기계적 마모 이해
정의: 기계적 마모란 무엇인가?
기계적 마모 표면이 하중을 받아 상대 운동할 때 기계적 작용을 통해 고체 표면에서 재료가 점진적으로 제거되는 현상입니다. 회전 기계에서 마모는 베어링, 기어, 씰, 커플링, 그리고 미끄럼 또는 구름 접촉을 하는 모든 부품에 영향을 미칩니다. 피로나 파괴로 인한 갑작스러운 파손과는 달리, 마모는 점진적인 열화 과정으로, 시간이 지남에 따라 틈새가 증가하고 치수 정확도가 감소하며 표면 특성이 변화합니다.
마모 메커니즘을 이해하는 것은 기계 신뢰성에 필수적입니다. 마모는 움직이는 부품이 있는 모든 기계 시스템에서 불가피하기 때문입니다. 마모를 완전히 없앨 수는 없지만, 적절한 설계, 윤활, 재료 선택 및 유지보수를 통해 마모율을 최소화하고 부품 수명을 극대화할 수 있습니다.
1차 마모 메커니즘
1. 연마 마모
산업 기계에서 가장 흔한 마모 메커니즘:
- 2체 마모: 한쪽 표면에 고정된 단단한 입자가 반대쪽 표면을 긁는다(사포처럼)
- 삼체 마모: 표면 사이의 느슨한 입자는 분쇄 매체 역할을 합니다.
- 모습: 방향성 스크래치가 있는 매끄럽고 광택이 나는 표면
- 비율: 입자경도, 하중, 슬라이딩 거리에 비례
- 일반적인: 문장, 기어, 오염에 노출된 씰
2. 접착 마모(긁힘/마모)
윤활유 필름이 파손되면 발생합니다.
- 기구: 금속과 금속의 직접 접촉으로 미세한 용접이 생성됩니다.
- 프로세스: 용접 접합부는 찢어지고 표면 사이의 재료가 이동합니다.
- 모습: 거칠고 찢어진 표면, 묻어나거나 옮겨진 재료
- 진행: 일단 시작되면 빠르게 확대될 수 있음(심각한 경우 재앙적)
- 방지: 적절한 윤활, EP(극압) 첨가제, 표면 처리
3. 침식 마모
유체 흐름에 의한 입자 유입으로 인한 물질 제거:
- 원인: 고속 액체 또는 가스를 운반하는 연마 입자
- 일반적인: 펌프 임펠러, 밸브 시트, 파이핑 벤드
- 모습: 매끄럽게 침식된 표면, 흐름 방향의 재료 손실
- 비율: 입자 속도, 경도, 농도에 비례
4. 부식성 마모
화학적 공격과 기계적 작용이 결합된 경우:
- 부식은 표면에 산화물이나 기타 화합물 층을 형성합니다.
- 기계적 작용으로 층이 제거되어 새로운 금속이 노출됩니다.
- 새로 노출된 표면에서 부식이 계속됩니다.
- 상승효과: 두 메커니즘 중 하나만 사용하는 경우보다 마모율이 더 높음
- 화학적으로 공격적인 환경에서 흔히 발생
5. 프레팅 마모
표면적으로 고정된 인터페이스에서 발생합니다.
- 기구: 서로 눌려진 표면 사이의 소진폭 진동 운동(마이크로미터)
- 결과: 산화물 파편 형성, 표면 피팅, 결국 느슨해짐
- 모습: 적갈색(산화철) 또는 검은색 분말; 표면 침식
- 공통 위치: 프레스 핏, 볼트 조인트, 진동을 경험하는 수축 핏
- 방지: 간섭 증가, 진동 감소, 표면 처리
6. 캐비테이션 침식
- 증기 기포 붕괴로 인해 강렬한 지역적 압력 발생
- 반복적인 충격 하중을 통해 재료를 제거합니다.
- 펌프 임펠러 및 밸브에서 일반적입니다.
