슬립스틱 현상 대응하기: 미세한 윤활유 저장소가 있는 나사산 프로파일

부하가 걸렸을 때 20N/mm2 이상의 표면 압력을 받고 낮은 원주 속도에서 작동하는 웜 기어 나사 잭의 나사산 프로파일은 지속적인 윤활이 필요합니다. 보네만 정밀 스레드는 솔루션의 일부를 제공합니다.

갑자기 삐걱거리는 나사산은 숙련된 기계 작업자에게 경보를 울립니다. 경험에 따르면 시스템이 고장날 때까지 그리 오래 걸리지 않습니다. 삐걱거리는 소리는 마모의 신호이며 특히 중장비 리프팅 기술 분야의 베어링, 가이드 및 나사산 스핀들에서 발생할 가능성이 높습니다. 이유는 윤활이 부족하기 때문입니다. 결과: 스틱 슬립. 나사산의 경우 스핀들과 너트라는 두 개의 단단한 물체가 서로 흔들리는 동작으로 접촉합니다. 최악의 경우 미세 용접 또는 냉간 용접이 발생할 수 있습니다. 그렇다면 윤활유 제조업체에 책임이 있을까요?

보르네만 게윈데테크닉의 상무이사 모리츠 폰 소덴은 “아니요”라고 말합니다. “그렇게 간단하지 않습니다. 스틱 슬립 현상의 원인은 다양합니다. 다양한 영향이 복합적으로 작용하는 경우가 많습니다. 하지만 제 생각에는 스레드의 최적의 서비스 수명을 보장하기 위한 기본은 설계에 있습니다. 스레드 표면의 품질이 주요 요인입니다.”

나사산 측면을 위한 최적의 윤활 – 스틱 슬립 현상을 방지하는 윤활 주머니

스틱 슬립 현상 또는 간단히 스틱 슬립은 일반적으로 중간 재료 또는 윤활제가 접촉 표면을 분리하자마자 사라집니다. 그 효과는 윤활유와 엘라스토머 소재의 호환성, 역류 현상, 오일의 전달 및 부식 방지 수준에 따라 달라집니다.

또 다른 결정적인 요소는 스핀들/너트 시스템의 재료 조합입니다. 예를 들어 구상 주철과 강철의 조합에서는 두 재료의 철 함량이 냉간 용접을 촉진할 수 있습니다.

보르네만 게윈데테크닉은 윤활유 공급, 윤활유 호환성 및 재료 조합에 초점을 맞추기보다는 나사산 스핀들과 너트의 표면 형상 개발에서 정밀도에 중점을 둡니다. 미세한 수준의 정밀성: 나사산 표면의 홈과 같은 미세한 윤활 포켓은 가장 높은 표면 하중에서도 필요한 곳에 윤활유를 유지하는 데 도움이 됩니다(그림 1a 및 b).

보르네만에서 생산되는 스레드는 이러한 중요한 윤활 포켓을 안정적으로 나타냅니다. 스레드 롤링 방식은 스레드 표면에 홈을 만들 수 없으므로 이러한 대안을 제공하지 않습니다. 그 결과 보르네만 나사산 스핀들은 특히 중장비 리프팅 기술 분야에서 인기가 높습니다. 나사산 스핀들 생산용 공구는 프로파일 다이 세트가 있는 구동 링으로 구성됩니다. 가공 중에 공작물이 다이 링 내에서 회전하면서 프로파일링 절삭을 수행합니다.

다이 세트는 여러 개의 개별 절삭날로 구성되며, 이 절삭날이 차례로 작동하여 중단 절삭을 합니다. 이 과정에서 개별 절단면 사이에 공작물 표면에 미세한 홈이 만들어지고 마이크로미터에 불과한 다각형의 오목한 챔퍼가 형성됩니다. 언뜻 보면 이러한 홈은 제조상의 결함처럼 보입니다. 사실 이러한 가공 자국은 나사산 스핀들의 작동 동작을 개선합니다. 미세한 홈은 윤활 마찰 접촉 시 미세한 윤활 포켓 역할을 할 수 있습니다. 이 포켓은 윤활유로 채워져 윤활 필름의 파손을 방지합니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이, 두 고체 사이의 윤활 슬라이딩 접촉 시 미세한 윤활 포켓은 유체역학적 압력 축적을 일으킵니다. 이 압력 축적은 표면에 수직으로 작용하여 고체 마찰을 방지합니다.

마이크로 윤활 포켓이 장착된 트라이보미터 디스크에 대한 테스트 결과, 마이크로 윤활 포켓이 마찰 접촉 시 윤활유 공급을 개선하여 1.5m/s 미만의 낮은 상대 속도에서 마찰 계수 및 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 잠재력을 보여주었습니다(그림 2b).

