활성 유황이 함유된 극한방용유를 사용하는 웜 기어박스는 몇 달 안에 청동 기어 톱니를 마모시켜 버립니다. 저는 과부하 때문이 아니라 잘못된 첨가제가 기어 표면을 화학적으로 공격하여 톱니가 완전히 매끄럽게 마모된 감속기에서 웜 기어를 빼낸 적이 있습니다. 오일은 서류상으로는 모든 점도 규격을 충족했지만, 기어박스를 망가뜨렸습니다.
대부분의 기어 오일 선택 가이드는 점도표부터 시작해서 역순으로 선택합니다. 하지만 이런 방식은 실제로 중요한 첫 번째 질문, 즉 기어박스 안에 어떤 종류의 기어가 있는지를 간과합니다. 기어 접촉 형상(미끄러짐 또는 구름)에 따라 점도 등급보다 먼저 어떤 첨가제가 안전한지 결정됩니다. 첨가제를 잘못 선택하면 아무리 점도 등급을 완벽하게 선택해도 소용이 없습니다.
변속기 유형이 오일 사양보다 우선시되는 이유는 무엇일까요?
헬리컬 기어, 스퍼 기어, 베벨 기어는 구름 접촉을 통해 작동합니다. 이 기어들의 톱니는 구름과 제한적인 미끄러짐이 결합되어 맞물리며, 적당한 마찰력을 발생시킵니다. 일반적인 스퍼 기어 세트는 정상 부하 조건에서 주변 온도보다 약 50°F 높은 온도에서 작동합니다.
웜 기어는 근본적으로 다릅니다. 웜 나사산이 톱니 위를 지속적으로 미끄러지면서 접촉합니다. 손바닥을 비비는 것과 손바닥 사이에 공을 굴리는 것을 비교해 보세요. 이러한 미끄러짐 마찰로 인해 웜 기어의 작동 온도는 주변 온도보다 거의 두 배 높은 화씨 90도(섭씨 약 32도)까지 올라갑니다. 이는 비슷한 부하에서 구름 접촉식 기어가 발생시키는 온도의 거의 두 배에 달합니다.
이러한 온도 차이는 단순히 효율 문제만이 아닙니다. 윤활 방식 자체를 완전히 바꿔놓습니다. 구름 접촉 기어는 유체역학적 오일막을 비교적 쉽게 유지할 수 있습니다. 반면 웜 기어는 슬라이딩 운동으로 인해 오일이 접촉면에서 끊임없이 밀려나면서 금속과 금속이 직접 접촉하는 부분에서 경계 윤활이 발생하기 때문에 오일막을 유지하기 어렵습니다.
실질적인 결과: 변속기에 필요한 오일 종류는 변속기를 살펴보기도 전에 접촉면 형상에 의해 결정됩니다. 점도 등급표같은 설비에서 동일한 속도와 부하로 작동하는 웜 기어박스와 헬리컬 기어박스는 근본적으로 다른 오일을 필요로 합니다. 단순히 점도 등급이 다른 것이 아니라 첨가제 화학 성분도 달라야 합니다.
기어 접촉면에 맞는 오일 종류를 선택하십시오.
산업용 기어에는 세 가지 종류의 오일이 있으며, 각 종류는 특정 접촉 유형에 적합합니다. 잘못된 종류의 오일을 선택하는 것이 가장 큰 비용 손실로 이어지는 실수입니다.
구름 접촉 기어: 헬리컬, 스퍼 및 베벨
적당한 부하와 일정한 속도로 작동하는 헬리컬 및 스퍼 기어 감속기의 경우, R&O(녹 및 산화 방지) 오일이 기본입니다. 이러한 오일은 극압 첨가제를 포함하지 않으며, 대신 기어의 구름 접촉을 통해 유체역학적 윤활막을 유지하는 능력에 의존합니다.
부하가 증가하거나 속도가 감소하거나 충격 하중이 가해질 때는 내마모성(EP) 오일을 사용해야 합니다. EP 오일의 황-인 첨가제는 높은 접촉 압력 하에서 기어 톱니 표면에 보호 화학층을 형성합니다. 특히 광산, 제철소 또는 분쇄기 분야와 같은 고하중 헬리컬 및 베벨 기어박스에는 GL-4 또는 GL-5 등급의 EP 오일이 표준입니다. GL 등급이 높을수록 EP 첨가제 함량이 높아집니다. GL-5 오일은 GL-4 오일보다 최대 6.5%의 활성 첨가제를 함유하고 있습니다.
슬라이딩 접촉 기어: 웜 기어박스
청동 톱니바퀴를 사용하는 웜 기어는 활성 황이나 염소를 함유한 EP 첨가제를 견딜 수 없습니다. 이러한 첨가제는 화학적으로 청동을 연화시키고 부식시키는데, 이는 압력 하에서 강철 기어 톱니를 보호하는 것과 동일한 반응으로 청동 톱니를 파괴하는 것입니다.
합성 지방산 첨가제가 함유된 광물성 오일은 웜 기어박스에 전통적으로 안전하게 사용되는 오일입니다. 지방산은 청동을 부식시키지 않으면서 슬라이딩 조건에서 윤활성을 향상시킵니다. 다만, 합성 오일은 약 80°C(176°F) 정도의 온도에서만 사용할 수 있다는 한계가 있습니다. 이 온도 이상에서는 지방산이 분해되어 슬라이딩 접촉 보호 기능을 잃게 됩니다.
