모터 베어링 간극: 무엇이며 어떻게 선택하나요?
모터 베어링 간극이 중요한 이유는 무엇인가요? 간격은 베어링 성능에 영향을 미치며 운영 효율성에서 수명에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다. 이 문서에서는 모터 베어링 간극의 중요성, 간극의 유형 및 ...
모터 베어링이 뜨거워지는 이유는 무엇이며, 어떻게 하면 해결할 수 있을까요? 이 글에서는 과도한 부하와 윤활 불량부터 환경적 요인까지 모터 베어링 발열의 원인에 대해 자세히 살펴봅니다. 과열의 징후를 식별하는 방법과 모터를 원활하게 작동시키기 위한 실용적인 해결책을 알아보세요. 이러한 메커니즘을 이해하면 비용이 많이 드는 고장을 예방하고 장비의 수명을 연장할 수 있습니다.
모터 베어링은 모터 내부에 설치됩니다. 사실 모터 본체 자체가 베어링의 작동 환경을 구성합니다. 따라서 모터 베어링 과열에 대해 자세히 알아보기 전에 모터 과열에 대해 이해하고 분석하는 것이 도움이 됩니다.
전자기계 에너지 변환 장치인 모터는 주로 전자기 및 기계적 프로세스를 통해 작동합니다. 전자기 또는 기계적 프로세스에 관계없이 손실이 발생하며, 이는 궁극적으로 열의 형태로 소멸됩니다. 그 결과 관찰 가능한 과열 상태가 발생합니다.
모터 과열을 분석하는 가장 직관적인 방법은 모터의 외부 매크로 구성 요소에 따라 모터 과열을 분류하는 것입니다. 일반적으로 모터의 구조체에는 고정자 프레임, 로터, 씰링 시스템, 베어링 시스템 등이 포함됩니다.
외부 측정 관점에서 보면 프레임 과열, 로터 과열, 베어링 과열, 씰 과열 등으로 분류할 수 있습니다.
모터 베이스의 외부 가열은 와인딩 열의 영향을 받는다는 것을 알고 있습니다.
베이스의 가열 현상을 통해 전반적인 온도 상승과 베이스의 온도 분포 변화를 구분할 수 있습니다.
모터 베이스의 국부적 온도 상승
모터가 "정상" 조건에서 작동할 때 모터 베이스의 내부 온도는 특정 분포를 보입니다. 이 분포는 작동 중 모터 내부의 열원 분포 및 열량과 관련이 있습니다. 일반적으로 서로 다른 열원 사이에는 일정한 전기적, 기계적 연결이 있기 때문에 열원 간의 가열 관계도 일정한 상관관계가 있습니다.
따라서 정상적인 작동 조건에서 모터 내부의 온도 분포는 일정한 안정된 추세를 보여야 합니다. 여기서 언급하는 것은 절대적인 불변성이 아니라 "온도 분포"와 "추세"라는 점에 유의하시기 바랍니다.
소위 비정상적인 모터 가열은 "정상" 상태와 비교하여 온도 분포가 일치하지 않는 것을 말합니다. ("비정상"은 "정상"에서 벗어난 상태를 말합니다.) 이 "비정상"은 오작동을 나타낼 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 이를 위해서는 후속 고장 진단 및 분석이 필요합니다.
모터 베이스의 "비정상적인" 국부 온도가 감지되면 고장 진단의 기본 접근 방식은 먼저 외부 열원의 존재를 확인하는 것입니다.
열원 확인은 이 다이어그램의 세 번째 콘텐츠 레이어입니다. 외부 열원이 있는지 여부를 확인하는 것은 실제로 열이 모터 자체에서 능동적으로 방출되는지 아니면 외부 영향으로 인한 수동적인 변화인지 판단하는 데 사용됩니다.
외부 열원으로 인한 국부 과열의 경우 모터 엔지니어는 먼저 외부 열원 자체가 정상인지 확인해야 합니다. 외부 열원이 정상이고 이러한 온도 상승을 유발하는 경우 외부 열원으로 인한 온도 상승이 모터 본체에 미치는 영향을 확인해야 합니다.
특히, 이 기사에서 설명하는 베어링 부분에서는 이러한 국부적 온도 상승이 베어링에 영향을 미치는지 여부입니다. 이 온도가 베어링 작동에 심각한 위협이 되지 않고 열원 자체에 문제가 없다면 이 '이상'은 '비고장'으로 정의할 수 있으며, 즉각적인 조치를 취할 필요 없이 그 변화만 모니터링하면 됩니다.
외부 열원 없이 국부적으로 과열되는 경우 모터 엔지니어는 모터 자체를 점검해야 합니다. 이 과열이 내부 결함으로 인한 것인지 확인합니다. 일반적인 상황으로는 권선의 국부적 고온과 기계 부품 사이의 상대적 이동 인터페이스의 고온이 있습니다.
모터 자체의 이 높은 국부 온도는 실제로 "정상" 온도 분포와 비교하여 얻은 활성 열 변화 상태입니다. 일반적으로 이 상태는 '결함'일 가능성이 높습니다.
예를 들어, 국부적인 권선 절연 문제, 국부적인 기계 부품 간섭, 상호 마찰 등이 있습니다. 따라서 모터 본체가 국부적으로 가열되고 외부 열원이 없는 상황에서는 모터 본체 구조 및 절연에 결함이 발생할 가능성이 높아집니다.
모터 베이스의 전체 온도가 상승했다는 것은 모터의 현재 온도가 "정상" 작동 온도보다 높다는 것을 의미합니다. 또한 모터의 전체 구조에 걸친 이 온도 분포는 기본적으로 '정상' 상태와 일치합니다.
모터 베이스가 전반적으로 가열되는 원인으로는 모터 부하 과다, 모터 열 방출 불량, 모터의 작동 환경 온도가 지나치게 높음, 전체 권선 문제, 배선 문제 등이 있습니다. 이에 대해서는 별도로 자세히 설명해드리겠습니다.
모터의 토크 부하 변화는 실제로 모터 전류의 변동을 초래합니다. 전류가 증가하면 모터 본체가 더 많이 가열됩니다.
반면 모터 샤프트 끝의 축 방향 및 반경 방향 하중이 증가하면 베어링이 더 많이 가열됩니다. 그러나 이러한 부하로 인한 온도 상승은 주로 모터 본체의 전체 온도 상승이 아니라 모터 베어링의 국부적인 온도 상승으로 나타납니다.
이를 통해 모터의 전체 온도 상승이 "비정상적인" 외부 부하와 관련이 있다는 것을 유추할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 장비의 관점에서 "정상" 부하는 설계 설정 값 또는 설계 전에 제공된 작동 조건입니다.
적격 모터는 모터의 설계 및 공장 검사 과정에서 확인된 설계 조건에서 작동할 때 설계 기대치에 따라 작동해야 합니다. 그러나 작동 중 모터의 부하 상태가 초기 설계 예상치를 초과하면 모터의 가열 상태가 "비정상"이 됩니다. 이 온도가 제어 기준을 초과하는 경우 즉시 해결해야 합니다.
모터는 일반적으로 정격 듀티 사이클 또는 정격 작업 부하와 일치하지 않는 '비정상 부하'를 만나게 됩니다.
정격 듀티 사이클을 초과하는 부하 조건에 대해 비유하자면 8시간 교대 근무를 하는 근로자가 계속 초과 근무를 요구받아 피로도가 높아진다고 생각해 보세요. 모터도 마찬가지입니다.
정격 작업량을 초과하는 부하 조건은 평상시 10개 품목을 생산하던 작업자에게 20개 품목을 생산하도록 요청하는 것과 같으며, 이는 작업자의 피로도를 증가시킬 수 있습니다.
물론 이는 대략적인 비교입니다. 모터를 설계할 때 특정 과부하 용량을 고려하는데, 이것이 설계 마진입니다. 모터가 과부하 조건에서 작동하면 일반적으로 발열이 증가할 수 있습니다.
또한 특정 설치 문제로 인해 모터의 내부 부하가 변경될 수도 있습니다. 예를 들어, 모터 받침대가 느슨하거나 모터 정렬 상태가 좋지 않은 경우 등이 있습니다. 이러한 결함은 모터의 기계 시스템과 베어링에 추가 부하를 부과하여 더 많은 열을 발생시킬 뿐만 아니라 모터 자체에 추가 토크를 발생시켜 더 많은 발열을 유발합니다.
모터의 작동 환경 변화에는 냉각 조건과 환경 온도의 변화가 포함됩니다. 부하 변화로 인한 모터의 전체 가열 변화를 전체 온도 변화의 근본 원인으로 간주한다면 모터의 작업 환경 변화는 모터의 냉각 조건에 영향을 미칩니다.
모터의 설계에는 주어진(또는 정격) 작업 환경 온도 및 냉각 조건이 포함되어 있습니다. 모터의 냉각 조건이 변경되거나 환경 온도가 변경되면 모터의 정상 가열 후 각 냉각 환경도 그에 따라 변경됩니다.
여기서 말하는 모터 씰링은 주로 모터 샤프트와 모터 스테이터 사이의 씰을 의미합니다. 이러한 씰은 주로 모터 베어링 챔버를 환경으로부터 분리하여 베어링의 오염을 방지하는 데 사용됩니다. (물론 유체 냉각 파이프 라인과 같은 실제 애플리케이션에는 해당 씰링 구성 요소가 있지만 이 논의의 범위에는 포함되지 않습니다).
베어링 챔버를 외부 환경으로부터 격리하는 데 사용되는 씰을 베어링 씰이라고도 합니다. 일반적으로 씰은 한쪽에 고정되어 있고 다른 쪽에는 밀봉을 담당하는 립이 있습니다.
베어링 씰이 가열되는 주요 원인은 씰링 립의 마모, 씰링 립 부분의 손상 등입니다.
비접촉 씰의 경우 씰링 립이 다른 구성 요소와 접촉하지 않기 때문에 이러한 상대적인 움직임으로 인해 추가적인 마찰이 발생하지 않으며 가열도 발생하지 않습니다. 일반적인 래버린스 씰이 이 범주에 속합니다.
접촉 씰의 경우 씰링 립과 씰링된 부품 사이에 상호 접촉력이 있습니다. 모터가 회전하면 접촉면 사이에 상대적인 마찰이 발생하여 약간의 열이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 열 발생은 특정 범위 내에서 안정적입니다. 추가적인 온도 상승이 있는 경우 원인을 조사해야 합니다.
씰링 립의 균일한 마모
밀봉된 부분에 추가 열이 발생하면 밀봉 립의 마모 상태를 확인할 수 있습니다. 밀봉 립이 균일하게 마모된 경우, 립과 밀봉된 부품 사이에 균일한 마찰이 발생했음을 나타냅니다.
관련 구성 요소의 치수 허용 오차 초과
베어링에서 씰 립이 균일하게 마모되는 주요 원인은 관련 부품의 크기 편차 때문입니다.
비접촉 씰의 경우 이러한 마찰이 발생하지 않아야 합니다. 비접촉 씰의 립에 마모가 나타나면 이를 해결해야 합니다.
씰 립이 균일한 마찰을 경험할 때 씰 립의 접촉력이 설계된 것보다 크거나 상대 속도가 더 높으면 마모가 더 심해집니다.
이때 샤프트 치수를 확인해야 합니다. 샤프트의 크기가 너무 크면 씰 립과 샤프트 사이에 과도한 접촉력이 발생하여 과도한 마찰과 열이 발생할 수 있습니다.
또한 표면 거칠기 를 확인해야 합니다. 샤프트 표면이 너무 거칠면 립과 샤프트 사이의 마모가 더 심해져 추가 열이 발생합니다.
만약 원형 이 허용 오차를 초과하면 샤프트의 특정 영역에서 샤프트와 씰 립 사이에 과도한 접촉력이 발생할 수도 있습니다. 이로 인해 씰 립의 마모 정도가 정상 수준을 초과하여 균일하게 마모될 수 있습니다.
부적절한 씰 선택
모터 씰에 열이 발생하면 씰을 점검하세요. 씰 립이 균일하게 마모된 경우 씰 선택도 확인해야 합니다.
