KR100483516B1 - 플레인베어링의 가공방법 및 장치 - Google Patents

플레인베어링의 가공방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 플레인베어링의 베어링합금의 축방향의 양측상의 내주면부에서 상이한 각의 복수의 경사면을 형성시킴으로써 가공을 수행하기 쉽게하는, 플레인베어링가공방법 및 플레인베어링가공장치가 제공된다. 상기 가공방법 및 장치에는, 내주면에서 주변방향으로 연장되는 홈(20) 및 계단형상으로 형성되는 가로방향 홈의 양측상의 부분을 구비하는 가공홀더(18)가 제공되고, 하프베어링(half bearing)(11)은 상기 가공홀더(18)내에 수용되며, 가압수단(24)의 사용에 의하여 상기 하프베어링(11)의 양끝단이 주변방향으로 가압된다. 그 다음, 하프베어링은 상기 홈내에 끼워지도록 소성변형되고 상기 하프베어링의 축방향의 양측은 계단형상부의 에지(22, 23)와 맞닿아 다각형상의 선형태로 변형된다. 이 상태에서, 상기 하프베어링(11)의 축방향의 양끝단은 브로치(19)를 사용하여 일 원통면을 따라 절삭된다. 결과적으로, 상이한 각을 가진 2면의 경사면이 상기 하프베어링의 베어링합금(13)의 축방향의 양측부분에 연속적으로 형성된다.

Description

플레인베어링의 가공방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF WORKING PLAIN BEARING}
본 발명은 플레인베어링의 축방향 양측에 베어링합금층의 내주면부에서 연속적으로 연장되어 있는, 상이한 경사각을 갖는 복수의 경사면이 제공되는 플레인베어링을 가공하는 방법 및 상기 플레인베어링의 가공장치에 관한 것이다.
도 8은, 예를 들어, 엔진의 커넥팅로드의 큰끝단부측상의 베어링의 구조를 나타내고 있다. 커넥팅로드(1)는 피스톤으로부터 연료의 연소압력을 받아, 상기 연소압력을 크랭크샤프트에 전달하는 역할을 한다. 플레인베어링(3)은 큰끝단부에 제공되며, 크랭크핀(4)은 상기 플레인베어링(3)에 의하여 지지된다. 크랭크핀(4)은 커넥팅로드(1)로부터 연소압력을 받고 원호형상으로 휘어진다. 따라서, 상기 크랭크핀(4)은 플레인베어링(3)의 베어링면의 양끝단부와 불균일하게 접촉하게 된다.
크랭크핀(4)이 플레인베어링(3)의 양끝단과 접촉하게 되는 경우에, 상기 부분의 윤활유막의 두께는 얇아지고, 그 결과 하중 및 회전속도의 변화로 인하여 상기 유막이 파괴되기 쉽다. 그리고, 유막이 파괴되는 경우에, 플레인베어링(3)의 베어링합금(5)과 크랭크핀(4)과의 직접적인 접촉, 즉, 소위 금속 대 금속(metal-to-metal)의 접촉이 발생하며, 플레인베어링의 이른 조기마모 및 늘어붙음(seizure)을 일으킨다. 따라서, 종래에는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 플레인베어링(3)의 베어링합금(5)의 내주면부는, 축방향으로 그것의 양끝단에서 단면이 볼록한 원호형상(소위 크라우닝형상(C))으로 형성되었으며, 이에 의하여 크랭크핀(4)이 휘어지는 경우에도, 플레인베어링(3) 양끝단과의 불균일한 접촉이 방지될 수 있다.
한편, 베어링메탈 내주면 양끝단의 볼록한 원호형상은 고난도의 가공만으로 수행되어 제조비용의 증가를 가져온다. 따라서, 베어링메탈 양끝단부에서 상이한 경사각을 갖는 복수의 경사면을 형성시킴으로써 유사크라우닝형상(pseudo-crowning shape)을 생성시키는 아이디어가 제안되어 왔으며, 이러한 플레인베어링을 만드는 다양한 방법이 검토되어 왔다. 하지만, 가공을 쉽게하는 효과적인 방법은 아직까지 발견되지 않았다.
