1. 베어링의 윤활이란?
윤활의 정의는 `상대 운동하는 두 물체 사이에 어떤 물질을 개입시켜 그 운동을 원하는 만큼 원활하게 하는 작용'으로 되어 있다.
구름 베어링은 구름과 미끄럼 운동을 수반하므로 소음, 마모, 열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 오일이나 그리이스로 윤활하며, 특별한 경우에는 고체 윤활제를 사용하기도 한다. 윤활제의 양과 종류는 운전 속도, 온도, 환경 등에 의해 선정되며, 수명이 다 되었거나 오물의 침입으로 더러워진 윤활제는 그 성능도 떨어지므로 적당한 간격으로 교환, 재급유하여야 한다
2. 윤활 목적
베어링 윤활의 주된 목적은
- 하중을 전달하는 부분에 윤활막을 형성하여 금속 간의 접촉을 방지함으로써 마모와 조기 피로를 방지하고 장수명을 보장하는 것이다.
- 저소음이나 저마찰처럼 운전에 바람직한 특성을 향상 시킬 수 있다.
- 냉각 작용을 하며, 특히 순환 급유 방식등으로 내부에서 발생한 열을 외부로 방출시키므로써 베어링의 과열 방지 및 윤활유 자신의 열화를 방지한다.
- 이물의 침입을 막고 녹과 부식을 방지한다.
3. 윤활 방법
베어링의 윤활 방법은 그리이스 윤활과 오일 윤활의 2가지가 있다. 베어링의 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 사용 조건과 사용 목적에 적합한 윤활 방법을 사용하는 것이 대단히 중요하다.
윤환의 질적인 면을 보면 오일 윤활이 여러 가지 장점이 있어 그리이스 윤활에 비하여 우수하나, 그리이스 윤활이 많이 사용되고 있는 것은 베어링이 내부에 그리이스를 가질 수 있는 공간을 갖고 있으며, 밀봉 장치가 간단하다는 등의 장점이 있기 때문이다.
다음은 그리이스 윤활과 오일 윤활의 특징을 비교하여 나타내었다.
<그리이스 윤활과 오일 윤활의 특징>
구분 그리이스 윤활 오일 윤활
윤활성 양호 매우양호
냉각효과 없음 순환 급유식인 경우 냉각효과 있음
허용 하중 보통하중 고하중
속도 허용 속도는 오일 윤활의 65%~80% 높은 허용속도
밀봉장치 간단 복잡
하우징 구조 방진성 용이 곤란
윤활제 누설 적다 많다
보수성 용이 곤란
윤활제 교환 곤란 용이
토오크 약간 크다 작다
이물질 제거 불가능 용이
점검주기 길다 짧다
A. 그리이스 윤활
그리이스란 ` 액체 상태의 윤활제 중에 증주제가 분산된 고체 또는 반고체 상태의 윤활제'로 정의할 수 있으며 특수한 다른 성분이 첨가된 경우도 있다. 그리이스는 종류별로 특성이 다르며, 같은 종류의 그리이스도 제조회사에 따라 성능이 차이가 크므로 선정시 주의를 요한다.
(a) 기유
기유는 그리이스에서 실제로 윤활을 하는 주체로서 그리이스 전체 조성중 80∼90%를 차지하고 있으므로 용도에 따른 기유의 종류나 점도의 선정은 매우 중요하다.
기유에는 광유계와 합성유계가 있으며, 우선 광유계로서는 용도에 따라 저점도의 것으로부터 고점도의 것에 이르기까지 널리 사용된다. 일반적으로 고하중, 저속, 고온 윤활 개소에는 고점도의 기유가 사용되며, 경하중, 고속, 저온 윤활 개소에는 저점도의 기유가 사용된다.
합성유는 초저온, 초고온 또는 광법위한 온도 조건 그리고 빠른 속도와 정밀성이 요구되는 부위에 사용되며 가격이 매우 비싸다. 합성유계에는 주로 에스테르계, 폴리알파올레핀계, 실리콘계 오일이 사용되며, 특수용도로 불소계 오일의 사용이 증가되고 있다.
(b) 증주제
증주제는 그리이스의 특성을 결정짓는 중요한 요소이며, 그리이스의 주도는 곧 증주제의 양에 따라 달라진다.
