KR100279349B1 - 다층기공베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 기공 베어링에 관한 것으로, 보강용 강관으로 된 외경층(10); 외경층(10)의 내측에 접합되되, 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개 이상의 환상의 기공 소결체(12)가 일정간격을 두고 접합되어 기공 소결체간의 사이에 그리스 저장소(14)가 형성된 내경층;으로 이루어져 내마모성과 윤활특성이 향상된 것이다.

Description

다층 기공 베어링(Pore Bearing Having Multi-Layer)

본 발명은 그리스 저장소를 갖는 다층 기공 베어링에 관한 것으로, 특히 외경층은 강관으로 내경층은 다공질 소결체로 되어 있으며, 내경층의 소정의 그리스 저장소를 두어 이로부터 다공질 소결체의 내측벽에 계속적으로 윤활막을 형성할 수 있게 된 다층 기공 베어링에 관한 것이다.

일반적으로 건설기계 등의 고하중의 가혹한 작업조건하에서 구동되는 샤프트를 지지하는 베어링은 높은 응력이 작용하고, 저속운전에 따라 그리스의 윤활특성을 얻기 힘들어, 그리스를 계속 공급하여야 한다.

종래의 저하중, 고속에 널리 사용되는 오일함침 소결베어링은 그리스 주입없이 저밀도 소결합금에 함침된 오일만으로 충분히 자기 윤활효과가 있지만, 고하중, 저속에 사용해야 하는 소결베어링은 함침된 오일만으로는 충분한 윤활효과를 발휘할 수 없고, 그리스 급지에 필요한 그리스 공급 그루브가 필요하게 된다. 또한 고하중에 대한 내하중성을 향상시키기 위해서 베어링의 길이를 증가시키고, 내마모성을 향상시키기 위해 고밀도의 소결합금을 사용할 필요가 있다.

그러나 고밀도이면서 길이가 긴 소결베어링의 제작은 밀도의 불균일과 프레스 용량에 의해 제한받게 된다. 즉, 길이가 긴 소결베어링을 제작하게 되면 프레스압이 양 끝단에만 집중되어 중간 부위가 저밀도로 성형되고, 이로 인해 베어링의 마모 및 변형이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 고하중, 저속으로 구동되는 샤프트를 지지하기 위해 고밀도이면서 길이를 길게 할 수 있고 계속적 급지가 필요없게 된 소결베어링을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 보강용 강관으로 된 외경층; 외경층의 내측에 접합되되, 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개 이상의 환상의 기공 소결체가 일정간격을 두고 접합되어 기공 소결체간의 사이에 그리스 저장소가 형성된 내경층;으로 이루어진 다층 기공 베어링을 제공한다.

상기 구조의 다층 기공 베어링은 환상 소결체간의 환상의 빈공간을 그리스를 채울 수 있는 그리스 저장소로 사용할 수 있게 된 것이다.

상기 다층 기공 베어링에서 외경층을 통하여 그리스를 주입할 수 있게 외경층에 상기 그리스 저장소로 통하는 니플을 형성할 수 있다. 그리스 저장소가 2개 이상인 경우 그리스 저장소마다 니플을 형성하여 그리스를 주입하게 할 수 있고, 그리스 저장소중 하나에만 니플을 형성하고 소결체의 내측벽에 그리스 그루브를 형성하여 이를 통하여 다른 그리스 저장소에 그리스를 채우게 할 수도 있다.

이와 같은 구조의 다층 기공 베어링은 그리스 저장소에 채워진 그리스가 환상의 기공 소결체를 통하여 계속적으로 기공 소결체의 내측벽에 윤활면을 형성할 수 있게 되고, 환상 소결체를 만든후 이를 외경층에 접합하거나 외경층끼리 용접하는 등의 방법으로 길이를 길게 형성할 수 있게 된다.