첫째, 모터의 실제 회전 속도가 씰이 허용하는 최대 속도를 초과하면 씰 립이 균일하게 과도하게 마모되어 열이 발생할 수 있습니다.
실제 작업 조건에서 씰과 화학적으로 반응하는 물질이 있으면 베어링 씰의 성능이 저하되어 씰의 전체 크기가 변경되어 과도한 접촉력과 추가 열이 발생할 수 있습니다.
실제 작동 온도가 씰이 견딜 수 있는 최대 온도 한계를 초과하면 씰 립이 연화되어 마모가 증가하고 잠재적으로 열이 발생할 수 있습니다.
씰 립의 균일하지 않은 마모는 부적절한 씰 설치 및 유지 관리로 인해 발생할 수도 있습니다.
씰의 부적절한 설치 및 유지 관리
열 주기 동안 씰 립의 균일한 마모를 관찰하면 이전 문서의 내용을 검토할 뿐만 아니라 씰의 설치 및 유지 관리도 검사해야 합니다.
베어링 씰이 제대로 설치되지 않아 씰 립이 부적절하게 위치하면 립과 샤프트 사이에 과도한 마찰이 발생하여 열이 발생할 수 있습니다.
모터를 정기적으로 유지보수하는 동안 씰의 마모 상태를 검사하는 것이 중요합니다. 씰의 마모 정도에 따라 부적절한 마찰과 그로 인한 열을 방지하기 위해 모터 베어링 씰 교체를 고려해야 합니다.
씰 립의 불균일한 마모
모터 베어링 씰 섹션에서 상당한 열이 감지되고 씰 립을 검사할 때 균일한 마모뿐만 아니라 불균일한 마모도 발견할 수 있습니다.
씰 립의 불균일한 마모는 주로 씰 구성 요소와 씰의 설치 및 유지 보수와 관련이 있습니다.
씰 관련 구성 요소 문제
마모가 균일하지 않다는 것은 씰 립 주변의 일부 영역은 마모되었지만 다른 영역은 마모되지 않았다는 것을 의미합니다. 이러한 고르지 않은 마모는 씰 관련 구성 요소의 모양, 위치 허용 오차 또는 상대적 위치로 인해 발생할 수 있습니다.
모터 샤프트가 베어링 챔버와 정렬이 잘못되면 씰 립의 한쪽이 더 큰 접촉 압력을 받아 추가 마모와 열 증가를 초래할 수 있습니다. 따라서 이러한 씰 립 마모 특성을 발견하면 모터 샤프트와 베어링 챔버가 평행하게 정렬되지 않았는지 확인해야 합니다.
모터 샤프트와 베어링 챔버가 각도로 정렬되지 않으면 모터 샤프트와 씰 립 사이에 정렬되지 않은 방향과 반대 방향으로 과도한 마찰이 발생합니다. 이 오정렬과 90도 방향에 있는 부분은 마모가 덜 발생합니다. 그러나 과도한 마찰이 발생하는 방향은 추가적인 열이 발생하고 씰 립 주변에 불균일한 마모가 나타납니다.
모터 샤프트와 베어링 챔버 사이의 이러한 정렬 불량은 샤프트 또는 베어링 챔버(주로 씰 설치 부분)의 정렬 불량으로 인한 것일 수 있습니다. 베어링 챔버가 평행하거나 비스듬히 정렬되지 않으면 씰 립이 둘레에 균일하지 않은 마모를 일으켜 추가 열이 발생할 수 있습니다.
씰의 부적절한 설치
모터 베어링 씰이 가열되면 둘레가 고르지 않게 마모되는 것은 씰 자체의 설치 및 유지 보수와 관련이 있을 수 있습니다.
모터 베어링 씰의 설치 위치에 편차가 있어 씰이 샤프트와 정렬되지 않으면 평행 및 각도 오정렬을 포함하여 씰 축과 베이스 축 사이의 오정렬이 발생할 수 있습니다.
이는 모터 샤프트와 베어링 하우징의 정렬 불량 문제와 유사하게 추가적인 씰 마모와 그에 따른 열 발생을 초래할 수 있습니다.
또한 모터 베어링 씰을 설치하는 동안 씰 립이 손상되면 립의 변형이 발생하여 국부 접촉이 불량해질 수 있습니다. 이로 인해 과도한 국부 마찰과 그에 따른 발열이 발생할 수 있습니다.
모터 베어링 씰 손상
모터 베어링 씰이 손상되거나 변형되면 립 접촉 마찰이 증가하여 열이 발생할 수 있습니다.
따라서 모터 베어링 씰 부분에 국부적인 과열이 발생하면 씰 자체의 손상이나 변형 여부를 확인하는 것이 좋습니다.
베어링 씰의 손상 및 변형의 원인은 다음과 같습니다:
부적절한 설치 및 유지 관리
모터 베어링 씰의 설치 및 유지보수 중에 씰 프레임이 손상되면 씰 전체 또는 일부가 변형될 수 있습니다. 이러한 변형으로 인해 립과 씰 표면의 접촉이 변경될 수 있습니다.
너무 적은 접촉은 씰링 효과를 감소시키고, 너무 많은 접촉은 마찰을 증가시켜 추가적인 열 발생을 유발합니다. 따라서 씰의 일부에서 마찰로 인한 추가 발열이 발생하면 씰의 상태를 검사하여 씰 설치 시 설치 또는 유지보수 오류와 위치 불일치를 제거하는 것이 중요합니다.
설치 및 유지 관리 문제 외에도 씰의 손상은 씰과 주변 구성 요소 간의 간섭으로 인해 발생할 수 있습니다.
주변 구성 요소와의 간섭
비접촉 씰의 경우 모터가 작동 중일 때 씰이 고정된 부품을 간섭하지 않아야 합니다. 간섭이 발생하면 간섭 부품이 손상되어 열이 발생하고 씰이 과열될 수 있습니다.
따라서 이 시점에서 씰과 주변 구성 요소 간의 치수 관계를 확인해야 합니다. 씰 간섭의 위치에 따라 해당 부품의 위치를 찾고 해당 위치와 관련된 부품을 검사할 수 있습니다. 동시에 해당 부품에서 해당 마모 자국을 찾아 마모를 확인하고 수정할 수 있습니다.
접촉 씰의 경우 씰 립 외에 씰이 다른 움직이는 부품과 간섭하지 않아야 합니다. 접촉 씰 립의 마모 상태는 앞서 소개한 균일 마모와 불균일 마모를 기준으로 판단할 수 있습니다. 또한 씰에 나타나는 간섭 자국은 같은 위치의 다른 부품에 있는 해당 자국을 추적하여 확인하고 제거해야 합니다.
씰 회전
작업 조건에서 씰은 장비의 스테이터 또는 로터에 전체적으로 고정되어야 합니다. 작동 중 마찰은 씰 입술에서 발생해야 합니다. 한편 씰과 고정된 부분은 상대적으로 고정되어 있어야 합니다. 씰의 일부가 비정상적으로 가열되고 씰의 고정 부분에 상대적인 위치 변화가 있는 경우 씰 회전 문제를 나타낼 수 있습니다.
씰이 회전하면 국부적으로 가열되어 씰링 효율이 떨어질 수 있습니다. 이는 즉시 수정해야 합니다. 씰과 고정 부품 사이의 허용 오차 문제 또는 씰 자체의 허용 오차 초과 문제로 인해 문제가 발생할 수 있습니다.
때때로 가열로 인한 재료 경도의 변화로 씰과 일치하는 부품 사이의 피팅 조임이 변경되어 회전의 위험이 발생할 수 있습니다. 씰 회전이 발생하면 치수 및 온도 영향을 고려하여 근본 원인을 파악하고 제거할 수 있습니다.
지금까지 모터 히팅 마인드맵에서 모터 히팅과 관련된 77개의 노드와 씰과 관련된 56개의 노드를 소개했습니다. 앞으로 400개가 넘는 다른 노드에 대한 내용도 계속 설명할 예정입니다.
이전 논의에서는 모터 본체 및 모터 씰과 관련된 열 조건을 포함하여 모터의 열 발생과 관련된 문제를 다루었습니다. 이제부터는 베어링과 관련된 모터 과열의 구성 요소에 대해 논의하는 것으로 초점을 전환합니다.
앞서 언급했듯이 모터 베어링의 온도는 절대값뿐만 아니라 베어링 구성 요소 내 온도 분포도 고려하여 평가해야 합니다.
모터 베어링 과열에 대한 온도 경고 값은 여러 국제 및 국내 표준에 문서화되어 있으므로 여기서는 반복하지 않겠습니다.
다음은 모터 과열 문제를 다루는 마인드맵입니다. 이 다이어그램은 모터 베어링과 관련된 열 문제를 두 가지 방향으로 전개합니다. 첫째, 베어링 부품과 모터 하우징 사이에 온도 차이가 크지 않은 상황과 둘째, 베어링 부품과 모터 하우징 사이에 상당한 온도 차이가 있는 시나리오입니다.
모터가 베어링 온도 가 시트 온도보다 높은지 여부는 기본적으로 온도 분포에 대한 평가입니다. 이 결정은 베어링 자체의 예상 가열 상태 식별을 기반으로 이루어집니다.
작동 중에는 베어링 자체에서 열이 발생하지만 베어링 자체에서 발생하는 열이 모터 가열의 주요 부분이 되어서는 안 됩니다. 가열 문제에서 베어링은 주로 수동적으로 열을 흡수하는 역할을 합니다.
위의 결론을 바탕으로 모터 베어링의 자체 발열과 모터 시트의 전체 온도 사이의 온도 분포를 고장 진단 분석의 시작점으로 사용하는 것이 적절합니다.
이전 소개에서 모터 베어링의 온도가 시트 온도보다 높지 않거나 시트 온도보다 약간 안정적으로 높으면 (여기서 "높지 않다"는 것은 지속적으로 증가하지 않는 작은 기울기를 의미 함) 모터 베어링의 정상적인 성능이라는 것을 이해할 수 있습니다.
즉, 이때 모터 베어링의 내부 작동이 정상 상태와 크게 다르지 않아야 합니다. 일반적으로 모터 베어링의 내부 결함을 의심할 가능성은 이때 줄어듭니다.
모터 베어링 온도가 모터 시트 온도보다 "높지" 않은 경우 다음 두 가지 상황이 있습니다. 모터 온도 가 경보 온도보다 높거나 모터 베어링 온도가 베어링이 견딜 수 있는 온도보다 높은 경우입니다.
여기서 모터 온도가 경보 온도보다 높다는 전제는 모터 베어링 온도가 모터 시트 온도보다 "높지" 않다는 것입니다. 이때 모터 시트의 자체 발열 상황을 먼저 확인해야 합니다. 이전 5개의 글에서 설명한 내용을 바탕으로 자세한 조사를 진행해야 합니다.
전체 모터 발열을 조사하는 동안 모터의 전체 온도를 상승시키는 문제가 발견되면 이를 제거해야 합니다.
조사 후 모터 전체에 결함이 없거나 이러한 다른 작동 조건으로 인해 모터 온도가 경고를 초과하는 경우 모터나 베어링의 결함이 아니라 다른 조건에서 작동하는 모터의 예상 온도 때문일 수 있습니다. 이 온도가 특정 표준 경보 한도를 초과하면 경보 한도를 조정해야 합니다.
온도 알람 값의 조정은 관련 표준을 참조할 수 있지만, 더 중요한 것은 실제 작업 조건에 따라 결정해야 한다는 것입니다. 일반적으로 작업 조건에 대한 알람 온도는 과거 기록 또는 다양한 부하에서 예상되는 가열을 사용하여 결정할 수 있습니다. 이 알람 한도의 설정은 국가 표준을 기반으로 한 기업 표준과 다소 유사합니다.
반면에 모터 베어링 온도 알람 값의 조정은 베어링이 견딜 수 있는 온도 한계를 초과해서는 안 됩니다.
모터 베어링의 온도가 모터 베어링이 견딜 수 있는 온도 한계를 초과합니다.
모터 베어링의 온도 변화는 모터의 윤활 성능과 모터의 베어링 케이지에 영향을 미칠 수 있습니다. 온도가 특정 한계에 도달하면 다음과 같은 속성에도 영향을 미칠 수 있습니다. 베어링 스틸.
