기어유는 기어장치의 윤활에 사용하는 윤활유의 총칭이며, 치면간의 급속접촉을
방지하고, 마찰, 마모를 저하시켜 녹아붙는 것을 방지하는 기능을 갖는다.
용도에 따라 공업용기어유와 자동차기어유가 있다.
자동변속기유(ATF:automatic transmission fluid)는 톨크컨버터, 기어변속기구,
유압기구, 습식클러치 등을 내장하는 자동변속기의 윤활유로 사용하는 전용유이며,
기어유성능외에 동력전 달매체유, 유압작동액으로서의 성능과 습식클러치의 재질에
적합한 마찰성능 등을 갖추고 있다. 트랙터용 공통윤활유는 기어장치, 유압기구,
습식브레이크가 공통윤활기구로 되어 있는 농업용 트랙터의 윤활에 사용하는
전용유이며, 기어유, 유압작동액 및 습식브레이크유로서의 성능을 갖춘 것과
엔진유 성능을 부여하여 엔진에도 사용할 수 있는 STOU(super tractor oil universal)라
칭하는 공통윤활유가 있다.
기어유(KS M 2127)
기어에는 평기어를 비롯하여, 헬리컬기어, 베벨기어, 윔기어에서 간혹한 조건으로
사용하는 하이포이드기어까지 여러가지 있으며, 사용조건도 다르기 때문에, 각각
용도에 적합한 점도와 성능을 갖는 기어유가 필요해 진다. 이 때문에 기어유는 용도에
따라 공업용기어유와 자동차용 기어유로 대별된다.
1. 공업용 기어유
공업용기어유는, 각종산업기계의 기어장치에 사용하는 윤활유이다. 산업기계에 사용되는
기어는 형식, 칫수도 각양각색이며, 하중, 속도, 유온, 급유법 등도 각기 다르기 때문에,
사용조건에 따른 공업용기어유가 필요하다.
① 공업용기어유의 분류
각종 산업기계의 기어장치는, 밀폐식, 개방식 외에, 기어도 평기어, 헬리컬기어,
베벨기어, 하이포이드기어, 윔기어 등 각양각색으로 사용조건도 각기 다르기 때문에,
윤활유에 사용하는 공업용 기어유도 용도, 상용조건에 따라 여러가지 타입으로 분류된다.
KS M 2127에서는 아래표에 나타나듯이, 사용조건에 따라, 공업용 1종과 공업용 2종의
두 종류로 분류하고 있다. 미국기어제조업협회(AGMA:American Gear Manufactureres
Association)는, 밀폐기어용과 개방기어용으로 분류하고, 나아가 전자는 RO타입,
EP타입, 컴파운드타입, 합성유타입, 후자는 RO타입, EP타입, 잔사컴파운드-희석타입으로
분류하고 있다. RO타입과 EP타입은, 각각KS의 공업용 1종과 공업용 2종에 대응한다.
컴파운드타입은 광유에 지방유를 첨가한 것으로, 일반적으로 웜기어용이며, 합성유타입은
특수운전조건에 사용한다.잔사컴파운드-희석타입은 고점도광유 또는 EP유에 불연성용제를
넣은 기어유이며, 도유후용제가 휘발하기 때문에 치면에 두꺼운 유막이 형성된다. 
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② 공업용기어유의 점도분류
기어윤활에서 가장 중요한 것은 점도이며, 기어형식, 치수, 운전조건등에 따라 적정점도의 기어유를 선정할 필요가 있다. 공업용기어유의 점도분류는 AGMA에서는 고점도 그레이드에 대해서도 설정되어 있다. AGMA에서는 개방기어용과 같이 37.8℃
내지는 98.9℃에서의 동점도를 규정한 점도번호를 채용하고 있는 것도 있다.
③ 공업용기어유의 일반성상, 성능
공업용기어유에 요구되는 주된 성상, 성능은 다음과 같다.
