베어링이 마찰을 감소시켜서 얻는 기계적 장점은 다음의 3가지가 있습니다.
- 1. 마찰을 감소시켜 기계의 작동 효율이 향상된다.
- 2. 움직이는 기계부품의 위치를 고정한다
- 3. 마찰열에 의한 변형을 방지하여 기계의 고장을 없앤다.
“기계산업의 쌀“이라고 불리는 베어링은 기계를 사용하는 거의 모든 산업에 중요한 기여를 해왔습니다. NSK는 베어링 제조 전문업체로서, 베어링 분야에 독보적 기술을 기반으로 전세계에 베어링 및 관련제품을 공급하고 있습니다.
베어링은 우리의 가까운 곳에서 놀랄 만큼 많이 사용되고 있습니다.
예를 들어, 자동차는 100 ~ 150 개 이상의 베어링을 사용하고 있습니다. 만약 베어링이 없으면, 변속기 기어가 서로 맞물리지 않게 되고, 자동차는 부드럽게 달릴 수 없습니다.
또한 베어링은 차량뿐만 아니라 철도와 비행기, 세탁기, 냉장고, 에어컨, 진공 청소기, 복사기, 컴퓨터, 심지어 먼 우주의 인공 위성까지, 모든 기계에 사용되고 있습니다. 그러나 베어링은 기계 안쪽 등 눈에 보이지 않는 위치에 매우 엄격한 조건 하에서 묵묵히 구동되고 있기 때문에, 평소 우리가 베어링을 볼 기회는 좀처럼 없습니다. 베어링은 기계가 안정적인 능력을 발휘하기 위한 필수적인 부품입니다.
다음 사진은 베어링의 가장 기본적인 형태 입니다.
구름베어링(Rolling bearing)
볼베어링
구름베어링(Rolling bearing)
로울러 베어링
구름형식의 베어링은 아래의 기본적인 4가지 부품으로 이루어 집니다.
외륜(Outer ring)
외부의 큰 고리
내륜(Inner ring)
안쪽의 작은고리
전동체(Rolling elements)
외륜과 내륜의 고리사이에서 움직이는 구슬 또는 로울러
케이지(Cage)
동체의 위치를 고정시켜주는 장치
베어링의 역할은 주로 "기계의 마찰을 감소하는 작용"입니다.
베어링이 마찰을 감소시켜서 얻는 기계적 장점은 다음의 3가지가 있습니다.
베어링이 마찰을 감소시켜서 얻는 기계적 장점은 다음의 3가지가 있습니다.
베어링의 원리는, 기원전 이집트에서 피라미드 제작당시에도 이용되고 있었음이 발견되었습니다. 그림은, 파라오가 군림했던 이집트와 함께, 도시 문명을 개화시켜 고대 메소포타미아의 부조 중 한 그림입니다.
현재의 베어링에 가까운 기본 구조를 고안한 것은 유명한 중세의 천재, 레오나르도 다빈치입니다. 그리고 18세기 산업혁명에서 시작된 기계공학 분야의 발전은 베어링의 발달에 결정적인 역할을 하게되었습니다.
1916 년, NSK는 일본에서 최초로 베어링 생산을 시작했지만, 일본의 베어링 기술이 크게 발전하는 것은, 이후입니다. 1955년경부터 세탁기와 냉장고, 선풍기와 같은 가전 제품뿐만 아니라 자동차 수요가 널리 보급되기 시작했습니다. 당시에, 일본인의 생활 가전선택 시 중요하게 생각하는 것은 바로 “소음과 정숙성“이였습니다. 당시 외산 베어링은 소음을 중요하지 않게 생각했기 때문에, 일본의 베어링 메이커는 "세상에서 가장 조용한 베어링"을 목표로 연구 개발을 거듭해 왔습니다. 정숙성이 매우 뛰어난 일본의 베어링은 해외로 수출되면서, "내구성"부문이 개선되었습니다.
베어링의 규격은 ISO 국제적으로 표준화된 있습니다. NSK의 베어링은 "고성능 고품질"이라는 이유로 전세계에서 애용되고 있습니다. 현재, 일본에서 생산되는 베어링은 약 30억 개정도 되며, 40 % 이상이 자동차, 30 %가 해외로 수출되고 있습니다.
베어링은 항상 시대의 요구를 예측하면서, 새로운 마찰 저감 연구를 거듭하고 있습니다.
- 경량화
- 소형화
- 긴 수명
- 낮은 에너지소모
- 환경오염 극소화
위와 같이 지속적인 과제를 해결하고 개선하기 위해 오늘날도 연구개발이 계속되고 있습니다.
세상에 있는 모든 기계는 베어링이 포함되어 있습니다.
기술 발달과 더불어 베어링의 다양한 요구에 응할 수 있도록, 베어링도 발전을 거듭하고 있습니다.
깊은홈 볼베어링
1. 세계적으로 가장 많이 사용되는 베어링 종류입니다.
앵귤러 베어링
2. 전동체(볼)와 내외륜 접촉각을 가지고 접해있는 형태입니다. 수직 및 수평 양방향의 하중을 지탱할 수 있는 베어링입니다.
스러스트 베어링
3. 수직하중에 강한 형태로서, 매우 무거운 하중을 견딜 수 있습니다.
원통형 로울러 베어링
4. 전동체가 원통형태 입니다.
원통형 로울러 베어링
5. 전동체가 원통형이나 케이지의 모양이 다릅니다.
