현 | 010-5301-3131 |
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