커플링 윤활유의 필요성 이해

이상적인 세계에서는 여러 구성 요소를 단일 부품으로 생산하거나 완벽한 정렬로 결합 및 설치할 수 있습니다. 그러나 현실 세계에서는 별도의 구성 요소를 함께 가져와 현장에서 연결해야 합니다.

두 샤프트 길이 사이에 회전력(토크)을 전달하려면 커플링이 필요하며 가장 엄격한 시도에도 불구하고 정렬이 완벽하지 않습니다. 베어링 및 샤프트와 같은 구성 요소의 수명을 최대화하려면 가능한 모든 조정을 수행한 후에도 남아 있는 잔류 오정렬을 흡수할 수 있는 유연성이 내장되어야 합니다. 커플링의 적절한 윤활은 성능에 매우 중요합니다.

그림 1. 오정렬의 종류

오정렬
오정렬은 3개의 가능한 축 중 2개의 축에서 오프셋 또는 각도 변위로 발생할 수 있습니다(그림 1). 세로 방향의 세 번째 축은 일반적으로 측정되지 않지만 이 방향의 오류는 시스템에 과도한 추력 부하를 초래할 수 있습니다. 대형 압축기와 같은 주요 설비의 경우 와이어 정렬 방법이 사용됩니다. 광학 레이저 ​​표시기는 사용 편의성과 정확성으로 인해 인기가 높아졌지만 소규모 애플리케이션에서는 전통적으로 림-앤-페이스 다이얼 표시기 판독값을 사용하여 오정렬을 정량화하고 수정했습니다.

급변하는 유지 보수 조직에서는 작동 중 장비에서 발생하는 열 증가를 보상하기 위한 노력도 수행됩니다. 모든 재료(물 제외)는 가열하면 약간 팽창합니다. 그렇게 하는 양은 재료의 열팽창 계수와 가열되는 정도에 의해 결정됩니다. 주변 온도에서 정렬된 기계는 기계 재료가 작동 온도로 올라가거나 내려감에 따라 오정렬 위치에 들어갑니다.

정렬 검사를 수행하기 전에 장비를 정상 작동 조건으로 예열하거나 냉각시키려고 합니다. 또는 예상되는 열 성장의 계산을 사용하여 주변 온도에서 드라이브 트레인을 의도적으로 잘못 정렬하여 정렬 상태로 성장할 수 있습니다. 가능한 한 정밀하게 정렬하기 위해 어떤 예방 조치를 취하더라도 어느 정도의 잔류 오정렬은 불가피하게 남게 됩니다. 오정렬은 효과적으로 정렬되기 위해 샤프트와 같은 단단한 기계 구성요소가 편향되도록 합니다. 이러한 편향은 구성 요소에 응력을 가하고 진동을 일으키며 베어링과 같이 이러한 요소를 지지하는 구조물에 더 높고 고르지 않은 하중을 분산시킵니다. 이는 에너지 낭비를 강조하고 장비 수명과 신뢰성을 극적으로 감소시킬 수 있습니다.

적절하게 설계된 커플링은 오정렬력을 흡수하여 더 비싸고 중요하며 민감한 구성 요소를 절약할 수 있습니다. 회전하는 샤프트는 견고해 보이지만 이를 지지하는 베어링은 구동계에서 가장 민감한 정밀 부품 중 일부입니다.

그림 2. 기어 커플링

커플링의 종류
커플링 설계는 4가지 주요 범주로 나눌 수 있으며 각각은 몇 가지 특정 설계를 가지고 있습니다. 솔리드 및 마그네틱 커플링은 윤활이 필요하지 않지만 완전성을 위해 여기에 포함됩니다. 솔리드 커플링은 기본적으로 오정렬을 보상하지 않지만 토크를 전달하기 위해 두 개의 샤프트를 결합할 수 있는 견고한 구조입니다. 샤프트에 고정된 볼트 허브는 마그네틱 커플링이 있는 기계의 예입니다. 마그네틱 커플링을 사용하면 강력한 영구 자석 또는 전기 자석을 사용하여 직접 접촉하지 않는 샤프트를 함께 구동할 수 있습니다. 씰이 없는 자기 구동 펌프가 일반적인 예입니다.

다른 커플링 유형에는 플렉시블 커플링과 유체 커플링이 있습니다. 많은 가요성 커플링은 샤프트와 함께 회전하고 오정렬을 흡수하는 고정 위치의 가요성 금속, 고무 또는 플라스틱 요소(예:디스크 또는 부싱)를 사용합니다. 이 유형의 설계에는 윤활이 필요하지 않습니다. 기어드, 체인, 그리드 및 유니버설 조인트와 같은 기타 부품은 성능과 수명을 위해 윤활이 필요합니다. 유체 커플링에는 토크 컨버터와 토크 배율기가 포함됩니다. 이 커플링은 토크를 전달하기 위해 유체에 의존하는 윤활유로 채워져 있습니다.