테이퍼 로울러 베어링
6. 전동체가 테이퍼 로울러 유형입니다. 가로 또는 세로 양쪽의 복합 하중을 견딜 수 있습니다.
자동조심 로울러 베어링
7. 회전시, 내륜과 외륜의 작은 엇갈림을 자동으로 보정하는 기능을 갖추고 있습니다.
스러스트 니들 베어링
8. 실내를 쾌적하게 유지해주는 에어컨 컴프레셔 등에 사용되는 베어링입니다.
케이지와 로울러
9. 차량의 수동변속기에 사용되는 종류 입니다. 높은 내구성이 요구되는 베어링 제품입니다.
크기는 2mm ~ 6m까지
베어링은 초소형부터 대형까지 다양한 크기로 제작됩니다. 세계 최소형 "미니어처 베어링"의 크기는 직경 0.6mm × 외경 2.0mm × 두께 0.8mm. 초소형 모터 등에 사용됩니다. 반대로 대형 베어링은 외경 6m 가량, 무게는 15t 이상이나 됩니다. 이것은 터널용 초대형 굴착기 등에 사용됩니다. 영국과 프랑스를 잇는 도버 해협 아래의 해저터널 굴착에 사용되는 굴착기에도 사용되었습니다.
1 분간에 40만 번 회전
치과 의사가 사용하는 치과용 드릴은 초고속 회전이 가능한 베어링이 사용되고 있습니다. 드릴 안에, 내경 3.0mm × 외경 6.0mm × 두께 2mm, 직경 1.0mm정도의 볼을 사용하는 초정밀 베어링이 2개 장착되며, "1분에 40만 번"이라는 경이적인 속도로 회전하고 있습니다. 치과용 드릴에 사용되는 베어링은 매우 빠르고 정확한 회전과 더불어 치료 시 통증저감을 위해 저 진동 성능을 발휘합니다.
1 초당 160미터
고속 베어링은 여객기에 사용되는 V2500 제트 엔진의 메인 샤프트에 사용됩니다. 이 베어링은 초당 160m의 속도로 회전하며, 이것은 580km/h로 이동하는 것과 같습니다. 고속 베어링은 빠르고, 제트 엔진의 강력한 힘을 받아내며, 장시간의 비행에도 견딜 수 있는 높은 내구성도 지니고 있습니다.
100 나노미터 이하의 오차
"기계의 정밀도는 베어링의 회전 정밀도에 달려있다"라고 해도 과언이 아닙니다. 2개의 베어링이 양쪽을 지탱하는 회전축의 경우, 축 중심의 진동 상태가 크면, 기계에 고성능을 기대할 수 없습니다. 초정밀 베어링이 사용하는 PC의 저장 장치 "하드 디스크" 축심의 흔들림은, 100nm (나노미터) 이하 (※ 1nm=1/1,000,000mm)이며, 초정밀 기술의 핵심은 전동체(볼)의 정밀도에 달려있습니다.
우주 공간에서 15 년
베어링은 우주 개발에 있어서도 없어서는 안될 존재입니다. 날씨와 위성 방송, 내비게이션 위치 정보 등은, 지구 주위를 돌고 있는 인공 위성에서 보내는 신호를 기반으로 하지만, 인공위성에는 정확한 위치와 방향을 유지하는 플라이휠이라는 장치가 내장되어 있습니다. 이 플라이휠에도 초정밀 베어링이 내장되어 있으며 이 베어링은, 무려 15년 동안, 쉬지않고 우주공간에서 지속적으로 구동되고 있습니다.
-253℃ 에서 500℃ 까지
가장 낮은 온도에서 사용되는 베어링은, 우주 로켓의 액체 연료 펌프에 내장되어 있으며, -253℃의 액체 수소에서 회전하고 있는 반면, 고온 환경에서 사용되는 것으로는 의료 현장 에서 사용하는 CT 촬영기의 고성능 베어링을 들 수 있습니다. 300~500℃에 달하는 X 선을 발생시키는 진공관내에서 동작합니다.
베어링의 미래 개발이슈는 다음의 3가지 입니다.
1. "에너지 절약"
기계가 작아 질수록, 구성하는 부품도 작아집니다. 그리고 기계가 작고 정밀할수록, 작은 마찰도 고장의 원인이 될 수 있습니다. 또한, 아무리 기계가 작아도, 에너지 손실의 총량은, 글로벌 규모로 생각하면 상당한 양이 됩니다. 베어링은 에너지 절약을 위해 마찰 저감 기술을 더욱 발전시켜가고 있습니다.
2. "청결성"
베어링은 기계장치에 포함되는 부품으로서, 자동차 등에서 배출되는 배기 가스가 감소되어 큰 효과를 제공합니다. 또한 대부분의 베어링은 유해 화학 물질을 포함하지 않는 철강재로 되어있기 때문에, 재활용이 가능하며, 새로운 철강 재료로 다시 사용되기 쉽고, 종류에 따라서는 재사용이 가능한 제품도 있습니다.
3. "쾌적성"
기계는, 사람에게도 지구에게도 편안한 것이어야 합니다. 인류의 문명에서 주로 생산을 담당해 온 기계 장치는 앞으로, 교육, 의료, 복지, 다양한 여가 등 사회 생활과 개인 생활을 충실하게 영위하기 위한 활약이 더욱 중요해집니다. 그리고 그 안에 포함되는 베어링도 기존과 다른 기능과 역할이 요구 될지도 모릅니다.
이상의 3 가지 테마를 중심으로 NSK는 "사람과 지구를 위해" 앞으로도 연구 개발에 노력해 나갈 것입니다.