증주제는 금속 비누기, 무기계 비비누기, 그리고 유기계 비비누기로 나누어지나 주로 사용되는 그리이스의 대부분은 금속 비누기 그리이스이며, 비비누기 그리이스는 고온 등의 특별한 목적으로 사용된다.
일반적으로 적점이 높은 그리이스는 사용 가능 온도가 높고, 그리이스의 내수성은 증주제의 내수성에 의해 결정된다. 또한 물이 닿는 곳이나 습도가 높은 장소에서는 Na 비누 그리이스 또는 NA비누기를 포함하는 그리이스는 유화 변질되므로 사용할 수 없다.
(c) 첨가제
그리이스의 성능을 더욱 높이고 사용자의 요구 성능을 충족시키기 위하여 각종 성능 향상 첨가제를 사용하고 있다. 이 첨가제는 그리이스의 물리적 성능 및 화학적인 성능을 향상시켜 주며 윤활되는 금속 재질에 대한 마모, 부식 및 녹 발생 등의 손상을 최소화시켜준다.
첨가제에는 산화 방지제, 마모 방지제, 극압 첨가제, 녹·부식 방지제 등이 있으며 사용 부위에 따라 적절한 첨가제가 포함된 그리이스를 사용하여야 한다.
(d) 주도
주도는 그리이스의 무르고 단단한 정도로, 규정 무게의 원추가 그리이스에 침투하는 깊이(1/10mm)를 표시하며 수치가 클수록 연하다.
B. 오일 윤활
윤활유는 광유계 윤활유와 합성유계 윤활유로 크게 나누어진다.
윤활유의 선정에 있어 점도는 윤활 성능을 결정하는 중요한 특성중 하나이다. 운전 온도에서 점도가 너무 낮으면 유막 형성이 불충분하여 마모 및 타붙음이 일어나기 쉬우며, 반면 너무 높으면 점성 저항이 커져 온도 상승과 마찰에 의한 동력 손실이 커지게 된다. 일반적으로 고속 저하중이면 점도가 낮은 윤활유를 사용하고, 저속 고하중일 때는 점도가 높은 윤활유를 선정한다.
윤활유의 선정은 ISO에서 규정한 점도 등급을 기준으로 하고 점도 지수를 참고하면 편리하다.
점도 지수에 따라 다르지만, 일반적으로 윤활유의 온도가 10℃증가할 때마다 점도는 반감된다. 아래는 베어링의 사용 조건에 따른 윤활유의 선정 예를 나타내었다.
<윤활유의 선정 예> --- 윤활법은 유욕법 또는 순환 급유법일 경우
운전 온도℃ 회전 속도 윤활유의 ISO 점도 등급
경하중 또는 보통하중 고하중 또는 충격하중
-30...0 허용 속도까지 15, 22, 32 46
0...50 허용 속도의 1/2이하 32, 46, 68 68, 100
허용 속도까지 15, 22, 32 32, 46
허용 속도 이상 10, 15, 22 -
50...80 허용 속도의 1/2이하 100, 150, 200 220, 320
허용 속도까지 46, 68, 100 100, 150
허용 속도 이상 32, 46, 68 -
80...100 허용 속도의 1/2이하 320, 460 460, 680
허용 속도까지 150, 220 220, 320
허용 속도 이상 68 -
(a) 유욕법
가장 일반적인 윤활 방식이며 저속, 중속 회전에 많이 사용된다.
유면은 원칙상 가장 낮은 위치의 전동체 중심에 위치하도록 하며, 유면의 위치는 오일 게이지를 사용하여 쉽게 확인할 수 있도록 하는 것이 좋다.
(b) 적하 급유법
비교적 고속 회전의 소형 베어링 등에 많이 사용되며, 기름통에 저장되어 있는 오일을 일정량으로 떨어지게 유량 조절을 하여 윤활하는 방식이다.
(c) 비산 급유법
기어나 회전 링을 이용하여 윤활하고자 하는 베어링에 오일을 비산시켜 윤활하는 방법이다. 자동차 변속기나 기어 장치 등에 널리 쓰인다.
(d) 순환 급유법
고속 회전이어서 부분을 냉각할 필요가 있는 경우 또는 베어링 주위가 고온인 경우에 많이 적용한다. 급유 파이프로 급유되고 배출 파이프로 배출되어 냉각된 후 펌프에 의해 다시 급유된다.
