구름 베어링에 사용되는 구리스의 특성은 첫째로 증주제의 종류와 함량에 따라 좌우되고, 둘째로 사용된 기유와 첨가제에
따라 좌우되며, 구리스의 사용성능은 어떻게 그 구리스가 만들어 졌는가에 따라 크게 달라진다.
구름 베어링을 윤활하는데 있어서 가장 중요한 고려사항은 베어링의 회전속도, 베어링에 가해지는 하중, 사용온도와 베어링
이 사용되는 운전환경이다.
(1) 속도 (Speed)
구리스 증주제의 종류는 베어링의 회전속도에 그다지 제한받지는 않으며, 기유의 점도와 구리스의 주도는 속도에 많은 영향을 받는다. 이 때에는 일반적인 윤활유의 윤활과 마찬가지로 속도가 빠를수록 기유의 점도는 낮아야 한다. 만약 베어링의 회전 속도가 빠른데 기유의 점도가 높은 구리스를 사용한다면 베어링 안에서 과도한 열을 발생시키 게 되며, 발생된 열은 신속히 제거되지 않으므로 구리스의 수명을 단축시키게 된다. 비교적 저속으로 운전되는 베어링 을 윤활하는데 사용되는 구리스는 볼이나 로울러 사이의 틈새로 충분히 공급될 수 있을 정도로 묽어야 한다. 반면에 과도한 마찰을 일으키지 않을 정도로 묽어서는 안되며, 전동체의 운동을 방해해서도 안된다. 이러한 경우 통상적 으로 NLGI 2호의 구리스가 가장 많이 사용되며, 집중급지식 급유장치로 구리스가 공급되는 경우 NLGI 0호 또는 1호가 사용된다. 고속으로 운전되는 베어링에 있어서는 NLGI 3호 정도의 단단한 구리스가 사용된다. 이때 구리스는 전동체가 베어링 안에 채워진 구리스를 가르고 지나갈 정도로 단단하지 말아야 하며, 너무 단단하면 효과적인 윤활막을 형성할 정 도의 충분한 양의 윤활유가 구리스 섬유구조 바깥으로 나오지 못하게 된다. |
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(2) 베어링의 크기 (Bearing Size) 베어링 메이커에서는 베어링의 크기와 속도를 고려하여 베어링의 안정적인 윤활에 대한 가이드라인을 알려주고 있다. 우선 베어링의 크기와 베어링의 회전속도를 고려하여 베어링에 사용될 구리스의 주도를 구할 수 있는데 이를 베어링의 속도요인 (Bearing speed factor)이라고 하고, ndm 값 (ndm Value)이라고 한다. ndm 값은 베어링의 분당회전속도(rpm)과 베어링의 중심선 의 직경(mm)을 곱하여 얻을 수 있으며, 다음과 같은 식으로 ndm 값을 구할 수 있다. 최대 베어링 속도 요인은 구리스 윤활이나 오일 윤활 모두 다 베어링의 종류에 따라 결정된다. |
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(3) 하중(Load)과 기계적 안정성 (Mechanical stability) |
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지속적인 하중이 주어지는 베어링에 있어서 구리스의 선정 은 일반적으로 하중의 크기를 그다지 고려하지 않지만 그래도 비교적 기유의 점도가 높은 구리스를 사용하여 하중 에 견딜 수 있을 정도의 두툼한 유막을 갖도록 해야한다. 하지만 진동이나 충격 하중이 가해지는 베어링에 있어서는 보다 주도가 높은 구리스를 사용하게 된다. 만약 구리스가 너무 묽으면, 진동이나 충격에 의해 베어링 내에서 구리스 가 아래쪽으로 흘러내리게 되고, 이렇게 흘러내린 구리스는 전동체에 의해 교반되어 내부마찰을 증가시키고, 열을 발생 시키게 된다. 구리스의 진동이나 충격에 대한 안정성은 비단 구리스의 주도에만 의해 좌우되는 것이 아니며, 구리스에 사용된 증주제의 종류에 따라서도 많이 달라질 수 있다. 예를 들면 통상적으로 기계적 안정성이 우수한 리튬 (Li)비누기 구리스에 비하여 리튬-칼슘 혼합(Li-Ca mixed) 비누기 구리스는 진동이나 충격하중에 대하여 동일한 주도 를 갖는 경우 훨씬 더 안정하여, 물러지려는 경향이 적다. 만약 충격하중이 매우 극심하게 주어진다면, 극압(EP) 첨가제가 함유되어 있는 구리스를 사용하여야 한다. 또한 EP첨가제가 함유된 구리스는 로울러의 끝단과 궤도륜의 끝단에서 매우 높은 수준의 마찰이 발생되는 테이퍼 로울러 베어링의 윤활에 적합하다. | |
(4) 온도 (Temperature)
베어링의 운전온도는 구리스의 주도와 증주제 그리고 구리스에 사용된 기유의 점도에 영향을 미친다.
