베어링은 어떻게 선택해야 할까?
베어링 종류는 생각보다 다양하다. 자동화 장비를 설계하다 보면 다양한 종류의 베어링을 만나게 된다.
깊은홈 볼베어링부터 앵귤러 콘택트 베어링, 테이퍼 롤러 베어링,
스러스트 베어링까지 종류도 다양하다.
그렇다면 모든 종류의 베어링을 알아야 할까?
이번 글에서는 자동화 기계설계에서 자주 접하게 되는 베어링을 중심으로
각각의 특징과 선택 기준을 알아보자.
1. 가장 많이 사용하는 베어링은 무엇일까?
자동화 장비에서 가장 먼저 접하게 되는 베어링은
깊은홈 볼베어링(Deep Groove Ball Bearing)이다.
대표적으로 다음과 같은 규격이 많이 사용된다.
- 6000 계열
- 6200 계열
- 6300 계열
- 6900 계열
깊은홈 볼베어링이 많이 사용되는 이유는 비교적 간단하다.
- 가격이 저렴하다.
- 규격이 다양하다.
- 구하기 쉽다.
- 회전 저항이 비교적 낮다.
- 설치가 간단하다.
- 방사하중과 일정 수준의 축방향 하중을 받을 수 있다.
- 수명 계산 방법이 비교적 간단하다.
특별한 이유가 없다면 일반적인 회전축에는
깊은홈 볼베어링부터 검토하는 것이 좋다.
2. 그렇다면 다른 종류의 베어링은 왜 필요한가?
깊은홈 볼베어링이 저렴하고 범용성이 좋은데도
다양한 종류의 베어링이 존재하는 이유는 무엇일까?
이유는 모든 하중과 운전 조건을 하나의 베어링으로 해결할 수 없기 때문이다.
예를 들어 다음과 같은 상황에서는 다른 형식의 베어링을 고려할 필요가 있다.
- 축방향 하중이 큰 경우
- 방사하중이 큰 경우
- 축방향 위치 정밀도가 중요한 경우
- 축과 하우징의 정렬 오차가 있는 경우
- 좁은 공간에서 높은 하중을 받아야 하는 경우
베어링은 종류를 많이 외우는 것보다
어떤 조건에서 일반적인 깊은홈 볼베어링 대신 다른 베어링을 선택하는가를
이해하는 것이 중요하다.
3. 자동화 설계에서 알아둘 만한 베어링
모든 베어링을 깊게 공부할 필요는 없다.
자동화 기계설계에서는 다음과 같은 베어링을 우선적으로 알아두면 활용도가 높다.
| 베어링 종류 | 주요 용도 |
|---|---|
| 깊은홈 볼베어링 | 일반적인 회전축 |
| 스러스트 베어링 | 축방향 하중 |
| 테이퍼 롤러 베어링 | 큰 방사하중 + 축방향 하중 |
| 앵귤러 콘택트 베어링 | 축방향 하중 + 정밀한 회전 |
| 자동조심 베어링 | 축과 하우징의 정렬 오차 |
| 원통 롤러 베어링 | 큰 방사하중 |
4. 깊은홈 볼베어링
가장 기본이 되는 베어링이다.
일반적인 회전축에서는 우선적으로 검토할 수 있다.
방사하중을 주로 받으면서 일정 수준의 축방향 하중도 받을 수 있기 때문에
자동화 장비에서 사용 범위가 매우 넓다.
특히 6000, 6200, 6300 계열은 규격이 다양하고 가격도 비교적 저렴하기 때문에
설계자가 가장 자주 접하게 된다.
5. 스러스트 베어링
축방향 하중을 주로 받는 구조라면 스러스트 베어링을 고려할 수 있다.
일반적인 깊은홈 볼베어링도 어느 정도 축방향 하중을 받을 수 있지만,
축방향 하중이 주된 조건이라면 스러스트 베어링이 더 적합할 수 있다.
회전축에 축방향 하중이 지속적으로 작용하고,
그 하중이 설계에서 중요한 요소라면 스러스트 베어링을 검토한다.
6. 테이퍼 롤러 베어링
테이퍼 롤러 베어링은 큰 방사하중과 축방향 하중을 동시에 받는 경우에
유용하다.
롤러가 테이퍼 형태로 배치되어 있어 두 방향의 하중을 함께 받을 수 있으며,
하중이 큰 회전축에서 사용되는 경우가 많다.
따라서 일반적인 자동화 장비의 가벼운 회전축보다는
큰 하중을 받는 축이나 기어, 감속기 등의 회전부에서 고려할 가치가 있다.