이러한 미세한 윤활 주머니는 이미 다른 분야의 다양한 연구 프로젝트(예: 실린더 부싱과 피스톤 사이의 마찰 접촉)의 주제입니다. 내연기관 엔진에서 이러한 홈은 윤활유가 접촉점에서 흘러내리는 것을 방지하고 기계적 마모로 인한 마찰 손실과 마모를 줄이는 데 사용됩니다. 이 홈은 보네만 나사산 스핀들의 나사산 지지 측면에서도 동일한 이점을 제공합니다. 특히 마찰 운동에 수직인 방향은 마찰 접촉 시 윤활유를 제자리에 유지하고 적절한 윤활 효과를 보장하는 데 도움이 됩니다.

“모리츠 폰 소덴은 “물론 다른 제조 공정도 특별한 이점을 제공하지만, 당사의 스레드는 특히 응력이 높은 사다리꼴 나사 드라이브와 같은 중장비 엔지니어링 분야에서 그 가치가 입증되었습니다.”라고 설명합니다. 윤활유가 훨씬 적게 흘러나옵니다. 우리가 도입한 윤활 포켓은 윤활유 저장소처럼 작동합니다.”

압연 나사산 스핀들의 수명이 더 길다는 일반적인 생각은 보르네만 CEO가 실제로 확인한 바에 따르면 그렇지 않습니다. “압연 스핀들의 표면이 더 단단하다고 해서 수명이 더 길어지는 것은 아닙니다. 리프팅 기술에서는 일반적으로 청동 너트를 마모 부품으로 사용합니다. 따라서 스핀들의 경도는 기술적으로 마모 측면에서 중요한 요소가 아닙니다. 또한 이전의 내구성 테스트를 통해 당사의 나사산 스핀들은 수년 동안 작동한 후에도 최소한의 마모 흔적만 보인다는 것이 입증되었습니다.”

스레드 품질과 함께 전반적인 시스템도 중요합니다

스레드, 윤활유 및 플랜트 유지보수를 최적으로 조합해야만 슬립스틱 현상에 대응할 수 있습니다. 윤활제를 도포하기 전에 표면을 청소하는 것은 가장 중요한 준비 작업 중 하나입니다. 또한 일관성 등급 NLGI 00의 유체 그리스를 강력히 권장합니다. 그리스의 양은 스핀들과 벨로우즈 사이의 부피의 30% 이상이어야 합니다. 윤활유에 대한 또 다른 요구 사항은 시스템의 견고성에서 비롯됩니다: 벨로우즈는 일반적으로 밀폐되어 있지 않기 때문에 일반적으로 내부에 응결이 형성될 가능성을 배제할 수 없습니다. 따라서 윤활유는 높은 수준의 내수성을 가져야 하며 매우 효과적인 부식 방지 기능을 제공해야 합니다.

보르네만 소개

보네만 게윈데테크닉(www.bornemann-gewindetechnik.de)은 모든 특수한 형태와 크기의 나사산을 제조합니다. 당사는 리프팅 기술 및 유압 철공 응용 분야, 댐용 플랫폼 장비 및 게이트 밸브 등을 위한 맞춤형 솔루션을 생산합니다. 버트레스 스레드, 피드스크류 및 멀티 스타트 스레드에 대한 까다로운 고정밀 작업과 함께 당사는 즉시 설치 가능한 대형 사다리꼴 스레드 스핀들 및 너트 세트 생산에도 주력하고 있습니다. 모든 종류의 가공 가능한 소재를 시작 재료로 사용할 수 있습니다. 나사산 스핀들의 표준 크기는 직경 10~180mm, 길이 최대 10m입니다. 보네만의 최적화된 제조 공정은 연삭 스레드와 동등한 품질을 달성하는 스레드 표면을 생산합니다.

스틱 슬립과 그 결과: 끔찍한 소음과 마모 증가

스틱-슬립 현상은 일상 생활에서도 흔히 볼 수 있습니다. 문이 삐걱거릴 때, 바퀴가 레일에서 삐걱거릴 때, 와이퍼가 앞유리에서 삐걱거릴 때는 미끄럼 마찰보다 정적 마찰이 더 큽니다. 그러나 특히 산업 환경의 기술 애플리케이션에서는 스틱 슬립 현상이 빠르게 문제가 되는데, 이는 나사산 프로파일의 마모 증가와 윤활 부족을 나타냅니다(그림 3). 극단적인 경우에는 스핀들/너트 시스템 전체에 냉간 용접이 발생할 수도 있습니다.