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세라믹 베어링에 관한 문의

jsh45152007.02.02 12:28조회 수 1821댓글 17

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세라믹 베어링에 대한 문의

1. 세라믹 베어링과 기존 베어링 레이스의 궁합시 베어링 레이스가 망가진다?
제가 생각하는 것은 (실제 강구는 1mm^2당 700~800kg의 강도를 가진답니다.)
예로 1cm^2당 1톤의 하중을 견디는 재질로 만들어진 베어링 레이스에
하중 분산을 위한 수개의 베어링과 베어링과의 접촉면적을 넓게 하기 위해
곡면으로 제작된 베어링 레이스로 1cm^2의 접촉 면적을 가진다고 할때
라이더가 최대 300kg까지 하중을 줄 수 있다고 한다면 이건 안정한 상태일 겁니다.

그런데 여기서 기존의 베어링에서 세라믹으로 바꾼다고 해서 접촉면적이 크게
변화하지는 않을 것 같습니다. 하중을 줄 경우 탄성의 차이로 강구와 세라믹구의
접촉면적은 아주 쬐끔... 차이가 날 것으로 생각되어 세라믹구로 바꿀시
베어링 레이스가 받는 하중은 303kg정도 되지 않을까? 생각되고

그정도의 하중으로는 베어링 레이스에 무리를 안줄 것 같습니다.

오히려 구리스가 부족해진 상태에서 강구는 마찰열이 쉽게 발생하여
베어링레이스를 큰 온도까지 상승시키고 그 온도 상승으로 약해진
강도 때문에 베어링 레이스가 망가지는 것은 아닌가요???

이건 비전문가인 제가 생각한 것이라 틀리고 맞는 것은 모릅니다.
다만 저는 이렇게만 생각하고 교체를 했었는데 경험이 많으신 분이
있으시다면 왜 안되는지? 자세히 설명해주시면 잘 배우겠습니다^^


2. 세라믹 베어링과 일반 베어링의 차이가 없다?
제 생각엔 세라믹 베어링이 마찰이 적어 더 적은 구리스로도 윤활이 잘되어
구리스의 점성에 의한 마찰력(힘손실)이 줄어 들고 베어링이 녹이 나는 것을 방지해줄
것 같습니다. 그리고 몇그람이지만 세라믹이 가벼워 잔차를 가볍게 해줄 것이고
또 회전하는 곳이라 그 무게 이상으로 힘 손실을 줄여 주지 않을까? 생각됩니다.

그리고 밑에 영어로 설명해놓은 글을 보시면 아시겠지만 필자는 세라믹 베어링은 대중화가
될 것이고 아마도 미래의 표준이 될 것이지만 현재 기술 비용과 재료 이용의 어려움이
장벽으로 남아 있지고 몇몇 회사들이 연구를 계속 하고 있고 있다. 하지만 그 최고의 등급을
결정해야 하는 것은 개개인의 라이더라고 했구요...


하이엔드 제품과 일반 제품의 성능의 차이가 미세하더라도 절대적 우위에 있다면
하이엔드 제품이 되는 것 아닌가요??? 20만원짜리 오디오와 1000만원짜리 오디오의
사람이 들을 수 있는 가청주파수(20~20000Hz)만 놓고 분석했을때 차이는 얼마나
크게 날까요?저는 잘 모르지만 그 미묘한 차이 때문에 사람들이 하이엔드 제품을
선호 하는 것이 아닐까요?

