웜 기어 실패 진단 — 다섯 가지 모드, 각 모드의 구분 방법 및 각 모드가 사양에 미치는 영향

정상적으로 설계된 웜 기어 세트가 일반적인 산업 환경에서 사용될 경우, 매년 눈에 띄는 마모가 발생하는 것은 정상적인 현상이 아닙니다. 적절하게 설계되고 윤활된 웜 기어 세트는 5,000시간 작동 동안 약 0.01~0.03mm 정도의 치면 마모가 측정되어야 하며, 이는 일반적으로 교체가 필요하기까지 몇 달이 아닌 몇 년이 걸리는 것을 의미합니다. 만약 매년 기어 휠을 교체해야 한다면, 경도 차이, 윤활유 종류, 윤활유 오염 또는 과부하와 같은 하나 이상의 사양 매개변수에 문제가 있는 것입니다. 올바른 접근 방식은 매년 교체를 정상적인 유지 보수로 받아들이는 것이 아니라, 마모를 가속화하는 원인을 파악하고 수정하는 것입니다. 500시간 간격으로 채취한 오일 샘플의 마모 입자 수를 분석하면 마모율이 안정적인지(허용 가능한 수준) 또는 증가하는지(개입이 필요한 문제)를 확인할 수 있습니다.

규격이 정확하게 명시된 구동 장치에서 축은 항상 더 단단한 표면이고 휠은 마모되는 표면입니다. 축 나사산 측면에 마모 흔적이 나타나는 것은 비정상적이며, (a) 연마재 오염으로 인해 양쪽 표면이 동시에 마모되었거나 (b) 경도 차이 역전 현상(축이 충분히 경화되지 않은 경우)이 발생했음을 나타냅니다. 휴대용 로크웰 경도계를 사용하여 축 경도를 측정하십시오. 축 경도가 규격에 미달하면 경도 차이로 인한 고장이 확인된 것입니다. 축 손상은 일반적으로 나사산 나선 방향과 평행한 마모 흔적을 보이며, 휠 손상은 톱니면의 슬라이딩 방향과 평행한 흔적을 보입니다.

때때로 가능하지만, 복구 조건은 특정한 경우에 한합니다. 초기 피팅(아직 합쳐지지 않은 고립된 크레이터, 깊이가 약 0.5mm를 넘지 않는 크레이터, 피치 라인 영역에 국한된 경우)은 하중을 헤르츠 피로 한계 이하로 줄이면 안정화될 수 있습니다. 실제로 이는 피팅을 유발한 토크 값의 약 60~70T로 토크를 줄이는 것을 의미합니다. 더 흔하게는, 초기 피팅은 점진적인 피팅 피로를 위한 균열 발생 지점을 제공하고 피팅 속도를 가속화합니다. 정기적인 오일 분석 검토 중에 피팅이 조기에 발견되면 다음 정비 주기 전에 기어 교체를 계획하십시오. 피팅이 기어 이빨 파손으로 이어지기 전에 교체해야 합니다.

적합한 오일은 ISO VG 220-460 광물성 기어 오일 또는 '웜 기어에 적합', '청동 재질 호환', 또는 '황동 재질 호환'으로 명시된 합성 PAO 오일입니다. 이러한 표시는 해당 오일에 황 기반 극압(EP) 첨가제가 포함되어 있지 않음을 나타냅니다. 이러한 첨가제는 청동 및 황동 웜 휠의 구리 성분과 반응하여 황화구리 부식 생성물을 형성합니다. 이 문제는 고장 분석에서 자주 발생하는데, 그 이유는 동일한 생산 라인의 헬리컬 기어 트레인에 사용되는 일반 산업용 기어 오일(정비 창고에 보관된 오일)에 황 기반 EP 첨가제가 포함되어 있고 헬리컬 기어에 완전히 적합하기 때문입니다. 헬리컬 기어 감속기에 사용하는 동일한 용기에서 웜 기어 드라이브에 오일을 보충하는 정비 담당자는 EP 첨가제를 유입시켜 청동 휠에 부식을 일으키게 됩니다. 웜 기어 드라이브에는 항상 필요한 특정 오일 사양을 명확하게 표시해야 합니다.

