무급유 부싱: 오일리스 베어링의 작동 원리
무급유 부싱은 베어링 소재 안에 윤활제를 품고 있다가 운전 중에 샤프트로 내어 줍니다. 이 일을 하는 기구는 세 가지이고, 각각 고유한 하중·속도·온도 범위를 갖습니다. 셋 중 어느 것을 고르느냐가 설계의 대부분입니다.
무급유 부싱, 즉 오일리스 부싱은 사용 중에 그리스나 오일이 필요하지 않습니다. 소결 청동은 기공에 오일을 품고 있다가 열이 나면 내어 줍니다. 흑연 삽입 청동은 벽을 관통하는 플러그에 고체 윤활제를 담고 있고, 샤프트가 이를 펴서 막을 만듭니다. PTFE 복합 부싱은 PTFE 미끄럼층이 저마찰 막을 샤프트로 옮깁니다. 이들은 하중이나 속도를 조금 양보하는 대신 유지보수를 없애 줍니다.
- 소결 오일 함침 청동: 연속 ≈ 14 N/mm², 경하중 시 6 m/s까지, −10~+90 °C; 소형 모터와 가전
- 흑연 삽입 청동: 50~100 N/mm², 무윤활 ≤ 0.5 m/s, −40~+400 °C; 저속·고하중·고온·수중·접근 불가 조인트
- PTFE 복합: 정하중 250 N/mm², 회전 60, 무윤활 2 m/s, −195~+280 °C; 범용 유지보수 불필요 부싱
- 무급유가 무한하다는 뜻은 아닙니다: 마모 수명은 PV 값에 비례하고, 이물질과 거친 샤프트는 수명을 줄입니다
부싱이 스스로 윤활하는 세 가지 방식
기공 속 오일. 소결 청동은 분말을 압축 성형하여 18~25%의 기공을 남기고, 그 기공을 진공에서 오일로 채웁니다. 마찰로 부싱이 따뜻해지면 오일이 팽창하여 샤프트 위로 배어 나오고, 베어링이 식으면 다시 기공으로 빨려 들어갑니다. 온도가 적당하게 유지되는 한 소모되는 것이 없으므로, 한 번 채운 오일이 팬 모터의 수명 내내 갑니다. 다만 과열되면 오일이 영구히 빠져나갑니다.
플러그 속 고체 윤활제. 주조 청동 부싱의 벽에 지그재그로 관통 홀을 뚫고 흑연 또는 PTFE + MoS₂ 플러그를 채웁니다. 처음 몇 번의 운동에서 샤프트가 플러그 재료를 청동 면 위에 펴 바르고, 막이 닳은 자리는 다음에 플러그를 지날 때 다시 채워집니다. 하중은 청동이 받으므로 폴리머라면 못 견딜 고하중과 고온을 견디지만, 열을 실어 낼 오일이 없으므로 약 0.5 m/s 이하로 천천히 움직여야 합니다.
PTFE 전이막. PTFE 복합 부싱의 미끄럼층은 고체 윤활제를 섞은 PTFE이며, 다공질 청동을 거쳐 강 백메탈에 접합되어 있습니다. PTFE는 고체 중 마찰이 가장 낮고, 길들기 동안 샤프트에 분자 수준의 막을 옮겨 놓습니다. 그 뒤로는 PTFE 위에서 PTFE가 미끄러집니다. 층이 얇아 하중 경로의 강성이 높고 정하중 250 N/mm²를 받지만, 같은 이유로 마모 수명은 유한하며 PV 값이 정합니다.
세 방식 비교
세 기구의 적용 범위는 거의 겹치지 않으므로, 대개 운전 조건이 하나를 가리킵니다.
