베어링산업 경쟁력 제고를 위한 방안[1]

[1] 베어링산업의 개요

국내 베어링산업의 시장규모는 약 2조원으로 추산되며, 매년 꾸준한 증가를 기록하고 있다. 베어링산업의 발전을 위해 반드시 해결해야 될 과제는 베어링 제조업체들이 국내 베어링산업 경쟁력의 현주소를 파악하고 경쟁력 강화를 위해 필요한 부분이 무엇이며, 이를 위해 해결해야 될 과제가 무엇인지 먼저 인식하는 것이다. 국내 베어링산업이 수출산업전략화 및 고부가가치산업으로의 전환을 위한 시발점이 되었으면 하는 바람으로 총 3부에 걸쳐 베어링산업을 조금이나마 소개한다.

자료제공 | 한국기계산업진흥회(www.koami.or.kr)
정리 | 이진수 기자(ljs@motioncontrol.co.kr)


베어링은 자동차, 전기전자 및 산업기계 등 모든 기계의 회전체에서 회전축의 하중을 지지하는데 없어서는 안되는 핵심요소 부품이어서 베어링산업은 기계산업의 핵심산업으로 한 국가의 산업발전에 중추적인 역할을 담당하는 산업이다.
 

베어링산업의 특성

기계산업에 광범위하게 쓰이는 베어링은 ‘산업의 쌀’이라고 불릴 정도로 산업의 핵심요소 부품이기 때문에 자국에서 베어링의 자급이 불가능할 경우 국가 주도의 중화학공업 육성산업에 차질을 초래할 뿐 아니라 일국의 기초 인프라인 기계산업의 존립마저 위협을 받는다. 선진 각국에서는 베어링산업을 방위산업으로 인식하여 정책적으로 중점 육성하고 있다.

베어링산업의 전·후방산업인 자동차, 기계산업, 철강산업 등 국가기반산업의 발전이 전제되어야 하고 규모의 경제를 달성하기 위한 경제성 있는 규모의 생산단위 구축을 위해 대규모의 설비투자가 반드시 요구된다. 또한 투자대비 자금 회수에 상당히 긴 시간이 소요되는 장치산업으로 외부에서 시장잠식이 일어났을 경우 회생이 불가능한 산업이다.

베어링의 정의

마찰력과 물체 하중을 극복할 수 있는 회전체를 넣어 무거운 물체를 가볍게 움직이게 하는 것이 베어링의 기초원리이다. 베어링이란 축과 하우징 사이의 상대운동을 원활하게 하며 축으로부터 전달되는 하중을 지지하는 모든 산업의 기초가 되는 요소부품이다. 베어링은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지할 뿐만 아니라 축을 회전시키는 역할을 담당한다.

이런 베어링은 1794년 P. Vaughhan이 최초로 레이디얼 볼베어링을 발명했으며, 리테이너가 붙은 스러스트 롤러베어링은 약 100년 후인 1909년에 미국에서 발명되었다. 1800년대 후반에서 1900년대 초반부터는 현재와 같은 구조의 베어링이 다양하게 개발되어 현재에 이르기까지 기술의 발전이 지속되고 있다.

베어링의 역사

베어링산업의 본격적인 시작은 산업혁명시대라 할 수 있다. 보통 산업혁명은 산업의 변화와 생산활동에 끼친 영향력에 의해 4단계로 분류되는데, 베어링 생산에 관련해 산업활동을 이해하는 것이 크게 도움이 된다(표 1).
 

산업혁명의 기계산업을 탄생시키는 제 1단계부터 신기술이 세계 각지로 전파된 제 2단계까지 산업혁신을 담당한 기계혁신시대의 베어링은 대부분 미끄럼 베어링이었다. 동시대의 미끄럼 베어링은 새롭게 발명된 기계의 회전부를 지지하는 역할을 담당함으로써 큰 부하에도 쉽게 회전할 수 있도록 했다. 이로 인해 더욱 큰 힘과 운동효과를 창출함으로써 대량 생산체제를 갖출 수 있는 기틀이 마련됐다.

오늘날 산업계에서 주로 쓰이는 구름 베어링의 본격적인 생산은 제 3단계에서 실현됐으며, 이 시기는 가솔린 자동차의 발명과 이후 대량생산이 시작된 20세기 초와 맞물려 큰 성장을 이룩하였다. 본격적인 구름 베어링 생산으로 전문적인 베어링 생산업체가 등장하였다. 생산규모가 작을 경우 수요업체에서 베어링 설계, 제작, 조립 등의 전과정을 직접 담당하였지만 자동차 등의 수요급증으로 설계와 제작을 전문적으로 하는 제조업체가 필요하게 되었다.

아울러 구름 베어링이 대량생산체제 구축이 가능하였던 것은 다른 기계요소와 달리 생산과 사용상의 특성, 즉 국제적 호환성과 규격성을 갖고 있기 때문이다. 예를 들면, 당시에 이미 병기산업에서 채용되었던 기계부품의 호환성 설계방식을 구름 베어링에 응용하면서 생산에 필요한 정밀한 가공법과 측정법을 베어링의 생산에 도입하여 일정한 기능을 갖도록 베어링의 치수와 부하용량의 규격화를 실시하였던 것이다.

