[기계설계] 구름베어링(볼베어링, 롤러베어링), 저널

[기계설계] 구름베어링(볼베어링, 롤러베어링), 저널

베어링 : 회전축이 마찰저항을 적게 받도록 하는 기계요소

저널 : 축과 베어링이 접촉하는 부분

저널의 종류

레이디얼 저널

하중이 축에 직각으로 작용

ex) 끝저널(end journal, 엔드저널), 중간저널

스러스트 저널

하중이 축방향으로 작용

ex) 피봇저널, 칼라저널, 킹스베리저널(=미첼저널)

테이퍼 저널

스러스트 하중과 레이디얼 하중이 동시에 작용하며 원뿔형으로 만든 것

베어링의 종류

축과 베어링의 접촉에 따른 분류

미끄럼 베어링 : 윤활유막을 매개로 미끄럼 접촉, 유막압력에 의해 하중을 지지, 유체윤활에 의해 마찰을 감소

구름 베어링 : 축과 베어링 사이에 볼 또는 롤러를 넣어 구름접촉(점접촉 또는 선접촉)을 한다

작용하중의 방향에 따른 분류

레이디얼베어링 : 하중이 축에 직각

스러스트베어링 : 하중이 축방향

테이퍼베어링 : 축방향과 직각방향 동시에 작용

베어링설계시 유의점

마찰저항이 작고, 동력손실이 적을 것

구조가 간단하고, 유지 수리등이 용이할 것

내열성이 있고, 고열에도 강도가 떨어지지 않는다

마모가 적고, 충분한 강도를 가질 것

미끄럼 베어링

미끄럼 베어링의 일반사항

베어링 메탈

베어링 메탈의 구비조건

하중 및 피로에 대한 충분한 강도를 가질것

마찰열의 발산이 잘되도록 열전도율이 좋을 것

축과의 마찰계수가 작을 것

내식성이 높을 것

가공성이 좋을 것

축재료보다 연하면서 압축강도가 클 것

베어링 메탈의 재료종류

화이트메탈 : 주석계(=베빗메탈)

켈밋 : Cu+Pb의 합금, 고속, 고하중용

카드뮴 합금(Cd) : 화이트메탈에 비해 고온강도가 크다

오일리스베어링 : 급유가 곤란한 베어링이나 급유를 하지 않는 베어링에 사용

마찰과 윤활

마찰의 종류(마찰면의 상태에 따른 분류)

고체메탈(=건조마찰) : 마찰면에 윤활유가 없는 마찰로서, 마찰저항이 크다

->이러한 고체마찰을 금지해야 한다

유체마찰(=안전마찰) : 유막의 두께가 충분한 마찰, 마모와 마찰을 방지할 수 있어 가장 이상적인 마찰

경계마찰 : 유막이 극히 얇은상태의 마찰, 고체마찰과 유체마찰의 중간

점도 : 윤활유의 가장 중요한 성질 중 하나

윤활방법(=급유법)

적하급유 : 기름이 들어있는 용기로부터 니들밸브를 통하여 일정량의 기름을 급유하는 방법, 경하중용으로 사용

링급유법 : 베어링상면으로부터 급유하는 방법, 저속에서는 윤활이 불량

패드급유법 : 패드의 모세관현상을 이용하여, 용기안의 기름을 베어링면에 바르는 방법

-> 철도차량용 베어링에 적합

펌프급유법 : 기어펌프, 플렌저펌프등으로 베어링에 압축급유하는 방법

-> 고속 내연기관에 많이 사용

원심급유법 : 회전운동을 이용하여 원심력에 의한 유압으로 급유하는 방법

튀김급유법 : 기름통속에 기름을 회전체가 돌면서 튀길 때 싱기는 기름방울로 급유하는 방법, 내연기관의 피스톤, 실린더의 윤활

볼베어링 / 롤러베어링

구름베어링(Rolling bearing)

실링(sealing)의 주목적 : 윤활유의 유출방지와 유해물의 침입을 방지(=오일실을 사용하는 이유)

구름베어링의 구조(4가지 중요한 구성요소)

전동체(볼, 롤러)

리테이너 : 볼을 원주상에 고르게 배치하여 상호간의 접촉을 피하고 마멸과 소음을 방지

외륜 : 외륜에 접하는 부분을 하우징이라 한다

내륜 : 내륜에 접하는 부분을 저널이라 한다 -> 베어링과 접촉하는 부분

볼베어링의 동작원리

https://youtu.be/PhAIa0K0qm0

베어링 작동 원리 간략 영상

롤러베어링 : 볼베어링보다 저속하중으로서 충격이 많은 겅우에 적합

니들베어링 : 롤러 지름이 2~5mm로 길이에 비해 지름이 작은 베어링, 단위면적당 부하용량이 크므로 롤러지름이 작을수록 좋다, 반경반향의 하중만 받으며 리테이너가 없다

구름베어링의 규격

기본기호

62계열, 63계열 ex) No6204, No6306

첫번째 숫자 : 형식기호

1, 2, 3, 4 : 복렬자동 조심형 볼베어링

6 : 단열 깊은 홈 볼베어링

7 : 단열 앵귤러 콘택트형

N : 원통 롤러형

두번째 숫자 : 치수계열기호

0, 1 : 특별경하중

2 : 경하중

3 : 중간하중

4 : 중하중(=고하중)

세번째, 네번째 숫자 : 안지름 번호

안지름 0~9mm : 그대로 쓴다

10mm : 00

12mm : 01

15mm : 02

17mm : 03

20mm : 04

25mm : 05...

보조기호

리테이너 기호 : V

실 또는 실드기호

한쪽실(U 또는 Z)

양쪽실(UU 또는 ZZ)

궤도륜 형상기호 : K, N, NR

조합기호 : BD, DF, NR

틈새기호 : C

등급기호 : 무기호(보통기호), H(상급), P(정밀급)

구름베어링의 설계

정격수량(=계산수량) : 동일조건하에서 베어링 그룹의 90% 피로박리(flacking)현상을 일으키지 않고, 회전할 수 있는 총회전수

기본부하용량 : 구름베어링이 견딜 수 있는 최대하중

기본정격부하용량 : 가장 큰 하중이 작용하는 접촉부에서 전동체와 궤도륜과의 영구변형량의 합이 전동체 지름의 1/10000이내가 되도록 한 정지하중

기본동적부하용량 : 외륜은 고정하고, 내륜을 회전시키는 조건으로 견딜 수 있는 최대하중 즉, 33.3rpm으로 500hr의 수명을 주는 일정하중

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