베어링의 윤활 관리

오늘은  베어링의 윤활관리에 대해서 알아보겠습니다.

베어링에서 윤활관리는 중요한 부분입니다. 어떤 점을 확인해야 되는지 적어보았습니다. 

 

1. 베어링 윤활  관리 개요

  1) 베어링 윤활 관리 중 윤(윤택할  윤, 潤), 활(미끄러울 활, 滑) 이란?  간단히 요약하면 마찰을 줄이는 모든 것을 말합니다. 마찰을 표현하는 것은 마찰 계수라고 있습니다. 이 마찰 계수에서 정지 마찰력과 동 마찰력은 속도 유무와 관련이 있으면 매개체의 유무로는 미끄럼 마찰력이 있습니다. 

 

   2) 윤활의 필요성 - 윤활은 유용성 손실부문에서 가장 큰 것은 표면 열화가 70%로 볼 수 있습니다.  다음으로는 기계적 마모가 50%, 부식이 20%, 퇴출 즉 베어링 이상으로 15%, 사고로 15%입니다. 이러한 경향을 방지하기 위해서 베어링 윤활은 매우 중요합니다.

 

    3) 윤활의 기능 - 윤활의 기본 기능을 보여주며, 특히 사용하는 윤활유의 99%는 냉각작용을 위해 필요하고 실제 유막을 형성하기 위한 유량은 전체의 1% 미만입니다. 그 간 적유를 적량을 적시에 적법한 방법으로 오일을 교환하는 4적 관리가 윤활관리의 전부로 오인했으나 이는 단지 윤활제 관리에 불과한 것입니다. 윤활관리가 같이 분석과 진단 포함되어야 합니다.

 

2. 베어링 윤활상태에 의한 구분

  1) 윤활 막의 두께에 관계되는 요소는 온도, 회전속도, 부하량에 따라서 달라집니다. 고체 마찰 중으로 가면 회전수가 감소하고 점도감소, 압력 증가(하중 증가)를 볼 수 있으며 유체 마찰이 높아지면 회전수 증가, 점도 증가, 압력 감소를 (하중감소) 볼 수 있습니다.

   

  2) 탄성유체 윤활의 특성

     이를 잘 표현해 주는 자료로서 구름베어링 (Ball < Roller Bearing)에서는 접촉면적이 점 접촉과 선 접촉 임으로 응력이 대단히 높게 올라가며, 이러한 응력을 지탱하기 위해 점도가 22,000 cSt까지 급증하여 거의고체의 수준까지 증가합니다. 이런 유막을 탄성 유체윤활이라 합니다. 즉, 탄성한계 내에서 재료가 변화하면서 윤활하게 됩니다.

 

3. 유막 형성에 의한 구분

   1) 정압 베어링 (정압 윤활) 정밀 가공기계에 사용되는 베어링으로 유체 정압 윤활이라 하중을 받아 서로 접촉하려는 두 변 사이에 외부 펌프에 의해 높은 압력을 갖는 윤활유체를 유입시켜 틈새 내에 압력이 형성되게 함으로써 두 면이 상대적인 미끄럼 운동을  안 하여도 (정지상태) 서로 분리되게 하는 작용을 말합니다. 단점으로는 펌프가 반드시 존재해야 합니다. 

 

    2) 동압 베어링 (동압 윤활)

       유체 베어링 중 가장 일반적인 유형으로 증기터빈, 가스터빈, 산업용 압축기 등의 터보 기계류는 운전속도가 높으면서도 진동이 없어 운전되어야 높은 효율과 안전성이 보장됩니다. 유체동압 베어링에서는 점성유체가 채워져 있는 윤활틈새를 사이에 드고 서로 상대운동을 함으로써 스스로 압력이 형성된 비다. 고정면과 이동면 사이에 상대운동이 발생하면 이동면은 기울어져 쐐기각을 형성하고 유체는 흐름이 좁아지면서 유속의 증가에 따른 압력 증가현상이 발생합니다. 유체 점성으로 인하여 미처 빠져나가지 못하고 그 부피가 압축되려는 데에 대한 저항으로 반발압력이 형성됩니다. 

 

    3) 정압 베어링과 동압 베어링의 비교 

       정압 베어링은 엔진 회전력과 펌프가동으로 유막을 형성하여 정밀 고속가공에 적합한 베어링입니다. 동압베어링은 축회 전으로 유체쐐기로 유막을 형성하는 것을 우리가 알고 있는 베어링 윤활의 약 90%가 이에 속합니다. 

 

4. 윤활제의 종류

   1) 윤활제의 분류

      윤활유, 그리스, 고체윤활제, 기체윤활제 등으로 나누고 이중 윤활유에는 광유, 지방유, 혼성유, 합성유로 나누어집니다. 그리스는 비누계, 비비누계로 나누어지고 고체윤활제는 고체자체와 반고체와 혼합된 것과 액체와 혼합되는 것을 나누어집니다.

 

    2) 대표적인 윤활제

       ① 윤활유 (액상 윤활제) - 윤활유는 석유계, 동식물계 외에  합성윤활유, 혼성 윤활유 등 여러 종류가 있지만 주류는 석유계 또는 혼성 윤활유입니다. (스핀들유, 절연유, 냉동기유, 터빈유, 유압작동유, 압축기유, 머신유, 기어유 등이 있습니다)

 

       ② 그리스 (반 고체상 윤활제) - 그리스란 상온에서는 반고체 또는 반유동성을 나타내고 있으며 특성은 방울져 떨어짐, 비산, 이물의 혼입이 적고, 비누가 배합되어 있기 때문에 윤활면에 대한 부착력이 강하고 부하중성이 뛰어난 이점을 갖고 있는 반면 교반 저항이 커 발열하기 쉽고 방열성, 냉각성이 나쁘다는 결함을 갖고 있습니다. (컵 그리스, 화이버 그리스, 알루미늄 그리스, 리튬 그리스, 기어 콤파운드 등이 있습니다.)