일반적으로 모터 베어링이 작동할 수 있는 온도에는 기본적인 한계가 있습니다. 모터 베어링의 온도가 이 한계를 초과하면 베어링은 예상 성능을 달성할 수 없습니다. (현재 논의는 모터 베어링 온도가 모터 하우징 온도를 초과하지 않는 것을 전제로 하고 있으며, 이는 모터 베어링이 고장 상태가 아닐 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 고장 상태의 베어링에 대한 논의는 다음 고장 트리에서 다룰 예정입니다.)
위의 상황에서 가장 먼저 고려해야 할 사항은 모터를 조정하는 것입니다. 모터 본체에 열 발생 문제가 있는 경우 이를 해결할 수 있습니다. 작동상의 이유로 모터가 과열되거나 모터가 작동하는 환경 온도로 인해 모터가 과열되는 경우 모터를 조정해도 온도가 낮아지지 않습니다.
그런 다음 필요한 조치는 베어링을 조정하는 것입니다. 즉, 새 베어링이 이 온도에서 예상대로 작동할 수 있도록 베어링 선택을 조정해야 합니다.
지금까지 모터 베어링의 온도가 모터 하우징의 온도를 "초과하지" 않는 시나리오에 대해 설명했습니다. 이러한 상황에서는 현장 엔지니어가 베어링 외부에서 결함을 찾아야 하는 경우가 많습니다.
사실 엔지니어가 위의 결론을 지나치게 엄격하게 적용하는 것은 바람직하지 않습니다. 결함이 없다는 위의 판단은 확률일 뿐이며, 다음과 같은 문제를 배제하지 않습니다. 베어링 애플리케이션 를 사용할 수 있습니다. 다음은 몇 가지 가능한 시나리오입니다:
첫째, 모터 베어링 온도가 하우징 온도를 초과하지 않지만 같은 모델의 다른 베어링 온도보다 높습니다. 이 경우 동일 모델의 다른 베어링과 작업 조건에 따라 모터 베어링 내부의 동작 상태에 차이가 있을 수 있습니다. 측면 비교를 통해 확인된 이 이상 현상도 주의가 필요합니다.
온도가 하우징 온도를 초과하지 않고 베어링 작동 허용 범위 내에 유지되는 경우도 있지만, 이는 고장의 초기 단계일 수 있습니다. 따라서 위의 측면 비교 방법을 통해 현장의 상황을 파악할 수 있습니다.
둘째, 온도 추세를 고려하세요. 일부 결함에서는 모터 베어링 온도가 상승하지만 처음에는 모터 베어링 온도가 하우징 온도보다 높습니다. 결함이 더 진행되면 온도가 하우징 온도를 초과하여 모터 베어링에서 열이 발생하고 있음을 나타냅니다.
따라서 이전의 "하우징 온도보다 높지 않음"은 일시적인 상황일 뿐입니다. 이 시점에서 모터 엔지니어는 타임라인에서 세로로 비교해야 합니다. 모터 베어링 온도가 안정적이면 상황이 정상임을 나타냅니다. 그러나 상태가 악화되고 온도가 지속적으로 상승하는 경우 여전히 잠재적인 결함이 있을 수 있음을 나타냅니다.
결론적으로 모터 베어링 결함을 진단할 때는 이론적 지식을 유연하게 적용하고 장비 상태를 수평 및 수직으로 비교해야 합니다. 이는 고장 진단의 정확성에 큰 도움이 됩니다.
모터 베어링 온도가 모터 기본 온도보다 크게 높지 않은 경우 모터 베어링에서 발생하는 전체 열은 모터 열의 주요 구성 요소가 아닙니다. 이때의 온도 분포는 예상되는 정규 분포와 일치합니다. 따라서 온도 분포의 관점에서 볼 때 베어링 고장 가능성은 다소 경시될 수 있습니다.
그러나 모터 베어링 온도가 주변 모터 엔드 캡 및 베이스 온도보다 상당히 높으면 주요 열원으로서 베어링이 모터의 전체 온도 분포에 큰 영향을 미칩니다. 모터 베어링과 베이스 사이의 예상 온도 분포에서 이러한 편차는 잠재적인 베어링 고장을 의심할 수 있는 근거가 됩니다.
앞서 언급했듯이 모터 베어링 온도가 기본 온도보다 눈에 띄게 높은 경우 베어링의 열원에는 내부 및 외부 구성 요소가 모두 포함됩니다. 외부 열은 샤프트 및 베어링 챔버와 같은 인접한 구성 요소에서 발생합니다. 내부 열은 베어링 내부의 다양한 마찰에서 발생합니다.
베어링 온도가 기준 온도를 초과하면 모터 베어링의 내부 마찰이 열 발생을 지배하여 온도 상승의 주요 요인이 된다는 것을 의미합니다.
모터 베어링 열을 유발하는 주요 요인은 다음과 같습니다:
하나씩 분석해 보겠습니다.
모터 베어링 하중
모터 베어링 발열의 원인 중 하나는 부하 문제입니다. 모터 베어링을 선택할 때 설정된 작동 조건에 따라 베어링의 수명을 점검합니다. 이 점검의 핵심은 선택한 모터 베어링의 부하 용량을 확인하는 것입니다. 모터 베어링이 뜨거워지면 다음 시나리오에서 모터 베어링 부하를 점검해야 합니다:
이 경우 베어링에 발열이 발생하고 다른 이상이 없는 경우 설계 적합성과 모터 베어링의 실제 하중을 비교해야 합니다. 이는 불일치를 식별하기 위해 수행됩니다.
먼저, 모터 베어링의 설계 적합성과 실제 하중을 비교할 때 실제 하중과 수명 차이를 확인합니다. 그리고 실제 하중을 기준으로 모터 베어링의 하중을 다시 확인합니다. 실제 하중에서 확인 된 베어링 수명이 설계 확인 결과보다 적거나 작동 조건에서 요구하는 수명 결과보다 적 으면 베어링 선택이 불충분 한 것입니다.
설계 테스트 단계에서 이 문제가 발생하면 실제 하중 조건에 따라 베어링 선택을 조정해야 합니다.
모터 사용 중 이 문제가 발생하면 모터 샤프트 끝의 부하가 주어진 설계보다 크므로 모터 작동 부하를 조정해야 함을 의미합니다.
일반적인 모터 설계 시 모터의 전기적 성능을 위해 설계 여유를 두는 것 외에도 모터의 적용 시나리오가 크게 달라지는 경우 모터 베어링 선택을 위해 일정한 설계 여유를 두어야 하는 경우도 있습니다. 일반적으로 이 설계 마진 내에서 모터 베어링의 정상적인 가열은 문제가 되지 않습니다.
이 설계 마진은 합리적이어야 합니다. 설계 마진이 작으면 모터 베어링에 가해지는 부하가 커져 발열 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 반면 설계 여유가 너무 크면 모터 베어링의 최소 부하가 부족하여 베어링이 비정상적으로 가열되는 상황이 발생할 수 있습니다. (관련 내용은 추후 소개할 예정입니다.)
모터 베어링 하중으로 인한 가열 문제에 비해 베어링의 적정 하중이 너무 큰지 확인하는 것 외에도 모터 베어링 하중의 다른 측면도 확인해야 합니다. 모터 베어링의 수명 점검을 통해 이러한 측면을 발견하지 못하는 경우도 있습니다.
모터 베어링이 과열되면 모터 베어링이 견뎌야 하는 부하와 모터가 실제 부담하는 부하를 비교하여 모터 베어링의 선택이 부적절한지 또는 모터 적용 시 주어진 부하가 부적절한지 확인해야 합니다. 동시에 이러한 과열 상황을 방지하기 위해 모터 베어링의 부하 선택 여유 문제에 대한 일반적인 설명이 제공되어야 합니다.
모터 베어링이 부담하는 '예상 하중'을 확인하는 것 외에도 다른 상황을 조사해야 하는 경우도 있습니다.
예를 들어, 모터 베어링이 베어링 용량에 없는 하중 구성 요소를 가정했는지 여부입니다.
모터에서 흔히 발생하는 몇 가지 상황은 다음과 같습니다:
첫째, 모터 베어링에는 플로팅 엔드 및 비플로팅 엔드 구조와 교차 위치 구조가 장착되어 있습니다. 포지셔닝 엔드 및 비포지셔닝 엔드 구조의 모터에서 축 방향 하중은 포지셔닝 엔드 베어링이 부담하고 비포지셔닝 엔드 베어링은 축 방향 하중을 부담해서는 안 됩니다. 따라서 일반적으로 베어링을 선택할 때 축 방향 하중은 고려하지 않습니다.
이때 플로팅 엔드 베어링이 축방향 하중을 받으면 베어링 과열과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 베어링이 과열되지 않도록 모터 구조 플로팅 엔드 베어링이 적절한지 확인합니다.
위의 상황에서 조사의 목적은 플로팅 엔드 베어링에 가해지는 축 방향 힘의 원인을 파악하고 이를 제거하는 것입니다.
모터 베어링 시스템의 포지셔닝 엔드 또는 교차 배치 구조에서 베어링이 받는 하중의 방향이 설계 예상치를 초과하면 베어링 과열로 이어질 수도 있습니다. 대표적인 예는 모터가 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 같은 단방향 지지력 베어링을 사용하는 경우입니다.
역축력이 발생하면 베어링이 분리되어 모터 베어링이 과열되거나 심지어 소손될 수 있습니다. 이때 역축력의 원인을 파악하여 제거해야 합니다. 제거할 수 없는 경우(또는 작동 조건이 그대로인 경우) 모터 베어링 시스템의 구성을 조정해야 합니다.
일부 베어링에는 일정한 베어링 하중 용량이 있지만 축 방향 하중 용량이 제한되어 있습니다. 축 방향 하중이 이 베어링의 축 방향 하중 용량을 초과하면 베어링이 과열됩니다. 예를 들어 깊은 홈 볼 베어링은 일정한 축 방향 하중 용량을 가지고 있지만 축 방향 힘이 너무 크면 베어링이 과열됩니다.
그러나 일반적으로 이러한 상황은 수명 계산에서 감지할 수 있습니다. 이 상황에 대한 해결책은 큰 축 방향 하중을 수용하도록 모터 베어링의 선택을 변경하는 것입니다.
기존의 모터 베어링 하중 계산에서는 인식하기 어려운 또 다른 상황이 있습니다. 예를 들어 자동 정렬 롤러 베어링은 특정 축 방향 하중 용량을 가지고 있지만 특정 축 방향 하중 하에서 하중이 없는 롤러 컬럼은 최소 하중이 충분하지 않거나 분리 및 미끄러짐이 발생할 가능성이 있습니다. 이 경우 베어링 과열로 나타납니다.
이때 베어링 선택을 조정하는 것이 가장 좋습니다. 조정이 불가능한 경우 이를 완화할 수 있는 몇 가지 조치가 있지만 치료할 수는 없습니다. 예를 들어 윤활 그리스의 점도를 합리적인 범위 내에서 낮추고 베어링 외륜을 적절히 조이는 등의 방법이 도움이 될 수 있습니다.
베어링이 지탱하는 실제 하중이 설계 또는 예상 베어링 하중과 일치하지 않아 발생하는 모터 베어링 과열 문제에 대해 논의하고 있습니다. 실제로 모터 베어링 고장을 진단하고 분석하는 과정에서 베어링 고장 분석을 통해 베어링 롤러와 궤도 표면에서 이러한 상황에 해당하는 흔적을 발견할 수 있습니다.
모터 베어링 과열의 부하와 관련된 요인은 설계 사양뿐만 아니라 베어링의 부하 용량과도 비교해야 합니다.
앞서 모터 베어링이 받는 실제 하중과 설계 하중 사이에 존재하는 불일치로 인해 모터 베어링이 가열될 수 있다는 점에 대해 설명한 바 있습니다. 기본적으로 여기에는 설계 단계에서 실제 베어링 하중과 예상 하중을 비교하는 것이 포함됩니다.
모터 베어링 하중은 주로 반경 방향과 축 방향입니다. 모터 베어링의 발열 문제를 진단할 때는 문제를 파악하기 위해 베어링에 가해지는 다양한 하중을 비교해야 합니다.
