■ 기어용 윤활유
기어는 장치된 형태에 따라 기어박스에 기어가 들어 있는 밀폐형과 그렇지 않은 개방형으로 분류된다.
■ 밀폐형
- 유속급유
- 강제순환식
■ 개방형
- 손급유
- 브러시, 유포 등
가. 밀폐형 스퍼, 베벨기어
일반적으로 산화안정성이 높은 순광유, 터빈의 고속강제순환 개방식에서는 터빈유, 중하중 충격부하를 받은 경우에는 내하중성 및 마모방지성을 갖춘 부활성 극압기어유를 사용한다.
나. 하이포이드기어
상대 기어간의 미끄럼이 크고 중하중을 받아 스커핑의 우려가 있으므로 활성극압기어유를 사용한다.
다. 윔기어
윔과 윔휠사이의 미끄럼속도가 크고 운전속도가 높아지는 경향이 있으므로 산화안전성이 큰 윤활유를 필요로 하고 중하중일 경우에는 혼성유(Compounded oil)를 사용한다.
라. 개방기어
오일의 부착성과 내수성이 우수한 윤활제를 선택하여야 한다. 이렇듯이 기어유는 운전조건의 특성에 따라 적절한 점도의 선택은 물론 고도의 산화안정성, 양호한 내수성, 유막강도, 방청, 극압성 등이 요구되고 기어의 형, 피이언속도, 감속비, 운전온도, 부하 등이 선택에 고려되어야 한다. 적정한 윤활유를 선정하는데 있어서는 사용되는 윤활유 성능에 관하여 충분한 지식을 가지지 않으며 안된다.
■ 공업용 기어유 (KS M 2127)
공업용 기어유는 주로 철강압연, 시멘트 제지, 고무, 플래스틱 가공 등 각종산업기계의 감속기의 윤활유로서 광범위하게 사용되고 있으며 전술한 자동차 기어유에 비해 극압성능 외에 각기 사용되는 조건에 따라서 각종 특성이 요구된다. 또 최근에는 설비의 근대화, 대형화에 따라 기어유에 대한 요구품질이 더욱더 엄격화되고 있으며 동시에 윤활관리면에서도 자원절약, 노동력절감에 따른 사용기간의 장기화, 더욱이 환경보전면에서의 무공해화 등 공업용 기어유의 요구 품질은 더욱 엄격화되고 있다.
가. 기어윤활유의 제반조건
일반적으로 기어의 윤활에 있어서는 운전속도, 하중, 급유법, 급유량 외에 기어형식, 재질, 다듬질정도, 표면처리, 조립 등의 기계적 요인 및 塵埃(진애), 분위기의 조건 등의 윤활유의 효과를 좌우한다. 따라서 윤활유 선정시는 이러한 조건을 충분히 고려할 필요가 있으며 아래 표에 기어윤활상의 제반조건과 그 대책에 대하여 나타냈다.
|
조 건 |
원 인 |
대책 |
|
운전온도 |
온도상승에 따른 점도저하 및 노화의 촉진 |
주위온도에 따라서 적정한 점도 및 유량의 조정 , 또는 온도상승의 원인조사 |
|
운전속도 |
회전속도는 피치라인속도를 고려치 않으므로 생기며 녹아붙음, 마모 초래 |
속도에 따라서 적정한 점도를 선정 |
|
하중 |
중하중, 충격하중에 의한 기어의 녹아붙음, 마모 |
조건이 가혹한 경우는 극압 첨가제가 첨가된 기어유를 선정 |
|
급유방식 |
적정한 개소에 적정량의 윤활유가 급유되지 않으므로 발생하며 녹아붙음, 마모 |
사용조건에 대한 적절한 급유방식의 선정 |
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기계적요구 |
치면접촉의 불균일에 의한 녹아붙음, 이상마모 |
운전초기의 하중을 적게 걸고 길들이기 운전을 충분히 할것 |
|
분위기 |
먼지, 마모분, 수분 등 이물질 혼입에 의한 윤활불량, 녹아붙음 |
윤활관리의 철저 |
나. 공업용 기어유의 요구품질과 규격
1) 요구품질과 첨가제
기어유를 선정하는데는 상술한 제반조건을 충분히 고려해야 하며 이 외에도 예를 들면 철강압연설비의 피이언 스탠드, 감속기, 스크루다운의 구동윔기어, 롤로테이블, 구동베벨기어 등은 고하중, 충격하중을 받고 있으며 또한 급유계내에 냉각수, 스케일, 기타잡물이 혼입되는 경우가 많으므로 이러한 조건하에서 장기간 트러블 없이 정상운전을 하기 위해서는 작정점도 및 극압성능 이외에 열•산화안정성, 항유화성, 수분리성, 방청성, 내부식성, 소포성 등을 종합한 성능이 요구된다.
