미끄럼 베어링 – metoree本番管理

미끄럼 베어링이란?

미끄럼 베어링은 베어링의 미끄럼면에서 직접적으로 축의 회전이나 이동 부품의 직선 운동을 지지하는 베어링입니다. 회전축 또는 이동 부품과 미끄럼 베어링의 미끄럼면은 직접 접촉하기 때문에 마찰력이 크고 마찰열이 발생합니다. 따라서 상호 접촉면은 오일로 윤활하거나 베어링 미끄럼면에 윤활제를 함침시킨 금속을 사용하거나 윤활성이 높은 수지 재질을 사용합니다.

윤활제를 사용하지 않는 미끄럼 베어링을 건식 베어링이라고 합니다. 미끄럼 베어링은 가격이 저렴하고 사용이 편리하며 재질과 크기가 자유롭기 때문에 용도와 사용 환경에 따라 구분하여 사용하고 있습니다.

미끄럼 베어링의 영문명 표기는 다음과 같은 세 가지가 있습니다.

Plain Bearing
Sliding Bearing
Slide Bearing

미끄럼 베어링의 사용 용도

미끄럼 베어링은 다음과 같은 특징(특히 구름 베어링과 비교했을 때)이 있습니다.

구조와 형상이 단순하다.
치수가 콤팩트하다.
고속 성능(고속 회전)에 유리하다.
저속 성능(저속 회전)에는 적합하지 않다.
허용 하중은 비교적 크다.
발생 소음이 적고, 진동이 적다.
수명이 길다.

미끄럼 베어링의 종류

일반 산업용으로 사용되는 미끄럼 베어링의 종류는 ‘하중의 종류’, ‘재질’, ‘형상 및 구조’로 구분할 수 있습니다.

또한 ISO 4378-1에서는 아래와 같이 분류하고 있습니다.

1. 하중의 종류

하중의 종류는 ‘동압 베어링’, ‘정압 베어링’, ‘저널 베어링’, ‘스러스트 베어링’의 4종류로 나뉩니다.

동압 베어링은 축의 회전에 의해 발생하는 동압에 의해 축과 베어링 미끄럼면 사이에 유막이 형성되어 축을 지지합니다. 동압이 발생하도록 틈새를 쐐기 모양으로 만들거나 슬라이딩 표면에 슬라이딩 면공사를 하는 방법이 있습니다. 일반적으로 슬라이딩 축 수동은 주로 동압 베어링을 가리키는 경우가 많습니다.

정압 베어링은 베어링 외부의 장비나 설비에서 오일(윤활유)이나 압축공기를 베어링에 공급하여 축과 베어링 사이의 포켓에 충만하게 하여 축을 지지하는 방식입니다.

저널 베어링과 스러스트 베어링
저널 베어링은 축의 중심선 방향(레이디얼 방향)으로 하중이 가해지는 경우에 사용합니다. 스러스트 베어링은 축의 중심선과 수직 방향(스러스트 방향)으로 하중이 베어링에 가해지는 경우에 사용합니다.

2. 재질

재질에 따른 종류는 ‘수지계’와 ‘금속계’의 두 가지로 나뉩니다.

수지계
수지계 재질의 예는 다음과 같습니다.

에틸렌 테트라플루오라이드 수지(PTFE)
폴리아세탈 수지(POM)
폴리 에테르 에테르 케톤 수지(PEEK)
폴리페닐렌 설파이드 수지(PPS)
폴리에스테르계 엘라스토머 수지
폴리아미드 수지(PA)

수지계 미끄럼 베어링은 오일, 흑연 등을 첨가하여 윤활성을 향상시켰기 때문에 대부분 무급유로 사용됩니다. 또한, 기계적 강도 향상을 위해 금속과 결합하여 사용하는 경우도 있습니다.

금속계
금속계 재질의 예는 다음과 같습니다.

납동 주물 (JIS H5120 CAC601, CAC603, CAC606)
인청동 주물 (JIS H5120 CAC502A)
화이트 메탈 (JIS H5401 WJ1~WJ10)
알루미늄계 합금 (JIS AJ2, SAE770, 780, 781)

윤활유를 사용하는 금속계 재질로는 화이트 메탈, 구리계 합금, 알루미늄 합금 등이 일반적입니다. 화이트 메탈은 정하중이나 선박용 엔진에 많이 사용되며, 구리계 합금은 내마모성이 우수하여 부싱 등에 많이 사용됩니다.