7. 앵귤러 콘택트 베어링
앵귤러 콘택트 베어링은 볼과 내륜 및 외륜의 접촉각을 이용하여
방사하중과 축방향 하중을 함께 받을 수 있도록 설계된 베어링이다.
특히 회전축의 축방향 위치를 정밀하게 제어해야 하거나,
정밀한 회전이 필요한 구조에서 많이 사용된다.
일반적인 회전축에서는 깊은홈 볼베어링으로 충분한 경우가 많지만,
정밀도가 중요해질수록 앵귤러 콘택트 베어링을 고려할 필요가 있다.
8. 자동조심 베어링
베어링을 장착하는 축과 하우징의 중심이 항상 완벽하게 일치하는 것은 아니다.
축이 길거나 구조적으로 변형이 발생하거나,
하우징 사이의 정렬 오차가 발생하는 경우에는
일반 베어링에 불필요한 하중이 발생할 수 있다.
이런 경우 자동조심 베어링을 고려할 수 있다.
9. 원통 롤러 베어링
원통 롤러 베어링은 볼 대신 롤러를 사용하여
큰 방사하중을 받는 데 유리한 베어링이다.
일반적인 자동화 장비에서는 깊은홈 볼베어링으로 충분한 경우가 많지만,
높은 방사하중이 요구되는 구조에서는 좋은 선택지가 될 수 있다.
10. 니들 롤러 베어링은 어떨까?
니들 롤러 베어링은 롤러의 직경이 작고 길이가 긴 구조를 이용하여
좁은 공간에서 높은 방사하중을 받을 수 있다는 장점이 있다.
하지만 공간을 줄일 수 있다는 장점만 보고 선택해서는 안 된다.
축과 하우징의 상태, 정렬, 윤활, 표면 조건 등에 따라 성능이 크게 달라질 수 있기 때문이다.
공간이 좁다는 이유만으로 니들 롤러 베어링을 선택하기보다는
실제 운전 조건과 설치 조건을 함께 검토해야 한다.
11. 결국 베어링은 어떻게 선택해야 할까?
베어링을 선정할 때는 종류를 먼저 정하고 제품을 찾는 것이 아니라,
하중과 운전 조건을 먼저 파악하는 것이 좋다.
| 설계 조건 | 우선 검토할 베어링 |
|---|---|
| 일반적인 회전 | 깊은홈 볼베어링 |
| 축방향 하중이 주된 경우 | 스러스트 베어링 |
| 큰 방사 + 축방향 하중 | 테이퍼 롤러 베어링 |
| 정밀한 회전 및 축 위치 제어 | 앵귤러 콘택트 베어링 |
| 정렬 오차가 있는 경우 | 자동조심 베어링 |
| 큰 방사하중 | 원통 롤러 베어링 |
12. 베어링 선정에서 확인해야 할 조건
베어링의 종류를 정했다면 이제 실제 제품을 선정해야 한다.
이때는 다음 조건을 확인한다.
| 순서 | 검토 항목 | 확인 내용 |
|---|---|---|
| 1 | 하중 | 방사하중, 축방향 하중, 충격하중 |
| 2 | 회전속도 | rpm, 연속/간헐 운전 |
| 3 | 수명 | 필요한 사용시간과 회전수 |
| 4 | 환경 | 분진, 수분, 온도, 윤활 조건 |
| 5 | 설치 조건 | 축/하우징 치수, 끼워맞춤, 정렬 |
| 6 | 제품 사양 | 정격하중, 회전수, 씰, 클리어런스 등 |
| 7 | 가격 | 필요한 성능을 만족하는 제품 중 비교 |
베어링 선정의 기본
베어링 선정은 종류를 많이 아는 것이 목적이 아니다.
하중과 운전 조건을 파악하고,
그 조건에 맞는 베어링 형식을 선택하는 것이 먼저다.
마무리
자동화 장비에서 가장 먼저 검토할 베어링은
여전히 깊은홈 볼베어링이다.
하지만 모든 상황에 깊은홈 볼베어링을 사용하는 것은 좋은 설계가 아니다.
축방향 하중이 크다면 스러스트 베어링,
큰 하중과 축방향 하중을 동시에 받는다면 테이퍼 롤러 베어링,
정밀한 회전이 필요하다면 앵귤러 콘택트 베어링,
정렬 오차가 있다면 자동조심 베어링 등을 고려할 수 있다.
결국 중요한 것은
베어링의 종류를 많이 아는 것이 아니라 필요한 이유를 아는 것이다.