- 기어장치의 운전온도에서 치면, 기타 마찰면에 오일을 공급하여, 속도, 압력조건
에서 보호유막형성을 보증하는 적정한 점도(점도, 점도지수) - 예상되는 최저 운전개시 온도에서의 오일의 공급, 순환을 보증하는 적정한 저온
유동성(저온유동성) - 고하중, 충격하중조건하에서 치면의 녹아붙음을 방지하고, 마찰, 마모를 감소기키는
특성(내하중 성능) - 고온 및 공기의 존재하와 교반하에서 오일의 산화를 최소로 하고, 오일의 사용기간을 연장하는 안정성 (열, 산화안정성)
- 혼입수의 급속한 분리를 보증하고, 유해에멀션의 생성을 방지하는 특성(항유화성)
- 물, 증기, 습기하에서 기어, 베어링의 녹을 방지하는 특성(방청성)
- 오일의 화학적 성질에 의해, 기어, 베어링을 부식시키지 않는 특성(부식방지성)
- 탱크, 기어케이스에서의 과도한 발포를 방지하는 특성(소포성)
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이 중, 내하중성능은 비교적 저하중조건의 기어장치를 대상으로 할 경우에는 그다지
중요시되지 않는다. 따라서, 공업용기어유의 규격에는 이런 성상, 성능이 규정되어 있다.
AGMA는 RO,EP, 컴파운드타입에 대해 각각 필요성능을 규격화 했다. US Steel의 규격은
철강압연설비를 대상으로 한 것이지만, 내하중성, 산화안정성, 항유화성, 부식방지성을
중시하고 있다. 공업용기어유의 성능평가는, 규격예에서 볼 수 있듯이 실헙실 시험에
의존하고 있다. 이것은 공업용기어유의 경우에는 용도가 넓고, 기어장치의 종류도 많으며,
대형장치도 있고, 자동차용기어유의 경우와 같이 實機시험에 의한 평가를 규격으로 채용하는
것이 곤란하기 때문이다.
다음은 공업용기어유의 성능평가시험에 대해 서술한다. 내하중성능은 극압제를 함유한
공업용 기어유의 가장 중요한 성능이며, 그 평가는 팀켄시험이 일반적이다.
공업용기어유에 대해서는 200~267N(21~27kgf)의 팀켄 OK하중이 요구된다. 팀켄시험에서
주의 해야 할 것은, 극압제량의 증가와 함께 OK하중이 반드시 높아지지 않는예도 있고,
최적 극압제농도가 존재하는 일이 있다. 예를 들면 공업용기어유보다 극압제량이 많고
내하중량이 우수한 자동차용 하이포이드기어유(GL-5)의 팀켄OK 하중은176.5~225.5N
(18~23KGF)이며, 그다지 높지 않다. 따라서 필요이상으로 높은 팀켄 OK하중을 구하는데는
문제가 있다. 때문에 팀켄시험 외에 사구시험, FZG기어시험(DIN 51354) IAE기어시험
(IP-166)등의 녹아붙는 시험이 실시된다. 이런 시험은 팀켄시험과 달리, 극압제량의 증가와
더불어 녹아붙은하중이 증대되는 결과를 나타내기 때문이다. AGMA, US Steel규격이
FZG기어시험등에 의한 내하중성능을 규정하는데에도 이러한 배경이 있다.
열˙산화안정성은 고온, 또는 장기간에 걸쳐 사용되는 일이 많기 때문에,
공업용기어유에는 중요한 성능이다.
이 성능이 떨어지면, 극압제가 열분해, 중합되어 슬러지가 되거나, 필터를 막거나 하여
내하중성능의 저하를 초래할 뿐아니라, 기어유자신이 단기간에 산화˙열화하면, 점도,
전산가, 불용분이 증가하여, 교반저항증대, 급유량부족, 부식, 필터폐색 등의 문제를
일으킨다. 열˙산화안정성의 평가는 물, 철, 동촉매공존하에서 산소를 흡입하는 윤활유
산화안정도시험이 일반적이며, 전산가변화, 점도변화, 불용분 등을 측정하여 평가한다.
미국에서는 EP타입에 대해서 극압제의 가수분해, 부식에 의한 영향을 적게하기 위해,
물 및 촉매를 공존시키지 않고 공기를 흡입하는 산화시험(ASTM D2893)을 채용하고 있다.
