모션 시스템의 이상 없는 동작과 설계된 성능을 보장하기 위해서는 적절한 베어링 윤활이 필요하다. 제대로 이뤄진 윤활은 베어링 수명을 높이는 데에도 기여한다. 베어링 윤활에 대한 올바른 절차는 윤활유가 가장 효율적인 상태에서 작동하는 시스템을 만들 수 있게 한다. 즉 적절한 양의 제품을 사용하여 윤활유가 베어링에 바르게 설정되고, 베어링이 가능한 안정 작동 온도에서 이상없이 작동함으로써 오랜 수명과 고속 주행에 필요한 성능을 얻을 수 있다. 윤활제의 적용에서 특히 중요한 세 가지 영역은 ▲베어링 클리닝 ▲윤활유 충진 ▲베어링 런인 등이다. Kluber Lubrication이 베어링 윤활을 위한 일반적인 지침을 아홉 가지 주제로 정리했다.
연/재/목/차
1부 ①세척 ②윤활제 보충 ③베어링 여유 공간 결정
2부 ④실행 절차 ⑤그리스 충진 ⑥그리스건 사용 방법 (☞ 보러가기)
3부 ⑦그리스 샘플링 ⑧그리스 교체 ⑨윤활유의 보관 (☞ 보러가기)
세척은 베어링의 작동 수명과 애플리케이션의 신뢰성을 유지하기 위해 중요한 작업이다. 윤활막에 의한 접촉표면의 습윤은 표면 상태가 청결할 때 더 향상된다. 따라서 윤활 전 오일과 그리스, 코팅제를 깨끗하게 닦아내 기존 제품과 새로운 윤활제 사이에 발생할 수 있는 잠재적인 부조화를 제거해야 한다. 특히 실리콘이나 불소계 제품을 도포하기 이전에는 클리닝 작업이 반드시 수행되어야 한다.
기존의 표면 코팅은 분리제로 작용할 수 있기 때문에 적용된 그리스가 베어링 볼과 레이스를 적절히 도포되는 것을 방해할 수 있다. 고속 범위(nDm>800,000 또는 n/ng>0.8)에서 작동하는 애플리케이션, 혹은 특수 윤활제가 사용되는 경우에도 그리스 증주제 매트릭스와 베어링의 표면 사이에는 깨끗하고 건조한 접촉면을 제공하는 것이 필수적이다. (n = 베어링 rpm, ng = 그리스를 사용한 베어링 rpm)
현재 많은 베어링 회사가 오일 필름, 혹은 사전 방청 코팅된 제품을 제공하고 있다. 만약 이 코팅이 마이크로 두께를 가지며 선택한 윤활제와 호환되는 경우에는 사전 클리닝 작업이 필요하지 않을 수 있다. 따라서 이 상황을 베어링, 윤활유 공급 업체와 논의하는 것이 좋다.
예를 들어 가장 효율적인 비 잔류 용매는 CFC-113(Freon TF)과 메틸 클로로포름(1,1,1 Trichloroethane)이다. 하지만 많은 지역에서 오존 붕괴 화학 물질에 대한 제한으로 이러한 용매 유형의 사용은 금지되고 있다. 그렇다면 허용 가능한 다른 비 잔류 용매를 사용해야 한다.
세척 범위와 다중 세정 또는 초음파 세척의 여부는 오염 정도와 적용되는 애플리케이션의 기준에 의해 결정해야 한다. 세척된 부품이 건조되면서 대기 부식이 발생하기 쉽기 때문이다. 따라서 세척 후 즉각적인 윤활이 불가능한 경우에는 보관 전 윤활유를 분산시켜 코팅해야 한다.
베어링이 즉시 윤활 처리되더라도 ‘윤활되지 않는’ 베어링의 표면은 여전히 부식되기 쉽다. 이에 윤활 후에도 베어링의 표면에 부식 방지 코팅을 적용하는 것이 좋다.
②윤활제 보충Ensuring Proper Fill Quantity
적절한 양의 윤활제 충진은 설계 수명 동안 모든 접촉면에 적절한 윤활이 제공되도록 하는 데 중요한 요소다. 유의할 점은 과윤활 역시 윤활 부족과 마찬가지로 유해하다는 점이다. 윤활유가 과도하게 사용되면 여분의 윤활유가 여유 공간을 통해 이동하게 되어 부품의 내부 마찰이 증가하게 된다. 이는 결과적으로 발열을 증가시키고, 작동 수명을 단축시킨다. 반대로 윤활유가 부족할 경우에는 모든 접촉면에 적절한 양의 윤활유가 공급되지 않게 되어 경계 윤활 상태가 발생한다. 이는 마모를 초래하여 작동 수명을 단축시킨다.
