[공학나라] 기계 공학 기술정보

4각 나사( square thread)

축방향의 하중을 받아 운동을 전달하는데 적합하도록 나사산을 사각 모양으로 만든 나사이다. 하중의 방향이 일정하지 않고 교번하중을 받을 때 효과적인 나사로 나사 잭 (screw jack), 나사 프레스 (screw press), 선반의 이송 나사 (feed screw) 등으로 쓰인다. 나사효율이 높으나 제작이 어렵다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

구름 베어링 (rolling bearing)

구름 베어링은 구름접촉을 하기 때문에 미끄럼 베어링에 비해 마찰이 작아서 마찰손실이 적고, 기동저항과 발열도 작아 고속회전을 할 수 있다. 그러나 전동체와 궤도륜이 점접촉이나 선접촉을 하기 때문에 충격에 약하고, 소음이 생기기 쉬운 결점이 있다.

구조

구름 베어링은 궤도륜 (외륜과 내륜) 사이에 전동체 (rolling element) 가 들어 있다. 전동체는 리테이너 (retainer) 에 의하여 일정한 간격을 유지하도록 되어 있어 마멸과 소음을 방지하게 된다. 보통 내륜은 축과 결합하고, 외륜은 하우징과 결합한다.

전동체의 형상에 따라 전동체가 볼(ball)인 볼 베어링과 전동체가 롤러 (roller) 인 롤러 베어링으로 구분한다. 롤러 베어링은 롤러의 모양에 따라 원통 롤러 (cylindrical roller) , 테이퍼 롤러 (tapered roller) , 자동 조심 롤러 (self aligning roller), 니들 롤러 (needle roller) 로 구분한다. 

볼 베어링은 전동체가 점접촉을 하므로 마찰저항이 적어 고속 및 고정된 회전축에 적합하며 롤러 베어링은 전동체가 선접촉을 하므로 중하중용으로 적합하다.

종류

레이디얼 볼 베어링

깊은 홈 볼 베어링 (deep groove ball bearing)

깊은 홈 볼 베어링은 구름 베어링 중에서 가장 널리 사용되는 것으로 궤도는 내륜, 외륜 모두 원호 모양의 깊은 홈이 있다. 축에 내륜을 압입하고, 외륜은 하우징에 고정하며, 내륜과 외륜을 분리 할 수 없다. 구조가 간단하고 정묀도가 높아서 고속회전용으로 가장 적합하다.

마그네토 볼 베어링 (magneto ball bearing) 

외륜 궤도면의 한쪽 궤도 홈 턱을 제거하여 베어링 요소의 분리 조립을 쉽게 하도록 한베어링으로, 접촉각이 작아 깊은 홈 볼 베어링보다 부하 하중을 작게 받는다. 스러스트 하중에 대해서도 한쪽 방향으로만 부하 능력을 가지고 고속, 소형 정묀기기에 사용한다.

앵귤러 볼 베어링 (angular contact ball bearing) 

앵귤러 볼 베어링은 볼과 내외륜과의 접촉점을 잇는 직선이 레이디얼 방향에 대해서어느 각도를 이루고 있기 때문에 앵귤러 볼 베어링이라 하며, 이 각도를 접촉각이라 한다. 구조상 레이디얼 하중 외에 한 방향의 스러스터 하중을 받는 경우에 적합하고, 접촉각이 클수록 스러스트 부하 능력이 증가한다.

자동 조심 볼 베어링 (self aligning ball bearing) 

자동 조심 볼 베어링은 외륜의 궤도면이 구면으로 되어 있어, 그 중심이 베어링 중심과 일치하고 있기 때문에 자동적으로 중심을 맞출 수 있다. 축이나 베어링 하우징의 공작이나 설치시에 발생하는 축심의 어긋남을 조절할 수 있어 무리한 힘이 생기지 않는다. 그러나 스러스트 하중을 받는 능력은 그다지 크지 않은 편이다. 안지름이 테이퍼진 경우에는 베어링 번호 뒤에 K가 붙으며 표준 테이퍼는 이다.

레이디얼 롤러 베어링

원통 롤러 베어링 (cylindrical roller bearing) 

원통 롤러 베어링은 전동체로서 원통 롤러를 사용하는 베어링으로, 볼 베어링이 점접촉을 하는데 비하여 선접촉을 하므로, 레이디얼 방향의 부하 용량이 크다. 따라서, 중하중, 고속회전에 적합하다. 롤러는 내륜 또는 외륜의 턱에 의하여 안내되며, 내외륜의 턱의 유무에 의하여 여러 가지 형식이 있다. 턱이 내륜 또는 외륜에만 있는 형식의 것은 축방향으로 어느 정도 이동할 수 있다.

