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한계 강도와 기어 손상의 한 형태(A Typical Failure Mode of Gears for Ultimate High Load Carring Capacity)

전문가 제언: □ 이면에 피칭, 박리, 스커핑, 마이크로피칭이라는 구멍이 생기는 경우가 있다. 이것은 반복 부하를 받고 있는 동안에 발생하는 것으로 피로파괴로 취급되고 있다. 피칭은 기어의 이가 맞물릴 때에 표면 거칠기의 돌기부가 서로 간섭하여 그 간섭부에 발생하는 균열이 발단이 되어 생기는 구멍이다. 이 균열 속에 윤활유가 들어가 기름이 안에 들어간 상태로 큰 압축력이 가해진 경우에 균열이 크게 진전한다.

□ 기어 이면의 마모 상태는 기어의 건강진단 역할을 맡는다. 운전시간에 상관없이 이면의 완성 가공이 남아있을 경우는 극히 건전한 것으로 판단해도 좋다. 가공이 서서히 없어지면 이의 형상이 손상되는 일이 많아 진동 등 다른 트러블을 일으킬 가능성을 가진다.

□ 피칭의 발생을 방지하기 위해서는 표면 거칠기를 작게 하거나 윤활유막을 두껍게 하여 이면 거칠기의 돌기끼리 간섭을 적게 하는 것이 가장 유효하다. 그 밖에 표면을 강화하는 침탄이나 질화로 표면 경화하는 것이 유효하다. 재료에 따라 강도가 높은 재료를 사용하는 것도 유효한데 가공 시에 표면 거칠기가 악화하지 않도록 주의해야 한다.

□ 기어에서 가장 기피되는 손상 형태는 말할 것도 없이 절손이다. 종래는 이 절손의 대부분이 이의 굽힘 피로의 결과라고 생각하였다. 그러나 이의 굽힘 응력이 유한요소법 등을 이용하여 쉽게 또 엄밀하게 파악되고 있어 굽힘 강도에 관한 설계의 신뢰도는 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 이의 절손사고는 그다지 감소하지 않는다. 응력계산의 신뢰성 향상에 따라 설계적으로 부하용량을 높인 것도 있지만, 이의 절손원인이 순수한 이의 굽힘 피로가 아닌 점도 유의해야만 한다. 이의 절손은 균열의 발생, 진전이라는 과정을 밟는다. 균열의 발생 원인은 표면 부근이 많이 관여하고 있다. 박리와 같이 균열이 진전하는 손상 형태에서는 그 균열이 그대로 굽힘 응력장에서의 응력집중을 일으키고 균열을 진전시켜 이를 절손시키기에 이른다. 이처럼 최근 나타나는 이의 절손의 대부분은 그 원인이 이면의 마찰 공학상 문제로 발단이 되고 있다. 이 점은 사고대책 등에서 충분한 주의가 필요하다.

저자: Masaharu Komori ; Aizoh Kubo
자료유형: 학술정보