자동차 송풍기의 소음 문제 원인

송풍기의 소음에는 다양한 이유가 있다. 이러한 이유에 대해서 세부적으로 알아두어야 미리미리 대응을 하고 어떻게 수정할 수 있는지 파악할 수 있기 때문에 아래와 같은 여러 가지 경우를 들어 설명을 하도록 하겠다. 이러한 소음 송풍기의 볼 베어링을 교환하여 작동 평가한 결과 소음이 정상 수준과 동일하였으며, 문제 발생 볼 베어링을 다시 조립하여 평가한 결과 이상 소음이 재현되는 것을 확인하였으며 이를 통해 소음이 볼 베어링에서 발생되는 것을 확인한 후, 볼 베어링을 분해 후 현미경 관찰 결과 그림 3과 같이 전동체 표면의 Scratch와 내륜면의 Dent, Scratch, Discoloration을 확인하였다.

 

Photo by Samuel-Elias Nadler on Unsplash

1. 볼베어링 문제

볼 베어링 부품 손상을 일으키는 주요 원인으로 부적합한 윤활제 사용, 윤활제 노화, 윤활제 부족, 고형입자에 의한 오염, 유효하지 않은 Sealing에 따른 오염 물질 유입, 잘못된 베어링 선정, 잘못된 조립, 소재 생산 결함 등 다양한 원인이 있고, 원인에 따라 다양한 불량 현상이 있으나, 상기 현상은 Ball과 Inner ring의 접촉 부분에 진동이나 요동에 의한 마모가 진행되어 압흔이 생성된 것으로 추정되며, 이러한 불량 현상은 운송 중 또는 베어링 정지 중의 진동, 요동, 진폭이 작은 요동, 또는 윤활 부족에 따라 발생될 수도 있어, 베어링 소음 원인 조사를 위해 베어링의 치수, 윤활유의 잔여량, 부품의 재질 및 경도를 조사하고자 하며 차량 판매 후 초기에 발생되는 워런티 클레임으로 볼 베어링의 내구 피로로 발생하는 요인들은 조사 항목에서 제외하여 조사하였고 볼베어링의 실패 유형에 다양한 현상들이 있고 실패 유형에 따라 구분할 수 있다는 것을 알아두면 좋다.

 

 

2. 박리

박리란 재료의 구름피로에 의해 궤도면이나 진동면 표층부가 ‘비늘모양’으로 벗겨지는 현상을 말하며 이 현상이 발생했을 때를 베어링이 수명에 도달했다고 판단한다. 만약 조기에 발생한 경우에는 무언가 이상이 있다는 것이므로 원인 규명과 대책이 필요하고 조기에 발생한 박리의 경우 베어링 내부 클리어런스 과소, 윤활제의 부적합 또는 부족, 과도한 하중, 녹이 발생 가능 원인으로 적정한 베어링부 클리어런스 선정, 윤활 방법 윤활 점검이 대책이며 또한 레이디얼 베어링에서 궤도 한쪽에 발생한 박리의 경우 이상 액시얼 하중이 발생 가능 원인으로 자유 측 베어링 외륜과 하우징의 끼워 맞춤을 헐거운 끼워 맞춤으로 하는 것이 기준이다.

 

궤도 원주 방향의 대칭 위치에 생긴 박리의 경우 하우징 진원도 불량이 유발 가능 원인으로 하우징 가공 정도를 수정하며 레이디얼 볼 베어링에서 궤도에 경사지에 발생한 박리나 롤러 베어링에서 궤도면, 전동면 끝에 발생한 박리의 경우 조립 불량축이 휘어짐 또는 하우징의 정도 불량으로 중심을 정확히 수정해야 하고 진동체 간격과 같은 피치로 궤도면에 생긴 박리의 경우 조립 시 큰 충격 하중, 원통 롤러 베어링나 테이퍼, 롤러 베어링의 경우는 조립 상처, 운전 정지 기간 동안에 녹 발생이 추정 원인으로 조립 작업 개선이나 장기간 운전하지 않은 경우는 방청 처리를 해두는 것이 좋다.

 

 

3. 균열 및 깨짐 

볼 베어링 부품의 균열에는 내/외륜의 균열과 전동체 균열이 있으며, 내/외륜의 균열의 경우 과도한 죔새, 축, 하중의 필렛 반경 과대, 과도한 충격 하중, 박리나 소착의 진전이 발생 가능 원인으로 적정한 끼워 맞춤 선정, 축 하우징 필렛 반경을 베어링 모서리 치수보다 작게 하거나 하중 조건을 재점검해야 하며 전동체의 균열은 과대한 충격 하중 박리의 진전이 발생 가능 원인으로, 조립 작업 개선, 취급 방법 개선, 또는 하중 조건을 점검하는 것이 기준이다.

 

 

4. 압흔 및 타흔

압흔이란 베어링의 정지 또는 저속 회전 시 큰 하중이 가해져 궤도면과 전동체의 접촉 부분이 소성 변형되어 파임이 생기거나 이물질이 끼어서 구름면에 작음 패임이 생긴 것을 말하며 타흔은 베어링을 해머 등으로 두드릴 때 직접 타격을 받은 부분이 움푹 들어가는 것을 말하고 궤도면 전동체에 발생한 압흔의 경우 이물질 유입이 발생 가능 원인으로 베어링 주위 세정, 밀봉 장치 개선이 필요하며 또한 전동체 간격과 같은 피치로 궤도면에 생긴 압흔(브리넬일 압흔)은 조립 시 충격 하중, 정지 시 과대 하중이 문제 발생 가능 원인으로 조립 작업 개선, 기계 취급 개선이 필요하고 타흔의 경우 취급 불량이 가능 원인으로 조립 작업, 취급 방법 개선이 필요하다.

 

 

5. 변색

변색은 내·외륜과 전동체에 발생하며 윤활과 고온의 반응에서 발생이 되며 윤활 부족, 윤활유와 반응으로 인한 오일 얼룩, 고온, 내부 클리어런스 과소가 발생 가능 원인으로 윤활 방법의 개선 또는 적정한 내부 클리어런스 선정 윤활 방법, 윤활제 점검이 필요하다는 것이 특징이다.

 

 

6. 긁힘

긁힘이란 미끄럼 접촉에 의해 미끄러진 방향으로 생긴 표면상 비교적 얕은 상로 외관상 상처 내부에 융착을 일으키지 않은 것을 말하며 스커핑이란 접촉 압력이 높고 열 영향을 다소 받아서 표면이 국부적으로 융착 된 것을 말하고 일반적으로 긁힘이 현저한 것을 스커핑이라고 생각해도 되며 윤활제의 부적합 또는 부족, 취급 불량, 과도한 액시얼 하중이 발생 가능 원인으로 윤활 방법, 윤활제의 점검, 베어링 조립 위치의 점검이 필요하다는 신호이다.

 

 

자동차 송풍구에도 이렇게 다양한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 사실들을 인지하고 말고는 이후에 있을 여러 가지 문제에 대응하는 것에 있어 긍정적인 영향을 미칠 것이라 의심하지 않는다. 특히 긁힘 같은 경우에는 자주 발생하는 편이니 이러한 부분을 잘 짚고 넘어가는 것이 중요하다.

 

 

※참조문헌 : 자동차 통풍 시트의 이상 소음 원인 분석 (강종옥 2018)