모터 베어링의 반경 방향 하중과 관련하여 베어링이 처리할 수 있는 것보다 더 큰 반경 방향 하중을 받으면 예상 수명에 도달할 수 없습니다. 이는 베어링의 크기가 작기 때문일 수 있습니다.
선택한 모터 베어링의 크기가 작은 경우 베어링의 부하 용량이 부족할 수 있습니다. 설계 테스트 단계에서 이 문제가 발견되면 선택을 조정하는 것이 좋습니다. 베어링의 외부 레이디얼 크기가 제한되어 있어 늘릴 수 없는 경우 외경이 동일한 베어링 중에서 하중 용량이 더 큰 베어링 유형을 선택합니다.
여기에는 다음이 포함될 수 있습니다:
설계 테스트 과정에서 모터 베어링의 부하 용량이 충분하지 않고 모터의 반경 크기를 늘릴 수 있는 것으로 확인되면 직경이 더 큰 베어링을 사용하는 것이 좋습니다.
베어링 유형을 변경하거나 동일한 유형의 크기를 늘려 하중 용량을 개선하는 경우, 새로운 선택의 정확성을 보장하기 위해 선택하기 전에 베어링의 하중 용량을 다시 계산해야 합니다.
모터 베어링이 부적절하게 구성된 경우:
모터 베어링의 반경 방향 하중이 너무 크면 샤프트 시스템의 베어링 구성 중 부적절한 설계로 인해 베어링이 견디지 않아야 할 하중을 견디게 되었기 때문일 수 있습니다. 이를 확인하려면 일반적으로 도면과 실제 측정값을 비교해야 합니다.
공작물의 실제 조립 구조가 합리적이며 베어링 구성이 적절한지 확인합니다. 베어링 구성이 합리적이라면 샤프트 시스템의 지지 구조를 조정해야 합니다. 이 베어링 구성을 변경할 수 없는 경우, 이 구조 하중 하에서 베어링의 작동에 맞게 베어링 선택을 변경해야 합니다.
모터 샤프트 끝의 부하가 부적절한 경우:
모터 베어링에 과도한 하중이 가해졌고 검사 후 모터의 내부 베어링 선택 및 구조 배열에 문제가 발견되지 않은 경우 베어링에 가해지는 반경 방향 하중의 원인을 추가로 검사해야 합니다. 일반적인 원인으로는 과도한 벨트 풀리 장력 및 커플링 무게로 인한 과도한 반경 방향 힘이 있습니다.
실제로 커플링은 일반적으로 너무 무겁지 않지만 커플링의 작용점과 두 베어링 사이의 거리가 실제 베어링 하중에 영향을 미칠 수 있습니다. 동일한 반경 방향 힘이 다른 샤프트 끝 거리에서 다른 베어링 반경 방향 하중을 초래하므로 이를 확인해야 합니다.
위의 논의는 베어링 하중의 맥락에서 모터 베어링 열과 관련된 반경 방향 하중 계수와 관련이 있습니다. 실제 작업 조건에서 베어링 하중에는 축 방향 하중도 포함되며, 부적절한 축 방향 하중은 모터 베어링 작동 중에 원치 않는 열 발생을 유발할 수 있습니다.
앞서 언급했듯이 모터 베어링도 과도한 축 방향 하중을 받으면 열이 발생할 수 있습니다. 반경 방향 과부하가 베어링 과열로 이어지는 상황과 마찬가지로 축 방향 하중이 너무 클 때는 베어링 선택이 적절한지, 베어링 배열이 적절한지, 베어링에 가해지는 실제 하중이 올바른지 등을 고려해야 합니다.
크기가 작은 베어링을 선택한 경우:
모터 베어링의 설계는 베어링이 견뎌야 할 수 있는 축방향 하중을 고려합니다. 그러나 실제 축 방향 하중이 설계된 축 방향 하중보다 크면 모터 베어링에 추가 열이 발생하여 부적절한 가열로 이어질 수 있습니다.
이 상황에서는 모터 베어링 선택에 대한 조정이 필요합니다. 조정 방법은 반경 방향 하중 용량이 부족한 경우와 유사하지만 베어링 유형 조정은 다릅니다. 이러한 조정에는 다음이 포함될 수 있습니다:
다양한 베어링 유형 더 큰 축 방향 하중을 처리하기 위해 더 큰 베어링을 사용하여 베어링의 축 방향 하중 용량을 늘릴 수도 있습니다.
베어링 유형을 변경하든 더 큰 베어링을 선택하든, 선택이 확인되면 베어링의 하중 용량을 다시 계산하여 선택의 정확성을 확인해야 합니다.
모터 베어링 배열이 부적절한 경우:
부적절한 모터 베어링 배열로 인해 베어링이 견디지 않아야 할 축 방향 하중을 견디거나 베어링이 견디는 축 방향 하중이 너무 커서 모터 베어링이 과열될 수 있습니다.
이러한 상황에서 모터 베어링 시스템의 배열을 조정할 수 있는 경우 베어링 시스템의 구성을 조정해야 합니다. 모터 베어링 시스템의 배열을 조정할 수 없는 경우 베어링 유형을 조정해야 하며 베어링이 부담하는 하중을 기준으로 하중 조건을 충족할 수 있는 베어링 유형을 선택해야 합니다.
모터에 부적절한 외부 부하가 걸린 경우:
모터의 외부 하중은 모터 샤프트 시스템에 가해지는 하중의 직접적인 원인입니다. 축 방향 하중을 견디지 않아야 하는 샤프트 시스템에 축 방향 하중이 나타나면 부적절한 외부 하중 때문일 수 있습니다.
풀리로 연결된 모터의 경우 전송 방식이 풀리를 통한 것이므로 모터 샤프트 시스템에 축 방향 하중이 없어야 합니다. 그러나 풀리의 정렬이 잘못되면 이러한 유형의 연결은 샤프트 시스템에 특정 축 방향 힘을 가져올 수 있습니다. 이는 오류 진단 중에 확인해야 합니다.
모터 샤프트 끝단이 커플링으로 연결된 경우 커플링의 정렬이 잘못되면 샤프트 시스템에 축 방향 하중이 발생할 수 있습니다. 따라서 모터 샤프트 시스템에 비정상적인 축 방향 하중이 나타나면 커플링 연결도 점검해야 합니다.
모터 베어링이 받는 반경 방향 및 축 방향 하중이 베어링이 견뎌야 하는 하중보다 큰 상황에 대해 설명했습니다. 이러한 경우 주요 진단 방향은 하중의 원인을 찾고 원인을 기반으로 합리적인 조정 계획 또는 제거 조치를 개발하는 것입니다.
일반적인 과부하 외에도 모터 베어링 내부의 하중이 너무 작거나 하중 분포가 비정상적인 상황이 발생할 수 있습니다. 이 두 가지 상황 모두 모터 베어링에서 추가적인 열 발생을 유발할 수 있습니다.
모터 베어링은 이상적으로 견뎌야 하는 하중보다 큰 하중을 받으면 과열될 수 있습니다. 그렇다면 모터 베어링에 가해지는 하중이 가능한 한 작아야 한다는 뜻일까요? 대답은 '아니요'입니다.
모터 베어링에 가해지는 부하가 작동에 필요한 최소값보다 작으면 작동 중에 베어링 내부에 순수한 구름이 형성될 수 없습니다. 이로 인해 베어링 내부의 구름 요소와 궤도 사이에 상대적인 미끄러짐이 발생하여 추가 열이 발생하여 베어링이 과열될 수 있습니다.
모터 베어링에서 과열이 발생하면 베어링 하중을 계산하는 방법을 사용하여 베어링에 가해지는 하중과 최소 하중 사이의 관계를 확인할 수 있습니다. 고장난 베어링의 고장 표시에서도 증거를 찾을 수 있습니다.
과열이 발생했을 때 베어링 선택을 조정할 수 있다면 부하 용량이 낮은 베어링으로 교체를 시도할 수 있습니다. 예를 들어 볼 베어링을 롤러 베어링으로, 단열 베어링을 복열 베어링으로, 또는 작은 베어링을 큰 베어링으로 대체할 수 있습니다.
발열을 유발하는 최소 하중이 부적절하여 베어링 교체를 결정하기 전에 베어링의 실제 하중, 최소 하중 및 베어링 수명에 대한 검증 계산을 수행하여 베어링 교체의 성공과 효과를 보장해야 합니다.
최소 부하가 충분하지 않아 모터 베어링이 과열되어 부하 용량이 낮은 베어링으로 교체할 수 없는 경우 모터 베어링 윤활유의 점도를 적절히 낮출 수 있습니다. 이 방법은 베어링 작동에 필요한 최소 부하를 어느 정도 줄이는 데 도움이 될 수 있지만 최소 부하 부족으로 인한 모든 모터 베어링 열 고장에 적용되지는 않을 수 있습니다.
부하 문제로 인한 모터 베어링 가열 고장은 부하가 과도하거나 부족할 뿐만 아니라 잘못된 부하 분배로 인해 발생할 수도 있습니다. 대표적인 예가 모터 베어링 하중의 편심 문제입니다.
모터 베어링 하중의 편심 문제는 모터 베어링이 전달하는 하중과 베어링 중심 구멍의 축 사이에 오프셋 또는 정렬 불량이 있는 상황을 말합니다. 이 경우 베어링 내부의 구름 요소가 하중 영역의 중간에서 작동하지 않아 때때로 과도한 국부 하중이 발생하고 다른 영역에서는 너무 가벼워집니다. 이로 인해 모터 베어링이 작동하는 동안 추가 열이 발생할 수 있습니다.
모터 베어링의 편심 문제는 모터 베어링의 부적절한 설치 또는 모터 베어링의 관련 부품의 부적절한 모양 및 위치 공차로 인해 발생할 수 있습니다.
베어링에 편심 하중이 발생하면 모터 베어링의 고장 분석을 통해 증거를 찾을 수 있으며 해당 기능도 표시됩니다. 진동 스펙트럼 모터 베어링의
일반적으로 모터 베어링의 관련 부품의 크기 문제를 배제하기 위해 모터 샤프트와 베어링 챔버의 모양과 위치 공차를 확인합니다. 모터 베어링의 설치 과정도 검사하여 모터 베어링에 편심 하중이 발생할 수 있는 원인을 제거합니다.
지금까지 잘못된 부하로 인한 모터 베어링의 발열 문제와 기본적인 대응 방안에 대해 알아보았습니다. 모터 베어링의 발열에는 부하 외에도 속도, 윤활, 밀봉, 베어링 손상 등 다양한 요인이 있습니다.
앞서 언급했듯이 베어링 하중이 열 발생에 미치는 영향 외에도 모터 베어링의 열 발생에는 여러 가지 요인이 영향을 미치며, 그중에서도 속도는 간과할 수 없는 중요한 요소입니다. 모터를 설계할 때 엔지니어는 실제 베어링 속도가 베어링의 허용 범위 내에 있는지 확인해야 합니다. 속도가 지나치게 빠르거나 느리면 베어링이 비정상적으로 가열될 수 있습니다.
지나치게 빠른 속도와 느린 속도의 의미를 논의하기 전에 참조 기준이 필요합니다. 즉, 무엇에 비해 너무 빠르거나 너무 느린 것으로 간주되는 것은 무엇일까요? 일반적으로 포괄적인 베어링 카탈로그는 오일 윤활 정격 속도, 그리스 윤활 정격 속도, 열 기준 속도 및 최종 속도와 같은 개념을 포함한 정격 속도 값을 제공합니다.
첫째, 모터의 속도가 베어링의 열 기준 속도를 초과하면 모터 베어링이 뜨거워지는 경향이 있습니다. 때때로 이러한 가열은 베어링의 열 평형을 방해하여 베어링 소손으로 이어지기도 합니다. 다른 경우에는 새로운 열 평형 상태가 형성되어 베어링 소손을 직접적으로 유발하지는 않지만 윤활과 같은 요인에 영향을 주어 베어링 수명을 단축시킬 수 있습니다.