본 발명은 상기 상황의 관점에서 이루어졌으며, 본 발명의 목적은, 베어링메탈의 내주면부에서 축선방향의 양측상에 상이한 각을 갖는 복수의 경사면을 연속적으로 형성시키는 가공을 쉽게 실현시킬 수 있는, 플레인베어링의 가공방법 및 상기 플레인베어링의 가공장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 가공홀더의 내면에서 주변방향으로 연장되는 홈 및 가공홀더에 대하여 가로방향으로 상기 홈의 양측상에 형성되는 계단형상부를 가지는 가공홀더가 제공된다. 플레인베어링은 가공홀더의 홈내에 끼워지고 플레인베어링 축방향의 양측은 계단형상부의 복수의 에지에 대하여 가압된다. 그리고, 이러한 상태에서, 플레인베어링부는 축방향의 양측상에서 일 원통형 표면을 따라 절삭가공된다. 따라서, 축방향의 양측상의 베어링메탈 내주면부에서 상이한 각을 갖는 복수의 경사면을 연속적으로 형성하는 가공을 쉽게 수행할 수 있다.
본 발명이 차량용엔진의 커넥팅로드에 부착될 크랭크핀용 플레인베어링에 적용되는 일 실시예를 기초로하여, 본 발명은 도 1 내지 도 6을 참조하여 후술될 것이다.
커넥팅로드의 큰끝단부에 부착되는 크랭크핀용 플레인베어링은 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 하프베어링(11)을 서로 맞닿게 함으로써 원통형태로 구성된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 하프베어링(11)은 Cu계 또는 Al계 베어링 합금(13)으로 받침쇠(12)를 씌움으로써 형성된다. 베어링합금(13)의 표면은 오버레이층(overlay layer)으로 코팅될 수 있다. 또한, 도 5에는, 하프베어링(11)의 양 끝단 중 어느 하나만 도시되어 있다.
베어링메탈(13)의 축방향의 내주면의 양측상에서, 상기 내주면은 상기 하프베어링(11)의 베어링면이며, 그것의 축방향으로 상이한 경사각을 갖는 복수의 경사면(실제적으로는, 테이퍼면)(14, 15)이 연속적으로 형성된다. 이 경우에, 축방향으로 그것의 중앙측상에서의 상기 경사면(14)의 경사각(α1)은 상기 끝단측상의 경사면(15)의 경사각(α2)보다 더 작다. 또한, 참조부호 16으로 표시된 경사면은 축방향으로 그것의 양측상에서 베어링메탈(13)의 에지에서 대략 45˚를 이루는 챔퍼가 제공된다.
베어링메탈(13)의 내주면의 축방향의 양측상에서 축방향으로 상이한 각을 갖는 경사면(14, 15)을 가공하는 가공장치(17)가 도 4에 도시되어 있다. 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 상기 가공장치(17)는 브로치(19)를 가공수단으로 사용하여 가공홀더(18)에 부착된 하프베어링(11)을 절삭가공하도록 설계된다.
보다 구체적으로는, 도 1 내지 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 가공홀더(18)는 직사각형 블록으로서 형성되고, 상기 직사각형 블록의 중앙부는 반원형상으로 잘라내어지며, 상기 직사각형 블록은 내주면상에서 주변방향으로 연장되는 홈(20)을 갖는다. 그리고, 그것의 가로방향에 있는 상기 홈(20)의 좌측부 및 우측부 모두는 계단부가 바깥쪽을 향하여 단계적으로 더 얇아지는 방식의 계단형상으로 형성된다. 상기 실시예의 경우에, 홈(20)의 양측상의 계단형상부의 개수는 2개로 정해지며, 따라서, 2개의 에지(22, 23)가 중앙측으로부터 홈(21) 바깥쪽의 뱅크면(bank surface)(21)까지의 영역에 형성된다. 또한, 계단형상부를 포함하는 전체 홈(20)의 폭은 하프베어링(11)의 폭보다 약간 좁게 설정된다.
가공홀더(18) 윗쪽에는 가압수단으로서 가압부재(24)가 제공된다. 상기 가압부재(24)는 가압홀더(18)내에 하프베어링(11)을 끼우기 위하여 하프베어링(11)의 양 끝단부를 주변방향으로 가압하는 역할을 한다. 또한, 가공홀더(18)는 예를 들어, 도면에 도시되지 않은 유압프레스의 베드에 부착되며, 상기 가압부재(24)는 상하로 움직이는 램에 부착된다.
