[논문]온도, 속도, 그리고 하중 변화에 따른 볼 베어링용 그리스의 수명평가

손정훈; 김세웅; 최병호; 이승표

doi:10.9725/kts.2021.37.1.7

온도, 속도, 그리고 하중 변화에 따른 볼 베어링용 그리스의 수명평가
Life Evaluation of Grease for Ball Bearings According to Temperature, Speed, and Load Changes 원문보기

한국트라이볼로지학회지 = Tribology and lubricants, v.37 no.1, 2021년, pp.7 - 13

손정훈 ((주)일진베어링 기술연구소 고분자재료연구팀) , 김세웅 ((주)일진글로벌 기술연구소 고분자재료연구팀) , 최병호 (고려대학교 기계공학과) , 이승표 ((주)일진글로벌 기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Ball bearing is a device that supports and transmits a load acting on a rotating shaft, and it is a type of rolling bearings that uses the rolling friction of the balls by inserting balls between the inner ring and the outer ring. Grease, which is prepared by mixing a thickener with a base oil, is a lubricant commonly used in bearings and has the advantage of a simple structure and easy handling. Bearings are increasingly being used in high value-added products such as semiconductors, aviation, and robots in the era of the 4th industrial revolution. Accordingly, there is an increasing demand for bearing grease. The selection of grease is an important factor in the bearing design. Therefore, a study must be conducted on the grease life evaluation to select an appropriate grease according to operating conditions such as a high temperature, high rotational speed, and high load. In this study, we evaluate the life of ball-bearing grease according to various operating conditions, namely, temperature, speed, and load changes. For this, we develop and theoretically verify a grease life test machine for ball bearings. We conduct a life test of grease according to various operating conditions of bearings and predict the grease life with a 10% and 50% failure probability using the Weibull analysis. In addition, we analyze the oxide characteristics of the grease over time using the Fourier transform infrared spectroscopy and the deterioration characteristics of the grease using the carbonyl index.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Developed grease life test machine.
그림 Fig. 2. Verification for developed grease life test machine: grease life according to temperature change.
그림 Fig. 3. Test bearing.
표 Table 1. Specification comparison between FE-9 test machine and developed test machine
표 Table 2. Test conditions
그림 Fig. 4. Weibull distribution for grease life test according to temperature change.
표 Table 3. Physical properties of test grease
그림 Fig. 5. Weibull distribution for grease life test according to rotational speed change.
그림 Fig. 7. Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR: Perkin Elmer spectrum 100.
그림 Fig. 6. Weibull distribution for grease life test according to applied load change.
그림 Fig. 8. FT-IR results for oxide characterization of grease life test.
그림 Fig. 9. Carbonyl index.
표 Table 4. Carbonyl groups affecting the grease oxide properties

AI 본문요약
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제안 방법

(3) 그리스 수명시험에 대하여 시간에 따른 산화물 특성 분석을 수행하였다. 적외선 분광분석 결과, 시간이 증가함에 따라서 산화가 발생함을 알 수 있다.
그리스의 파손기구(failure mechanism)를 이론적으로 예측하기 위하여 산화물 특성뿐만 아니라 그리스의 열화 특성을 분석하였다. 이를 위하여 Eq.
따라서, 본 연구에서는 이러한 FE-9 시험기의 한계를 극복하기 위하여 볼 베어링용 그리스 수명시험기를 개발하였다
적외선 분광분석 결과, 시간이 증가함에 따라서 산화가 발생함을 알 수 있다. 또한, 카르보닐 인덱스를 통한 그리스의 열화 특성을 분석하였다. 그리스 수명 시험에서 18시간 이후 급격한 열화가 발생함을 알 수 있다.
본 논문에서는 볼 베어링용 그리스 수명시험기를 개발하였고, 온도, 속도, 그리고 하중 변화에 따른 볼 베어링용 그리스의 수명 평가를 수행하였다. 이에 얻어진 결과는 다음과 같다.
시험은 다양한 운전조건을 고려하여 온도, 속도, 그리고 하중을 변화하면서 수행하였고, 시험 시간의 단축을 위하여 가혹조건을 사용하였다. 본 연구에서 수행된 시험 조건은 Table 2에 나타내었다.
온도, 속도, 하중 조건에 대한 그리스 수명의 상관관계를 화학적으로 분석하기 위하여 시간에 따른 그리스의 산화물 특성 분석을 수행하였다. 수명시험 조건은 시험시간의 단축을 위하여 온도 160℃, 속도 6,000 rpm, 하중 1,500N의 가혹조건으로 설정하였다.
온도와 속도를 고정하고 1,500N, 3,000N, 4,500N으로 변화시키면서 볼 베어링용 그리스의 수명시험을 수행하였다. 시험 결과를 Weibull 분포로 나타내면 Fig.
온도와 하중을 고정하고 속도를 3,000 rpm, 4,000 rpm, 5,000 rpm 6,000 rpm으로 변화시키면서 볼 베어링용 그리스의 수명시험을 수행하였다. 시험 결과를 Weibull 분포로 나타내면 Fig.

대상 데이터

2.1에 언급한 바와 같이 그리스 수명시험을 위한 표준베어링은 국내 구입이 불가능하여 Table 1에 언급한 FE-9 시험기와 유사한 치수의 베어링을 사용하였다. 본 연구에서 사용된 표준 베어링은 Fig.
시험 시 고장의 정의는 기준온도보다 20℃ 이상의 온도가 발생하거나, 가속도 센서 측정 시 기준대비 이상진동이 발생하거나, 모터 출력값 중 모터 과부하가 발생하는 경우이며, 이 현상이 발생하는 경우 시험을 종료하였다. 시험 대상이 되는 그리스의 물성은 Table 3과 같다.

성능/효과

(1) 기존 시험기의 한계를 극복하기 위하여 볼 베어링용 그리스 수명시험기를 개발하고, 개발된 수명시험기에 대하여 아레니우스 방정식을 통한 이론적 검증을 수행하였다. 검증 결과, 그리스 수명시험은 아레니우스 방정식을 잘 만족하며, 이로부터 개발된 그리스 수명시험기가 간접적으로 검증되었음을 확인하였다.
(1) 기존 시험기의 한계를 극복하기 위하여 볼 베어링용 그리스 수명시험기를 개발하고, 개발된 수명시험기에 대하여 아레니우스 방정식을 통한 이론적 검증을 수행하였다. 검증 결과, 그리스 수명시험은 아레니우스 방정식을 잘 만족하며, 이로부터 개발된 그리스 수명시험기가 간접적으로 검증되었음을 확인하였다.
또한, 카르보닐 인덱스를 통한 그리스의 열화 특성을 분석하였다. 그리스 수명 시험에서 18시간 이후 급격한 열화가 발생함을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서 수행한 그리스 산화물 특성 분석과 카르보닐 인덱스값은 그리스 수명의 지표로 사용할 수 있음을 알 수 있다.
결론적으로 본 그리스 수명 시험에서는 18시간 이후 급격한 열화가 발생하며 이로부터 그리스 수명 시험 시 파손이 발생함을 예상할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 수행한 그리스 산화물 특성 분석과 카르보닐 인덱스값은 그리스 수명의 지표로 사용 할 수 있음을 알 수 있다.
(3) 그리스 수명시험에 대하여 시간에 따른 산화물 특성 분석을 수행하였다. 적외선 분광분석 결과, 시간이 증가함에 따라서 산화가 발생함을 알 수 있다. 또한, 카르보닐 인덱스를 통한 그리스의 열화 특성을 분석하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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