모터의 실제 작동 속도가 베어링의 열 기준 속도를 초과하는 경우 첫 번째 단계는 조건이 허용되는 경우 베어링 선택을 검사하고 조정하는 것입니다. 베어링 조정 원칙은 다음과 같습니다:
현재 과열된 베어링을 교체하려면 더 높은 속도 성능을 가진 베어링을 선택하십시오. 베어링 속도 성능을 소개하는 글에서 설명한 것처럼 일반적으로 내경과 외경이 같은 볼 베어링은 롤러 베어링보다 전체적으로 속도가 더 빠르며, 단열 베어링은 다열 베어링보다 속도가 더 빠릅니다. 따라서 베어링 유형을 변경할 때 이 원칙에 따라 조정할 수 있습니다.
동일한 유형의 베어링 내에서도 베어링의 직경 크기는 속도 성능과 관련이 있습니다. 따라서 모터 베어링 하중 요구 사항을 충족할 수 있는 베어링 중에서 베어링의 크기를 조정하여 속도 성능 부족을 개선할 수 있습니다.
일반적으로 경 시리즈 베어링은 중 시리즈 베어링보다 속도가 빠르며, 소구경 베어링은 대구경 베어링보다 속도가 빠릅니다. 그러나 경/중 시리즈 베어링을 변경하든 베어링 직경을 변경하든 항상 베어링 하중 용량 요구 사항을 충족하도록 해야 합니다. 따라서 속도를 확인하는 것 외에도 베어링 수명을 다시 확인해야 합니다.
동일한 크기와 유형의 베어링에서도 내부 설계가 다르면 베어링의 속도 성능에 영향을 미칩니다. 일반적으로 나일론 케이지가 있는 베어링은 강철 및 황동 케이지가 있는 베어링보다 속도가 빠르고, 강철 케이지가 있는 베어링은 황동 케이지가 있는 베어링보다 속도가 빠르며, 스탬핑 강철 케이지가 있는 베어링은 가공된 케이지보다 속도가 빠릅니다. 이 규칙은 속도가 기계적 제한 속도를 초과하는 상황에도 적용될 수 있습니다.
이 문서에서는 모터 베어링의 작동 속도가 열 기준 속도를 초과할 때 모터 베어링을 조정하는 원리와 조치에 대해 설명합니다. 실제로 모터 베어링의 실제 작동 속도가 열 기준 속도를 초과하는 경우 윤활 및 방열 방법을 개선하여 해결할 수도 있습니다.
앞서 모터 베어링의 실제 작동 속도가 모터 베어링의 열 기준 속도보다 높을 때 베어링의 선택과 크기를 조정하여 처리 원리와 아이디어를 얻을 수 있다고 설명했습니다.
모터 베어링의 속도가 열 기준 속도를 초과하지만 기계적 한계 속도보다 낮은 경우, 윤활을 개선하고 열 방출을 강화하여 조정할 수 있다는 사실은 모터 베어링의 열 기준 속도 정의에서 어렵지 않게 알 수 있습니다.
이렇게 하면 베어링이 조기에 고장나는 것을 방지할 수 있습니다. 냉각 및 열 방출에 대한 조정은 주로 주로 냉각 매체 모터 냉각 팬의 공기 흐름과 같은 냉각 매체의 온도를 낮추거나 냉각 매체의 방열을 강화하여 온도를 낮추는 방법을 사용합니다.
이러한 방식으로 모터 베어링의 온도 상승은 냉각 매체의 온도 하락과 균형을 이루며 한 열 평형 상태에서 다른 열 평형 상태로 전환됩니다.
모터 베어링의 높은 회전 속도로 인한 발열 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법으로 윤활을 조정할 수 있습니다:
첫째, 윤활유의 점도를 조절할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 모터 그리스의 경우 그리스와 베이스 오일의 두께를 줄일 수 있습니다. 이렇게 하면 고속으로 인한 항력 손실이 줄어들어 고속 윤활에 유리합니다.
둘째, 고속으로 인한 모터 베어링 열 문제는 윤활유 양을 조절하여 완화할 수 있습니다. 일반적으로 윤활의 기본을 충족하면서 윤활유의 양을 적절히 줄이는 것이 고속 적용에 유리합니다.
윤활유 점도와 양을 조정하는 것 외에도 조건이 허용하는 경우 고속 요구 사항을 충족하기 위해 윤활 방법을 변경할 수 있습니다. 예를 들어 그리스 윤활 대신 오일 윤활을 사용하고, 오일 배스 윤활 대신 스프레이 오일 윤활을 사용하고, 스프레이 오일 윤활 대신 오일 미스트 윤활을 사용하는 등의 방법을 사용할 수 있습니다.
요약하면, 고속 모터 베어링 작동을 수용하고 베어링 열을 줄이기 위해 윤활을 조정하면 어느 정도 완화 효과가 있지만 때로는 특정 제한이 있을 수 있습니다.
예를 들어, 실제 작업 조건에서 윤활 방법을 변경하는 것은 일반적으로 어렵습니다. 또한 윤활유의 점도를 조절하는 방법을 사용하면 어느 정도만 문제를 완화할 수 있으며, 이러한 조정은 윤활 성능에도 문제가 있습니다.
위의 논의를 통해 모터 베어링의 실제 작동 속도가 열 기준 속도를 초과하는 상황을 처리하는 몇 가지 접근 방식을 이해했습니다. 모터 베어링에서 발생하는 열은 열 기준 속도를 매우 명확하고 직접적으로 나타내므로 완화할 수 있는 여지가 있습니다.
반면 모터 베어링의 실제 작동 속도가 기계적 한계 속도를 초과하는 경우 베어링 고장 전 또는 고장 중에 발열이 발생할 수 있습니다. 이때 고장 난 베어링의 고장 분석을 통해 특징적인 징후를 파악해야 하며, 모터 베어링 속도를 확인하면 기계적 한계 속도를 초과하는 것을 알 수 있습니다.
모터 베어링의 기계적 한계 속도는 근본적으로 열 발생으로 표시되지는 않지만 발열과 관계가 있습니다. 또한 기계적 한계를 초과하는 속도로 인한 베어링 손상은 한 번 발생하면 근본적으로 되돌릴 수 없습니다.
따라서 베어링 발열, 베어링 파라미터 비교 또는 고장 분석을 통해 모터 베어링 속도가 기계적 한계 속도를 초과하는 것과 관련된 결론에 도달하면 베어링 선택 등의 측면에서 대책을 모색해야 합니다.
이전 글에서 모터 베어링의 실제 작동 속도가 베어링의 기계적 한계 속도를 초과하면 베어링이 붕괴하기 전 또는 붕괴하는 동안 열이 발생하는 상태를 나타낸다고 언급했습니다.
이 속도 정의의 의미에서 모터 베어링 속도가 기계적 한계 속도를 초과하면 베어링의 각 구성 요소가 상당한 원심력의 영향을 받아 가혹한 테스트를 받는다는 것을 어렵지 않게 추론할 수 있습니다.
특정 부품이 강도 한계에 도달하여 고장 나면 베어링 전체가 붕괴될 위험에 직면하게 됩니다. 이러한 빠른 속도를 수용하기 위해 다음과 같은 조치를 고려할 수 있습니다:
베어링 유형을 조정하여 기계적 제한 속도가 더 높은 베어링을 선택합니다. 일반적으로 질량이 작은 부품은 고속 회전 시 원심력이 덜 발생하므로 다음과 같은 원칙이 적용됩니다:
케이지를 선택할 때는 크기뿐만 아니라 특정 속도의 경우 강도와 질량의 균형을 맞춰야 할 수도 있습니다. 예를 들어 나일론 케이지는 가볍지만 강도가 낮고, 가공된 황동 케이지는 강도는 높지만 무겁습니다.
반면에 모든 베어링이 재료 및 제조 공정으로 인해 모든 유형의 케이지를 제공하는 것은 아니므로 전기 엔지니어의 선택이 때때로 제한될 수 있습니다.
또한 케이지를 선택할 때는 원심력뿐만 아니라 베어링 내부의 상대적 위치와 안내 방식도 고려해야 하는데, 이는 베어링 내부 마찰 조건에 영향을 미치고 열을 발생시킬 수 있습니다.
일반적인 상황은 베어링 링(내부 또는 외부)에 의해 안내되는 원통형 롤러 베어링으로, 베어링의 속도가 250,000을 초과하는 경우 그리스 윤활이 아닌 오일 윤활에 적합합니다. 그리스 윤활을 사용하면 쉽게 과열되고 청동 가루가 생성될 수 있습니다.
이러한 시나리오는 실제 모터 공장의 생산 활동에서 흔히 발생하므로 초기 베어링 선택에 충분한 주의를 기울여야 합니다.
지금까지는 과도한 회전 속도로 인한 베어링 과열 문제에 대해 설명했습니다. 실제로 베어링은 회전 속도가 너무 낮을 때도 과열될 수 있습니다. 이는 구름 요소와 궤도 사이에 유막을 형성하려면 일정한 상대 속도가 필요하기 때문입니다.
베어링의 회전 속도가 너무 낮으면 이 유막 형성이 어려워져 적절한 윤활 메커니즘이 확립되지 않아 베어링 과열로 이어질 수 있습니다.
모터 베어링이 매우 낮은 속도로 회전하는 경우 다음과 같이 조정할 수 있습니다:
윤활 점도를 조절합니다: 그리스 두께와 기유 점도를 높이면 저속에서 윤활막을 형성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
그리스 첨가량 조절: 저속 조건에서는 모터 베어링이 그리스를 교반하면서 발생하는 항력 손실이 최소화됩니다. 이때 그리스 첨가량을 늘리면 과도한 항력 손실을 추가하지 않고 유막을 형성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
윤활유 내 첨가제를 조정합니다: 베어링의 속도가 유막을 형성하기에 충분하지 않은 경우 특정 극압 첨가제 및 마모 방지 첨가제를 사용할 수 있습니다. 극압 첨가제를 추가하면 베어링이 낮은 회전 속도에서도 구름 요소와 궤도를 분리할 수 있습니다. 마모 방지 첨가제를 사용하면 구름 요소와 궤도 사이의 직접적인 마모를 방지할 수 있습니다.
물론 베어링의 회전 속도가 너무 낮을 때는 윤활을 고려하는 것 외에도 검증 중에 베어링 자체에 더 많은 주의를 기울여야 합니다. 베어링의 피로 수명 외에도 베어링의 정하중 검증이 핵심이 되며, 검증 결과에 따라 베어링을 조정해야 합니다.
이전 글에서는 고속 및 저속에서 모터 베어링 열 발생의 가능한 원인에 대해 설명했습니다. 실제로 모터 베어링이 가변 속도로 작동하면 베어링 내부의 마찰과 충돌이 상대적으로 심해져 추가적인 열 발생이 발생합니다.
모터 속도 변화는 잦은 시동, 단방향 속도 변경 또는 방향 변경(왕복 운동이라고 함)으로 인해 발생할 수 있습니다.
두 가지 상황이 약간 다릅니다. 단방향 속도 변화(잦은 시동 포함)의 경우 모터 베어링 과열이 발생하면 선택한 베어링이 이러한 조건에 적합한지 확인하는 것이 좋습니다.
가변 속도 상황에서는 케이지가 튼튼한 베어링을 선택하고, 가능하면 가볍고 부드러운 소재의 케이지를 사용하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 속도 변화 시 케이지와 베어링 롤러 사이의 충돌을 줄이고 이로 인한 추가 손상과 열 발생을 줄일 수 있습니다.
반면, 마모 방지 첨가제가 포함된 그리스를 선택하면 속도 변화 시 베어링 내 개별 부품 간의 미끄러짐으로 인한 마찰, 열 및 마모를 줄일 수 있습니다.
왕복 운동 조건의 경우, 베어링의 정격 피로 수명 계산뿐만 아니라 베어링의 정하중 계산을 고려하는 등 선택한 베어링에 대한 추가 검증이 필요합니다.
왕복 운동하는 베어링의 경우 저속 방향 전환 시 마찰 표면을 보호하기 위해 극압 첨가제가 포함된 윤활유를 선택하는 것이 중요합니다.
지금까지 모터 베어링 발열 결함 트리에서 속도와 관련된 내용에 대해 자세히 설명했습니다.