제가 모르는게 많아서 제가 잘못생각 했을 수도 있으니 제가 잘못 생각 한점
너그럽게 이해해주시고 제가 잘못 생각하고 있는 점에 대해서 지도편달 해주실 분은
좋은 말씀으로 적어주시기 바랍니다^^;;;


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댓글 17
  • 개인적인생각(전문가가 아닌 일반 사용자로서)으로는 크게 문제가 되지 않을듯 합니다.
    일단 실드카트릿지 베어링에 있어서는 외륜과 내륜이 닳아서 못쓰게 되는 걱정같은 것은 하지 않아도 될듯 하군요.. 다만 일반 볼 베어링을 쓰는 허브에서 베어링 레이스가 닳아서 없어지지 않겠느냐 라는 걱정이 있을듯 하구요..경도는 세라믹이 강하나 실제 강도는 세라믹이 10-20배 정도 금속볼보다 약합니다(물성표 참고)..표면의 매끄러움(?)은 일반 금속재질의 볼보다 약 1000배 정도 좋다고 합니다. 그만큼 금속재질의 베어링보다 세라믹베어링이 레이스를 마모 시키는 비율이 같거나 적을수도 있다고 생각을 하고는 있습니다만 지금까지 수치로 나와있는 것이 없으니 그점은 그저 개인적인 생각으로 접어두시면 될듯 하구요..
    세라믹볼의 장점으로는 저급유(혹은 무급유-저는 무급유상태로 사용하고 있습니다)에 있는듯 합니다. 일반 실드카트릿지의 경우 안에 채워진 구리스와 실을 형성하고 고무와의 마찰로 인해 구름저항이 많이 발생합니다. 그래서 고급휠셋의 경우 c3급의 베어링(동일규격보다 몇분의 1MM인가가 적은 베어링)을 사용하여 구름저항을 감소시키기도 합니다(실제 마빅등 베어링보시면 베어링 번호 뒷편에 c3라고 표기 되어 있습니다-값도 비쌈).. 대표적인 사례가 시마노의 비비베어링셋을 보시면 지금까지 약 3번정도 디자인이 변경되었습니다. 고무실에의한 구름저항을 개선하기 위한 목적인듯합니다. 대부분의 비비 베어링은 6805라는 실드 카트릿지 베어링을 사용합니다. 개선된 시마노사의 6805는 기존의 베어링보다 두께가 1MM 정도 얇습니다.(시마노 오이엠으로 만든듯) 그결과 최초의 베어링보다 구름저항이 많이 좋아졌구요.. 저는 비비 마저도 실을 제거하고 무급유로 사용하고 있습니다. 이물질이 들어간다면 에어건으로 가끔 불어내 주기도 하구요..전반적으로 어느정도 큰 입자의 이물질 정도는 구조상 걸러질수도 있다고 생각을 했기에 노출된 상태에서 시험중입니다.
    밑에 영문으로 나온 제안대로 구름성은 상당히 부드럽습니다. 일단 비비 교체후 패달링이 한결 부드러워 집니다. ----앗 밥무러 가야됩니다. --
  • jsh4515글쓴이
    2007.2.2 13:45 댓글추천 0비추천 0
    또 궁금한 것이 있어서 올립니다^^;;;
    고속 베어링에 사용하는 볼베어링 형식에서 무하중과 유하중 상태에서
    구름성 차이는 그 안의 마찰력으로 인해서 생기는 것 아닌가요?

    그 마찰력[f=u(마찰계수)Xm(질량)Xg(중력가속도)]은 마찰정도를 나타내는
    마찰계수와 하중에 비례 되는 것 같은데 왜? 베어링에 따라 무재하시 베어링과
    재하시 베어링에 걸리는 부하가 판이하게 다른지?는 모르겠습니다.

    무재하시(그냥 베어링만의 무게만 나갈시) 구름성이 좋아진다면 = (마찰계수의 감소)
    하중이 증가함에 따라 재하시 구름성도 자연적으로 높아지는 것 아닌가요???

