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최근 수정 시각 : 2024-10-23 21:41:38

베어링

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1. 개요2. 원리3. 종류
3.1. 전동체에 따른 분류3.2. 받는 하중에 따른 분류3.3. 기타
4. 번호와 기호
4.1. 기본번호4.2. 보조기호4.3. 번호 읽기
5. 등급6. 제작사7. 보수 점검
7.1. 평베어링의 보수 점검7.2. 레저 스포츠 베어링의 보수 점검
8. 여담

1. 개요

회전축과 축의 지지대 사이의 마찰을 줄여주는 기계요소이다.

기본적으로 마찰에 지속적으로 노출되는 부품인지라 철제 제품의 경우 경도, 정확히는 내마모성이 매우 뛰어난 베어링강이라는 특수한 전용 강재가 재료로 사용된다. 베어링강도 목적에 따라 수많은 종류가 있으며, 52100(SUJ2) 등 주변에서 흔히 볼 수 있는 베어링에 쓰이는 평범한 저크롬 고 탄소강부터 미국 Crucible社의 154CM이나 Carpenter社의 BG42처럼 제트 엔진과 같은 고온의 환경에서도 부식되지 않고 성능도 유지되어야 하는 특수한 베어링에 쓰이는 고가의 스테인리스 베어링강도 있다.

철이 아닌 재료로 가면 베릴륨이나 사파이어[1] 같은 재료도 사용되며, 의외로 흑연이나 나무같이 마찰에 약할 것 같은 재료도[2] 사용된다. 그리스는 보통 베어링의 필수요소로 취급되는데, 그리스 없이 돌아가는 베어링도 있으므로 불가결하지는 않지만 일상생활에서 볼 수 있는 대부분의 베어링은 그리스가 없이는 제대로 된 역할을 할 수 없다. 윤활유 없이 사용되는 베어링의 경우 마모에 강하고 마찰계수가 낮은 합성 루비나 세라믹 계열의 재료가 많이 사용된다. 세라믹 베어링은 지르코니아나 질화 규소(Si3N4) 재질이 많이 사용되는 편이다.

2. 원리

상대운동하는 물체간 마찰력을 줄여 운동을 원활하게 한다. 공이나 원통 형태의 요소가 내부 마찰면에서 직접 움직이는 경우는 구름베어링, 내마모성이 우수하고 비교적 마찰계수가 적은 재질로 축과 직접적으로 운동을 원활하게 해주는 미끄럼 베어링이 있다.

3. 종류

3.1. 전동체에 따른 분류

3.2. 받는 하중에 따른 분류

3.3. 기타

4. 번호와 기호

베어링에 끼우는 축이나 하우징의 치수를 고려하면 베어링의 종류는 매우 많아진다. 이를 구별할 수 있도록 베어링에는 기본번호와 보조기호를 새긴다. 치수의 단위를 인치로 하느냐 밀리미터로 하느냐에 따라 매기는 규칙은 다르지만, 번호와 그 기호에 따라 종류, 치수를 포함한 규칙이 정해져 있다.[8]

번호는 베어링의 종류와 개략적인 치수를 의미하고 기호는 베어링의 특성을 의미한다. 번호는 대개 숫자로 표기하며 간혹 [math(\text{UC}206)](유니트베어링), [math(\text{MR}105)](외경 10 mm, 내경 5 mm의 metric 볼 베어링) 등 베어링의 종류에 따라 앞글자에 알파벳을 표기하기도 한다.

4.1. 기본번호

미터법에 따른(치수의 단위가 밀리미터인) 규격으로 만들어지는 베어링의 기본번호는 다음 규칙을 따른다.
  1. 베어링 형식 기호 : 베어링의 종류(형식)를 나타내는 번호. (한국 베어링 규격은 JIS규격과 통용되는 부분이 있으므로 일부 일본식 한자어 표기가 들어있다.)
    • 1 : 자동(自動) 조심[調心] 볼(ball) 베어링
    • 2 : 자동 조심[調心] 롤러(roller) 베어링
    • 2 : 스러스트(thrust) 자동 조심 롤러 베어링
    • 3 : 테이퍼(taper) 롤러 베어링
    • 4 : 복열[複列] 깊은 홈(deep groove) 볼 베어링
    • 5 : 복열[複列] 앵귤러(angular) 볼 베어링
    • 6 : 단열[單列] 깊은 홈 볼 베어링
    • 7 : 단열[單列] 앵귤러 볼 베어링