올바른 윤활유의 양은 설계, 동작 속도, 저장조 용량, 애플리케이션의 실링과 차폐 수준에 의해 결정된다. 윤활유 충진의 목적은 접촉면에서의 금속과 금속의 접촉을 방지하고, 완전한 유막 윤활을 지원할 수 있을 만큼의 두껍고 일관된 윤활막을 만드는 데 있다. 주입량은 애플리케이션이 그리스 윤활 베어링의 사용을 요구할 때 각별한 주의를 갖고 살펴야 할 부분이다. 베어링의 보정 속도 계수(ka.nDm)는 적절한 그리스 양을 결정하는 데 중요한 참고 자료가 된다.
간단한 해결방안은 베어링의 정적 여유 공간보다 높은 위치에 외부 공동cavity을 제공하는 것이다. 이를 통해 과도한 윤활유가 배출되도록 함으로써 과윤활을 방지할 수 있다. 또 이 공동은 윤활유의 저장소로부터 윤활 포인트에 지속적으로 윤활유를 공급하는 모세관의 역할도 한다.
이때 주의할 점은 공동의 크기이다. 초과 윤활제를 모두 수용할 수 있을 만큼 충분히 커야 하는 동시에 모세관으로 역할할 만큼 작은 크기여야 한다. 적절한 크기의 그리스 저장소를 사용할 수 있다면, 전체 윤활유의 수명을 연장하면서 외부 분진의 유입을 방지하는 씰링 처리가 가능하게 된다.
이를 참조하여 과 윤활 상태나 윤활 부족을 피할 수 있도록 재 윤활 시 충진량에 특별한 주의를 기울여야 한다. 일반적인 재 충진량은 원래의 충진량 대비 약 ⅓에서 ½이다.
③베어링 여유 공간 결정Determining Bearing Free Space
● 그리스 윤활 베어링의 적절한 충진량은 보통 베어링 여유 공간Bearing Free Space에 대한 비율로 지정된다. 따라서 베어링의 여유 공간을 정확하게 결정하는 것이 중요하다.
베어링의 여유 공간을 결정하는 데 사용할 수 있는 방법 중 일부는 다음과 같다. 여기에서는 결과의 정확성과 단순성을 기준으로 나열한다. 먼저 제시된 것이 가장 간단하고 정확한 방법이다.
#1 게재된 엔지니어링 데이터Published Engineering Data
베어링 제조업체들은 자사 카탈로그에서 베어링의 여유 공간을 이미 결정하고 있다. 각 제조업체는 베어링에 대한 설계 정보를 갖고 있으므로 베어링 제조업체의 엔지니어링 부서에 전화를 걸면 특정 베어링의 여유 공간에 대한 가장 정확한 값을 얻을 수 있다.
하지만 유감스럽게도 많은 수의 범용 베어링이 사용되는 경우, 이러한 정보는 상대적으로 중요성이 적어진다. 다른 중요 요소와 결합되어 있기 때문이다. 이 경우 제조업체에서 결정한 베어링의 여유 공간을 이용하기란 쉽지 않다.
#2 게재된 참조 차트Published Reference Charts
대부분의 주요 베어링 제조업체는 일반화된 베어링의 여유 공간 참조 차트를 개발했다. 이들 차트는 설계 구성과 내부 직경에 따라 베어링의 여유 공간을 사용자가 계산하는 데 도움을 준다. 따라서 모든 베어링 구성에 대한 참조 차트를 모으면, 효과적인 참조 도구로 사용할 수 있다.
하지만 이 차트에 표시된 여유 공간 정보는 일반화된 것임에 유의해야 한다. 쉴드 또는 씰의 추가와 같은 베어링의 수정이 실제 여유 공간에 변화를 줄 수도 있다. 또 내부 설계의 차이로 인해 한 제조업체의 차트에 있는 정보가 다른 제조업체의 제품으로 이동되지 않을 가능성도 존재한다.
#3 엄지 방정식의 법칙Rule of Thumb Equation
베어링의 충진량을 결정하는 가장 복잡한 방법이 엄지 방정식의 법칙이다. 그런데 이 눈대중은 ‘경험 법칙’에 불과하며 정확도 역시 제한적이다. 만약 사용 가능한 윤활 공동이 있거나 베어링의 여유 공간을 정확하게 측정하지 않아도 되는 저속 애플리케이션의 경우에는 다음과 같은 방정식이면 충분하다.