테이퍼 롤러 베어링 (tapered roller bearing) 

테이퍼 롤러 베어링은 전동체로 테이퍼 롤러를 사용한 베어링으로 내륜, 외륜 및 롤러 원추의 정점이 축선상의 한 점에 집중되며, 롤러는 내륜의 턱에 의하여 안내된다. 따라서, 레이디얼 하중과 스러스트 하중의 합성 하중에 대한 부하능력이 크다.

자동조심 롤러 베어링 (self aligning roller bearing) 

구면 롤러 베어링은 표면이 구면으로 되어 있는 롤러를 전동체로 사용한 것으로서, 자동 조심 작용이 있어 축심의 어긋남을 자동적으로 조절한다. 레이디얼 부하용량이 크고, 구면을 이용하여 양 방향의 스러스트 하중에도 견딜 수 있으므로 중하중 및 충격 하중에 적합하다.

니들 롤러 베어링 (needle roller bearing) 

니들 롤러 베어링은 지름 5[mm] 이하의 바늘 모양의 롤러를 사용한 것으로서 일반적으로 리테이너는 없으며, 내외륜이 있는 것과 내륜이 없고 축에 직접 접촉하는 구조의 것이 있다. 니들 롤러 베어링은 축지름에 비하여 바깥지름이 작고, 부하 용량이 크므로 다른 롤러 베어링을 사용할 수 없는 좁은 장소나 충격하중이 있는 곳에 사용한다.

 원통 롤러 베어링 (cylinderical roller bearing)

스러스트 볼 베어링( thrust ball bearing)

스러스트 볼 베어링은 스러스트 하중만을 받으므로 고속 회전에는 부적합하다. 단식은 스러스트 하중이 한 방향일 경우에, 복식은 양방향일 경우에 쓰인다. 단식에서는 회전륜과 고정륜 사이에 볼을 넣어 사용하고, 고속 회전에는 부적합하다. 복식에서는 상하에 고정륜, 중간에 회전륜이 있으며, 고정륜과 회전륜 사이에는 볼이 있고, 축은 회전륜에 부착된다.

스러스트 자동조심 롤러 베어링( thrust self aligning roller bearing)

스러스트 자동조심 롤러 베어링은 큰 축 방향 하중을 받을 수 있으나 고속 회전에는 부적합하다. 스러스트 하중이 작용할 때 어느 정도의 레이디얼 하중을 받을 수도 있다. 궤도면은 구면이므로 자동 조심 작용을 한다. 설치오차 및 축의 휨을 받아준다.

스러스트 롤러 베어링

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출처 

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

https://en.wikipedia.org/wiki/Rolling-element_bearing

미끄럼 베어링(sliding bearing)

미끄럼 베어링의 구조

구성 : 베어링 메탈 (bearing metal), 윤활부, 베어링 하우징( bearing housing) 

- 베어링 메탈 : 접촉면의 마찰을 감소시키고 저널의 마멸을 방지한다. 

- 윤활부 : 윤활제를 베어링의 접촉면에 공급하여 마멸을 감소시키고, 마찰열을 흡수하여 방산시키는 기구와 기능을 갖고 있다. 

- 베어링 하우징 : 베어링메탈을 지지하면서 작용하는 힘을 프레임 (frame) 에 전달한다.

미끄럼 베어링의 종류

레이디얼 미끄럼 베어링

① 단일체 베어링 (solid bearing) : 구조가 간단하여 경하중의 저속용에 쓰이며, 베어링 하우징에 끼워 고정된 축을 지지하는데 주로 사용한다. 베어링 하우징 상부에는 급유구가 붙어있다.

② 분할 베어링 (split bearing) : 본체 (body)와 캡(cap)으로 분할된 베어링으로, 중하중의 고속용에 쓰인다. 베어링의 유격 조정은 분할 면에 심(shim) 을 넣어 적절히 유지하며, 내면에는 원활한 윤활을 위하여 오일 홈(groove) 을 만든다.

스러스트 미끄럼 베어링

① 피벗 베어링 (pivot bearing) : 피벗 베어링은 절구 베어링이라고도 하며, 세워져 있는 축에 의하여 스러스트 하중을 받을 때 사용한다.

② 칼라 베어링 (collar bearing) : 칼라 베어링은 수평으로 된 축이 스러스트 하중을받을 때 사용하는 베어링으로 여러 단의 칼라가 배열되어 있어 베어링의 길이가 비교적 길어진다.

미끄럼 베어링 재료의 특성

미끄럼 베어링은 축 하중을 받치고 있으므로 회전중 유막이 불량한 상태가 되면 베어링 메탈과 축이 직접 접촉하게되어 마멸과 소손이 발생한다. 이에 따라 베어링 재료는 마멸이 적고, 면압 강도와 내식성이 커야 되며, 녹아 붙음이 일어나기 어려운 성질이 요구되나, 이와 같은 성질을 모두 만족시킬 재료는 없으므로, 가장 가까운 성질을 갖고 있는 금속재료 또는 비금속 재료를 선택 사용한다.