  2. 베어링의 폭에 따른 치수 번호 (폭 계열), 직경에 따른 치수 번호 (직경 계열). 도넛으로 보자면 안쪽 구멍 크기가 똑같은 도넛을 평평하게 눕혔을 때 폭 계열과 직경 계열은 각각 얼마나 도넛이 두꺼운지, 얼마나 넓은지를 보는 숫자가 된다.
    • 폭 계열은 보통 0을 기준으로 1, 2, 3, 4, 5, 6 순으로 커지며 9, 8 순으로 작아진다.
    • 직경 계열은 보통 0을 기준으로 1, 2, 3, 4 순으로 커지며 9, 8. 7 순으로 작아진다.
    • 폭 계열, 직경 계열 순으로 병기된다. 다만 특별히 폭 계열을 명시해놓지 않는다면, 직경 계열의 번호에 따른 값으로 폭 번호가 정해지며 폭 번호의 표기는 생략된다.
      예 : [math(6{\color{gray}(1)}{\color{#0088FF}8}00)] 계열, [math(6{\color{gray}(1)}{\color{#0088FF}9}00)] 계열, [math(6{\color{gray}(1)}{\color{#0088FF}0}00)] 계열, [math(6{\color{gray}(0)}{\color{#0088FF}2}00)] 계열, [math(6{\color{gray}(0)}{\color{#0088FF}3}00)] 계열. 괄호 내 회색으로 생략된 번호는 폭 계열 번호이며, 청록색으로 적힌 숫자는 직경 계열 번호이다.
  1. 베어링의 내경(안지름)에 따른 번호 (내경번호) : 다음 규칙에 따른다.
    1. 내경 10mm 미만 : 보통 한 자리 숫자로 표기하며, 그 숫자 만큼의 mm 길이가 내경임을 뜻한다.
    2. 내경 10mm 이상, 500mm 미만 : 두 자리 숫자로 표기하며 다음 규칙에 따라 내경임이 결정된다.
      1. 00, 01, 02, 03 : 각각 내경이 10 mm, 12 mm, 15 mm, 17 mm 임을 뜻한다.
      2. 04부터 (99까지) : 해당 두 자리 숫자에 5를 곱한다.
    3. 내경 500mm 이상 : 슬러시 (\/) 기호를 이용하여 해당 베어링의 내경을 직접적으로 나타낸다.
      예 : [math(60{\color{#0000BB}/500})] 의 내경은 500 mm이다.
    4. 위 규칙 외 기타 변칙적으로 또는 번호를 읽는데 혼동이 오지 않도록 슬러시 (\/) 기호를 이용하여 해당 베어링의 내경이 몇 mm임을 직접적으로 나타낸다.
      예1 : [math(62{\color{#0000BB}/32})] 베어링의 내경은 32 mm 이다. [math(618{\color{#0000BB}/4})] 베어링의 내경은 4 mm 이다.
      예2 : 앞의 [math(62{\color{#0000BB}/32})]에서 실수로 슬러시 기호를 빼먹으면 [math(62{\color{#0000BB}32})]가 되는데, 이는 내경이 160 mm(32×5 mm)이 되는 큰 베어링을 가리킨다.

4.2. 보조기호

4.3. 번호 읽기

이를 이용한 예시를 보자. 미터법으로 만들어진 베어링이 있고 번호가 [math({\color{tomato}6}0{\color{blue}8})]이라고 하자. 그렇다면 이 베어링의 내경은 8 mm이다. 앞의 숫자 6은 베어링의 종류 가운데 볼 베어링을 뜻한다.
만약 같은 [math(608)] 번호의 볼 베어링인데 [math(608{\color{teal}\text{ZZ}})]이나 [math(608{\color{teal}\text{DD}})]같이 달린 기호 ZZ, DD가 있다면 이는 그 볼 베어링의 양측 덮개가 어떻게 이루어져 있는지를 말해준다. 전자의 ZZ는 금속 실드(shield) 덮개를 말하며, 후자의 DD는 접촉 고무 실(seal) 덮개를 말한다.(제조사에 따라 DDU 등으로 표기되기도 한다.) 후자의 볼 베어링은 방진성과 방수성이 있으며, [math(608 \text{DD})] 베어링은 믹서기 컵 밑의 분쇄 칼날 축에 쓰이는 예가 있다.