    이것도 제가 틀릴 수 있지만...
    웹상에서 봤을때 많은분들이 저와 다르게 생각하셔서 제게 의문이였던 점이였습니다...
    이 점에 관해서도 관심어린 지도 편달 부탁드립니다^^
  • 하중이 실린 경우와 아닌 경우는 자전거의 타이어와 노면을 생각하면 쉬울 듯 합니다.
    자전거가 잘 안나가는 경우는 다음과 생각되네요
    1. 타이어의 두께가 두꺼운 경우(베어링의 경우 볼과 레이스가 커서 접촉면이 큰 경우),
    2. 타이어의 표면 또는 노면이 거친 경우(볼 또는 레이스의 표면이 거친 경우)
    3. 타이어 공기압이 부족한 경우(볼 또는 레이스의 재질이 무른 경우)
  • 비비편은 끝났고요 허브편.. 맥스의 베어링을 모두 실을 제거한채로 교체를 하였습니다. 한분은 세라믹베어링 교체사실을 알고있고.. 한분은 머 세라믹이 먼지도 모르는분입니다. 두분다 한결같은 말이 좀더 부드러워지고 잘 나간다..그러면서 내가 그동안 롤러를 타서 그런가 보다 그러길래 아마도 그럴겁니다. 하고 말았는데..동일 조건하에서 1m라도 더 구르면 잘나가는겁니다. ㅎ~~ 0.5초라도 빠르면 빠른것이구요..선수들의 입장에서 보면(일반인이 아닌) 골인지점에서 1m는 상당히 큰것이지요.. 일반인들에게 1m는 별로 의미가 없을수도 있겠지만은요..통계상으로 1m의 거리차가 의미가 있다라는 결론을 내려고 한다면 아마도 수십만번 동일조건하에서 반복을 한 후 통계를 내야 할것입니다만.. --이건 통계적인 문제이니 통계학자에게 맡기기로 하구요 ㅎ--
    일단 세라믹볼의 장점은
    구름이 부드러워집니다.
    그만큼 힘의 손실이 적어질수도 있구요(장거리에서 탁월할듯)..
    단점이라면 비싸다는 것이지요..
    이참에 한번씩들 경험을 해보시는 것도 괜찮으실듯 합니다.
    아 그리고 일반 볼베어링의 경우 맛가기 직전의 베어링 무지 잘구릅니다. 단지 유격이 생겨서 그렇치 ㅎ
  • 자전거는 동적인 물체이므로 충격하중과 관계가 있습니다.
    충격하중은 상황에 따라 10배이상 커질수도 있습니다.
    충격시 충격점이 작아질수록 파괴력은 커집니다.
    세라믹볼은 충격시 변형이 작으므로 충격점이 스틸볼보다 작아지고
    레이스에 가해지는 파괴력은 더욱 커집니다.

    보통의 베어링의 한계회전수는 30000rpm이상입니다.
    한계회전수에 2%도 안되는 자전거 최대 회전수인 500rpm정도에서는 열발생이 안됩니다.

    무급유 베어링 사용은 마찰력을 최소화할수 있지만
    베어링의 손상은 감소 하셔야 합니다.
    무급유 사용후 경유나 휘발류로 베어링을 세척해보면
    세척후 둥둥떠다니는 작은 금속조각을 아주 많이 볼수 있습니다.