금속 재료

①주철, 황동, 청동

내마멸성이 높고, 충격에 강하다. 고속 회전에서는 녹아 붙음을 일으키기 쉽다. 공작기계의 메인(main) 베어링에 쓰이고, 단일체 베어링의 저· 중속용에 주로 사용한다.

②화이트 메탈(white metal)

주석(Sn) , 아연(Zn) , 납(Pb) , 안티몬(Sb) 의 합금이며, 주석계 화이트 메탈은 주석을 주성분으로 구리, 안티몬을 함유한 합금으로 배빗 메탈 (babbitt metal) 이라고도 하며, 성능이 가장 우수하여 내연기관을 비롯한 각종 기계의 베어링으로 가장 널리 사용하고 있다. 단점으로는 피로 강도, 면압 강도가 부족하다.

③켈밋(kelmet)

구리와 납의 합금이며, 피로 강도와 내열성이 높으므로 고속· 중하중의 내연기관용 베어링으로 널리 사용한다.

④카드뮴 합금

화이트 메탈에 비하여 피로 강도와 내열성이 높으므로 중하중 내연기관에널리 사용 된다.

⑤알루미늄 합금

내마멸성이 높아 고속· 중하중 베어링에 주로 사용되나, 마찰에 의해 생기는 산화 피막 때문에 축이 손상되기 쉬운 단점이 있다.

⑥오일리스 베어링(oilless bearing)

금속 분말을 가압· 소결하여 성형한 뒤 윤활유를 입자 사이의 공간에 스며들게 한 것으로 급유가 곤란한 베어링이나 급유를 하지 않는 베어링에 사용한다. 오일리스 베어링에는 구리계와 철계가 있으며, 구리계는 고속 저압용에 사용하고, 철계는 저속 저압용에 사용한다.

비금속 재료

베어링 재료로 사용하는 비금속 재료에는 흑연, 플라스틱, 고무 등이 있다. 흑연은 고체 윤활제의 역할을 함으로써 별도의 윤활제가 필요하지 않다. 플라스틱은 윤활유가 없는 상태에서도 비교적 마찰 계수가 작고 내마멸성도 좋으며, 경계 윤활성이 좋아 베어링 재료로서 적합하다. 고무는 물과 같이 저점도 윤활제의 역할을 하며, 마찰 계수가작고 진동, 충격의 흡수성이 우수하여 백 메탈( back metal)에 부착하여 사용한다.

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출처 : 

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

베어링의 개요

기능 : 축을 받침, 회전을 원활하게함

대분류 : 미끄럼 베어링, 구름 베어링

설계 : 베어링을 설계할 때에는 작용 하중에 의한 변형을 작게 하기위하여 충분한 강도와 강성을 갖도록 해야 하며, 마찰과 윤활, 베어링의 압력을 고려하여야 한다.

윤활 : 축과 베어링 사이에는 마찰 감소, 동력 손실 방지, 베어링 온도 유지, 베어링이 손상 방지를 위해 윤활유를 축과 베어링 사이에 급유함.

베어링의 종류

(1) 축과 베어링의 접촉 방식에 따른 분류

- 미끄럼 베어링 (sliding bearing) : 저널과 베어링의 미끄럼 접촉

- 구름 베어링 (rolling bearing) : 볼과 롤러의 구름 접촉

(2) 작용하중의 방향에 따른 분류

- 레이디얼 베어링 (radial bearing) : 반경방향 하중을 하중을 지지. 미끄럼 베어링에선 저널 베어링( journal bearing) 이라고도 한다.

- 스러스트 베어링 (thrust bearing) : 스러스트 하중, 축방향 하중을 지지

- 테이퍼 베어링 (taper bearing) : 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 동시에 지지

미끄럼 베어링과 구름 베어링의 비교

출처 : 

공공누리 http://www.kogl.or.kr/

1) 금속재료의 분류

2) 금속재료의 ASME Ⅸ, P No 분류

금속재료(모재)를 ASME Ⅸ 요건에 따라 용접 절차서 검정 및 용접사 검정을 줄이기 위해서 화학조성, 용접

성, 기계적 성질 등이 유사한 재료를 분류하여 P- No를 부여한 것으로 아래 표에서 P-No에 주요 분류 기

준과 주요 화학성분이 기술되어 있다. 또한 P No 분류 후 다시 Gr-No 로 세분하여 충격특성이 요구될 때

고려해야 한다. 재질 Spec. No, Type OR Grade, 강도, P-No, Group No 등 세부사항은 ASME Ⅸ, QW/

QB-422을 참조 바란다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/