동일한 번호와 기호의 베어링끼리는 제작사가 중국산이든 어떤 곳이든 치수 및 크기가 동일하다. 다만 제작사나 제조공정에 따라 동일 번호와 치수라 할지라도 마이크로밀리미터 단위로 오차가 있으니[15] 정밀한 동작, 장기간의 지속적인 회전 등을 요구하는 기계에 들어가는 베어링이 필요하다면 제작사와 품질을 고려해야 한다.

새 베어링이 필요할 때 그 번호와 기호만 찾을 수 있다면 구하기 쉽다. 베어링을 교환해야 하는데 베어링에 녹이 슬었다던가 하는 경우 같이 베어링의 번호와 기호를 알아보기 어렵다면 베어링의 치수를 측정함으로써 베어링의 번호만이라도 유추할 수 있다.

5. 등급

ABEC 등급이란 것도 있다. 미국 베어링 제조사 협회 규격(Annular Bearing Engineering Committee of the AFBMA)의 약어로, 이는 베어링 규격이 아니라 베어링의 등급, 즉 품질이며 숫자가 높을수록 정밀하게 가공된 베어링이란 의미다. 즉 ABEC 1 베어링보다는 ABEC 9 베어링이 고속 회전 환경에 적합하다.
ABEC 7 이상의 베어링은 일본 기업들이 많이 만들며, ABEC 1 등급은 중국 메이커들이 완전히 장악했다.

6. 제작사

이 4개의 제작사를 국내에서는 일반적으로 "베어링 4대 메이커"라 부르며 중요한 부분에 들어가는 베어링은 대부분 이 4대 메이커의 제품을 사용한다.[18] 이들 메이커가 널리 선호되는 이유는 품질이 준수하고, 넓은 규격과 정밀도를 커버하며, 국내 유통망 재고도 잘 유지하고 있기 때문이다. 이 4대 메이커 안에서도 SKF는 절대적인 1인자이며, 가격도 제일 비싸다. 가격과 성능 모두 SKF>>>FAG>=NTN=NSK 순으로 평가된다. FAG는 이런 면에서 조금 애매한 위치에 있었으나 중국에 공장이 들어서면서 가격경쟁력이 그나마 생긴 편이다.
그냥 일반적으로 사용되는 보편적인 규격의 제품은 안정적인 품질의 국산 (KBC, GMB 등)을 주로 사용하는데 KBC는 품질이 일제보다 좋고 가격도 일제보다 비싸고 한화와 셰플러의 합작 법인으로 시작되었고 1998년 금융위기때 셰플러가 인수해서 생산하기 때문이다.[19] 참고로 베어링 제조사 이름들은 알파벳 3글자의 향연이라 일반인들 보기에는 거의 그놈이 그놈이다. 그러다보니 메이커가 아닌 제조국가를 지정해서 구입하는 경우도 있는데, 베어링은 선진국에서 제조된 저가형 제품도 있기때문에 중요한 부품에는 메이커를 지정하는 게 정신건강에 좋다.

일반적인 4대 메이커는 아니지만 TIMKEN(미국) 제품도 테이퍼롤러베어링의 개발사 답게 테이퍼베어링 쪽으로는 알아준다.
롤러베어링의 일종인 크로스롤러베어링은 위에서 언급된 회사가 아닌 THK(일본), IKO(일본)쪽이 알아준다.

7. 보수 점검

직류기에 사용되는 베어링 종류로는 평베어링, 볼베어링, 롤러베어링 등이 있다. 베어링의 사고의 태반은 베어링 소손이고 베어링 온도, 진동 이상음 등에 대하여 주의 깊게 보수 점검을 해야 사고를 미연에 방지할 수 있다.

7.1. 평베어링의 보수 점검

평베어링은 윤활유를 사이에 두고 회전자를 지지하고 있으며 베어링 사고의 태반은 윤활 불량에 의한 베어링 소손이며, 더욱 기계적 사고중에서 베어링 소손은 큰 비율을 차지한다. 베어링의 윤활은 회전자의 회전에 의해 저널과 베어링 메탈 사이에 생기는 유막으로 지탱하며 유막의 두께는 기름점도, 베어링 하중, 회전속도 이하로 장시간 사용할 때 베어링 메탈의 마모를 일으켜 베어링 소손과 연관되는 일이있으니 주의할 필요가 있다. 원인은 급유가 부족하다거나 윤활유 불량이거나 축전류가 부족할 때이다.