도 1a는 본 발명의 다층 기공 베어링의 일부 절개 사시도,

도 1b는 도 1a의 절단선 A-A에 따른 단면도,

도 2a는 종래의 소결베어링 정면도,

도 2b는 도 2a의 절단선 A-A에 따른 단면도,

도 3은 베어링 성능 시험장치의 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 외경층 12 : 기공 소결체

14 : 그리스 저장소 16 : 니플

20 : 그리스 주입구 22 : 그리스 그루브

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 다층 기공 베어링의 부분 절개 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 A-A선에 따른 단면도로서, 본 발명의 다층 기공 베어링은 보강용 강관으로 된 외경층(10)과, 외경층(10)의 내측에 오일함침된 환상의 기공 소결체(12)를 소정간격을 두고 용접 또는 접합하여 이들 기공 소결체(12)사이에 형성된 공간을 그리스 저장소(14)로 하고, 이 그리스 저장소(14)에는 외경층(10)에 형성된 니플(16)을 통해 그리스가 채워지도록 된 구조이다.

상기 다층 기공 베어링에서 우수한 내하중성과 윤활효과를 부여하게 하기 위해 그리스 저장소(14)의 길이(d)를 베어링 총길이(L)의 40% 이하로 하는 것이 바람직하다.

그리고 일반 그리스를 그리스 저장소에 채워 사용할 수 있으나, 그리스에 고체 윤활제를 첨가한 것을 사용하는 것이 바람직한데, 고체 윤활제의 예로 들 수 있는 것은 흑연이나 이황화몰리브덴 등이다.

상기 기공 소결체의 기공량은 10vol%이하인 경우 내부에 함침되는 오일량이 적어 자체 윤활특성이 감소되고, 30vol%보다 큰 경우 소결체의 강도가 감소하여 내마모성이 저하되므로 10~30vol%로 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 기공 소결체의 기공 크기는 기계적 특성과 첨가되는 함침오일 및 고체 윤활제의 역할을 결정하는 인자로서, 기공의 크기가 10μm이하에서는 오일함침이나 고체 윤활제의 함침이 어렵고, 200μm이상에서는 상온에서 함침오일의 유출이 발생할 수 있으므로 10~200μm의 크기로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 기공 소결체에 함침되는 오일은 고하중에서 사용되는 특성상 고점도의 오일을 선택한다. 오일의 동점도가 40℃에서 460cSt이하인 경우는 고하중이 작용될 때 오일막이 쉽게 파괴되어 윤활특성이 감소되며, 1000cSt이상인 경우는 오일 함침시 고온으로 가열하여 함침하여야 하고, 함침후 마찰열이 높아야 마찰면에서 우수한 마찰 특성을 가지므로 460cSt~1000cSt범위내의 오일을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

실시예 1~3

본 실시예는 본 발명에 따라 도1a에 도시된 것과 같은 구조로 제작하였다.

본 실시예 사용된 소결합금의 주요성분으로 Fe가 중량비로 60~70%이고, Cu가 10~20%이며 나머지가 흑연인 철계합금을 사용하였고, 소결합금의 밀도가 4.5~7.0g/cc의 범위내에서 하기 표 1에 나타낸 조건으로 제작하였다. 그리고 오일온도를 60~80℃로 하여 진공함침기내에서 소결합금의 기공에 오일함침하였다.

베어링의 길이를 100mm로 제작하였고, 외경층(10)으로 보강용 저탄소강관을 준비하여 일측끝단과 타측끝단에 맞춰 30mm의 환상 기공 소결체를 접합하여 제작하였다.

구분	소결밀도(g/cc)	기공량(vol%)	평균기공크기(μm)	동점도(cSt)	함침오일량(g)
실시예 1	4.2~4.5	30~35	180~210	460	5.5
				1000	1.12
실시예 2	5.8~6.1	18~23	50~100	460	3.5
				1000	0.82
실시예 3	6.7~7.0	7~10	10~30	460	0.93
				1000	0.15

상기 함침오일에는 고체 윤활제의 크기가 약 100μm인 흑연 또는 이황화몰리브덴을 오일에 첨가한 것을 사용하였고, 그리스 저장소(14)에 그리스(제품명 EP2, 이수화학사)에 흑연 또는 이황화몰리브덴을 첨가한 것을 채웠다.

실시예 4

본 실시예는 상기 실시예 1~3과 동일한 재질을 사용하여 소결체 밀도를 5.5~6.5g/cc로 하고, 동일한 크기와 구조로 제작하였다. 그리고 함침오일의 동점도가 460cSt인 것을 선택하여 사용하여 함침시켰고, 그리스 저장소에 상기 그리스에 이황화몰리브덴 또는 흑연을 30vol%첨가한 것을 채웠다.