하프베어링(11)의 축방향의 양측상에서 경사면(14, 15)을 형성하기 위하여, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 하프베어링(11)은 가공홀더(18)내에 수용되며, 도면에 도시되지 않은 프레스의 램이 하강한다. 그 다음, 가압부재(24)는 원주방향으로 하프베어링의 양 끝단과 맞닿고, 이에 의하여 하프베어링(11)을 가압하게 된다. 이러한 이유로, 하프베어링(11)이 아래쪽으로 가압하는 힘을 받고, 먼저 상기 하프베어링(11)의 바닥측(후면)부분이 탄성변형되어 홈(20)내에 끼워진다. 그 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 하프베어링(11)의 바닥측(후면)부분은 가공홀더(18)의 홈(20)내에 끼워지며, 축방향으로 상기 중앙부가 상기 홈의 바닥면과 맞닿게 되는 경우에는, 기타 부분들 또한 축방향의 중앙부가 바깥쪽으로 볼록해지며, 그 결과로 전체 하프베어링(11)은 홈(20)내에 완전히 끼워지도록 소성변형된다.
이 경우에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 홈(20)의 좌측 및 우측 모두는 계단형상으로 생성되기 때문에, 하프베어링(11)의 축방향의 양측은 계단형상부의 에지(22, 23)와 맞닿게 되며, 상기 에지(22, 23)와 맞닿게 되는 하프베어링(11)의 부분에서는 변형이 국부적으로 억제된다. 결과적으로, 그것의 축방향의 양 끝단부로부터 에지부(22, 23)까지의 부분은 원호형상이라기 보다는 대략 다각형의 선형상으로 구부러진다.
이 상태에서, 하프베어링(11)의 중심축선과 일치하는 원형브로치(19)의 중심축이 축방향으로 이동된다. 이러한 조작에 의하여, 하프베어링(11)의 양측은 그것의 축방향으로 일 원통면(도 1에서 절삭라인(L)로 표시됨)을 따라 절삭된다. 그 후, 프레스의 램이 상승하고, 이에 의하여 하프베어링(11)으로부터 가압부재(24)를 분리시킨다. 상기 가압부재(24)가 위쪽으로 움직이는 경우에, 가압력이 해제된 하프베어링(11)은 그 자신의 반발력에 의하여 복원된다. 상기 복원된 상태에서, 하프베어링(11) 축방향의 양측 부분은 원호형상의 단면을 띠지 않고, 그것에 거의 선형의 경사를 갖는 경사면(14, 15)이 연속적으로 형성되며, 이에 의하여 유사크라우닝형상을 얻게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 하프베어링(11)을 가압부재(24)에 의하여 가압상태로 유지시키고, 하프베어링(11)의 축방향의 양측을 브로치(19)에 의해서 절삭하는 간단한 방법을 채용함으로써, 하프베어링(11)의 축방향의 양측에서 선형으로 경사지는 복수의 경사면(14, 15)을 형성시키는 것이 가능하며, 따라서 유사크라우닝형상을 얻기 위한 제조비용을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 상술되고 도면으로 나타낸 상기 실시예로 제한되지 않으며, 후술되는 바와 같이 확장 또는 변경이 가능하다.
하프베어링(11)의 축방향의 양측상에 형성되는 경사면의 수는 2면으로 제한되지 않으며, 3면 이상의 경사면이 형성될 수 있다.
경사면(14, 15)의 가공은 브로칭가공으로 제한되지 않으며, 이들 경사면은 선반, 드릴링머신, 보링머신 등을 사용하여 절삭함으로써 가공될 수 있다.
경사면이 베어링의 축방향의 양측상에 형성되는 상기 베어링은 하프베어링으로 제한되지 않으며, 원통형상의 베어링이 사용될 수 있다. 이 경우에, 가공홀더는 플레인베어링을 수용하는 원통구멍을 가지는 형태 또는 플레인베어링을 수용하는 원통구멍을 형성하도록 2개의 하프블록이 서로 조합되는 형태일 수 있다. 원통형베어링이 홈(20)내에 끼워질 수 있도록 탄성변형시키는 방법으로는, 양측으로부터 축방향으로 원통형베어링을 가압하는 수단이 사용될 수 있으며, 또는, 2개의 하프블록이 서로 조합되는 경우에, 상기 2개의 블록 사이에서 플레인베어링의 양측을 축방향으로 가압하는 방법이 채용될 수 있다.