그 결과 각각의 기계 제조업체에서 직접 만드는 것보다 훨씬 저렴한 가격으로 더욱 높은 정밀도와 고급기능을 가진 베어링을 공급할 수가 있게 된 것이다. 이러한 이유로 인해 구름 베어링의 사용분야가 대량생산과 함께 점차 확대되면서 베어링산업은 발전하였다.

베어링의 분류

베어링은 운동형식과 하중방향에 따라 분류할 수 있다. 운동형식의 경우 베어링은 마찰의 형식에 따라 미끄럼 베어링과 구름 베어링으로 구분할 수 있다. 축하중을 지지하는 방향에 따라 레이디얼 베어링과 스러스터 베어링으로 분류한다(표 2).
 

국내 베어링에 관한 분류는 크게 산업별 분류인 한국표준산업분류(KSIC)와 품목별 분류인 HSK로 구분된다. 한국산업표준분류상의 베어링은 볼 베어링, 원추형 롤러베어링, 지구베어링, 기타 롤러베어링, 베어링 부품으로 구분되며, 주로 생산관련 통계를 자료 구축을 위한 분류체계로 쓰인다.

관세통합품류상의 베어링산업은 볼베어링(848210), 원추형 롤러베어링(848220), 구형 롤러베어링(848230), 니들 롤러베어링(848240), 기타의 원통형 롤러베어링(848250), 기타 베어링(848280), 볼 니들 및 롤러(848291), 볼 베어링 및 롤러 베어링 부분품(848299) 등으로 나뉘며, 이들 코드는 수출입 테이터 구축에 주로 쓰인다(표 3).

베어링의 종류와 특징

구름 베어링

구름 베어링은 마찰계수가 적고, 기동저항이 적은 동시에 발열이 적은 성질을 가지고 있다. 주된 특징으로는 규격화된 치수로 생산이 가능하며, 사용이 간편한 장점이 있는 반면에 소음이 발생하고 추격 흡수능력이 적다는 단점 또한 지니고 있다(표 4).
 

구름 베어링은 전동체, 지지하중, 전동체 배열 열수, 궤도륜의 여부 등에 따라 분류된다. 또한 전동체의 형상에 따라 볼 베어링과 롤러 베어링으로 분류된다. 볼 베어링은 비교적 작은 하중에 쓰이고 롤러 베어링은 큰 하중에 주로 쓰인다. 그리고 일반적인 형태는 볼, 원통롤러, 침상롤러, 원추롤러, 구면롤러로 크게 나뉜다. 한편 베어링은 크게 외륜, 내륜, 전통체로 구분하여 각 부분별로 쓰이는 재료가 다르다.

미끄럼 베어링

미끄럼 베어링은 저널부 표면의 전부 혹은 표면의 일부를 감싸서 구성하며, 베어링과 저널의 접촉면 사이에 압축공기가 차 있거나 기름, 그리스 등의 윤활유가 충전되어 구성된다. 미끄럼 베어링은 면과 면이 접촉하기 때문에 접촉 면적이 넓어 하중을 지지하는 능력은 일반적으로 구름 베어링보다 크다고 할 수 있다. 따라서 충격하중을 받는 기계부품과 고하중에서 저속회전하는 선박용 대형엔진 등에 사용되고 있다.

미끄럼 베어링은 축과 베어링 사이에 윤활유의 유막이 형성되어 미끄럼에 대한 상대운동으로 작동하는 원리를 지니고 있다. 미끄럼 베어링에는 오일이 필요없는 윤활성 재료를 사용한 자기윤활베어링과 다공질 재료에 오일을 침투시킨 함유 베어링 등이 있다. 베어링 사이의 공간 축 회전에 의해 유막을 자동적으로 형성하는 동역학적 유체윤활베어링도 있으며, 외부에서 압력유를 공급하여 회전축을 부상시키는 정역학적 유체윤활베어링도 있다.

최근에는 자석의 흡인력과 반발력을 이용하여 회전축을 부상시키는 자기 베어링과 오일 대신에 공기 등을 사용한 공기 베어링도 나오고 있다. 미끄럼 베어링은 고하중, 저속운동을 하는 기계요소에 널리 사용되고 있으며, 특히 기름을 윤활제로 한 기름 베어링은 그 응용예가 많다. 이것은 미끄럼 베어링이 큰 흡입성과 내충격성을 가지면서 큰 하중에도 견딜 수 있으며, 장수명과 저소음의 장점을 지니고 있기 때문이다. 미끄럼 베어링은 베어링과 저널사이에 얇은 유막을 통해 하중을 지탱할 수 있다.

■ 미끄럼 베어링 재료의 구비조건

① 마모가 적고 내구성이 클 것  ② 충격하중에 강할 것
③ 강도와 겅성이 클 것  ④ 내식성이 좋을 것
⑤ 가공이 쉬울 것  ⑥ 열변형이 적고 열전도율이 좋을 것