- 독특한 구덩이 모양
마모율에 영향을 미치는 요인
작동 조건
- 짐: 부하가 높을수록 마모율이 증가합니다(종종 선형 관계).
- 속도: 단위 시간당 슬라이딩 거리는 마모에 영향을 미칩니다.
- 온도: 더 높은 온도는 대부분의 마모 메커니즘을 가속화합니다.
- 매끄럽게 하기: 적절한 윤활은 마모를 극적으로 줄입니다.
재료 특성
- 경도: 더 단단한 재료는 연마 마모에 더 잘 견딥니다.
- 강인함: 접착 마모 및 충격에 강함
- 호환성: 서로 다른 재료는 동일한 재료보다 마모가 적습니다.
- 표면 마감: 더 매끄러운 표면은 더 느리게 마모됩니다(마찰이 낮음)
환경적 요인
- 오염 수준(먼지, 입자)
- 습도 및 부식성 물질
- 극한 온도
- 연마성 또는 부식성 공정 재료의 존재
마모 감지
진동 모니터링
- 점진적 증가: 전반적인 진동 수준은 몇 달/몇 년에 걸쳐 천천히 상승합니다.
- 고주파 콘텐츠: 표면 거칠기로 인한 광대역 진동 증가
- 클리어런스 효과: 다수의 배음 놀이가 늘어나서
- 구성 요소별: 베어링 주파수 베어링 마모를 위해; 기어 메시 주파수 기어 마모를 위해
오일 분석
- 입자 계수: 입자 농도 증가는 활성 마모를 나타냅니다.
- 분광 분석: 원소 구성을 통해 마모 원인을 파악할 수 있습니다(기어의 철, 베어링의 구리 등).
- 페로그래피: 입자 형태는 마모 유형(절단, 마찰, 피로)을 구분합니다.
- 트렌드: 증가율은 마모 심각도를 나타냅니다.
치수 측정
- 클리어런스 측정(베어링 플레이, 기어 백래시)
- 베어링 저널의 샤프트 직경 측정
- 기어 이 두께 측정
- 새로운 치수 및 마모 한계와 비교
온도 모니터링
- 마모로 인한 마찰 증가로 온도가 상승합니다.
- 베어링 또는 기어 온도 추세
- 갑작스러운 변화는 심각한 마모로의 전환을 나타냅니다.
예방 및 통제
매끄럽게 하기
- 가장 효과적인 마모 방지 방법
- 윤활막이 있는 분리된 표면
- 조건에 맞는 적절한 점도를 사용하세요
- 청결을 유지하세요
- 정기적인 윤활유 교체
오염 제어
- 연마 입자를 배제하기 위한 효과적인 밀봉
- 순환 윤활 시스템의 여과
- 깨끗한 조립 및 유지 관리 관행
- 환경 보호(인클로저, 커버)
재료 선택
- 고마모 응용 분야에는 내마모성 재료를 사용하십시오.
- 표면처리(경화, 코팅, 질화)
- 재료 호환성(슬라이딩 접촉 시 동일한 재료 사용 금지)
- 쉽게 교체 가능한 희생적 마모 표면
설계 최적화
- 적절한 면적을 통해 접촉 압력을 최소화합니다.
- 미끄러짐을 줄이세요(가능하면 롤링 접촉을 사용하세요)
- 표면 마감 최적화
- 마모 표면에 적절한 윤활 공급 제공
움직이는 부품이 있는 모든 기계에서 기계적 마모는 불가피하지만, 적절한 윤활, 오염 제어, 적절한 재료, 그리고 우수한 설계를 통해 마모율을 제어할 수 있습니다. 진동 분석, 오일 분석, 그리고 치수 측정을 통해 마모 진행 상황을 모니터링하면 고장 발생 전에 마모된 부품을 교체하는 예측 유지보수 전략을 수립하여 장비의 신뢰성과 유지보수 비용을 최적화할 수 있습니다.
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