마찰로 인한 마모가 의심되는 드라이브는 계속 작동시키지 마십시오. 마모는 열에 의해 활성화되는 접착 메커니즘으로, 악순환이 반복됩니다. 마모가 발생할 때마다 표면 거칠기가 증가하고, 이는 다음 접촉 부위의 국부 온도를 상승시켜 마모를 더욱 쉽게 만듭니다. 초기 마모 흔적에서 심각한 고장에 이르기까지는 부하, 속도 및 윤활유 상태에 따라 수 시간에서 수일이 소요될 수 있습니다. 드라이브를 정지하고 오일 레벨을 확인한 후 오일을 배출하여 금속 파편이 있는지 검사하고 하우징 온도를 확인하십시오. 오일에서 금속 파편이 많이 발견되거나 하우징이 뜨거운 경우, 톱니 측면을 검사하고 근본 원인을 파악하기 전까지는 재가동하지 마십시오.

부식 흔적의 분포를 보면 원인을 알 수 있습니다. 과부하로 인한 부식은 대부분 또는 모든 치아의 접촉면에 걸쳐 균일한 밀도로 분포하는 경향이 있습니다. 이는 하중이 모든 치아에 분산되고, 모든 치아가 피로 한계 이상의 응력을 동일하게 받기 때문입니다. 반면, 불량한 접촉 패턴으로 인한 부식은 실제 접촉 영역(설계 접촉 영역보다 좁음)에 해당하는 좁은 띠에 집중되며, 특히 치아 면의 진입면에서 심하게 나타날 수 있습니다. 치아 면 폭의 절반보다 좁은 띠에 부식이 관찰된다면, 과부하가 있더라도 접촉 패턴이 원인일 가능성이 높습니다.

치아 파손 교체 후 시동 전 및 시동 중: (1) 하우징을 깨끗한 오일로 완전히 세척하고 배출하십시오. 단순히 오일을 보충하지 마십시오. (2) 웜 샤프트 나사산에 충격이나 회전하는 파편으로 인한 긁힘이 있는지 육안으로 검사하십시오. 샤프트에 나사산 손상이 심한 경우 샤프트도 교체하십시오. (3) 재조립 시 기어 세트를 수동으로 여러 바퀴 완전히 회전시켜 금속 접촉 소음이 없는지 확인하십시오. (4) 새 오일을 적정 수준까지 채우십시오. (5) 20% 부하에서 시작하여 하우징 온도를 모니터링하면서 30분 동안 유지하십시오. (6) 부하를 50%로 높여 1시간 동안 유지하고 온도를 다시 확인하십시오. (7) 생산에 복귀하기 전에 2시간 동안 최대 부하 작동을 확인하십시오.

이는 기계적 고장이 아니라 윤활유 점도 문제일 가능성이 매우 높습니다. 주변 온도가 낮을 ​​때 일반 광물성 기어 오일의 점도는 급격히 증가합니다. ISO VG 460 광물유는 5°C에서 작동 온도보다 점도가 5~8배 높을 수 있습니다. 이렇게 점도가 높은 저온 오일은 웜 기어가 마찰하면서 상당한 점성 저항을 발생시키고, 이러한 불균일한 저항으로 인해 소음과 진동이 발생합니다. 오일이 예열되어 10~20분 이내에 소음이 사라진다면 기어 자체에는 손상이 없는 것입니다. 저온에서도 유동성이 더 좋은 합성 PAO ISO VG 220으로 교체하십시오. 구동 장치가 예열된 후에도 소음이 사라지지 않거나, 온도와 관계없이 몇 주에 걸쳐 소음이 점점 커진다면 마모 또는 초기 피팅 현상을 점검해야 합니다.