베어링 안의 오일에 배압이 걸이지 않도록 배출 파이프의 직경은 급유 파이프보다 큰 것을 사용한다.
(e) 제트 급유법
제트 급유는 고속 회전(n·dm값이 100만 이상)의 경우에 많이 적용하며, 1개 또는 수개의 노즐로부터 일정 압력으로 윤활유를 분사시켜 베어링 내부를 관통시킨다.
일반적인 제트 윤활은 베어링 내륜과 부근의 공기가 베어링과 같이 회전하여 공기벽을 만들기 때문에 노즐로부터의 윤활유 분출 속도는 내륜 외경면 원주 속도의 20%이상이 되어야 한다.
동일한 유량에 대해서 노즐의 수가 많은 것이 냉각도 균일하고, 냉각효과도 크다.
(f) 분무 급유법
분무 급유는 공기에 윤활유를 안개상으로 만들어 베어링에 불어넣는 방법으로 그 장점은 다음과 같다.
- 윤활유는 소량이기 때문에 교반 저항이 작아 고속 회전에 적합하다.
- 베어링에서 누출되는 유량이 적기 때문에 설비와 제품의 오염이 적다.
- 항상 새로운 윤활유를 공급할 수 있어 베어링의 수명을 길게 할 수 있다.
따라서 공작기계의 고속 스핀들, 고속 회전 펌프, 혹은 압연기 롤 넥크용 베어링 등의 윤활에 많이 사용되고 있다.
(g) 오일 에어 윤활
오일 에어 윤활은 최소한의 필요로 하는 윤활유를 베어링마다 최적의 간격으로 정확하게 계량, 송출하여 끝부분까지 연속적으로 압송한다.
베어링에 대하여 항상 새로운 윤활유를 정확하고 연속적으로 보내므로 윤활유의 상태가 변하지 않고, 압축 공기의 냉각 효과도 더욱 좋아져 베어링의 온도 상승을 낮게 억제할 수 있다. 또 오일은 베어링에 대하여 매우 소량의 액체 상태로 공급되므로 주위를 오염시키지 않는다.
윤활의 정의는 `상대 운동하는 두 물체 사이에 어떤 물질을 개입시켜 그 운동을 원하는 만큼 원활하게 하는 작용'으로 되어 있다.
구름 베어링은 구름과 미끄럼 운동을 수반하므로 소음, 마모, 열이 발생하는 것을 방지하기 위하여 오일이나 그리이스로 윤활하며, 특별한 경우에는 고체 윤활제를 사용하기도 한다. 윤활제의 양과 종류는 운전 속도, 온도, 환경 등에 의해 선정되며, 수명이 다 되었거나 오물의 침입으로 더러워진 윤활제는 그 성능도 떨어지므로 적당한 간격으로 교환, 재급유하여야 한다
2. 윤활 목적
베어링 윤활의 주된 목적은
- 하중을 전달하는 부분에 윤활막을 형성하여 금속 간의 접촉을 방지함으로써 마모와 조기 피로를 방지하고 장수명을 보장하는 것이다.
- 저소음이나 저마찰처럼 운전에 바람직한 특성을 향상 시킬 수 있다.
- 냉각 작용을 하며, 특히 순환 급유 방식등으로 내부에서 발생한 열을 외부로 방출시키므로써 베어링의 과열 방지 및 윤활유 자신의 열화를 방지한다.
- 이물의 침입을 막고 녹과 부식을 방지한다.
3. 윤활 방법
베어링의 윤활 방법은 그리이스 윤활과 오일 윤활의 2가지가 있다. 베어링의 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 사용 조건과 사용 목적에 적합한 윤활 방법을 사용하는 것이 대단히 중요하다.
윤환의 질적인 면을 보면 오일 윤활이 여러 가지 장점이 있어 그리이스 윤활에 비하여 우수하나, 그리이스 윤활이 많이 사용되고 있는 것은 베어링이 내부에 그리이스를 가질 수 있는 공간을 갖고 있으며, 밀봉 장치가 간단하다는 등의 장점이 있기 때문이다.
다음은 그리이스 윤활과 오일 윤활의 특징을 비교하여 나타내었다.