구리스가 사용되는 온도는 -75℃에서 부터 600℃에 이르기까지 매우 광범위하다. 일반적으로 구리스는 비교적 좁은 온도
범위내에서 사용되는 것이 바람직하지만, 항공/우주 분야의 경우에 있어서는 엔진 부근의 극히 높은 온도에서 부터 우주공간
과 같이 극히 낮은 온도에 이르는 매우 광범위한 온도범위에서 사용될 수 있는 구리스를 필요로 한다.
-고온
고온에서 운전되는 베어링에 있어서 사용되는 구리스가 온도에 의해 물러져 베어링의 회전운동에 의해 과도하게 교반되지
않아야 한다. 일반적으로 리튬 비누기 구리스가 칼슘이나 나트륨 비누기 구리스에 비하여 고온에서 안정하며, NLGI 3호의
리튬 구리스는 약 130℃까지 사용이 가능하고, 리튬 콤플렉스 구리스는 150℃까지 그리고 폴리 우레아 구리스는 약 180℃
까지의 높은 온도에서 사용이 가능하다. 구리스 제조에 사용된 기유의 점도 역시 베어링의 운전온도에서 적정한 유막을
형성할 수 있을 정도의 점도를 가지고 있어야 한다. 하지만 기유가 보통의 외기온도에서 너무 점도가 높아져서는 안되며,
기유의 점도가 너무 높으면 추운 계절에 베어링의 시동에 문제를 발생시키게 된다. 일반적인 베어링 윤활에 사용되는 구리스
의 기유는 고품질의 광유이며, 40℃에서 약 100 cSt 정도의 점도를 갖는다. 마지막으로 높은 온도는 기유의 산화를 촉진
시키게 된다. 오일의 산화는 오일의 점도를 상승시키고, 퇴적물의 발생을 초래하여 베어링의 원활한 운전을 방해하게 된다.
따라서 높은 온도에서 사용되는 베어링용 구리스는 산화방지제를 필히 포함하고 있어야 하며, 가능하면 산화안정성이
우수한 구리스를 사용해야 한다. 또한 고온에서는 구리스에 사용된 기유가 증발하게 되는 경향이 있으며, 따라서 구리스가
점점 더 굳어지게 되고 결국 베어링에 많은 부하가 걸리게 되거나 고착될 수도 있다. 구리스의 사용온도가 150~200℃ 정도
가 된다면 클레이(Clay)와 실리콘 오일로 된 구리스를 사용하는 것이 좋으나 만약 하중이 높고 비교적 저속으로 운전되는 곳
이면 점도가 높은 광유로 제조된 것을 사용할 수도 있지만 급유주기를 비교적 짧게 해 주어야 한다. 높은 온도에서 재 급유를
자주 하지 않은 채 클레이로 제조된 구리스를 사용하면 기유는 모두 증발해 버리고 증주제로 사용된 클레이만이 잔사(殘砂)로
남아 베어링이 고착될 수도 있다. 또한 이유황몰리브덴(MoS2)은 고체 윤활제로서 많이 사용되지만 이것이 함유되어 있는
구리스를 고온에서 장기간 사용하게 되면 산화되어 연마성 잔사로 남게 된다.
-저온
저온에서 운전되는 베어링에 사용되는 구리스는 낮은 온도에서도 베어링의 기동을 원할하고 손쉽게 하기 위한 조성을 갖추고
있어야 한다. 이러한 경우 주로 NLGI 0호, 1호 및 2호의 구리스가 주로 사용되며, 기유의 유동점이 낮고, 기유의 점도는 통상
적으로 40℃에서 100 cSt 이하의 것을 사용하게 된다. 광유로 제조된 구리스는 통상 -20~30℃ 까지가 저온으로서의 사용한계
이고, 이 이하의 온도로 내려가게 되면 디에스테르(Diester)계나 폴리알파올레핀(PAO:Poly-α-Oleffine)계 등의 합성유로 제조
된 구리스를 사용하여야 하지만 광유계 구리스 제품에 비해 가격이 무척 높아지게 된다.