그림 3. 체인 커플링

유연한 커플링
기어 커플링(그림 2)은 기어 톱니 사이의 간격을 통해 오정렬을 보상합니다. 두 샤프트의 샤프트 장착 외부 기어 톱니는 윤활유가 포함된 하우징의 내부 기어 톱니와 짝을 이룹니다. 다른 디자인은 하나의 샤프트에만 외부 톱니를 장착하고 다른 샤프트에 장착된 내부 톱니와 결합합니다. 가감속은 기어 이빨의 반대쪽에 걸리는 클리어런스로 인한 백래시로 인해 기어 이빨 사이에 충격을 줄 수 있습니다. 오정렬은 각 회전을 통과할 때 맞물리는 치아를 가로질러 슬라이딩 상대 운동을 초래합니다.

체인 커플링(그림 3)은 기어 커플링과 유사하게 작동합니다. 각 샤프트 끝단의 스프로킷은 롤러 체인으로 연결됩니다. 체인을 스프로킷에 결합할 때 구성요소 사이의 여유 공간과 여유 공간은 오정렬을 보상합니다. 하중은 기어드 커플링과 유사합니다.

외부 그리드 커플링(그림 4)은 오정렬로 인한 하중을 보상하기 위해 구부러지는 주름진 강철 그리드를 사용합니다. 각 샤프트의 끝에 부착된 홈이 있는 디스크는 그리드를 수용하여 그들 사이에 토크를 전달합니다. 그리드가 하중을 받을 때 변형되면서 그리드와 홈 사이에 진폭이 낮은 슬라이딩 동작이 발생하여 회전할 때마다 일부 위치에서는 넓어지고 다른 위치에서는 좁아집니다.

유니버설 조인트는 설계에 따라 최대 20~30도까지 허용 가능한 오정렬에 사용됩니다. 그들은 서스펜션 시스템과 함께 바퀴가 움직일 수 있도록 차량의 구동축에 광범위하게 사용됩니다. 유니버설 조인트는 스파이더라고 하는 4개의 스핀들 부품을 사용하여 요크 또는 너클에서 끝나는 두 개의 샤프트를 직각으로 연결합니다(그림 5). 네 개의 스파이더 저널 각각은 관절을 허용하는 너클 중 하나에 포함된 베어링 또는 부싱으로 지지됩니다.

그림 4. 그리드 커플링

유연한 커플링 윤활유
윤활유와 그리스를 모두 선택하여 플렉시블 커플링을 윤활할 수 있습니다. 커플링 설계자가 특별히 언급하지 않는 한, 대부분의 산업용 구성 요소에 대한 커플링은 그리스 윤활 처리되어 있습니다. 커플링 부품은 주로 그리스 농축기에서 흘러나와 로딩 영역으로 스며드는 유막으로 보호됩니다.

윤활유 연성 커플링은 구성요소 사이에서 발생하는 낮은 진폭의 상대 운동으로부터 보호해야 합니다. 다른 문제로는 윤활제(특히 그리스)에 대한 원심 응력이 있는데, 이는 증주제에서 오일이 조기에 분리되고, 하우징 내 오일 분포가 좋지 않으며, 하우징에서 오일 누출이 발생합니다.

모션의 낮은 진폭, 관절 속도 및 롤링 동작보다 미끄러지는 경향이 유체역학적(전체 필름) 윤활의 발달을 억제합니다. 고점도 기유로 만든 그리스, 스커프 방지(EP) 및 금속 습윤제는 플렉시블 커플링에 종종 존재하는 경계(혼합 필름) 조건을 극복하기 위해 권장됩니다. 오일 점도가 높으면 누출 속도도 느려집니다.

플렉시블 커플링의 원심력은 극도일 수 있으며 회전축에서 멀어질수록 더 커질 수 있습니다. 중간 크기의 커플링이라도 중력(Gs라고 함)보다 수천 배 더 큰 힘을 생성할 수 있습니다. 그리스 제조업체는 높은 G 힘으로 인한 오일과 증점제의 조기 분리를 방지하는 배합에 높은 우선 순위를 둡니다.

그림 5. 유니버설 조인트

유체 커플링
유체 커플링은 토크를 전달할 때 입력 샤프트에서 유체로 운동량을 전달한 다음 출력 샤프트로 전달합니다. 오정렬은 움직이는 부품 사이의 간격에 의해서만 수용됩니다. 작은 간격은 정렬 오류에 대한 많은 공간을 제공하지 않습니다. 그러나 입력축과 출력축 사이에 견고한 연결이 없기 때문에 충격하중과 높은 토크의 시동하중을 효과적으로 보상할 수 있습니다.

유체 커플링에서 입력 샤프트에 부착된 임펠러는 원심 펌프에서와 같이 회전할 때 커플링 내의 유체를 가속합니다. 그런 다음 이 유체는 출력 샤프트 러너의 베인에 부딪혀 러너가 가속됨에 따라 운동량을 전달합니다. 입력 샤프트의 속도에 도달할 때까지 가속되지만 실제로는 도달하지 않습니다. 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이의 속도 차이를 슬립이라고 합니다. 물론 출력 샤프트가 회전하려면 마찰 및 점성 항력을 극복해야 합니다. 이 조건에 필요한 최소 입력 속도를 스톨 속도라고 합니다. 증기 또는 가스터빈과 같은 큰 정적 하중을 갖는 장비는 구동축의 초기 응력을 최소화하기 위해 유체 커플링을 사용합니다.

