일반적으로 페놀 수지 베어링 부시와 중공축 사이의 접촉 면적이 불충분하거나(점 접촉) 접촉 면이 고르지 않게 분포되어 있는 것이 페놀 수지 베어링 부시의 과열을 일으키는 주된 원인입니다. 베어링 스크래핑의 목적은 바로 이 문제를 해결하기 위함입니다. 그러나 중공축의 표면 평활도, 오일 스크레이퍼, 윤활유의 품질, 베어링 하우징의 기하학적 치수 등 베어링 온도에 영향을 미치는 다른 요인들도 종종 존재합니다. 따라서 구체적인 상황에 따라 적절한 조치를 취해야 합니다.

(1) 중공축의 표면 평활도

일부 공장의 경우, 베어링 하우징에 있는 밀봉 펠트가 심하게 마모되어 중공축과 사이에 틈이 생깁니다. 이 틈을 통해 미세한 입자 일부가 메인 베어링 윤활유로 유입되어 중공축의 마모를 유발하고 표면 평활도를 저하시킵니다. 심각한 경우, 표면에 환형 홈이나 피팅 자국이 나타납니다. 그 결과, 중공축이 회전할 때 마찰이 증가하여 베어링 내에서 열이 발생합니다. 페놀 수지 베어링 부시는 열전도율이 매우 낮기 때문에, 베어링 부시와 하우징을 통해 열이 신속히 방출되지 못해 필연적으로 베어링 과열로 이어집니다.

따라서 중공축의 표면 평활도가 저하된 경우, 메인 베어링 하우징의 밀봉 펠트를 꼼꼼히 점검하고 즉시 교체해야 합니다. 동시에 중공축의 표면 평활도를 복원하기 위한 조치를 취해야 합니다. 즉, 평면 줄, 에머리 천, 연마석 등을 사용하여 수동으로 연마한 후, 마지막으로 연마석으로 정밀 연마하여 표면 평활도를 원래 설계 요구 사항인 △8 등급 이상으로 복원해야 합니다. 단, 연마는 축의 축 방향이 아닌 저널의 접선 방향으로 수행해야 한다는 점에 유의해야 합니다.

(2) 오일 스크레이퍼 문제

밀 가동 중, 윤활유는 오일 링을 통해 위로 이동한 후 오일 스크레이퍼에 의해 오일 스쿱(오일 분배기)으로 긁어 모아지며, 이후 오일 스쿱을 통해 중공축 표면에 도포됩니다. 때로는 오일 링이나 오일 스크레이퍼의 고장으로 인해 윤활유 공급량이 감소하여 베어링 온도가 상승하기도 합니다. 오일 스크레이퍼 시스템의 일반적인 고장 원인은 다음과 같습니다:

① 오일 스크레이퍼의 가공 품질이 나빠 조립 간극이 과도하게 발생하거나, 오일 스크레이퍼가 심하게 마모되어 간극이 너무 커지고, 이로 인해 긁어내는 오일의 양이 매우 적어집니다.

② 오일 링의 가공 및 조립 품질이 불량하여 단면 편심도가 과도하게 발생하고, 이로 인해 오일 스크레이퍼가 흔들리거나 특정 지점에서 걸려 스크레이핑 기능이 제대로 작동하지 않게 됩니다.

③ 오일 링의 고정 나사 3개가 풀려, 오일 링이 중공축 위에서 “미끄러져” 오일을 운반하지 못하게 됩니다. 일부 밀(예: 난징 시멘트 산업 설계 연구소에서 설계한 MBZX2275 시멘트 밀)에서는 오일 링이 180°로 분할되어 있으며, 두 반쪽은 4개의 M16 볼트로 연결되어 있습니다. 볼트가 풀리거나 빠지면 오일 링이 느슨해져 윤활이 제대로 이루어지지 않습니다.

위의 결함 중 하나라도 발견될 경우, 베어링의 정상적인 윤활이 보장될 수 있도록 즉시 시정해야 합니다.

(3) 베어링 하우징의 형상 치수가 미치는 영향

베어링 하우징은 회주철로 제작되고 노화 처리를 거친 중공형 부품입니다. 이 부품은 출고 전에 검사를 거쳐 적합 판정을 받습니다. 작동 중에는 온도나 충격력의 영향을 받지 않으므로, 정상적인 조건에서는 형상과 치수가 변하지 않습니다. 이 요인으로 인해 베어링의 온도가 상승하는 경우는 극히 드뭅니다.