 

       ③ 고체 윤활제 - 대부분이 그리스와 동싱에 사용되면 극히 가혹한 조건일 때는 그것을 보존합니다. 대표적인 것으로는 (이황화 몰리브덴, 그라파이트, 유화 몰리브덴 등이 있습니다.)

 

     3) 윤활유에 요구되는 성질 

         ① 점도 (Viscosity) : Oil 이 흐를 때 그에 저항하는 내부 마찰력을 말합니다. (ISO VG 46)

         ② 마모방지성, 나해중성 : 고하중 / 고열 발생부위에 쓰입니다. 극압막 (Extra Pressure Film )을 만듭니다.

         ③ 열 및 산화방지성 : 공기 중의 산송에 의한 산화, 열화현상을 말합니다. 최고온도는 Oil 60℃ 이하, 그리스는 110 ~120℃ 이하입니다. 

         ④ 청정 분산성 : 내연기관 등에서의 연소가스 불순물을 말합니다. 엔진오일등이 이에 속합니다.

         ⑤ 녹 및 부식 방지성 : 공기 중의 산소, 수분 및 윤활제에 의해 발생합니다. 절삭유, 유압유등이 이에 속합니다.

         ⑥ 저온 유동성 : 온도변화에 대해 점도변화가 적어야 합니다. 냉동기유, 프레스유입니다.

         ⑦ 소포성 : 교반 작용에 의해 기포가 발생합니다. 금속 표면에 보호피막 형성을 위한 기포방지제 사용등이 이에 속합니다.

 

5. 윤활제의 선택

  1) 윤활유 선택 기준

     ① 점도 : 마찰면 사이에 유막을 만들어 마찰을 감소시켜 금속 접촉을 막아 마모를 방지하기 위해서는 시동곤란이나 동력손실 등의 지장이 없는 한 높은 점도의 윤활유를 사용하는 것이 안전합니다. 그러나 고속에서는 낮은 점도의 윤활유가 적당합니다. 저점도 윤활유는 묽으며, 시간이 적게 걸리고, 점도가 낮고, 적용하중이 낮으며, 적용속도가 빠릅니다. 고점도 윤활유는 굳으며, 시간이 많이 걸리고, 점도가 높고, 적용하중이 높으며, 적용속도가 늦은 특징이 있습니다. 

      ② 점도지수 : 운전온도가 변화하여도 점도가 크게 변화하지 않도록 하기 위해서 점도지수가 가능한 높은 것이 좋습니다.

     

  2) 급유법의 종류

    ① 주유통 급유 : 회전 속도가 느려서 사람손에 의한 주유통 급유 방식입니다. 방적용기, 인쇄기, 공자기계등 사용 합니다.

    ② 적하 급유 : 급유되는 마찰면이 넓은 경우, 연속윤활을 해야 하는 경우 종류입니다. 엔진, 펌프, 콤프레셔, 공작기계등입니다.

    ③ 심지 급유 : 심지가 한쪽 끝에서 발이 올려서 다른 끝을 적하하는 작용을 이용한 급유방식입니다. 기관차, 소형전동기등에 사용합니다.

   ④ 분무식 급유 : 미스트 급유라 하며, 저속구름 축 받침 등을 적실 정도의 소량의 기름을 다량의 공기와 함께 보내는 급유 방식입니다. 고속구름 축 받침에 사용합니다.

   ⑤ 기계식 강제 급유 : 가조적하 급유기로부터 동력에 의해 적하한 기름을 플런저에 의해 송유관으로 보내는 급유방식입니다. 실리 더, 내연기관, 콤프레셔 등 송유관에 의해 끝에 압력이 걸려있는 특별한 경우입니다.

   ⑥ 상부 패킹 급유 : 축 상부의 기름 저장소로부터 털실을 늘어 뜨려 하는 급유방식입니다. 개방식의 반축받침에 사용됩니다.

    ⑦ 하부 패킹 급유 : 기름 속에 침전된 패킹 모관 작용에 의해 기름의 외부로 빨아들여, 마찰면과 접촉하고 윤활하는 급유방식입니다. 차축받침등에 사용됩니다. (패드 급유법)

    ⑧ 유욕 급유 : 기계의 일부, 전부가 기름에 잠겨있어 회전에 의한 급유방식입니다. 저, 중속의 밀폐 톱니바튀 등입니다.

    ⑨ 순환 급유 : 유조의 기름을 펌프에 의해 마찰면으로 보내고 윤활 기능을 한 기름은 다시 유조로 되돌려 순환시킵니다. 발생한 열은 기름에 의해 제거합니다. 스팀터빈, 디젤기관, 스크린 감속기 등에 대형 설비에 사용됩니다.

     ⑩ 유환 급유 : 체인 또는 링의 회전에 의해 기름을 튀겨 올려 접촉면에 급유하는 방식입니다. 저속, 중, 중하중의 압축기의 크랭크, 케이스 톱니바퀴등에 사용됩니다.

 

6. 마무리

이상으로  베어링 취급과 보전 중에서 베어링의 윤활관리에 대해서 알아보겠습니다.

전문적인 지식이므로 모르는 부분에 대한 설명으로 도움이 많이 되었으면 좋겠습니다.