<그리이스 윤활과 오일 윤활의 특징>
구분 그리이스 윤활 오일 윤활
윤활성 양호 매우양호
냉각효과 없음 순환 급유식인 경우 냉각효과 있음
허용 하중 보통하중 고하중
속도 허용 속도는 오일 윤활의 65%~80% 높은 허용속도
밀봉장치 간단 복잡
하우징 구조 방진성 용이 곤란
윤활제 누설 적다 많다
보수성 용이 곤란
윤활제 교환 곤란 용이
토오크 약간 크다 작다
이물질 제거 불가능 용이
점검주기 길다 짧다
A. 그리이스 윤활
그리이스란 ` 액체 상태의 윤활제 중에 증주제가 분산된 고체 또는 반고체 상태의 윤활제'로 정의할 수 있으며 특수한 다른 성분이 첨가된 경우도 있다. 그리이스는 종류별로 특성이 다르며, 같은 종류의 그리이스도 제조회사에 따라 성능이 차이가 크므로 선정시 주의를 요한다.
(a) 기유
기유는 그리이스에서 실제로 윤활을 하는 주체로서 그리이스 전체 조성중 80∼90%를 차지하고 있으므로 용도에 따른 기유의 종류나 점도의 선정은 매우 중요하다.
기유에는 광유계와 합성유계가 있으며, 우선 광유계로서는 용도에 따라 저점도의 것으로부터 고점도의 것에 이르기까지 널리 사용된다. 일반적으로 고하중, 저속, 고온 윤활 개소에는 고점도의 기유가 사용되며, 경하중, 고속, 저온 윤활 개소에는 저점도의 기유가 사용된다.
합성유는 초저온, 초고온 또는 광법위한 온도 조건 그리고 빠른 속도와 정밀성이 요구되는 부위에 사용되며 가격이 매우 비싸다. 합성유계에는 주로 에스테르계, 폴리알파올레핀계, 실리콘계 오일이 사용되며, 특수용도로 불소계 오일의 사용이 증가되고 있다.
(b) 증주제
증주제는 그리이스의 특성을 결정짓는 중요한 요소이며, 그리이스의 주도는 곧 증주제의 양에 따라 달라진다.
증주제는 금속 비누기, 무기계 비비누기, 그리고 유기계 비비누기로 나누어지나 주로 사용되는 그리이스의 대부분은 금속 비누기 그리이스이며, 비비누기 그리이스는 고온 등의 특별한 목적으로 사용된다.
일반적으로 적점이 높은 그리이스는 사용 가능 온도가 높고, 그리이스의 내수성은 증주제의 내수성에 의해 결정된다. 또한 물이 닿는 곳이나 습도가 높은 장소에서는 Na 비누 그리이스 또는 NA비누기를 포함하는 그리이스는 유화 변질되므로 사용할 수 없다.
(c) 첨가제
그리이스의 성능을 더욱 높이고 사용자의 요구 성능을 충족시키기 위하여 각종 성능 향상 첨가제를 사용하고 있다. 이 첨가제는 그리이스의 물리적 성능 및 화학적인 성능을 향상시켜 주며 윤활되는 금속 재질에 대한 마모, 부식 및 녹 발생 등의 손상을 최소화시켜준다.
첨가제에는 산화 방지제, 마모 방지제, 극압 첨가제, 녹·부식 방지제 등이 있으며 사용 부위에 따라 적절한 첨가제가 포함된 그리이스를 사용하여야 한다.
(d) 주도
주도는 그리이스의 무르고 단단한 정도로, 규정 무게의 원추가 그리이스에 침투하는 깊이(1/10mm)를 표시하며 수치가 클수록 연하다.
B. 오일 윤활
윤활유는 광유계 윤활유와 합성유계 윤활유로 크게 나누어진다.
윤활유의 선정에 있어 점도는 윤활 성능을 결정하는 중요한 특성중 하나이다. 운전 온도에서 점도가 너무 낮으면 유막 형성이 불충분하여 마모 및 타붙음이 일어나기 쉬우며, 반면 너무 높으면 점성 저항이 커져 온도 상승과 마찰에 의한 동력 손실이 커지게 된다. 일반적으로 고속 저하중이면 점도가 낮은 윤활유를 사용하고, 저속 고하중일 때는 점도가 높은 윤활유를 선정한다.