7.2. 레저 스포츠 베어링의 보수 점검

엔지니어가 아닌 일반인은 베어링을 만져볼 기회가 많지 않다. 일반적인 기계에서(세탁기, 자동차 등) 베어링은 사용자가 유지 보수할 수 있는 부품으로 간주되지 않기에 눈에 띄는 곳에 설치되어 있지도 않고 꺼내볼 수도 없게 되어 있는 것이 일반적이다.

허나 자전거, 롤러블레이드, 스케이트보드같은 구름식 스포츠용품/탈것들은 베어링이 중요 부품이며, 사용자가 이상을 감지할 경우 스스로 보수할 수 있도록 되어 있다. 또한 이런 이상이 일어나기 전에 정기적으로 점검해 고장을 사전에 예방하는 것이 좋다.

매뉴얼이나 사전 지식 없이 베어링을 처음 만져본 일반인 사용자가 흔히 저지르는 실수가 “베어링에 뭔가 끈적한 오물이 잔뜩 끼어있어 잘 돌아가질 않는다. 전부 씻어내야겠다“라며 베어링의 그리스를 전부 제거하는 것이다. 그리스가 없는 베어링은 돌리면 쌩쌩 회전하므로, 사용자는 흡족해하며 베어링을 그 상태로 설치하고 자전거/스케이트를 타게 된다. 그러면 그 베어링은 순식간에 파손된다.

피젯 스피너같은 완구가 아닌 이상, 모든 베어링은 점성이 높은 윤활제(그리스, 오일)로 패킹해줘야 한다. 버티는 하중이 높을수록 윤활제의 점성도 높은 것이 일반적이다. 자전거의 경우 리튬이나 테플론 그리스를 사용하며, 롤러블레이드나 스케이트보드는 고점성 오일을 쓴다. 윤활제는 활면을 형성해 베어링의 구성요소들 간의 직접적 마찰을 막음으로써 마모를 감소시킨다. 윤활제 없는 베어링은 회전하면서 구성요소끼리 직접 마찰하므로 금방 마모된다.

자전거나 스케이트의 베어링을 디그리서나 알코올 등의 용제로 청소했다면, 용제가 완전히 건조된 후 올바른 윤활제를 다시 도포해줘야 한다. 물론 지나치게 많이 도포하면 먼지, 흙 등 이물질이 윤활제에 달라붙어 쉽게 오염되므로, 적정량만 도포하는 것이 중요하다.

“윤활제를 도포했더니 바퀴가 쌩쌩 돌아가지 않는다”며 걱정하는 사용자도 있는데, 그게 올바른 상태이다. 실제로 자전거/스케이트에 올라타 달려보면 알 수 있을 것이다.

8. 여담

정밀기계나 자동차, 군 기갑장비, 특히 항공기의 과급기 생산에 필수 부품이기 때문에 제2차 세계대전 중에 독일의 베어링 생산 공장이 전략목표물로 간주되어 연합군 공군의 집중 폭격의 대상이 되었다. 특히 유명한 폭격이 독일 슈바인푸르트 볼베어링 공장단지에 대한 1943년 8월 17일과 10월 14일~15일 두 차례에 걸친 슈바인푸르트 공습이다.

일본에서는 전쟁이 끝나고 기갑장비, 항공기에 쓸 볼베어링이 남아돌게 되자 이 볼베어링이 파칭코에 쏴올릴 구슬 용도로 엄청나게 흘러들어가 당시 일본 파칭코 업계의 중요인물이었던 마사무라 타케이치의 '마사무라 게이지' 기기 발명(이 마사무라 게이지는 일본 파칭코 역사에서 당시 혁명적이었던 기기라고 평가받는다)과 더불어 전후 파칭코 부흥에 일조하기도 하였다.

생존주의 애호가들에게 새총의 탄환으로 유용하게 사용된다. 또한 볼베어링과 동일한 강구는 수류탄이나 클레이모어의 살상용 파편으로도 애용된다. 상술했듯이 사제 총기의 탄환으로도 많이 사용된다.

다이아몬드는 부서지지 않는다의 주인공 히가시카타 죠스케가 볼베어링의 볼을 투척무기로 사용한 적이 있다.

메트로 2033(게임)에서는 가내수공업 무기4호 티할 탄환이 볼베어링이다.

팽이 완구 베이블레이드 시리즈 3세대인 베이블레이드 버스트의 "딥 카오스" 라는 베이의 베어링 드라이버도 이름처럼 베어링이 내장되어 있으며, "오브 이지스" 또한 퀘스트 드라이버 축 내부에 베어링이 내장되어 있다.