기동토크 등 입력측의 충격하중은 발생하지 않습니다. 입력축의 속도는 절대 제한되지 않습니다. 스톨 속도가 초과되면 출력 샤프트가 가속을 시작하지만 관성 모멘트(각가속도에 대한 저항)로 인해 제한된 속도로 가속됩니다. 러너가 입력 속도로 가속되면서 미끄러짐이 생성되어 유체의 점성 열 생성을 통해 초과 에너지를 분산시킵니다. 출력 샤프트가 완전히 스톨되어야 하는 경우에도 출력 측 충격 부하가 유사하게 소산됩니다.

토크 변환기 및 승수는 입력 토크를 전송 전에 수정할 수 있도록 하는 유체 커플링의 특수 응용 프로그램입니다. 이러한 설계는 기본적으로 동일한 원칙에 따라 작동하지만 기계적으로 훨씬 더 복잡합니다.

유체 커플링 윤활유
유체 커플링을 충격 하중에 견디도록 하는 에너지 소실은 유체 온도의 빠르고 극단적인 증가 가능성을 만듭니다. 실속 및 슬립 동안 소산되는 에너지는 유체의 점성 전단(유체 내부 마찰)을 통해 열로 변환됩니다. 극한의 응용 분야에서 유체 온도는 1분 이내에 정상 작동 온도인 화씨 200도 이상으로 올라갈 수 있습니다.

산화 및 열 분해 저항은 급격한 온도 상승 가능성 때문에 유체 커플링에 사용되는 오일의 중요한 품질입니다. 유사하게, 높은 점도 지수(VI)는 또한 온도 스파이크에서 작동 점도의 심각한 감소 및 저온 조건에서 지나치게 높은 작동 점도를 방지하는 데 유용합니다.

저점도 유체는 일반적으로 유체 마찰로 인한 열 손실을 줄이기 위해 이러한 응용 분야에서 사용됩니다. 유체 결합 점도는 섭씨 40도에서 2.5~72 센티스토크(cSt) 사이입니다. 고온에서 작동하도록 설계된 유체 커플링의 경우 점도 제한은 100C에서 제공될 수 있습니다.

이러한 유체는 또한 임펠러의 움직임과 러너 베인에 대한 임펠러의 충격으로 인한 심한 교반으로 인해 거품이 발생하지 않도록 해야 합니다. 녹 방지 속성은 커플링의 금속 구성 요소를 보존하는 데 도움이 됩니다. 탄화수소 기반 유체는 이러한 측면에서 다른 유체보다 우수하지만 녹 방지 첨가제를 통해 성능을 향상시킬 수 있습니다. 씰 호환성은 긴 수명의 유용성을 위해서도 중요합니다.

권장 사항
적절한 유지 관리가 수행되는 경우에만 이러한 장치에서 허용 가능한 수명을 기대할 수 있습니다. 정기적인 점검을 통해 윤활유의 수준과 품질을 확인해야 합니다. 누출을 보상하기 위해 추가 윤활제가 필요할 수 있습니다. 윤활유 분해의 유해한 부산물을 제거하고, 오일이 고갈된 그리스를 교체하거나 첨가제 채우기를 새로 고치기 위해 윤활유를 주기적으로 세척하고 교체하십시오. 기어 커플링은 아마도 가장 많은 유지보수가 필요할 것입니다. 일반적인 재윤활 주기는 적용 정도와 경험에 따라 6개월에서 1년입니다.

모든 유지 관리 작업은 오염 관리에 주의를 기울여 수행해야 합니다. 많은 커플링으로 인해 발생하는 슬라이딩 접촉은 미립자 오염으로 인한 3체 마모가 특히 손상될 수 있음을 나타냅니다. 검사 및 세척 작업 중에 커플링을 청소하는 데 사용된 솔벤트를 부적절하게 제거하면 작동 중 윤활유의 점성이 현저하게 묽어지거나 그리스 농축 물질과의 유해한 반응이 발생할 수 있습니다.

커플 링은 요구 사항이 줄어들 때 지속됩니다. 첫 번째 방어선은 하드 스타트 ​​및 갑작스러운 부하 역전을 포함하여 충격 부하를 최소화하는 것입니다. 때때로 운영상의 요구로 인해 이것이 불가능합니다. 그러나 커플링 시스템에서 부하의 주요 원인은 크게 제어할 수 있습니다. 적절한 정렬은 우선 순위가 높은 정밀 유지 관리 기능으로 간주됩니다. 가장 견고한 기초도 시간이 지남에 따라 이동하므로 작동 중 진동 분석 또는 열화상 측정을 사용하여 정렬되지 않은 커플링을 식별합니다. 물론 결합된 구성 요소에 침입 유지 보수 또는 수리가 수행될 때마다 적절한 정렬을 확인하십시오.