베어링의 종류 및 특징, 페트로프와 스트리백 곡선
1. 베어링의 정의
베어링이란 고정부와 회전부 사이에 위치하여 회전하고 있는 기계의 축(shaft)을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할의 기계요소이다.
2. 종류 및 특징
베어링의 종류는 접촉상태, 하중지지방향에 따라 분류된다. 접촉상태에 따라 미끄럼(sliding) 베어링과 구름(rolling) 베어링으로 나뉘어 지는데 미끄럼 베어링은 축과 베어링 사이에 유막을 형성하여 고속, 고하중에 사용되는 베어링이다. 그리고 구름 베어링은 축과 베어링 사이에 볼이나 롤러가 있어서 회전을 도와주며 미끄럼 베어링에 비해 소음이 많이 나며 소형 베어링에 사용된다. 미끄럼 베어링과 구름 베어링을 구분하는 기준은 고정부와 회전부의 접촉면 마찰부위를 어떻게 감소시키느냐 인데 미끄럼 베어링은 유막이, 구름 베어링은 볼과 롤러가 그 역할을 한다. 미끄럼 베어링은 구조가 간단하고 고속에 적합하며 소음이 없고 가격이 비교적 저가이다. 구름 베어링은 구조가 복잡(외륜, 내륜, 전동체, 리테일러로 구성)하고 저속에 적합하며 가격기 비교적 비싸다. 여기서 리테일러란 볼 또는 롤러가 일정간격을 유지하도록 하는 가이드 역할을 하며 마멸 및 소음, 진동을 방지해주는 역할의 기계요소이다.
하중지지방향에 따라 레이디얼 베어링, 트러스트 베어링, 테이퍼 베어링으로 나뉘어 진다. 레이디얼 베어링은 하중이 축의 수직방향으로 작용하고 트러스트 베어링은 하중이 축방향으로 작용한다. 마지막 테이퍼 베어링은 하중이 축방향과 축의 수직방향으로 작용한다. 한편 특수 베어링에는 대표적으로 공기 베어링과 오일리스(oiless)베어리이 있다. 공기 베어링은 축과 베어링 사이에 공기막이 형성되어 마찰을 줄여주고 무소음, 무진동이다. 이것은 초정밀 소형 모터 등의 의료기구에 주로 사용된다. 오일리스 베어링은 금속분말을 가압소결하여 제작되는데 입자간 공간에 기름을 함유하여 별도의 오일 주유가 필요없는 베어링이다. 이것은 구조상 급유가 어려운 곳이나 급유로 인해 제품이 오염, 불량 우려시 사용되며 고온 및 저온, 화학약품 접촉분양에 주로 쓰인다.
3. 페트로프 베어링식과 스트리백 곡선(미끄럼 베어링)
페트로프 베어링식은 베어링의 마찰부 유막두께는 점도, 회전속도와 비례하고 압력과 반비례 함(베어링 정수)을 나타내는 개념인데 유막두께가 클수록 마찰손실이 적게 된다. 페트로프 베어링식의 전제조건은 '베어링에 작용하는 하중은 매우 작고 틈새에는 윤활유가 가득차 있으며 윤활유의 노출은 없다' 이다.
스트리백 곡선은 윤활구간과 불완전 구간으로 나뉘는데 완전윤활 구간에서는 마찰계수가 점도와 속도에 비례하고 압력에 반비례하며 페트로프식이 가장 잘 맞는 구간이다. 불완전 윤활 구간은 경계윤활 구간과 혼합윤활 구간으로 구분되며 경계윤활 구간에서는 축과 베어링 사이에 고체마찰이 일어나 마찰계수가 크며 일정하고, 혼합윤활 구간에서는 마찰계수가 베어링 정수와 반비례하며 급격히 변화한다.