앞서 언급한 잠재적 원인 외에도 모터 베어링 열 발생의 또 다른 중요한 요인은 윤활입니다. 윤활로 인한 열 상태는 때때로 빠르게 진행되어 결함이 빠르게 발생할 수 있으며, 때로는 진동 변화가 미미한 경우에도 열 발생과 같은 증상이 나타날 수 있습니다.
부적절하게 윤활된 모터 베어링의 과도한 발열을 진단할 때는 다음과 같은 측면을 고려하세요:
1. 부적합한 윤활유 선택,
2. 부적절함 윤활 방법,
3. 윤활유 경로의 설계 결함.
다음은 조사해야 할 세 가지 주요 영역입니다.
모터 베어링 윤활 설계에는 윤활 방식, 윤활유 점도, 윤활유 첨가제 선택 등이 포함됩니다.
모터 베어링의 윤활 방식은 실제 작동 요건에 따라 선택해야 합니다. 윤활 방법이 다르면 베어링의 내부 항력 손실 수준이 달라지고 따라서 가열 조건도 달라집니다.
열 발생의 오름차순으로 오일 및 가스 윤활, 오일 스프레이 윤활, 오일 배스 윤활, 그리스 윤활 방식이 있습니다. 오일 및 가스 윤활은 윤활 위치가 더 정밀하고 윤활량을 적절히 제어할 수 있어 베어링의 내부 항력 손실이 가장 적습니다. 하지만 이 시스템은 상대적으로 복잡하고 특정 제어 표준이 필요합니다.
오일 스프레이 윤활은 오일 및 가스 윤활보다 더 많은 양의 윤활유를 사용하므로 베어링의 가열이 상대적으로 적고 오일 스프레이는 일정한 냉각 기능을 가지고 있습니다. 따라서 오일 스프레이 윤활에는 특정 오일 경로 설계와 윤활 제어 기능이 필요합니다. 상대적으로 복잡하고 비용도 높습니다.
오일 배스 윤활의 오일 경로 구조와 제어 구조는 오일 스프레이 윤활보다 간단하지만 부품 교반 윤활과 관련된 작업은 상대적으로 높습니다. 윤활유는 기어박스와 대형 모터에 일반적으로 사용되는 특정 냉각 효과가 있습니다.
그리스 윤활은 모터 베어링을 윤활하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 오일 경로 설계가 간단하고 비용 효율적입니다. 하지만 다른 두 방식에 비해 베어링 교반 윤활로 인한 항력 손실이 더 큽니다.
윤활 방법마다 적용 가능한 범위가 있으며, 이 범위 내에서 윤활 매체를 조정하면 해당 마찰과 발열을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 작동 조건이 이 범위를 초과하는 경우에는 윤활 방법을 변경해야 합니다.
이전 섹션에서는 가열 중 모터 베어링의 윤활 방법을 선택할 때 몇 가지 검사 및 고려 사항에 대해 설명했습니다. 이에 따라 모터 베어링 윤활유의 선택은 베어링 가열에 큰 영향을 미칩니다.
이러한 지식을 통해 모터 베어링 윤활유 선택의 주요 목표는 점성이라는 것을 이해합니다. 모터 베어링 윤활에서 열 발생을 줄인다는 관점에서 윤활유의 점도를 낮추면 베어링 작동 중 항력 손실을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 윤활 요구 사항을 충족하는 저점도 그리스와 낮은 기유 점도 윤활제를 선택할 수 있습니다.
여기서 윤활유의 점도를 낮추더라도 모터 베어링의 기본적인 윤활 요구 사항을 충족해야 한다는 점을 강조해야 합니다. 이 요구 범위 내에서 줄여야 합니다. 그렇지 않으면 윤활 불량으로 인해 모터가 가열되고 베어링이 손상될 수 있습니다.
또한 윤활유에 적합한 점도를 선택한 후에는 특히 특수한 속도 시나리오에서 첨가제 선택도 고려해야 합니다. 저속 상황에서는 극압 첨가제가 필요합니다. 이황화 몰리브덴은 일반적으로 일반 모터에서 극압 첨가제로 사용됩니다.
그러나 모터 베어링 속도가 빠른 상황에서는 이황화몰리브덴이 모터 베어링의 내부 마모와 윤활 불량을 유발할 수 있으므로 계속 사용할 수 없습니다. 고속에서는 이황화 몰리브덴이 연마 마모에서 연마 입자로 작용할 수 있기 때문입니다.
모터 베어링의 내부 윤활 방법, 윤활유 점도 및 첨가제를 모두 적절하게 선택하면 모터 베어링의 가열이 발생하지 않습니다. 그러나 이 외에도 윤활의 적용은 모터 베어링의 가열에 영향을 미칩니다.
윤활제 도포에는 도포량, 도포 시기, 도포 방법 등이 포함됩니다.
모터 베어링에 그리스가 과도하게 첨가되면 베어링이 회전할 때 그리스의 교반으로 인해 열이 발생합니다. 따라서 모터 베어링에 열이 발생하면 그리스 양을 확인해야 합니다.
과도한 그리스는 베어링 열을 유발할 뿐만 아니라 윤활이 충분하지 않으면 내부 베어링 마찰 쌍이 접촉을 통해 가열될 수 있습니다. 이 경우 먼저 모터 베어링의 초기 그리스 양을 확인하여 윤활 요구 사항이 충족되는지 확인해야 합니다.
초기 그리스 양은 적절하지만 베어링 내부의 잔류 그리스가 부족하면 모터 작동 중에 오일이 누출될 수 있습니다. 누출의 원인을 조사해야 합니다. 씰로 인해 누출이 발생한 경우 씰을 수리해야 합니다.
수직 모터의 경우 중력으로 인해 오일 누출의 위험이 필연적으로 증가합니다. 누출 여부를 확인하는 것 외에도 베어링 내부에 남아있는 그리스가 윤활 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 보충 윤활을 모니터링하고 조정해야 합니다.
모터 윤활량은 초기 윤활뿐만 아니라 보충 윤활 시에도 모니터링해야 합니다. 보충 윤활이 불충분하면 모터 베어링 내부에 오일이 고갈될 수도 있습니다.
일반적으로 주기적 보충 윤활의 간격과 양은 윤활 검증 계산에 따라 조정해야 합니다. 연속 윤활 시스템의 경우 연속 윤활유 주입량을 조정해야 합니다.
위에서 언급했듯이 모터 베어링 과열의 원인 중 하나는 윤활량 문제입니다. 윤활이 과도하거나 불충분하면 모터 베어링이 과열될 수 있습니다.
실제로 부적절한 윤활 보충은 베어링 내부에 윤활이 너무 많거나 너무 적은 결과를 초래합니다. 과잉 또는 부족 윤활에 대한 논의는 주로 초기 설치 시 부적절한 윤활량과 관련이 있습니다. 이 섹션에서는 윤활 보충에 관한 부분을 다룹니다.
먼저 윤활유 보충 시기를 고려해 보겠습니다. 일반적으로 엔지니어는 베어링의 종류와 작동 조건에 따라 모터 베어링 윤활 보충 시기를 계산하고 선택합니다.
보충 시기는 모터 베어링의 작동에 필요한 윤활 요구 사항을 충족해야 합니다. 그러나 특수한 작동 조건에서는 윤활유 보충 시기를 조정해야 하는 경우가 많습니다.
예를 들어 수직 모터의 경우 일반적으로 표준 재윤활 주기를 절반으로 줄이고 진동이 심한 환경에서는 표준 재윤활 주기도 절반으로 줄여야 합니다. 매뉴얼의 해당 윤활 보충 섹션에서는 재윤활 타이밍을 조정해야 하는 여러 상황에 대해 설명합니다.
모터 베어링의 현장 과열로 인해 윤활 주기를 점검해야 하는 경우 이러한 요소에 주의를 기울여야 합니다.
윤활유 보충 시기 문제 외에도 점검 시 윤활유 보충량도 고려해야 합니다. 윤활 보충량에 대해서는 매뉴얼의 해당 계산 공식을 참조할 수 있으며 여기서는 반복하지 않습니다.
현장의 유지보수 담당자는 모터 베어링에 윤활유를 보충할 때 이 양을 준수해야 합니다. 불충분하게 추가하는 것은 피해야 합니다.
현장에서 과도한 윤활을 추가하는 경우, 오일 배출 밸브를 열어 잉여 그리스를 배출하여 베어링 내부의 과도한 그리스가 과열을 유발하는 것을 방지해야 합니다. 모터 베어링 윤활에 연속 급유 시스템을 사용하고 현재 윤활 조건에서 과열이 발생하는 경우 연속 급유량을 적절히 조정할 수 있습니다.
모터 베어링의 윤활 보충을 점검할 때는 윤활 보충 방법도 확인해야 합니다.
일반적으로 장비가 저속으로 작동할 때는 가능한 한 윤활유를 추가해야 합니다. 추가하는 동안 추가된 그리스의 호환성을 확인해야 합니다. 그리스 성능을 보장하기 위해 혼합하기 전에 호환되지 않는 그리스의 호환성을 확인해야 합니다.
반면 모터 베어링에 윤활유를 보충할 때 새 그리스와 모터 베어링의 온도가 크게 다를 경우, 특히 고속으로 작동하는 장비의 경우 새 그리스를 적절히 가열해야 합니다.
이는 일반적으로 그리스의 점도가 온도가 낮아질수록 증가하고 온도 차이가 큰 그리스는 점도 차이가 크기 때문입니다. 이렇게 차가운 그리스가 빠르게 작동 상태에 도달하려고 혼합되면 윤활이 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다.
모터에 윤활유를 보충할 때는 모터가 저속으로 작동할 때 윤활유를 추가하세요. 모터 속도를 늦출 수 없는 경우 모터를 정지한 상태에서 윤활유를 보충해야 합니다.
모터를 감속하거나 정지할 수 없는 경우 그리스의 온도가 동일하다는 전제하에 윤활유를 천천히 추가해야 합니다. 이 접근 방식은 새로 추가된 그리스의 영향을 최소화합니다.
앞서 모터 베어링 과열 문제의 윤활 부분의 윤활유 양과 관련된 몇 가지 문제에 대해 설명했습니다. 실제로 윤활 불량으로 인한 모터 베어링의 과열 문제는 때때로 윤활유 회로와 관련이 있을 수 있습니다.
오일 회로와 관련된 모터 베어링의 윤활 불량에는 주로 몇 가지 측면이 있습니다:
1. 흡입구 오일 통로가 매끄럽지 않습니다.
2. 배출구 오일 통로가 막히지 않았는지 확인합니다.
3. 오일 회로 설계가 불합리합니다.
4. 오일 플링거에 문제가 있습니다.
윤활유 보충이 필요한 모터 베어링의 경우 모터 설계에 다음이 포함되어야 합니다. 윤활유 통로가 있습니다. 일반적으로 모터 케이스 또는 엔드 커버에 오일 주입 구멍이 있습니다. 오일 충전 구멍에서 베어링까지의 경로는 모터 베어링 윤활 보충 오일 회로입니다. 때때로 이러한 오일 회로는 엔드 커버와 케이스로 함께 구성되며 조립 및 설계 후 막힘이 없는지 확인해야 합니다.
사용 중에는 오일 노즐에서 추가된 윤활유가 정기적으로 베어링에 들어갈 수 있는지 확인해야 합니다. 그렇지 않으면 모든 추가 윤활이 적용되지 않아 모터 베어링 윤활을 보충할 수 없어 윤활 성능 저하 및 베어링 과열 문제가 발생할 수 있습니다.
모터 베어링이 작동 중일 때 원활한 유입 오일 통로가 필요할 뿐만 아니라 원활한 배출 오일 통로도 필요합니다. 윤활유 보충이 필요한 모터를 설계할 때는 모터 케이스 또는 엔드 커버에 오일 배출구를 설계합니다.
베어링에서 오일 배출구까지의 오일 경로가 모터 베어링의 오일 배출 경로입니다. 모터 베어링이 오일 배출 경로를 통해 과도한 그리스를 제거할 수 있도록 오일 배출 경로를 막지 않아야 합니다.