본 발명에서는 플레인베어링가공방법 및 상기 플레인베어링가공장치가 제공되며, 상기 가공장치에 의하여 플레인베어링 양측상의 베어링메탈의 내주면부에서 상이한 각을 갖는 복수의 경사면을 연속적으로 형성시키는 가공을 쉽게 실현시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 주요부의 종단면도,
도 2는 가공홀더에 수용되는 하프베어링(half bearing)에 대한 도면으로서, 하프베어링 및 가공홀더 모두의 파단면을 나타내고 있는 부분사시도,
도 3a는 절삭가공시의 하프베어링에 대한 도면으로서, 하프베어링 및 가공홀더 모두의 파단면을 나타내고 있는 부분사시도이며, 도 3b는 또한 가공홀더내의 하프베어링의 휘어진 상태를 나타내는 사시도,
도 4는 가공장치의 종단면도,
도 5는 하프베어링의 축선방향에서의 한쪽 측면의 확대단면도,
도 6은 하프베어링의 사시도,
도 7은 종래의 플레인베어링의 베어링합금의 내주면상의 크라우닝형상의 단면도,
도 8은 종래의 플레인베어링의 문제를 설명하기 위한, 커넥팅로드의 부분단면도이다.

Claims (10)

  1. 베어링합금층 내주면의 축방향의 양측부분에서 연속적으로 연장되며, 상이한 경사각을 갖는 복수의 경사면이 제공되는 플레인베어링가공방법에 있어서,
    상기 방법은,
    그것의 내면에서 외주방향으로 연장되는 홈 및 상기 홈의 가로방향의 양측상에서 사실상 단계적으로 더 얇아지도록 형성되는 계단형상부를 가지는 가공홀더를 제공하는 단계,
    상기 계단형상부의 복수의 에지에 대하여 상기 플레인베어링의 축방향의 양측을 가압하기 위하여 상기 홀더의 홈내에 상기 플레인베어링을 끼우는 단계, 및
    이 상태에서, 일 원통면을 따라 축방향으로 상기 플레인베어링의 양측부분을 절삭가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플레인베어링은 하프베어링으로서 형성되고, 상기 가공홀더의 상기 홈내에 상기 플레인베어링을 수용한 후, 상기 플레인베어링의 축방향의 양끝단은 가압부재를 사용하여 상기 플레인베어링을 상기 홈에 끼우기 위해서 가압되는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절삭은 브로칭가공 또는 선반, 드릴링머신 또는 보링머신을 사용하여 상기 플레인베어링의 축방향의 양끝단의 내측상의 부분을 가공하여 수행되는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공방법.
  5. 베어링합금층 내주면의 축방향의 양측부분에서 연속적으로 연장되며, 상이한 경사각을 가지는 복수의 경사면을 제공하기 위한 플레인베어링가공장치에 있어서,
    상기 장치는,
    그것의 내면에서 외주방향으로 연장되는 홈 및 상기 홈의 가로방향의 양측상에서 단계적으로 더 얇아지도록 형성되는 계단형상부를 구비한 가공홀더,
    상기 가공홀더의 홈내에 상기 플레인베어링을 끼우기 위하여 상기 계단형상부의 복수의 에지에 대하여 상기 플레인베어링의 축방향의 양 끝단부를 가압하는 가압수단, 및
    상기 가압수단을 사용하여 상기 베어링이 상기 가공홀더에 대하여 가압되는 상태에서, 일 원통면을 따라 상기 플레인베어링 내주면 축방향의 양측부분을 절삭하는 절삭수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가공홀더의 계단형상부는 상기 베어링의 축방향의 양측상의 경사면에 대응하도록 2개 이상의 계단부를 갖는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가공홀더는 하프블록을 포함하거나 또는 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 가압수단은, 상기 홈 내부의 방향으로 상기 플레인베어링의 축방향의 양끝단을 가압함으로써 상기 계단형상부의 에지에 대하여 상기 가공홀더의 홈내에 끼워지는 플레인베어링의 축방향의 양끝단을 가압하는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 절삭가공은 브로칭가공 또는 선반, 드릴링머신 또는 보링머신을 사용하여 가공함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베어링합금층의 상기 내주면의 축방향부분으로 2개 이상의 경사면에 대응하도록, 상기 가공홀더의 계단형상부는 2개 이상의 계단부를 갖는 것을 특징으로 하는 플레인베어링가공방법.
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