볼 스크류의 수명이란 ②

모든 기계요소에는 다양한 단위(시간, 거리, 횟수)로 수명이 정의되어 있습니다.
볼 스크류의 수명은 총 회전수로 정의되며 사양 검토를 용이하게 하기 위해 총 운전시간이나 주행거리 등으로 환산하여 사용하고 있습니다.

그럼 수명 계산으로 얻은 수명은 어느 정도 믿어도 되는 것일까요?
정의에서 말하면 90% 정격수명이라는 말이 이에 해당하는데, 이 수명에는,
'쓰레기나 이물질이 없고 환경이나 윤활의 열화가 없을 것, 이상적인 설치 상태(장착 오차가 없을 것)에서 사용되는 것을 조건으로 한 경우'라는 머리말이 붙어 있습니다.

그래서 이번에는 '볼 스크류의 수명을 최대한 활용하기 위해서'라는 내용으로 설계상의 관점, 사용 조립상의 관점, 윤활에서의 중요도가 높은 항목에 대해 설명하겠습니다.

설계상의 관점

①쓰레기나 이물질로부터 볼 스크류를 보호하다
볼 스크류는 나사축과 너트의 나사홈 사이를 볼이 구르는 것으로 일을 하기 때문에 단단한 모래알이나 쇳가루와 같은 이물질을 들어갔을 경우에는 나사홈이나 볼 표면에 물려 상처나 압흔이 발생할 수 있습니다.
그 손상을 기점으로 조기에 나사 홈과 공의 박리가 진행되어 버립니다.
또한, 부스러기나 밀가루 등의 분체는 구리스나 작동유 등의 윤활제에 분체가 섞임으로 인해 윤활제의 성능을 현저하게 저하시켜 유막의 형성을 저해함으로써 소부(타서 눌러붙음)나 작동불량을 일으킬 수 있습니다.
볼 스크류에는 와이퍼 장치를 구비하는 것도 있습니다만, 단품으로의 완전한 방어는 어렵기 때문에 볼 스크류 이외의 기구, 예를 들면 커버나 자바라 등으로 볼 스크류 전체를 덮을 필요가 있습니다.

②볼 스크류에 편하중이 작용하지 않도록 하다
볼 스크류는 액시얼 하중(축방향 하중)에 대해 일하는 기계 요소이므로 레이디얼 하중이나 모멘트 하중을 받을 수 없습니다.
만일 이러한 하중이 작용해 버리면, 일부 볼이나 나사 홈에 부하가 집중됨으로써 크게 수명을 저하시키게 됩니다.

사용 조립상의 관점

①조립 정밀도는 매우 중요하다
볼 스크류, 베어링, 직동안내(가이드), 너트 및 너트하우징의 상호 얼라인먼트불량이나 직각도불량은 본래 받을수 없는 모멘트하중을 볼스크루에 걸어버리는 원인이 됩니다.
이로 인해 작동불량, 이상음이나 진동의 발생, 조기 수명저하의 원인이 되는 것 외에 회전굽힘 피로에 의한 나사축의 절손 등 중대 사고로 이어질 우려가 있으므로 주의가 필요합니다.

②사용 온도 한계 내에서 사용한다.
일반적 환경에서 사용하는 볼 스크류는 순환 부품의 고정에 접착제나 와이퍼 장치에 수지 등을 사용하는 경우가 있으므로 통상 60℃ 이하로 하고 있습니다.
또한 접착제나 수지를 사용하지 않는 경우에도 수명계산의 기초가 되는 정격하중은 담금질한 부재가 경도저하를 일으키지 않는 100℃ 이하로 되어 있으므로 100℃를 넘는 경우에 대해서는 경도저하에 의한 수명저하가 있을 수 있어 주의가 필요합니다.

윤활에서의 관점

①윤활제는 필수 불가결
볼 나사는 강철 나사축과 너트 사이를 강철 볼이 순환하기 때문에 금속 간의 직접 접촉을 피하기 위해 윤활이 필요 불가결합니다.
만약 급유(급지라고도 함)를 게을리한 경우는 금속간의 접촉을 막는 기름막의 형성이 없기 때문에 나사홈과 볼이 직접 접촉하여 소부가 발생하여 사용할 수 없게 됩니다.
볼 나사에 한정하지 않고 구르기 쉬운 마찰을 수반하는 기계 요소는, 세심한 유지보수나 윤활 유닛을 사용해, 볼과 나사 홈 사이에 개재하는 기름막을 자르지 않도록 해야 합니다.

②사양에 맞는 윤활제 선택
볼 나사에 사용하는 윤활제는 그 사양에 맞는 윤활제의 선택이 필요합니다.
예를 들어 방청유를 도포하여 볼 나사를 사용할 수 있는가 하면, 방청유는 녹을 방지하기 위한 유막은 생기지만 볼 나사처럼 쉽게 구르는 것을 수반하는 움직임에서의 유막 형성이 어려워 그 자체를 작동유로 사용할 수 없습니다.
적재, 적소에서의 윤활제 선정은 볼 나사의 수명을 최대한 활용하는데 중요합니다.
그 내용은 [볼 나사에 있어서 윤활의 목적은?]에 자세히 설명되어 있으므로 그 쪽도 참조해 주십시오.

여기에 제시한 내용 외에 볼나사를 안전하게 사용하기 위한 주의사항은 당사 볼나사 종합카탈로그에도 게재되어 있습니다. 사용 전에 반드시 읽어 주십시오.