오일 배출구의 부적절한 설계와 오일 배출 경로의 막힘으로 인해 과도한 그리스를 제거하지 못해 모터 베어링이 과열되는 경우가 실제 작업 상황에서 드물지 않습니다.
모터 베어링 오일 회로의 합리적인 설계는 모터 베어링 윤활을 보장하는 데에도 중요합니다. 오일 회로 설계가 부적절하면 보충된 윤활유가 베어링에 유입되지 않아 베어링 과열이 발생할 수 있습니다.
따라서 새로 설계된 모터의 베어링 과열을 점검할 때는 모터 베어링 오일 회로 설계의 합리성도 함께 점검해야 합니다. 여기서 핵심 요소는 윤활유 회로가 베어링과 '바이패스' 관계가 아니라 베어링을 통과하도록 하는 것입니다.
일부 중대형 모터에서는 윤활을 위해 그리스를 사용할 때 오일 플링거가 설계되는 경우가 많습니다. 여기서 오일 플링거는 모터 베어링 윤활유 회로의 일부이기도 합니다. 과열된 모터 베어링의 윤활유 회로를 점검할 때는 이 부분도 함께 점검해야 합니다.
오일 플링거의 일반적인 부적절한 설계에는 오일 플링거의 부적절한 크기, 오일 플링거와 모터 베어링 사이의 부적절한 거리, 오일 플링거 배출구의 부적절한 크기 등이 있습니다. 이러한 설계 요소는 모두 오일 플링거의 작동 효율성에 영향을 미칩니다.
이전 글에서는 모터 베어링 윤활이 베어링 열 발생에 미치는 영향에 대해 설명했습니다. 또 다른 영향 요인으로는 베어링의 씰이 있습니다. 씰의 주요 목적은 베어링을 보호하고 윤활유 누출 등을 방지하는 것입니다. 씰에는 비접촉 씰과 접촉 씰이 있습니다.
씰 립과 접촉면 사이의 접촉이 강할수록 씰링 효과가 더 좋아집니다.
그러나 접촉력과 상대 운동으로 인해 발생하는 마찰이 커져 열 발생이 높아집니다. 반대로 접촉이 약할수록 씰링 효과가 떨어지고 접촉력과 상대 운동으로 인한 마찰과 열 발생이 줄어듭니다. 씰의 선택과 적용에는 종종 열 발생과 씰링 성능 간의 균형이 수반됩니다.
일반적인 베어링 애플리케이션에서 씰에는 접촉식 및 비접촉식 씰이 모두 포함됩니다. 비접촉식 씰은 립 설계를 통해 씰링 성능을 보장합니다. 접촉력이 없기 때문에 립 접촉으로 인한 열이 거의 발생하지 않습니다.
광접촉 씰은 비접촉 씰보다 씰링 성능이 우수하지만 씰 립이 씰링 영역에 접촉하고 상대적으로 마찰하기 때문에 베어링이 작동할 때 약간의 열이 발생합니다.
따라서 모터 작동 중 베어링 온도가 씰의 영향을 크게 받는 경우 씰링 성능을 보장하면서 접촉력을 줄여 씰 립에서 발생하는 열을 줄이는 것을 고려하십시오.
전반적으로 이 전략에는 가벼운 접촉 씰 대신 더스트 커버(비접촉 씰)를 사용하거나, 무거운 접촉 씰 대신 가벼운 접촉 씰을 사용하거나, 특수 씰 구조를 채택하는 것이 포함됩니다.
또한 씰의 설치는 입술 접촉에 영향을 미쳐 씰의 밀봉 성능과 열 발생에 영향을 미칠 수 있습니다. 씰에 미치는 가장 큰 영향은 씰의 편심에서 비롯됩니다.
씰이 있는 베어링의 경우, 베어링의 편심은 베어링 자체의 구조에 의해 제한됩니다. 베어링이 편심되면 베어링의 내부 마찰로 인해 발생하는 열이 높은 경우가 많습니다.
그러나 자동 정렬 베어링의 경우 베어링 자체의 구조가 어느 정도의 편심을 허용하며, 베어링의 구조적 허용치 내의 편심은 베어링 씰이 견딜 수 없는 편심 상태를 야기할 수 있습니다. 이러한 상황은 씰이 있는 자동 정렬 롤러 베어링의 적용 분야에서 자주 발생합니다.
고장 진단 시 베어링 씰 부분에서 발열이 발견되면 고장 난 씰의 씰 립을 확인하여 마모 위치를 찾을 수 있습니다. 마모 상태에 따라 베어링 설치 편차를 얻을 수 있으므로 장애의 원인을 추론하고 제거할 수 있습니다.
베어링 오염은 모터 베어링 열 발생의 또 다른 중요한 요인입니다. 베어링 씰은 베어링을 오염으로부터 보호하는 핵심 부품이라는 것을 잘 알고 있습니다. 따라서 베어링 오염으로 인한 베어링 열을 진단할 때는 베어링 씰의 상태도 먼저 확인해야 합니다.
씰 손상으로 인해 베어링에 오염 물질이 유입되어 베어링 열이 발생하는 상황은 씰과 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 다음 소개에서는 먼저 씰이 손상되었을 때 베어링 열 고장을 진단하는 방법에 대해 설명합니다.
베어링 씰 손상에는 베어링 씰 립의 균일한 마모, 베어링 씰 립의 불균일한 마모, 베어링 씰의 비립 부분 손상 등이 있습니다.
본문에서는 베어링 씰이 손상되면 베어링 내부가 잠재적인 오염에 노출될 수 있다고 설명했습니다. 이러한 손상에는 베어링 씰 립과 베어링 씰의 기타 립이 아닌 부분의 마모가 포함됩니다.
씰 립의 마모에는 균일 마모와 불균일 마모가 포함됩니다.
첫째, 베어링 씰 립의 균일한 마모입니다:
접촉 씰의 경우, 베어링 씰의 립은 일반적으로 씰링 표면과 균일하게 접촉하여 베어링 작동 중에 마찰과 열을 발생시킵니다. 좋은 씰 설계는 일반적으로 씰링 효율과 열 발생 사이의 균형을 맞추는 것입니다.
정상적인 상황에서는 씰 작동 중에 발생하는 열이 과도해서는 안 됩니다. 그러나 열이 심하게 발생하고 씰이 균일하게 마모되는 경우 다음과 같은 이유 때문일 수 있습니다:
관련 구성 요소의 치수 편차. 예를 들어 샤프트 또는 베어링의 내부 링의 크기가 공차를 초과하여 씰 립에 과도한 접촉력이 발생할 수 있습니다. 이 경우 각 구성 요소의 치수를 조정해야 합니다.
관련 부품의 표면 거칠기가 과도하여 씰 립의 마찰과 마모가 증가하여 추가적인 열 발생을 초래합니다.
관련 구성 요소의 모양과 위치 크기의 편차. 예를 들어, 샤프트가 둥글지 않아 씰 립이 마모되는 경우입니다.
이러한 문제는 샤프트 및 관련 부품을 가공하여 결함을 제거해야 합니다.
또한 씰을 잘못 선택하면 씰 립이 마모될 수도 있습니다. 균일 마모의 잠재적 원인으로는 씰의 회전 속도 성능이 실제 적용 요구 사항을 충족하지 못하는 경우, 씰의 내식성이 실제 적용 요구 사항을 충족하지 못하는 경우, 씰의 온도 성능이 실제 적용 요구 사항을 충족하지 못하는 경우 등이 있습니다.
일반적으로 씰은 립과 샤프트 사이의 마찰 관계에 따라 해당 적용 속도 요구 사항이 있습니다. 베어링 속도가 이 요구 사항을 초과하면 씰 립이 마모될 수 있습니다. 베어링 씰링의 다른 요인이 정상인 경우 이러한 마모는 균일한 립 마모로 나타납니다.
일반적인 베어링 씰은 일반적으로 고무 재질로 만들어집니다. 씰의 작동 환경에 부식성 가스나 액체가 포함되어 있으면 고무 소재가 열화되어 연화되거나 균열이 발생할 수 있습니다. 연화가 발생하면 립에 유사한 균일한 마찰 손상이 나타날 수 있습니다.
반면에 베어링 씰에는 특정 작동 온도 범위가 있습니다. 실제 적용 온도가 이 범위를 초과하면 씰이 부드러워지고 상대 운동 중에 립에 균일한 마모 흔적이 나타날 수 있습니다.
씰의 작동 환경의 영향 외에도 설치 및 사용 중 부적절한 관행은 씰에 원치 않는 마모를 유발하여 관련 베어링 부품의 과열로 이어질 수 있습니다.
예를 들어 베어링 유지보수를 적시에 하지 않아 베어링 씰이 이미 노후화된 경우 씰이 손상되면 추가적인 마모, 열, 오일 누출이 발생할 수 있습니다. 부적절한 설치로 인해 씰이 추가로 마모되면 다른 문제 중에서도 과도한 열 발생으로 이어질 수 있습니다.
이전 논의에서는 모터 베어링 씰의 균일한 마모로 인해 발생하는 모터 베어링 열 발생 문제를 다루었습니다. 이제 씰 립의 불균일 마모 상황에 대해 논의해 보겠습니다.
모터 베어링 씰의 마모가 균일하지 않으면 윤활유가 누출되고 오염 물질이 쉽게 유입되어 모터 베어링 과열을 일으킬 수 있습니다. 또한 모터 베어링 씰의 마찰 부위가 고르지 않게 마모되면 추가 열이 발생하여 모터 베어링 과열의 원인이 될 수 있습니다.
모터 베어링 씰의 불균일 마모는 주로 씰 자체의 부적절한 설치 또는 유지보수 또는 관련 부품과 관련된 문제로 인해 발생할 수 있습니다.
첫째, 씰 설치 시 씰 자체와 샤프트 축 사이에 평행하거나 각진 편심이 있으면 씰 립이 해당 접촉 영역과 제대로 정렬되지 않습니다. 이로 인해 립의 일부가 과도한 접촉 압력을 가하는 반면 다른 부분은 거의 압력을 가하지 않게 됩니다. 압력이 높은 립 부분은 샤프트의 회전과 함께 마모되어 이 과정에서 상당한 열이 발생합니다.
이러한 상황에서는 씰 립과 회전 부품 사이의 접촉 압력이 정상보다 커져 마찰 열 발생이 높아집니다. 반면 씰 립 접촉 압력이 낮은 경우(오정렬에 수직인 방향)에는 씰 립이 회전 부품에 전혀 접촉하지 않거나 가볍게 닿을 수 있습니다.
여기에서는 접촉 압력이 낮아 마찰 열 발생이 적고 그에 따라 마모도 적습니다. 따라서 베어링이 한동안 작동한 후에는 베어링 씰 립이 불균일하게 마모됩니다.
씰이 샤프트 축과 정렬되지 않을 수 있는 또 다른 가능성은 부품 생산 공정의 문제로 인한 것입니다. 이러한 문제는 대부분 해당 부품의 형태 및 위치 공차가 불량하기 때문에 발생합니다. (이는 위에서 설명한 균일한 립 마모의 경우와 다르며, 부품 생산 문제는 대부분 치수 공차로 인해 발생합니다).
특히 이러한 형태 및 위치 공차로 인해 부품 조립 후 편심이 발생하는 경우 인과 관계는 매우 직접적입니다. 이러한 상황에서는 설치 후 샤프트와 베어링 하우징의 정렬을 점검해야 합니다. 관련 치수에는 베어링 숄더, 엔드 캡 스톱, 베어링 하우징의 동심도 등이 포함됩니다.
지금까지 모터 베어링 온도가 너무 높을 때의 씰 마모 검사에 대해 설명했습니다. 사실, 립 외에도 씰 자체의 손상도 베어링에 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 손상은 립 마찰 접촉면 외부, 즉 프레임이나 립 영역에서 발생할 수 있습니다.
이러한 손상에는 부적절한 설치 또는 유지보수로 인한 씰 손상, 간섭으로 인한 손상, 씰 회전으로 인한 손상 등이 포함될 수 있습니다.
이전 섹션에서는 모터 베어링 씰의 립이 고르지 않게 마모되어 모터 베어링이 가열될 수 있는 문제에 대해 설명했습니다. 이 섹션에서는 모터 베어링 씰의 손상에 대해 자세히 살펴보겠습니다.
