기어의 파손원인

기어의 파손원인

사용중의 기어는 기어 손상은 기어이의 피팅(pitting), 파손(breakage), 장시간의 마모(long-range wear), 소성변형(plastic deformation), 스코링(scoring) 그리고 비 정상적인 파괴적인 마모(destructive wear)등의 원인에 의하여 망가진다.

모든 기어손상의 범위

1. 마모 (Wear)

2. 소성유동 (Plastic flow)

3. 표면 피로 (Surface fatigue)

4. 파손 (Breakeage)

5. 복합요인에 의한 손상 (Associated gear failure)

파손원인

1. 마모(wear)

가장 일반적인 마모의 원인은 불충분한 오일유막에 의한 금속-금속 접촉, 공급 오일중의 연마 입자, 급격한 마모와 스코링을 부르는 접촉면의 오일유막 붕괴, 오일과 첨가제 성분에 의한 화학적 마모이다.

 

2. 연마마모(abrasive wear)

연마마모는 이물질로 기어장치와 윤활시스템을 오염되었을 때 일어난다. 오염은 기계 가공 칩(chip), 연삭 잔류물, 배관에서의 녹(scale), 세척과정중의 잔모래(grit), 그리고 다른 원인등의 다양한 방식으로 발생한다. 일반적인 연삭마모 입자 생성원인 중의 하나는 때때로 윤활시스템 내에 남아있는 기어표면 마모에 의한 마모파편이다.

 

3. 부식마모(corrosive wear)

기어장치의 화학적 부식과 부식마모는 주로 윤활시스템의 오염으로 일어난다. 물, 염분, 용제, 기름용해제, 세척제 등과 같은 일반적인 물질이 오염과 기어부속품 부식을 일으킨다.

 

4. 스커핑 (Scuffing-Adhesive Wear, Scoring)

스커핑(scuffing)은 금속-금속 접촉, 용착과 분리의 반복작용의 형태로 나타나는 점착마모(adhesive)를 허용하게 하는 과열에 의해 윤활막의 국부적 파손에 의해 시작되는 매우 빠게 치표면이 마모되는 것이다.

 

5. 소성유동 (Plastic Flow)

무거운 하중하에서 접촉면이 항복이나 변형될 때 소성유동에 의하여 파손된다. 이것은 높은 접촉응력하에 있는 맞물림의 구름과 미끄럼 동작 결과이다. 일반적으로 냉간 유동(cold flow)는 무르고 중간정도의 경도 재질에서 일어나지만 경화된 기어 표면에서도 일어날 수도 있다.

 

6. 물결무늬항복 (리플링, Rippling)

리플링(rippling)은 소성유동과 연관된 파손이다. 대부분 최종 파손으로 몰고갈지도 모르는 리플링은 기어 맞물림의 미끄럼 운동 방향과 90도 근처의 각도로 접촉면에 물 결형태로 발생한다. 리플링은 금속 표면층을 변형 시킬수 있는 정도의 높은 응력에 의하여 일어난다.

 

7. 리징 (Ridging)

리징(ridging)은 치 작용면 미끄럼 방향으로 산마루 같은 주름이 형성되는 소성유동 의 형상중 하나이다. 접촉 부위의 미끄럼 속도가 상대적으로 높은 웜과 웜기어, 하이포이드 기어와 피니언에서 주로 발견할 수 있다. 소성유동은 또한 표면마모와 폴리싱 과 연관 되어 있다. 어느정도 시간이 흐르면 산마루 같은 자국이 두드러지며 이빨 전체를 가로지른 연속된 주름으로 발전한다.

 

※하이포이드 기어 : 교차되는 두 축의 각도가 90°인 엇갈림 기어.

 

8. 피팅 (Pitting, Surface Fatigue)

표면피로(surface fatigue), 또는 일반적으로 피팅(pitting)이라 부르는 것은 기어 재질이 견딜수 있는 치면용량을 초과 했을 때 나타나는 피로파괴 현상이다. 하중작용 중의 기어는 표면과 표면 아래에 주기적인 응력이 발생한다. 하중이 충분히 높고 응 력 주기가 크면 표면에서 작은 입자가 피로한도를 넘어 떨어져 나감으로 접촉면에 작은 홈이나 공동이 생성된다. 표면 손상의 심각성에 따라 (I)초기피팅(initial pitting), (II)급격한 피팅(destructive pitting), (III)스폴링(spalling, 쪼갬, 깸) 세종류의 단계로 분류한다.

 

9. 서리형상 피팅 (프로스팅, Frosting, Micro Pitting)

프로스팅(frosting)은 얇은 윤활막 상황에서 일어나는 미세피팅(micropitting)이다. 정상적으로 길들임 된 치 표면이나 폴리싱된 표면의 일부분이 에칭된 것 같은 상태이다.

 

10. 경화층 파손(Case Crushing)

경화층 파손은 재질의 내구한도를 초과 했을 때 표면아래에서 발생하는 파손이다. 비록 파손이 매번 이 지점에서 일어나지는 않지만 파손 시작점은 경화층과 심부 접합 층 근처이다. 이 성질의 파손은 표면의 접촉응력, 깊이에 따른 재질 강도, 경화층이 도가 심부보다 극히 단단할 때 그리고 수많은 응력 사이클의 수에 달려 있다.

 

11. 기어이 절손 (Gear Tooth Breakage)

기어이 절손은 기어이 전체나 일부분이 과부하나 충격, 또는 굽힘응력 작용시 재질 내구한계를 초과하는 반복응력에 의한 피로현상으로 깨지는 파손이다.

 

12. 과부하 절손 (Overload Breakage)

과부하 절손은 섬유표면같은 단면을 보이는 절손이다. 단단한 재질일 수록 좀더 부 드럽게 보이나 절손면은 피로의 증거가 보이지 않고 갑자기 순간적으로 잡아 떼어낸 것 같은 모양이다. 과부하 절손은 갑작스런 정렬오차나 기어 변속기를 순식간에 작동 불능인 상태로 만드는 베어링 파손, 큰 외부 이물질이 이빨 사이에 끼어들었을 때 등 의 원인에 의하여 일어난다.

 

참고문헌. Dennis P. Townsend, "Dudley's Gear Handbook", MacGraw-Hill, 1992 

 

문제

기계정비산업기사 기출문제 (2016년08월21일)

기어의 파손 원인 중 윤활문제로 발생하는 것은?

1.피칭

2.스폴링

3.피로파괴

4.스코어링

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

정답 4

 

해설

1. 피칭 : 표면피로 파괴 현상

2. 스폴링 : 피팅과 같이 치면의 국부적인 피로현상에서 나타나지만 피팅보다 약간 큰 불규칙한 형상의 박리가 발생하는 현상

3. 피로파괴 : 말그대로 피로파괴 현상

4. 스코어링 : 스커핑이라고도 하며 고속•고하중기어에서 치면의 유막이 파단되어 국부적으로 금속접촉이 일어나 마찰에 의해 그 부분이 용융되어 뜯겨나가는 현상

스코어링 원인 : 1. 급유량 부족 2. 윤활유 점도 부족 3. 내압성능 부족