특히 수분리성에 대해서는 장기간 사용하였을 경우 물과의 접촉에 의해 성분이 변화한다던지 추출되어서는 안되며 또한 극압성과 내수성과는 상호간 상반되는 점이 많으므로 공업용 기어유의 배합에 있어서는 첨가제 간의 밸런스를 취하기 위하여 많은 경험과 세심한 주의가 필요하다.
또 이와같은 요구를 만족시키기 위해 공업용 기어유의 첨가제로서는 나프텐 산연과 황산합물을 조합한 연계기어유가 사용되며 극압성은 물론 적응성, 내부식성에서 우수한 효과를 가져왔으나 압연설비의 대형화, 근대화에 따라 요구성능이 더욱 가혹화되어 연계로서 열•산화안정성, 수분리성, 극압성 등을 만족키 어렵고 또한 최근 환경보전면에서 중금속연의 문제점 등을 고려하여, 황 , 인 계 즉 비연계의 개발이 촉진되어 왔다. 그러나 비연계도 연계의 특징인 기어에 대한 적응성, 내부식성 등을 완전히 커버하지 못하는 점이 있으므로 더욱 개량, 개발의 여지가 필요하다. 또 윔기어 등 미끄럼이 큰 기어(특히 동합금-강의 조합)에 대한 전용유로서 유성제를 첨가한 윔기어유도 조건의 가혹화에 따라 특히 열•산화안정성을 주체로 개량이 진정되고 있으며 미국 기어 제조업협회(AGMA)의 공업용 기어유 품질분류는 아래 표와 같다.
|
구분 |
밀폐기어용 |
반밀폐 및 개발기어용 |
|
R&O |
광유에 부식방지제, 산화방지제를 첨가한 것 |
광유에 부식방지제, 산화방지제를 첨가한 것 |
|
EP |
광유에 극압제를 첨가한 것 밀폐기어용은 나프텐산 연계 또는 유황-인계 |
광유에 나프텐산엽게 또는 유황-인계의 극압제를 첨가한 것 |
|
Compound |
광유에 3~10%의 지방유 또는 합성지방유를 첨가한 것 일반 윔기어용 |
점도가 높은 광유 또는 EP유에 휘발성의 불연성용제에 희석한 것 |
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합성유 |
Diester, Poly Glycol 및 합성탄화수소계, 특수운전조건의 밀폐기어,윔기어용 |
2) 공업용 기어유의 규격
공업용 기어유는 자동차 기어유와 달리 사용범위가 다양하므로 실기에 의한 평가를 규격화하는데 곤란하여 공업용 기어유의 규격은 거의가 극압성, 산화안정성, 항유화성 등 실험실적 방법으로서 평가하고 있다.
한국공업 규격의 경유(KS M 2127) 외에 대표적인 공업용 기어유의 규격을 표3-5에 표시한다. U.S.Steel의 규격은 철강압연기에 사용되는 기어유를 대상으로 하고 있으며 하중하용으로서 연계 No.222, 비연계에서는 No.224규격이 있고 그밖에 Cincinnati Milacron P-59, P-63, Wheeling Steel MC-43, Bethlechem Steel의 규격이 대표적이다.
이들 규격은 모두 극압성을 팀켄시험이나 쉘식 서구시험 및 FZG 소형기어시험으로 평가하고, 산화안정성에 대해서는 물, 촉매를 사용하지 않는 ASTM D 2893방법, 항유화성에 대해서는 실용조건에 가까운 시험법으로 ASTM D 2711방법이 채용되고 있다.
극압성은 팀켄시험, IAE기어시험, 산화안정성은 KS M 2008 터빈유시험 또 터빈유 항유화시험이 널리 사용되고 있다.
다. 공업용기어유의 적용과 관리
1) 공업용 기어유의 선정기준
기어의 각 사용조건에 적절한 윤활유를 선정하는데 기초가 되는 것은 점도의 선정과 내하중성이다. 일반적으로 윤활유의 점도가 높으면 유막의 두께가 두꺼우며 기어간의 녹아붙음, 마모는 그다지 발생하지 않지만 반대로 점도가 너무 높으면 급유곤란, 유온상승, 동력손실의 증대를 초래한다.
기어의 점도선정에 있어서는 AGMA 선정기준이 널리 이용되고 있으며 또 적절한 점도의 선정과 더불어 윤활조건에 맞는 극압성능을 가진 기어유를 택하여야 한다.