    맨위의 충격점에서 말했듯이 세라믹 베어링도 내륜과 외륜은 스틸재질이기때문에
    세라믹이 파괴되지 않은만큼 스틸은 더 파괴가 됩니다.
    보통의 스틸베어링에 비해 손상이 적어진다고 하기는 어렵습니다.
  • jsh4515글쓴이
    2007.2.2 15:23 댓글추천 0비추천 0
    전에 귀찮아서 체인을 잔차에 붙인체 몇번 세척한 적이 있었는데... 그때 세척제가 라쳇쪽으로
    들어가 구리스를 녹여 구리스가 얼마 없는 상태가 되었고 고열을 받아서 노랗게 변했던 것을
    발견 했었습니다... 윤활이 잘되는 상황에서는 열이 별로 안나겠지만 윤활이 안되면 엄청
    열받습니다...
  • 아마도 노란색으로 변색된것은 열때문이 아니라 구리스에 의한 변색 같습니다.
    인라인은 보통 자전거의 10배의 회전수를 가지고 있습니다.
    인라인 선수중 구름저항을 조금이라도 줄여보고자 무급유베어링으로 대회를 나가는 경우도 있습니다.
    대회후 베어링이 고장났다는 소리는 들었지만
    베어링에 열이 발생해서 프라스틱과 우레탄으로된 인라인 바퀴가 고장났다는 소리는 못들었습니다.
  • 인라인으로 내리막길에서 시속 7,80km 정도의 고속주행시 베어링에 열이 나긴 합니다;
  • 세라믹이 스틸베어링보다 좋을수는 있을겁니다. 위에서도 말씀하셨지만 세계적 선수들 단 10cm라도, 1초라도 먼저 들어오기 위한 셋팅은 될수 있을지 모르나 일반 라이더들에겐 1초를 위한 투자치고는 가격대비 나오는 결과값이 그다지 크지 않을거라 생각됩니다. 메리트가 그만큼 작다는 것이겠죠..
  • jsh4515글쓴이
    2007.2.3 12:22 댓글추천 0비추천 0
    베어링이 하중을 받고 있는 상태에서 강구와 세라믹구의 탄성력 차이로 인한 접촉면적을
    비교 했을때 얼마나 차이가 날 수 있을까요??? 그리고 베어링 설계시 탄성력에 의해
    접촉면적이 변화하는 것을 설계 반영하는지?도 가르쳐 주세요...
    제 생각엔 상당히 복잡하고 또, 피로강도까지 포함해서 허용강도 이상으로 안전하게 만들기
    때문에 고가의 제작비를 들여서 만들지는 않을 것 같습니다.
    이것도 가르쳐 주실 수 있으시면 가르쳐 주세요^^;;;
    상식으로 알아 놓아도 나쁘진 않을 것 같습니다.

    그리고 세라믹 베어링 가격은 볼베어링 기준 라쳇용까지 포함해서 2만원정도면 구입가능했습니다.
  • 호기심에 세라믹(지르코늄인가..)으로 뒤 허브에만 넣어서 사용한지 6개월 정도 되어가네요..
    뭐 첨에는 불안하기도 했지만, 현재 별 문제 없이 잘 타고다니고 있습니다. 물론 하드코어스타일은 아니고 XC정도지요. 기분전환으로 한번 바꿔볼만 하다는 개인적인 견해입니다. 떡본김에 제사지낸다고 허브청소도 한번 하는 것도 좋고요.
  • ....세라믹 베어링이 요즘 잘 안팔리나요..

    아이디까지 특이하네요.

    질문하신 분에게는 미안하지만 ...전혀 엉뚱한 발상이라

    어디부터 설명해야 될지 감을 잡을 수 없습니다.

    일단 도서관에가서 기계설계라는 서적의 베어링 부분을 보셔서

    기초를 습득하시고 다시 질문해 주셨으면합니다.

    1. 베어링의 마찰계수가 급격히 변하는 이유는 ...경계윤활 상태이기

    때문입니다

    2. 세라믹이 금속과 친화성이 적어서 금속보다 높은 온도에서

    달라붙지 않는 다는 것뿐 ...저항이 낮을 이유는 전혀 없습니다.

    4. 베어링의 품질은 얼마나 진동이 없는가이고 이것은 얼마나

    강구가 진원에 가까우냐로 결정됩니다

    5. 잔차처럼 저속으로 회전하는 베어링에 있어서

    그리스의 저항은 고려 사항이 아닙니다...전혀

    6. 세라믹...당연히 그리스를 필요로 합니다

    7. 일개 회사에서 자신의 편의를 위해 제작된 제원을

    믿을 수는 없습니다... 공인기관이 공증을 하던가

    문제가 생기면 모두 변상하겠다는 각서가 있어야 믿음이

    갑니다
    8.. 무엇보다 현 시스템으로도 남음이 있는데

    돈들이고 노력들여서 바꿀 이유가 없습니다.

