베어링 마찰, 표면마찰 - 마찰의 이해

베어링이 하는 가장 중요한 역할은 구성 요소가 가능한 한 적은 마찰로 서로 상대적으로 움직일 수 있도록 하는 것입니다.

마찰은 한 표면이 다른 표면에서 미끄러지는 것을 막으려는 힘으로 정의합니다. 

모든 재질의 표면은 아무리 매끄러워 보이더라도 크게 확대하면 그림 1과 같이 높고 낮은 점이 많이 있음을 알 수 있습니다. 

 

 

 

한 표면이 다른 표면 위로 미끄러지면서 작고 높은 부분이 떨어져 나갑니다. 그것들을 떨어뜨리기 위해서는 힘이 필요하며 이 힘은 마찰력과 같습니다. 높은 부분이 떨어져 나가면 표면은 마모됩니다. 그림 2는 두 개의 슬라이딩 표면을 확대한 가상의 이미지입니다. 

 

 

 

 

그림 2에 표시된 마찰 유형을 미끄럼 마찰이라고 정의합니다. 

한 표면은 다른 표면 위로 미끄러뜨리는 데 필요한 힘은 아래에 따라 달라집니다. 

 

 1. 두 표면을 함께 누르는 힘

 2. 두 표면의 거칠기

 3. 표면을 구성하는 재료

 

미끄러지는 물체에 작용하는 힘은 그림 3에 설명합니다. 

 

 

 

마찰력은 항상 운동을 멈추려고 합니다. 마찰력은 운동 방향의 반대방향으로 작용합니다. 

그림 3에서 블록의 모든 힘이 균형을 이루어야 하기 때문에;

 

 1. 블록을 미끄러뜨리는 데 필요한 힘 = 블록이 멈추려는 마찰력 F

 

 2. 블록을 지지하는 정상적인 반응 N = 슬라이딩 표면을 아래로 누르는 하중

 

 슬라이딩 표면에 가해지는 하중이 클수록 마찰력 F 가 커지고 블록을 누르는 데 더 많은 힘이 필요합니다. 이것은 바닥을 가로질러 무언가를 밀려고 하면 쉽게 알 수 있습니다. 밀고 있는 물체가 무거울수록 밀기가 더 어렵습니다.

 

 

슬라이딩 표면이 만들어지는 재료의 유형과 거칠기는 마찰 계수(μ)로 측정됩니다. 마찰 계수가 큰 표면은 표면 사이에 마찰이 많아 미끄러지기 어렵습니다. 매끄러운 표면은 거친 표면보다 마찰력과 마찰 계수가 낮습니다. 

 

 

일부 재료는 다른 재료보다 더 쉽게 미끄러집니다. 쉽게 미끄러지는 재료는 마찰 계수가 매우 낮습니다. 마찰은 유용하게 사용할 수 있습니다. 자동차의 브레이크는 브레이크 패드와 디스크 사이의 마찰력을 이용합니다. 자동차의 타이어 또한 도로위의 표면 마찰력을 이용하여 차량을 달리고 멈추게 합니다. 신발은 땅과의 마찰력으로 미끄러지거나 넘어지지 않고 서 있을 수 있도록 합니다. 

 

 

반대로 회전 기계 장치에서 마찰은 마모를 일으키고 동력을 낭비하기 때문에 마찰력을 최소화 하는 것이 유리합니다. 

 

 

 

그림 4에서는 물체 아래에 롤러를 넣어 밀기 쉽게 하기 위해 표현한 그림입니다. 롤러에 가해지는 하중 N은 그림 3에서 표기한 하중과 동일하지만 움직임에 저항하는 마찰력 F 는 롤러의 경우가 훨 씬 적습니다. 이러한 유형의 마찰을 롤링 마찰이라고 합니다. 

 

 

구름 마찰력은 미끄럼 마찰력 보다 작습니다.

 

구름 마찰력 < 미끄럼 마찰력

 

 

슬라이딩을 하고 있는 표면이나 롤링 표면 사이에 액체를 사용하면 마찰력은 더욱더 줄어듭니다. 액체(ex. 그리스, 윤활유)에 지지하는 것은 바다에서 배를 미는 것을 생각하면 쉽습니다. 해변에서 롤러를 다고 움직이는 것 보다 바다에서 배를 미는 것이 쉽습니다. 이러한 액체를 이용한 마찰을 유체마찰이라고 합니다. 

 

 

유체마찰 < 구름마찰 < 미끄럼마찰

 

 

액체에 의해 지지되는 블록에 작용하는 힘을 그림 5에서 설명합니다. 

 

 

그림 5의 하중은 그림 2,3,4 에서 표시된 하중 N 과 도일하지만 움직임에 저항하는 마찰력 F 는 훨씬 적습니다. 

 

베어링 표면 사이에 사용하는 액체를 윤활제로 정의합니다. 슬라이딩 표면의 높은 부분이 떨어져 나갈 때 마찰로 인해 마모가 발생한다는 것은 이미 알려져 있습니다.

 

표면 사이의 마찰도 열을 발생시킵니다. 손을 비비면 마찰력을 느낄 수 있습니다. 잠시 동안 계속 문지르면 마찰로 인해 발생하는 열을 느낄 수 있습니다.

 

기계에서 너무 많은 열이 발생하면 항상 문제가 발생합니다. 따라서 베어링과 윤활유를 사용하면 원치 않은 열 발생량을 줄이고 마찰을 줄이는데 도움이 됩니다. 

 

첨부자료

 

마찰이란.docx

0.23MB