비교예 1~2

비교예의 소결베어링은 도 2에 도시한 바와 같이, 내측벽에 축방향 또는 축방향에 수직하게 홈을 내어 그리스 공급 그루브(22)를 형성하고, 외부에서 그리스를 주입할 수 있게 그리스 주입구(20)이 형성된 구조로 제작하였다. 소결합금의 재질은 상기 실시예와 같이 하였다.

비교예 1에서는 소결밀도를 4.8~6.8g/cc로 되게 하고, 비교예 2에서는 소결밀도를 4.5~5.5g/cc로 되게 제작하였으며, 사용한 함침오일의 동점도가 각각 460cSt인 것과 220cSt인 것을 사용하여 함침시켰다. 그리스 주입구(20)를 통해 그리스를 채웠다.

상기한 실시예 1~4와 비교예 1~2에서 제작된 베어링으로 도 3에 도시된 시험장치를 가지고 성능 시험을 하였다.

하중은 30~50ton으로 하고, 샤프트 미끄럼 속도를 약 50mm/s의 조건으로 시험하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	시험시간(hrs)	베어링마모량(μm)	상대샤프트마모(μm)	마찰계수
실시예 1	300	150	20	0.10~0.23
실시예 2	300	60	30	0.10~0.20
실시예 3	300	220	100	0.10~0.29
실시예 4	250	60	-	0.10~0.20
비교예 1	300	310	80	0.10~0.30
비교예 2	250	200	-	0.10~0.34

상기 표 2의 결과에 의하면 실시예 1은 베어링의 밀도가 낮아 베어링 강도의 감소로 베어링 자체의 마모가 상대적으로 많으며, 상대 샤프트 마모량은 작았다.

실시예 3은 밀도의 향상으로 베어링에 함유된 오일의 감소로 마찰특성이 저하되어 전체적인 마모량이 증가되었고, 실시예 2는 실시예 3에 비하여 소결품 밀도가 작아도 보강용 강관에 의해 내하중성이 향상되었고, 함침오일과 그리스 윤활특성이 향상되어 우수한 내마모특성을 가짐을 알 수 있었다.

실시예 4는 실시예 3과 거의 같은 시험 결과를 얻을 수 있었다.

그리고 비교예 1과 2는 성형시 한번 성형으로 베어링을 제작하기 때문에 중심부쪽에 저밀도부분이 발생되어 전체적으로 내마모성이 감소되었고, 마찰계수의 편차가 심한 것을 알 수 있었다.

베어링과 샤프트의 크리어런스는 초기 조립시 약 200~300μm로 되게 하는데, 만약 베어링과 샤프트의 마모량이 증가하여 클리어런스가 400~600μm이상으로 증가되면 샤프트의 구동시 충격에 의해 베어링의 충격파손이 발생될 가능성이 높고 경한 이물질의 유입이 발생될 수 있다. 따라서 베어링과 샤프트의 전체마모는 100μm이하로 되게 하기 위해 상기 실시예 2 또는 실시예 4와 같이 베어링을 제작하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 다층 기공 베어링은 보강용 강관으로 된 외경층이 내하중성을 높이고, 환상 기공 소결체간의 사이에 채워진 그리스로 인해 환상 기공 소결체의 내측벽에 계속적인 윤활면을 형성하여 우수한 내하중성과 내마모성 및 윤활특성을 갖게 된다.

Claims (4)

1. 보강용 강관으로 된 외경층(10); 외경층(10)의 내측에 접합되되, 일측끝단에서 타측끝단까지 적어도 2개 이상의 환상의 기공 소결체(12)가 일정간격을 두고 접합되어 기공 소결체간의 사이에 그리스 저장소(14)가 형성된 내경층;으로 이루어진 다층 기공 베어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기공 소결체(12)에 함침된 오일은 동점도가 40℃에서 460~1000cSt인 것을 특징으로 하는 다층 기공 베어링.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 그리스 저장소(14)의 총길이(d)는 다층 기공 베어링 전체길이(L)의 40% 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 다층 기공 베어링.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 기공 소결체(12)내의 기공의 양이 15~30vol%이고, 기공의 크기가 10~200μ인 것을 특징으로 하는 다층 기공 베어링.

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