반면 알루미늄 합금은 엔진용, 부싱 등 다양한 용도로 사용된다. 무급유 미끄럼 베어링은 윤활제 첨가, 표면 코팅, 고체 윤활 재료가 내장되어 있습니다. 무급유 슬라이딩 베어링을 무급유 베어링이라고 합니다.

모양과 구조
형상 및 구조에 따른 종류는 ‘원통형’, ‘원통형鍔(플랜지)부착형’, ‘원반형(스러스트 베어링)’, ‘구면형(구면 스러스트 베어링)’으로 나뉩니다.

미끄럼 베어링의 원리

미끄럼 베어링은 회전축이나 이동 부품과 미끄럼 베어링의 미끄럼면이 화접촉하여 지지합니다. 따라서 상호 면간(미끄럼면)에서 발생하는 마찰을 어떻게 처리하느냐가 중요합니다.

일반적인 미끄럼 베어링은 미끄럼면에 윤활유, 윤활재, 공기 등을 개입시켜 마찰 저항을 감소시키고 있습니다. 따라서 미끄럼면의 윤활 상태는 매우 중요합니다. 이 윤활 상태는 아래 세 가지로 구분되며, 그림 3 스트라이프 곡선으로 나타냅니다.

1. 경계윤활

슬라이딩면은 충분한 윤활 피막이 형성되지 않고 마찰이 크기 때문에 거의 고체 윤활로 윤활상태가 양호하지 않아 마모 및 고착이 발생할 수 있습니다.

2. 혼합 윤활

슬라이딩 표면은 표면 거칠기와 윤활 피막 두께가 거의 동일하여 유체 접촉과 고체 접촉이 혼합된 상태이며, 완전히 충분한 상태는 아닙니다.

3. 유체 윤활

슬라이딩 표면은 충분한 윤활 피막이 형성되어 서로 직접 접촉하지 않은 상태에서 서로 마모되지 않고 양호한 윤활 상태입니다.

미끄럼 베어링의 윤활 방법은 ‘강제 급유’, ‘유욕’, ‘물방울 급유’, ‘낙하 급유’가 있으며, 베어링의 사용 조건에 따라 구분하여 사용합니다. 강제 급유는 펌프로 베어링 급유부에 윤활유를 공급하는 방식으로, 일정량의 윤활유를 확실하게 급유할 수 있습니다. 오일욕과 물방울 급유는 급유 장치가 필요 없어 구조가 간단합니다. 물방울 급유는 윤활유의 양이 적기 때문에 고부하 운전에는 적합하지 않습니다.

강제 급유는 하우징 측에 급유하는 방법과 축 측에 급유하는 방법이 있습니다. 또한, 하우징이나 축에 오일 홈을 설치하여 냉각 효과를 높일 수도 있습니다. 다만, 윤활막이 불연속적으로 형성되어 베어링의 부하 능력이 저하될 수 있으므로 유격 설계에 주의를 기울여야 합니다.

윤활유를 사용할 수 없는 환경(고온 등)에서는 고체 윤활재를 사용하는 경우도 있습니다. 고체 윤활제에는 흑연, PTFE 등이 있습니다. 미끄럼 베어링은 유압, 유막 등을 정확하게 관리하면 수명을 연장할 수 있습니다.

미끄럼 베어링의 기타 정보

미끄럼 베어링의 규격

미끄럼 베어링에 관한 JIS, ISO 표준은 다음과 같습니다.

JIS표준		ISO규격
번호	규격명	번호	규격명
JIS B01623-1	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 1부 설계, 베어링 재료 및 그 특성	ISO 4378-1	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 1: Design, bearing materials and their properties
JIS B01623-2	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 2부 마찰 및 마모	ISO 4378-2	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 2: Friction and wear
JIS B01623-3	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 4부 윤활	ISO 4378-3	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 3: Lubrication
JIS B01623-4	미끄럼 베어링 – 용어, 정의 및 분류 제 4부 계산 매개변수 및 그 기호	ISO 4378-4	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 4: Calculation parameters and their symbol

미끄럼 베어링의 사양은 규격으로 규정되어 있기 때문에 베어링 형식에 따라 맞물림 공차, 제작 공차, 틈새 공차 등은 모든 제조업체에서 동일한 사양으로 되어 있습니다. 따라서 호환이 가능하여 범용 부품으로 사용할 수 있습니다.

이에 반해 미끄럼 베어링은 현재 국제적으로 공통된 규격이 없습니다. 따라서 호환성이 없고 범용성이 없습니다. 따라서 사용 용도, 사용 환경, 설계 사양에 따라 독자적으로 검토하여 결정해야 합니다.