| 항목 | 소결 청동 | 흑연 삽입 청동 | PTFE 복합 |
|---|---|---|---|
| 윤활제 | 기공 속 오일 | 흑연 또는 PTFE + MoS₂ 플러그 | PTFE 미끄럼층 |
| 하중 | 연속 ≈ 14 N/mm² | 50–100 N/mm² | 정하중 250 N/mm², 회전 60 |
| 속도 | 경하중 시 6 m/s까지 | 무윤활 0.5 m/s, 윤활 시 1–2.5 | 무윤활 2 m/s, 유체 중 > 3 |
| 온도 | −10~+90 °C | −40~+250 / +400 °C | −195~+280 °C |
| 샤프트 | 미경화 강 가능, Ra ≤ 0.8 | 경화, Ra ≤ 1.6 | 강, 연삭 Ra 0.2–0.4 권장 |
| 이물질 | 약함 | 강함(경질 모재, 그리스 없음) | 약함(박힌 입자가 샤프트를 깎음) |
| 물 | 약함 | PTFE + MoS₂ 플러그 시 강함 | 강함 |
| 규격 범위 | 소형, 압축 성형 | Ø8–160 mm 표준, 도면 기준 모든 규격 | Ø10–280 mm, 권취 |
| 비용 요인 | 금형; 대량에서 저렴 | 가공과 플러그 | 스트립; 대량에서 저렴 |
무급유가 뜻하지 않는 것
무한한 수명을 뜻하지 않습니다. 모든 무급유 부싱은 마모되며, 그 속도는 PV 값에 대략 비례하고, 설계 수명은 쓸 수 있는 층 또는 플러그의 양에서 나옵니다. 가혹한 취급을 견딘다는 뜻도 아닙니다. 거친 샤프트는 막을 긁어 내고, 연질층에 박힌 입자는 샤프트를 깎으며, 한계를 넘는 열은 기구 자체를 망가뜨립니다(오일 유출, 플러그 산화, PTFE 연화). 그리스를 금한다는 뜻도 아닙니다. 조립 시 얇게 바른 그리스는 흑연·PTFE 타입의 길들기를 줄여 줍니다. 다만 사용 중의 그리스는 PTFE 층에 이물질을 붙잡아 둘 수 있습니다.
정해진 주기로 그리스를 넣을 수 있는 조인트라면, 그리스 윤활 청동이나 바이메탈 부싱이 보통 크기에 비해 더 큰 하중을 받고 값도 싸습니다. 무급유 타입이 진가를 발휘하는 곳은 정비가 불가능하거나 이루어지지 않는 조인트, 윤활제가 제품을 오염시키는 곳, 온도나 매질 때문에 그리스가 버티지 못하는 곳입니다.
선정
하중과 온도에서 출발하십시오.
- 경하중, 다사이클, 상온 부근. 소결 청동: 팬·가전 모터, 사무기기, 소형 작업기.
- 고하중, 저속, 고온, 수중 또는 오염 환경. 흑연 삽입 청동: 게이트, 주조 설비, 금형, 크레인, 댐·터빈 설비.
- 중하중, 전 온도 범위, 무윤활, 대량. PTFE 복합: 페달, 힌지, 링키지, 실린더, 펌프, 농기계·자동차 피벗.
- 고하중, 조립 시 1회 그리스. POM 복합: 130 °C 이하의 편하중과 이물질용, PTFE 복합의 그리스 윤활형 자매품.
자주 묻는 질문
오일리스 부싱이란 무엇입니까?
무급유 부싱을 말합니다. 베어링 소재 안에 윤활제(기공 속 오일, 고체 윤활제 플러그, 또는 PTFE 층)를 품고 있어 사용 중에 그리스나 오일이 필요 없습니다.
무급유 부싱의 수명은 얼마나 됩니까?
마모 수명은 하중 × 속도(PV 값), 온도, 샤프트 표면 다듬질, 이물질이 정합니다. 정격 PV 이내에서는 기계보다 오래가도록 설계되지만, 이를 넘으면 마모가 빠릅니다. 운전 조건을 적어 수명 예측을 요청하십시오.
무급유 부싱을 수중에서 쓸 수 있습니까?
PTFE + MoS₂ 플러그와 스테인리스 샤프트를 조합한 흑연 삽입 청동, 그리고 PTFE 복합 부싱은 물속에서 운전됩니다. 소결 청동은 물속에서 오일을 잃습니다.
무급유 부싱에 그리스를 발라야 합니까?
설계에서 요구하지 않는 한 사용 중에는 바르지 않습니다. 조립 시 얇게 바르면 흑연·PTFE 타입의 길들기가 짧아지고, POM 복합은 조립 시 반드시 그리스를 발라야 합니다.
하중을 가장 많이 받는 무급유 부싱은 무엇입니까?
정하중 250 N/mm²(회전 60 N/mm²)의 PTFE 복합이며, 흑연 삽입 청동은 저속 연속 조건에서 50~100 N/mm²입니다. 소결 청동은 경하중용입니다.