항유화성은, 철강압연기와 같이 롤냉각수, 탈스케일수 등의 혼입을 피할 수 없는 경우에는
중요하다. 미국에서는 ASTM D2711에 규정된 항유화성시험을 채용하는 예가 많다.
이 밖에 Dynamic Demulsibility Test(US steel법)가 있다.
④ 공업용기어유의 선정
공업용기어유 선정에 대해서는 유종선정의 개요를 서술한다. 공업용기어유에는, RO, EP,
컴파운드, 잔사 컴파운드-희석타입을 들 수 있다. RO타입은 첨가제내용이 동일한
첨가터빈유, 유압작동액, 순환유 등의 속에서 필요한 점도그레이드의 것을 선정하게 되므로,
주의를 요한다. EP타입은 일반적으로 공업용기어유의 명칭으로 시판되고 있으며,
극압제는 황-인계이다. 컴파운드타입은 웜기어유의 명칭으로 시판되고 있다. 기어유선정에
있어서는, 먼저 사용분위기온도, 유온, 속도 등에서 적정점도그레이드를 결정하고, 다음에
사용조건, 기어형식에서 어느 타입으로 할 것인지를 정한다. RO타입 선정에는, 평기어,
헬리컬기어 등 경하중조건에서 사용하는 기어장치를 대상으로 한다. 이경우에는, 첨가터빈유,
유압작동액, 순환유 등에서 필요한 점도그레이드의 것을 선정한다. 이 밖에 물이 혼입되지 않을
경우에는 엔진유를 적용해도 된다. 기어 베어링의 윤활은 주로 유체윤활이며, 항유화성은 필요없기 때문이다. EP타입의 선정은 일반기계, 압연기 등 고하중˙충격하중조건에서 사용하는 기어장치에
적용한다. 극압제를 함유하고, 항유화성도 충분히 배려되어 있어서, 공업용기어의 윤활에는 최적이다.
EP타입은 이 밖에 웜기어에도 적용할 수 있다. 컴파운드타입은 웜기어전용유이며,
특히 동합금-鋼間의 마찰특성과 동합금계에 대한 부식에 특별한 배려가 되어 있다.
이 밖에 공업용기어장치에서 특히 하중조건이 어려운 경우에는 자동차용기어유를 선정하는 예가
있다. 이 경우 주의해야 할 것은 자동차용기어유는 점도그레이드가 한정되어 있는 점,
항유화성이 불량이기 때문에 물이 혼입되는 기어장치에는 사용할 수 없는 점이다.
2. 자동차용기어유
자동차용기어유는 자동차를 비롯해 건설기계, 각종 하역기계, 철도차량, 농업기계등,
기어장치의 윤활에 사용하는 윤활유이다. 공업용기어유와 마찬가지로, 기어형식, 하중,
속도 등의 사용조건에 따른 자동차용 기어유가 필요하다.
자동차용 기어유의 점도는 SAE점도분류에 의해 분류되고 있다.
85W이하의 점도는 저온과 고온으로 규정되어 있고, 고온은 100℃의 동점도(cSt(㎟/s))를
사용하며, 저온은 절대점도의 치로 150,000cP를 나타내는 최고온도를 사용하고 있다.
그리고 W그레이드 저온점도 측정에는 브룩필드점도계가 지정되어 있다. W그레이드의
온도 규정에서, 150,000cP라는 점도는, 어떤 종류의 후자측을 사용한 일련의 저온시험에
근거하는 것이며, 그런 시험에서는 브룩필드점도계로 150,000cP를 넘는 기어유에서는
피니온베어링에 손상을 입힌 것을 근거로 하고 있다. 또 대부분의 수동변속기의 저온
에서는 속도조작이 만족해지려면 기어유점도가 브룩필드 점도계로 20000cP이하인 것이 필요하다고 한다.
85W이하 저온의 규정과 90이상 고온의 규정을 만족시키려면 멀티그레이드 기어유는 75W
90, 80W 90, 80W 140이며, 저온시의 시동톨크, 급유성을 보증하며, 디퍼런셜기어,
종감속기에서 요구되는 고온시의 점도를 만족시킨다. 때문에, 자동차용 기어유의
미군규격(MIL-L-2105C)에서는, 멀티그레이드를 규정하고 있다. |
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