모터 베어링 씰의 립 마모(균일 및 불균일) 외에도 씰의 다른 부분이 손상되면 씰의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 씰 립의 접촉면이 변경될 수도 있습니다. 일반적으로 손상된 씰은 한동안 작동한 후 립에 비정상적인 마모가 나타납니다.
따라서 모터 베어링 씰의 립 마모와 씰의 다른 부분의 손상이 동시에 발생할 수 있습니다. 이 내용은 일련의 기사와 사고지도에서 별도로 언급되었지만 독자들은 이러한 사례를 완전히 별개의 사건으로 인식해서는 안 됩니다.
모터 베어링 씰의 일반적인 손상으로는 씰의 변형, 씰과 다른 부품 간의 간섭, 씰 회전 등이 있습니다.
첫째, 모터 베어링의 보관, 운송, 설치 및 기타 관련 프로세스 중에 부적절한 취급으로 인해 씰이 손상되어 변형 또는 긁힘이 발생할 수 있습니다. 모터 베어링 씰은 일반적으로 내부에 강철 골격이 있고 외부에 고무 재질이 있는 스켈레톤 씰로 알려져 있습니다.
일반적인 베어링 씰의 강철 골격은 얇은 강철판으로, 외부 힘에 의해 소성 변형될 수 있습니다. 씰의 골격이 변형되면 씰 립의 접촉에 영향을 미쳐 베어링의 씰링 성능이 저하되고 그리스 누출이나 오염 물질 유입의 원인이 될 수 있습니다.
이는 작동 중 모터 베어링의 과열로 이어질 수 있습니다. 반면에 모터 베어링 씰이 손상된 후 립 접촉이 불량하면 모터 베어링의 또 다른 고온 원인인 원치 않는 마찰과 열이 발생할 수 있습니다. 마지막으로, 이러한 변형으로 인해 모터 베어링의 주변 부품과 간섭 마찰이 발생하면 추가적인 열과 국부적인 온도 상승을 초래할 수 있습니다.
둘째, 씰과 주변 베어링 구성품 사이의 위치 관계가 부적절하면 간섭이 발생할 수 있습니다. 간섭이 발생하면 씰 또는 간섭과 관련된 다른 구성품이 손상될 수 있습니다.
이 경우 베어링과 주변 구성 요소 간의 위치 관계를 확인하여 간섭 마찰로 인한 열원을 제거해야 합니다.
세 번째 일반적인 씰 손상 유형은 씰 회전입니다. 베어링 씰 자체는 회전하는 부분과 립 부분에서 상대적인 움직임과 마찰이 있어야 합니다. 그러나 씰의 설치 부분에서 이러한 상대적인 움직임이 발생하면 씰과 설치 부분 사이의 회전을 나타냅니다. 씰 립의 마찰과 가열은 씰 설계 시 설계 및 최적화되며 정상 범위 내에서 허용됩니다.
그러나 씰의 고정 부분은 고정 부품과 상대적인 움직임이 없어야 하므로 고정 부품 간의 상대적인 움직임으로 인한 추가 열이 상당합니다. 이 시점에서 베어링 씰의 고정 부분과 씰 자체의 공차를 확인하여 안정적인 고정을 보장하고 회전으로 인한 추가 열을 방지해야 합니다.
앞서 모터 베어링 자체와 무관하게 과열의 원인이 될 수 있는 다양한 요인과 이러한 문제를 판단하는 논리에 대해 설명한 바 있습니다.
넓은 관점에서 베어링의 상태는 일반적으로 외부 관찰과 내부 관찰로 나눌 수 있습니다. 모터 베어링이 가열되기 시작하면 내부 검사를 위해 베어링을 분해하고 내부에서 발견되는 자국을 바탕으로 표면 상태를 해독하는 것이 베어링 애플리케이션 엔지니어가 사용하는 일반적인 '고장 분석' 방법입니다.
실제로 대부분의 베어링 고장은 어느 정도 비정상적인 발열을 유발합니다. 따라서 고장 분석은 모터 베어링 과열을 진단하는 일반적인 방법입니다. 반면에 모터 베어링의 고장 분석을 수행하려면 분해가 필요한 경우가 많으며, 이 경우 돌이킬 수 없어 베어링을 사용할 수 없게 되는 경우도 있습니다.
따라서 모터 베어링 과열을 진단할 때는 일반적으로 다른 외부 요인을 평가한 후 분해를 통한 고장 분석이 최후의 수단으로 사용됩니다.
실제로 베어링의 고장 분석은 매우 직접적인 속성을 가지고 있습니다. 문제 해결을 위해 고장 분석 지식을 올바르게 사용하면 베어링의 내부 동작 상태와 관련된 가장 직접적인 증거를 얻을 수 있습니다. 따라서 이 방법은 근본적이고 기본적인 방법입니다. 일부 문헌에서는 이를 "근본 원인 고장 분석" 또는 RCFA라고 부르기도 합니다.
모터 베어링 과열 문제의 결함 트리에서 모터 베어링의 내부 고장 분석은 중요한 가지입니다. 베어링의 내부 구름 요소 및 궤도와 관련된 관찰 사항은 모터 베어링의 과도한 내부 온도라는 가지 아래에 배치됩니다.
여기서 과도한 내부 온도는 과열의 원인이 베어링 내부에 있음을 의미합니다. 색상을 기준으로 모터 베어링 열 분포를 평가할 때 내부 온도가 외부보다 높은 것을 볼 수 있으며, 색상 변화는 이러한 차이를 나타냅니다(다양한 베어링 색상 해석에 대해서는 책에 있는 관련 표 참조).
반대로 모터 베어링의 온도 분포는 외부에서 내부로 향합니다. 즉, 모터 베어링은 외부 열원의 영향을 받을 수 있고, 작동 중 외부 온도가 내부보다 높을 수 있으며, 베어링이 내부적으로는 정상적으로 작동하지만 외부 상태가 비정상적일 수 있습니다.
이러한 경우 외부 열원을 파악해야 합니다. 모터 베어링 작동 중에 외부 열원이 존재하여 작동 온도가 정상보다 높아지는 경우 일반적인 해결책은 외부 열원을 제거하거나 베어링을 외부 열원으로부터 격리하는 것입니다.
이렇게 하면 베어링의 내부 온도가 너무 높아져 윤활 및 베어링 작동에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있습니다.
또 다른 잠재적인 외부 열원은 외부 구성 요소의 간섭일 수 있습니다. 이에 대한 단서는 각 구성 요소의 간섭 자국과 변색에서 찾을 수 있습니다. 간섭을 제거하면 열원을 해결할 수 있고 베어링 온도가 정상 수준으로 돌아옵니다.
이전 논의에서는 모터 베어링의 손상으로 인한 과열 진단에 대해 설명했습니다. 과도한 베어링 내부 온도 또는 외부 열원을 배제하는 프로세스를 다루었습니다.
이제 작동 중 베어링과 관련 부품 사이의 열 발생 문제에 초점을 맞출 것입니다. 이는 모터 베어링 크리프라고 알려진 일반적인 문제입니다.
모터 베어링은 모터의 고정자와 회 전자를 연결하는 기계 부품입니다. 예를 들어 유도 모터를 생각해 보세요. 베어링의 내륜은 일반적으로 회전자에 연결되어 고정된 상대 위치를 유지하며, 외륜은 고정자에 연결되어 역시 고정된 위치를 유지합니다.
모터가 회전하기 시작하면 베어링 내부와 외부 링 사이의 상대 회전이 베어링 내부의 롤링 요소에 의해 촉진됩니다.
따라서 모터 베어링의 외륜과 고정자, 내륜과 회전자 모두 상대적으로 고정된 상태를 유지해야 합니다. 상대적인 움직임이 발생하면 이를 일반적으로 모터 베어링 크리프라고 합니다. 모터 베어링의 크립 위치에 따라 일반적으로 내륜 크립과 외륜 크립으로 나뉩니다.
먼저 모터 베어링의 내부 링 크립을 고려해 보겠습니다. 유도 모터에서 모터 베어링의 내부 링과 샤프트 사이의 맞춤 공차는 일반적으로 부분 간섭 맞춤과 전환 맞춤을 포함하는 타이트 맞춤입니다.
일반적으로 모터 베어링의 내부 링 크립은 모터 베어링의 내부 링과 샤프트 사이에 상대적인 변위가 발생할 때 발생합니다. 이러한 상대 위치의 변화는 간섭 또는 전환 맞춤 시나리오에서 발생하지 않아야 합니다.
따라서 모터 베어링의 내부 링 크립이 발생하면 다음과 같은 점검을 수행해야 합니다:
먼저 샤프트의 치수를 검사합니다. 모터 베어링 섹션의 공차 맞춤이 올바르게 선택되었다고 가정하고 내부 링 크립이 감지되면 모터 샤프트의 치수를 확인하는 것부터 시작하세요.
샤프트의 크기가 공차를 벗어난 경우(일반적으로 크기가 작음) 모터 베어링의 내부 링과 샤프트 사이의 맞춤이 너무 느슨해져 크리프가 발생할 수 있습니다. (일반적으로 베어링 크리프가 발생하면 샤프트가 이미 마모되었기 때문에 샤프트 섹션의 측정된 크기는 크리프 사이의 크기보다 작아집니다.
이 시점에서 설치 전에 측정 기록을 확인하면 더 신뢰할 수 있습니다.)
둘째, 허용 오차 맞춤 설계가 적절한지 확인합니다.
셋째, 해당 구성 요소의 재질을 검사합니다.
앞서 언급했듯이 모터에서 베어링 내부 궤도 문제가 발생하면 위의 첫 번째 사항에서 언급했듯이 관련 부품의 치수를 검사해야 합니다. 이 단계에서는 합리적인 설계 내에서 부품의 품질을 확인합니다.
부품 품질 검사의 전제는 올바른 설계입니다. 따라서 모터 베어링 결함을 진단할 때 부품 품질과 함께 관련 설계의 정확성을 확인해야 하는 경우가 있습니다. 모터 베어링 궤도 문제를 해결하기 위한 작업은 적절한 공차 맞춤을 선택하는 것입니다. 이 부분에서는 공차 맞춤의 선택이 합리적인지 여부에 중점을 둡니다.
그러나 공차 맞춤의 선택에 영향을 미치는 특수한 작동 조건은 종종 엔지니어가 간과하기 쉽습니다. 예를 들어 진동 조건, 왕복 회전 등이 있습니다. 이러한 조건에서는 기존 구성에만 의존하지 않고 공차 맞춤을 조정해야 합니다. 이 부분은 종종 검사의 초점이 됩니다.
내부 궤도 외에 모터 베어링의 가장 일반적인 문제는 외부 궤도입니다. 외부 궤도 결함의 검사 방향은 내부 궤도 결함의 검사 방향과 크게 다르지 않습니다. 여전히 베어링 관련 부품의 치수(가공 품질)와 베어링과 관련 부품 간의 적합성 확인이 포함됩니다.
여기서 엔지니어가 집중해야 할 점은 외부 궤도 결함과 관련된 베어링 공차 핏 선택을 고려하는 것입니다.
첫째, 소재 문제입니다. 일부 모터 베어링 하우징은 알루미늄으로 만들어집니다. 열팽창 계수가 다르기 때문에 모터가 가열되면 베어링 하우징이 외부 궤도에서 느슨해져 외부 궤도 결함이 발생할 수 있습니다.
일반적인 솔루션에는 O링, 베어링 접착제 또는 모션 스톱 설계를 사용하는 등 궤도 문제를 방지하는 조치가 포함됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 솔루션은 O링 디자인입니다.
둘째, 재료의 영향 외에도 다양한 작동 조건에는 외부 궤도 공차 맞춤에 영향을 미치는 특정 요구 사항이 있습니다. 예를 들어 진동 조건, 왕복 작동, 잦은 시동, 수직 설치 등이 있습니다.
이러한 조건에서는 공차 맞춤을 조정해야 합니다. 수평 모터용 일반 공차 맞춤을 사용하면 외부 궤도 결함이 발생할 수 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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