    9. 세라믹 베어링을 깨는 방법은 오지 벽돌 위에 놓고

    오지 벽돌로 가볍게 내려치면 됩니다

    10.레이스가 망가지는 이유는 볼이 회전하면서

    반복하중이 주어지고 양파 껍질 모양으로 레이스가

    떨어져 나갑니다.

    ..설계하중보다 높은 충격하중이 주어지면..당연히

    단명합니다....그럼 돈으로 때워야 하겠지요
  • jsh4515글쓴이
    2007.2.4 23:39 댓글추천 0비추천 0
    죄송하지만 기존 베어링과 세라믹 베어링을 교체 했을때 왜? 베어링레이스가
    망가진다는 것이죠??? 어떤 원리루요... 그리고 세라믹 베어링으로 바꾸었다고
    자동차 바퀴로 쓰는 것도 아니고 계속 사람이 타고 다니는데... 설계 하중보다
    높은 충격하중이 주어지나요???

    그리고 ISO 9002까지 인증받아 세라믹 베어링(하이브리드 베어링)을 생산하고 있는
    코페코 등의 많은 회사들이 베어링에 대해서 진정 몰라서? 만들고 또, 판매까지 하고
    있을까요??? 가격대 비해서 하이브리드가 성능이 좋으니 다른 나라에서도 주문해서
    쓰지 않을까요??? 우리나라 기업을 무시한다 치더라도...

    다른 외국의 회사의 엔지니어들이 하이브리드 베어링이 나쁘다는 걸 모르고 돈주고
    수입까지 해가면서 사용하는 그런 단순 무지한 사람들일까요???
  • jsh4515글쓴이
    2007.2.4 23:41 댓글추천 0비추천 0
    전 토목을 전공해서 베어링에 대한 기초내용이 어떻는지는 확실히 모릅니다.
    단지, 증고등학교 기술, 물리시간에 배웠던 내용과 대학 1년차때 배웠던 물리학은
    알고 있습니다... 그 기초의 내용이 뭔지 기초니까 아시는 만큼 가르쳐 주실 수 있으신지요???
  • 저도 세라믹이 과연 얼마나 더 좋을지에 대해 의문입니다. hjh205 님 말씀에 공감을 합니다. 제가 알고 있는 바 하드디스크의 베어링이 무주유 세라믹을 사용하는것으로 알고 있습니다. 고속의 저부하 시스템인가요? 자전거의 일반 베어링만으로도 충분하지만 단지 세라믹베어링을 위해 일반인들이 따라 하다가 허브의 분해 조립과정에서 시마노나 롤프 처럼 카트리지 방식이 아닌 경우 잘못조립하여 불편을 격는 경우가 더 많을듯 하네요 ...
  • 1...레이스가 벗겨지는 이유는 기본 이론에서 명확히 밝히고 있으므로

    공학도이면 확인해 보십시요

    2.. iso 9000 시리즈의 기본 개념은 작업자가 바뀌더라도 일정한 품질의

    제품을 생산 하는 대 있습니다.

    아마 iso 9002는 a/s 에 대해 표준화 ??? 했다는 뜻으로 압니다.

    3. 하드 디스크에 사용하는 유체 베어링은 유체의 점성을 사용한 것입니다.

    최고라 할 수 있습니다.

    4. 덤으로 말하자면 시마노 타입처럼 레이스가 알로이라면

    고정밀의 열처리된 탄도강구를 1년에 한두번 교환하면서

    사용하는 것이 최선입니다
  • ...본인도 무척 궁금합니다.

    하이브리드를 수입해서 장착하여 사용하는 기계에는 어떤 것이

    있는지...

    그리고 얼마에 수출하는지

    , 코메코가 얼마나 기술력이 우수한지...
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