윤활유의 선정은 ISO에서 규정한 점도 등급을 기준으로 하고 점도 지수를 참고하면 편리하다.
점도 지수에 따라 다르지만, 일반적으로 윤활유의 온도가 10℃증가할 때마다 점도는 반감된다. 아래는 베어링의 사용 조건에 따른 윤활유의 선정 예를 나타내었다.
<윤활유의 선정 예> --- 윤활법은 유욕법 또는 순환 급유법일 경우
운전 온도℃ 회전 속도 윤활유의 ISO 점도 등급
경하중 또는 보통하중 고하중 또는 충격하중
-30...0 허용 속도까지 15, 22, 32 46
0...50 허용 속도의 1/2이하 32, 46, 68 68, 100
허용 속도까지 15, 22, 32 32, 46
허용 속도 이상 10, 15, 22 -
50...80 허용 속도의 1/2이하 100, 150, 200 220, 320
허용 속도까지 46, 68, 100 100, 150
허용 속도 이상 32, 46, 68 -
80...100 허용 속도의 1/2이하 320, 460 460, 680
허용 속도까지 150, 220 220, 320
허용 속도 이상 68 -
(a) 유욕법
가장 일반적인 윤활 방식이며 저속, 중속 회전에 많이 사용된다.
유면은 원칙상 가장 낮은 위치의 전동체 중심에 위치하도록 하며, 유면의 위치는 오일 게이지를 사용하여 쉽게 확인할 수 있도록 하는 것이 좋다.
(b) 적하 급유법
비교적 고속 회전의 소형 베어링 등에 많이 사용되며, 기름통에 저장되어 있는 오일을 일정량으로 떨어지게 유량 조절을 하여 윤활하는 방식이다.
(c) 비산 급유법
기어나 회전 링을 이용하여 윤활하고자 하는 베어링에 오일을 비산시켜 윤활하는 방법이다. 자동차 변속기나 기어 장치 등에 널리 쓰인다.
(d) 순환 급유법
고속 회전이어서 부분을 냉각할 필요가 있는 경우 또는 베어링 주위가 고온인 경우에 많이 적용한다. 급유 파이프로 급유되고 배출 파이프로 배출되어 냉각된 후 펌프에 의해 다시 급유된다.
베어링 안의 오일에 배압이 걸이지 않도록 배출 파이프의 직경은 급유 파이프보다 큰 것을 사용한다.
(e) 제트 급유법
제트 급유는 고속 회전(n·dm값이 100만 이상)의 경우에 많이 적용하며, 1개 또는 수개의 노즐로부터 일정 압력으로 윤활유를 분사시켜 베어링 내부를 관통시킨다.
일반적인 제트 윤활은 베어링 내륜과 부근의 공기가 베어링과 같이 회전하여 공기벽을 만들기 때문에 노즐로부터의 윤활유 분출 속도는 내륜 외경면 원주 속도의 20%이상이 되어야 한다.
동일한 유량에 대해서 노즐의 수가 많은 것이 냉각도 균일하고, 냉각효과도 크다.
(f) 분무 급유법
분무 급유는 공기에 윤활유를 안개상으로 만들어 베어링에 불어넣는 방법으로 그 장점은 다음과 같다.
- 윤활유는 소량이기 때문에 교반 저항이 작아 고속 회전에 적합하다.
- 베어링에서 누출되는 유량이 적기 때문에 설비와 제품의 오염이 적다.
- 항상 새로운 윤활유를 공급할 수 있어 베어링의 수명을 길게 할 수 있다.
따라서 공작기계의 고속 스핀들, 고속 회전 펌프, 혹은 압연기 롤 넥크용 베어링 등의 윤활에 많이 사용되고 있다.
(g) 오일 에어 윤활
오일 에어 윤활은 최소한의 필요로 하는 윤활유를 베어링마다 최적의 간격으로 정확하게 계량, 송출하여 끝부분까지 연속적으로 압송한다.
베어링에 대하여 항상 새로운 윤활유를 정확하고 연속적으로 보내므로 윤활유의 상태가 변하지 않고, 압축 공기의 냉각 효과도 더욱 좋아져 베어링의 온도 상승을 낮게 억제할 수 있다. 또 오일은 베어링에 대하여 매우 소량의 액체 상태로 공급되므로 주위를 오염시키지 않는다.
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