베어링강은 높은 내마모성 덕에 나이프 제작에도 많이 쓰인다. 특히 서두에 언급된 154CM은 이제는 '154CM steel'이라 구글링만 해 봐도 베어링에 대한 내용은 거의 없고 나이프용 강재로서의 내용이 대부분을 차지할 정도. 과거에는 도검 전용으로 개발된 강재가 많지 않았기 때문에, 스프링강, 베어링강, 공구강 등 중에서 물성이 좀 괜찮다 싶은 강재들은 도검 제작에도 꽤 쓰였으니 이상한 일은 아니다.

저개발국가나 수급이 어려운곳에서는 평베어링이 농업/생활용카트의 바퀴로 쓰이기도 한다.

[1] 물론 이 경우 합성 사파이어가 쓰인다. [2] 이 경우 흑연은 고체 윤활유로써 기능한다. 샤프심 갈다가 손에 묻으면 미끌거리는 것과 같은 원리이다. 칼팍지안 기계공작법 책에서는 진공에서는 마찰계수가 급격히 증가하기에 사용할 수 없다고 나온다. 나무 베어링의 경우 유창목(리그넘 바이트, Lignum Vitae)이라는 특수 나무가 사용되며, 선박의 프로펠러축 지지에 쓰인다. [3] 일반적으로 바이크의 휠 베어링 정도의 하중은 견뎌내고 두 줄로 하면 일반적인 승용차의 휠 베어링 정도의 하중까지 견뎌내지만, SUV나 픽업트럭같은 고중량 자동차의 휠 베어링 정도의 하중엔 사용할 수 없다. 차량의 바퀴라는게 평평한 면을 굴러가는것이 아닌, 도로의 요철이나 과속방지턱을 넘는 충격도 견뎌내야 하는데 저런 턱을 넘을 때엔 관성 때문에 설계 하중을 훨씬 뛰어넘는 하중이 순간적으로 걸리기 때문이다. [4] 비 올 때 급제동을 하면 안 되는 것도 같은 원리에서 기인한다. 수막현상 참조. [5] 마쓰시타 社의 오리지널 FDB는 특허 문제도 있고 단가가 꽤나 비싸서 이게 적용된 쿨링팬들은 가격이 비싸다. 때문에 고가의 쿨링팬을 제외한 Thermaltake, Arctic 같은 대부분의 저소음 쿨링팬들은 Rifle 베어링이나 다른 슬리브 베어링 기반 FDB 베어링을 쓴다. [20] [調心] self-aligning. 축심의 오차를 조절(調節)한다는 의미. 잘못이나 실수가 없도록 말이나 행동에 마음을 쓴다는 의미의 조심(操心)이 아니다. [7] 물론 볼 베어링을 사용하는 모델도 있다. 마그네틱 쪽이 훨씬 나중에 나온 거다. 이쪽은 갭 센서 제어가 없는대신 베어링에 급유가 필요하기에 배관이 더 필요하다. [8] mm단위 치수의 베어링은 NSK을 기반하여 작성한 내용임을 밝히며, 제조사마다 표기하는 보조기호는 조금씩 차이가 있을 수 있다. [調心] [調心] [複列] 여러 줄 [複列] [單列] 한 줄 [單列] [15] 별 거 아닌것 같다고 생각할 수 있겠지만, 밀리미터 단위로 치수가 결정되는 제품에서 마이크로 단위는 1천분의 1 오차이다. 오차가 클수록 그만큼 가공면이 매끄럽지 않다는 이야기가 되면서도 부드러운 동작을 구현하기 어렵다는 말이 된다. (예: 인라인 스케이트에 사용되는 베어링) [16] 볼보는 스웨덴 SKF의 지원을 받아 설립한 회사이다. 거기다 그 베어링을 납품받아 자동차를 만드는 게 주 업종이다. [17] 독일의 중공업 회사인 셰플러의 베어링 상표 [18] 다만 4대 메이커는 주관적인 경우가 있어 사람에 따라 가끔 NSK나 NTN 대신 KOYO 니들베어링에서는 JNS 등이 들어가는 경우도 있다. 보통은 NSK와 NTN으로 정립된다. [19] 다만 잘 나가지 않는 형번의 베어링은 재고관리와 가격경쟁력 문제로 현재 제작 자체를 하지 않고 있다.

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