(5) 운전환경
탄광이나 시멘트 공장과 같이 매우 분진이 많이 발생되는 환경하에서는 구리스가 먼지를 막아낼 수 있는 밀봉 역활을 할 수
있으므로 윤활제로서 많이 사용된다. 또한 NLGI 2호의 그리스 보다도 더욱 단단하여 보다 효과적인 밀봉역활을 할 수 있는
NLGI 3호의 구리스가 많이 사용된다. 습기가 많은 환경하에서 사용되는 구리스는 부식으로부터 베어링을 보호할 수 있는
성능을 갖추고 있어야 한다. 소량의 수분은 비누기의 구조에 큰 영향이 없는 범위내에서는 구리스에 스며들게 된다. 하지만
다량의 물이 접촉하게 되는 경우 수세내수성이 우수하여 베어링으로부터 구리스가 씻겨 나가지 않아야 한다. 일반적으로
사용온도가 낮은 경우 칼슘 비누기 구리스의 내수성은 매우 우수하며, 사용온도가 60℃ 이상이 된다면 리튬 비누기 구리스나
폴리우레아계 구리스를 사용하는 것이 좋다. 나트륨 비누기 구리스는 물과 접촉하는 경우 유화(乳化)되는 경향이 있으므로
물접촉이 예상되는 개소에는 사용을 피해야 한다.
(6) 소음
아무리 정밀하게 제작된 구름베어링이라도 어느 정도의 소음이 발생하게 되며, 특히 정밀 기기 및 가전제품 사무용 기기 등
에 사용되는 소형 베어링에서의 소음 발생은 심각한 품질상의 문제가 된다. 더군다나 이런 정밀 소형 기기에 사용되는 베어링
은 거의 모두 구리스로 윤활되는 밀봉형 베어링이므로 이러한 베어링에 사용되는 구리스는 긴 수명, 저 토르크와 함께 저소음
의 것을 사용하여야 한다. 만약 가정이나 사무실에서 사용하고 있는 선풍기나 에어콘 등에서 계속 소음이 발생된다면 매우
괴로울 것이며, 따라서 쾌적한 주거환경이나 사무환경을 위해서는 저소음 구리스를 사용하여야 한다. 이러한 소음은 초기에
구리스의 제조공정과 베어링의 제조공정에 의해 발생되며, 이 이후에 발생되는 소음은 사용 중 발생되는 마모입자나 외부
혼입물에 의해 발생된다.
① 구리스에 의한 소음
구리스에 의한 소음은 구리스에 포함된 입자성의 물질이 전동체와 궤도 사이를 통과할 때 발생되는 이상음으로서
이는 주로 증주제의 응결, 증주제의 미 반응물질, 고형 첨가제, 생산 및 충진과정에서 혼입되는 외부 혼입물 등에
의해 발생된다. 이러한 점들은 구리스의 제조공정에서 첨가제 등을 투입할 때 충분히 여과를 하고, 청정실 (Clean
room)등에서 포장하는 등의 주의를 기울이면 최소화 할 수 있다.
② 베어링에 의한 소음
베어링에 의한 소음은 베어링 제조 후 방청유 또는 세척유에 혼입된 고형 이물질에 의해 발생되는 수도 있고,
베어링 자체의 표면처리 정도에 따라 달라질 수도 있으며, 연마석의 입자 등이 제대로 세척이 되지 않아 발생되는 수도 있다.
또한 베어링의 보관 과정에서 베어링이 개봉된 상태로 외부로 노출되어 있다면 대기 중의 이물질이 침입되어 소음을 발생
시키는 경우도 있다. 이 경우 역시 세척유의 여과와 공정상 주의를 기울이면 최소화할 수 있다. 구리스 또는 베어링에 혼입된
이러한 이물질은 소음을 발생시키는 것 뿐만 아니라 베어링의 이상마모를 일으킴으로서 조기 파손의 원인이 되기도 한다.
출처 - 경남윤활유 (http://www.kngoodoil.co.kr)