그러나 실제로는 다음과 같은 두 가지 상황이 발생할 수 있으며, 이로 인해 베어링 하우징의 기하학적 치수가 변하고 베어링 과열을 초래할 수 있으므로 이에 각별히 주의해야 합니다:

① 일부 공장(특히 추운 북부 지역의 시멘트 공장)에서는 겨울철 냉각수가 얼어붙어 베어링 하우징에 균열이 발생하기도 합니다. 용접이나 접착을 통해 수리한 후에는 균열은 해결되지만, 베어링 하우징에는 여전히 약간의 변형이 남아 있습니다. 일반적으로 이러한 변형으로 인해 베어링 하우징의 내경이 작아지는데, 즉 곡률 반경이 감소하게 됩니다.

② 일부 제지 공장에서는 페놀 수지 베어링 부시의 윤활유 부족으로 인해 심각한 베어링 소손 사고가 발생하기도 합니다. 베어링 부시와 베어링 하우징이 심하게 마모되고, 베어링 하우징의 내부 곡면에 국부적인 결함이 나타나며(그림 2.44), 곡률이 줄어듭니다. 새로운 베어링 부시를 장착하면 이 부위에 필연적으로 간극 δ가 발생하게 된다. 중공축의 큰 하중이 가해지면 페놀 수지 베어링 부시가 변형되어 곡률이 더욱 감소한다.

위의 두 가지 원인으로 인해 페놀 수지 베어링 부시의 곡률이 감소하면, 베어링의 “가장자리 끼임”(“축 고착”이라고도 함)이라는 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.

증상은 베어링 부시의 양쪽 면이 중공축을 단단히 조여 양쪽 모두에서 윤활 장애가 발생하고, 이로 인해 건식 마찰이 일어나 오일 온도가 급격히 상승하는 것입니다. 밀을 강제로 정지시키고 베어링 부시를 뽑아 검사해 보면, 베어링 부시의 양쪽 면에 그을린 자국이 발견되는 반면, 중앙 부분은 손상되지 않은 채 마모나 그을림 흔적이 전혀 나타나지 않습니다.

실제로 페놀 수지 베어링 부시에서 “가장자리 끼임” 결함이 발생할 때, 사람들은 종종 베어링 하우징의 기하학적 변형(주로 내부 곡면의 곡률 감소)이 베어링 작동에 미치는 부정적인 영향을 간과하여 수리 작업을 미루는 경우가 많습니다. 때로는 이를 페놀 수지 베어링 부시의 품질 문제로 오인하여 새 부시를 장착하기도 하지만, “가장자리 끼임” 문제는 곧 다시 발생합니다.

따라서 페놀 수지 베어링 부시에서 “가장자리 끼임” 현상이 발생할 경우, 베어링 하우징의 기하학적 치수에 변화가 있는지 꼼꼼히 확인해야 합니다. 변화가 발견되면 이를 원래 상태로 복원하기 위해 적극적인 조치를 취해야 합니다. 변형 정도에 따라 다음 두 가지 방법을 적용할 수 있습니다:

그림 2.44 베어링 소손 전후의 중공축 위치 개략도
1—중공축의 정상 작동 위치;
2—베어링이 타버린 후 중공축의 위치;
3—페놀 수지 베어링 부시;
4—베어링 하우징.

a. “가장자리 끼임” 현상이 심하지 않고 탄 부분이 베어링 부시의 하단에 집중되어 있는 경우, 앵글 그라인더를 사용하여 “가장자리 끼임” 부위를 수동으로 연마한 뒤 베어링 개구부를 적절히 확대할 수 있습니다. 이렇게 하면 작동 중에 윤활유가 윤활막을 형성하여 건식 마찰로 인한 오일 온도 상승을 방지할 수 있습니다.

b. “가장자리 끼임” 현상이 매우 심하고, 마모된 부위가 베어링 부시의 양쪽에 집중되어 있는 경우, 베어링 하우징을 처리해야 합니다. 두께 δ인 얇은 철판을 베어링 하우징의 마모 부위에 심으로 끼워, 페놀 수지 베어링 부시의 뒷면이 베어링 하우징에 밀착되도록 하여 간극 δ를 제거해야 합니다. 이렇게 하면 밀 가동 중 페놀 수지 베어링 부시가 변형되지 않으며, “가장자리 끼임” 문제도 자연스럽게 해결됩니다.

(4) 윤활유의 품질

품질이 낮은 윤활유, 부적절한 등급, 또는 점도가 너무 높거나 낮은 경우 모두 베어링 온도 상승을 유발합니다. 한 공장에서는 이전에 26호 기어 오일을 사용했으나, 현재는 등급을 변경하지 않고도 겨울과 여름 모두에 적합한 N320 산업용 기어 오일을 사용하고 있습니다. 일반적으로 문제는 발생하지 않습니다. 그러나 오일이 지나치게 오염된 경우(예: 미세한 분말 물질이 베어링 오일 섬프로 유입된 경우 등)에는 윤활유를 교체해야 합니다. 그렇지 않으면 베어링의 작동 온도가 상승하게 됩니다.