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구분 |
항 목 |
시험법 |
AGMA |
U.S Steel |
U.S Steel |
Cinc. P-59&63 |
Wheeling Steel |
|
극압 |
m 팀켄, OK하중(Lb,최대) |
D 2782 |
45 |
60 |
60 |
45 |
60 |
| m 쉘사구EP |
D 2784 |
- |
|
|
|
| |
| World Load(kg,최소) |
|
- |
250 |
250 |
- |
- | |
| load Wear Index(최소) |
|
- |
40 |
40 |
- |
- | |
| m FZG, 스테이지(최소) |
- |
9 |
9 |
11 |
- |
- | |
| m 쉘사구, 마모흔(㎜최대) |
D 2266 |
|
|
|
|
| |
| 1800rpm×130℉×1hr |
|
- |
- |
0.35 |
- |
- | |
|
산화 |
m 산화시험95℃×312hr |
D 2893 |
|
|
|
|
|
| 점도증가(%,최대) |
|
10 |
- |
- |
10 |
- | |
| 침전가 최대 |
|
|
|
|
0.1 |
| |
| m 산화시험(121℃×312hr) |
- |
|
|
|
|
| |
| 점도증가(%,최대) |
|
- |
- |
6 |
- |
- | |
| m 산화시험,95℃×312hr (Cu-Fe촉매) |
- |
|
|
|
|
| |
| 점도증가(%,최대) |
|
- |
7 |
- |
- |
- | |
|
녹 |
m 녹(증류수, 24hr) |
D 665A |
D 665B |
- |
- |
Pass |
PasS |
| m 동판부식 |
D 130 |
|
|
|
|
| |
| 212℉×3hr, 최대 |
|
- |
1 |
1 |
2 |
1 | |
| 250℉×3hr, 최대 |
|
1 |
- |
- |
- |
- | |
|
항 |
m 遊離수(전체㎖,최소) |
D 2711 |
60 |
- |
80 |
- |
60 |
| 에멀션㎖,최대 |
|
2 |
- |
1 |
- |
2 | |
| m Dynamic Demulsibility, 180℉ |
- |
|
|
|
|
| |
| 상부수(%,최대) |
|
|
7.5 |
|
|
- | |
| 하부수(%,최대) |
|
- |
7.5 |
- |
- |
- |
일반적으로 스퍼•헬리컬, 베벨기어 등 비교적 저하중에서는 순광유 또는 순광유에 방청제 및 산화방지제를 첨가한 R&D타입으로 충분하여 중•고하중의 경우는 마일드 EP 또는 EP타입이 요구된다.
|
기어의 종류 |
사 용 조 건 |
해 당 유 종 |
|
스퍼기어 |
경하중 |
R&O형 기어유 |
|
헬리컬기어 |
중하중 |
EP형 기어유 |
|
베벨기어 |
사용조건에 관계없음 |
Compound형 기어유 또는 EP형 기어유 |
|
하이포이드기어 |
〃 |
Hypoid Gear용 기어유 |
|
개방식기어 |
〃 |
개방기어용 기어유 |
또 윔기어등 조건이 가혹한 경우는 연합금에 대한 흡착성이 양호한 것으로서 유지계첨가제를 함유한 컴파운드 타입이 널리 사용된다. 이상과 같이 기어유의 선정에 있어서는 각종선정기준을 참고하여 운전조건 등을 충분히 검토하고 적합한 것을 선택하여야 한다.
2) 기어유의 관리기준
선정된 우수한 오일이라도 사용하는 기계 및 윤활유의 보수와 관리가 충분히 이루어지지 않으면 그 기능을 완전히 발휘지 못할 뿐더러 불의의 사고나 수명의 단축, 생산성의 저하에 의해 막대한 손해를 초래하게 된다.
기어유 열화 및 교환시기의 판정은 보수관리상 극히 중요한 것이나 열화는 사용조건이나 분위기 및 기계적 요인등에 의해 크게 좌우되므로 그 상태나 진행도 각기 틀려서 일률적으로 파악하기 어렵다. 그러므로 정기적으로 사용유를 채취 분석하는 것이 기어유로 기인되는 트러블을 미연에 방지하고 사용한계를 판정하는데 효과적이다. 일반적인 교환기준을 보면 점도변화 20%, 전산가 0.5등으로 되어 있다.
|
성 상 |
교 환 한 도 |
적 요 |
| 점도변화(신유에 대해) | 205이내 | 산화노화의 진행 |
| 40℃, cSt | 10~15%가 바람직하다. | 이종유의 혼입 |
| 수 분 (vol.%) | 0.2이하 | 냉각계통 등에서의 혼입 |
| 불용분 (wt.%) | 1.0이하 | 산화물, 카본, 첨가제, 마모분, |
| N-Pentane | 먼지 등 | |
| Benzene | 0.5이하 | 첨가제, 카본, 마모분, 먼지 등 |
| 전산가 (mgKOH/g) | 신유시보다 0.5상승 | 산화노화 |
또 오일자체의 열화와 더불어 물, 스케일 그리스 등의 혼입에 의한 오염이나 항유화성의 악화로 사용할 수 없게 되는 경우도 많으므로 이 점에 대해서도 충분한 관리가 필요하다.
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