윤활 전문가의 62%가 웜 기어에 극저온(EP) 오일을 사용하는데, 이러한 웜 기어박스 중 상당수는 활성 황 첨가제가 함유된 청동 휠을 사용합니다. 최근에는 비활성 황 성분의 극저온 오일이 개발되어 청동에 안전하게 사용할 수 있지만, 웜 기어박스에 극저온 오일을 사용하기 전에 ASTM D130 구리 스트립 부식 시험을 통해 안전성을 반드시 확인해야 합니다. 시험 결과를 확인할 수 없는 경우에는 배합 오일이나 PAO 합성 오일을 사용하는 것이 좋습니다.
| 변속기 유형 | 연락 유형 | 기본 오일 종류 | EP 안전? |
|---|---|---|---|
| 나선형/돌출부 | 구르는 | R&O 또는 EP | 가능 |
| 사각 | 구르는 | EP | 가능 |
| 웜(청동 바퀴) | 미끄러 져 움직이는 | 복합제 또는 PAO | 먼저 ASTM D130을 확인하십시오. |
| 행성의 | 구르는 | EP | 가능 |
적절한 점도 등급을 선택하세요
ISO VG 220 및 VG 320은 대부분의 밀폐형 산업용 기어박스에 적용되지만, 적절한 등급은 하우징에 부착된 OEM 스티커뿐만 아니라 작동 속도와 온도에 따라 결정됩니다.
속도와 부하
ANSI/AGMA 9005 표준은 부하를 가정하고 피치 라인 속도를 결정 요소로 사용하여 점도를 선택합니다. 저속 기어는 윤활막 두께를 유지하기 위해 더 높은 점도가 필요하고, 고속 기어는 교반 손실과 열 발생을 줄이기 위해 더 낮은 점도가 필요합니다.
대부분의 밀폐형 산업용 기어박스에는 ISO VG 220 또는 VG 320이 대부분의 용도에 적합합니다. 감속비가 높은 웜 기어박스는 웜 회전 속도가 입력축 회전 속도에 비해 낮고 슬라이딩 접촉에 더 두꺼운 윤활막이 필요하기 때문에 VG 460 이상의 점도를 사용하는 경우가 많습니다. 점도를 너무 높게 지정하지 마십시오. 한 등급만 높여도 보호 성능 향상 없이 전력 소비와 작동 온도가 증가합니다.
작동 온도
주변 온도는 시동 및 작동 조건에서 유효 점도에 영향을 미칩니다. 추운 환경에서는 40°C에서 유동성이 좋은 오일이라도 영하 10°C에서는 베어링에 도달하기에는 너무 점도가 높을 수 있습니다. 유동점 사양을 확인하고 예상되는 최저 시동 온도보다 최소 10°C 이상 낮은 온도에서 유동점이 발생하는지 확인하십시오.
고온 환경에서의 사용 시에는 기유 등급 번호보다는 점도 지수(VI)에 중점을 두어야 합니다. 점도 지수가 높을수록 온도가 상승해도 오일이 묽어지지 않습니다. 합성 기유 오일은 본질적으로 광물유보다 점도 지수(VI)가 높기 때문에 작동 온도 변화 폭이 클 때 더 나은 선택입니다.
기유 종류를 선택하세요
광물유는 합성유에 비해 훨씬 저렴한 가격으로 대부분의 표준 산업용 기어박스 용도에 적합합니다. 종종 간과되는 장점 중 하나는 광물유가 일반적으로 합성유보다 압력 점도 계수가 높다는 점입니다. 즉, 특정 기어 접촉 조건에서 압력 하에 더 두꺼운 보호막을 형성할 수 있다는 의미입니다. 물론 모든 상황에서 합성유가 무조건 더 우수한 것은 아닙니다.
합성유의 진가는 극한 조건에서 발휘됩니다. 텍사스의 한 음료 제조업체는 웜 기어박스 11개를 일반 광물유로 가동했는데, 연평균 4건의 고장이 발생하여 건당 12,000달러, 연간 48,000달러의 손실을 입었습니다. PAO 합성유로 교체한 후 평균 작동 온도가 약 20°F(섭씨 약 -11°C) 낮아졌습니다. 이전보다 높은 부하와 속도로 18개월 동안 가동했지만 기어박스 고장은 단 한 건도 발생하지 않았습니다. 합성유의 열 안정성과 산화 저항성이 고장 원인을 완전히 제거한 것입니다.
웜 기어박스의 경우, PAO 합성유는 슬라이딩 접촉으로 발생하는 고온을 잘 견디면서도 청동 부품과의 호환성을 유지하기 때문에 장기적으로 가장 좋은 선택인 경우가 많습니다. 반면, 온도 제어 환경에서 사용되는 일반 헬리컬 기어박스의 경우, 광물성 극저온 오일(EP 오일)로도 충분하며 비용 효율성도 더 높습니다.
올바른 선택
고장 발생률을 최소화하는 오일 선택 순서는 다음과 같습니다. 먼저 기어박스 유형을 확인하고, 그다음 오일 유형, 점도, 마지막으로 기유를 선택합니다. 기어 오일을 선택하기 전에 감속기 내부의 기어 접촉 유형과 기어 재질을 확인해야 합니다. 이 간단한 확인만으로도 가장 치명적인 선택 오류, 특히 청동 웜 휠에 사용되는 EP 첨가제와 관련된 오류를 방지할 수 있습니다.
OEM 매뉴얼은 출발점일 뿐, 최종 답은 아닙니다. 많은 매뉴얼이 성능 사양보다는 브랜드 이름만 명시하고 있으며, 해당 브랜드는 지역에서 구할 수 없거나 가격이 너무 높을 수 있습니다. 브랜드 뒤에 숨겨진 사양, 즉 ISO VG 등급, AGMA 등급, 첨가제 요구 사항 등을 자세히 읽어보고, 해당 수치를 충족하는 동등한 제품을 안심하고 선택하세요. 첫 번째 오일 교환 시 오일 분석을 통해 선택한 오일이 예상대로 작동하는지 확인할 수 있습니다.
