KR100865070B1 - Hybrid composite shoulder bearing and method for manufacturing the same and rotor system having hybrid composite shoulder bearing - Google Patents

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Abstract

A hybrid composite shoulder bearing and a method for manufacturing the same and a rotor system having the same are provided to reduce manufacturing costs by preventing deformation of a main shaft. A hybrid composite shoulder bearing comprises a metallic supporting member(41), and a composite liner(42). The metallic supporting member fixed to a fixed body has two upper ends inclined downward. The composite liner includes a carbon fiber polymer layer laminated on the upper surface of the supporting member and a coating layer formed on the upper surface of the carbon fiber polymer layer. A glass fiber polymer layer is also formed between the supporting member and the carbon fiber polymer layer.

Description

하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템{HYBRID COMPOSITE SHOULDER BEARING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND ROTOR SYSTEM HAVING HYBRID COMPOSITE SHOULDER BEARING}HYBRID COMPOSITE SHOULDER BEARING AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND ROTOR SYSTEM HAVING HYBRID COMPOSITE SHOULDER BEARING}

본 발명은 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전체 시스템의 저널 베어링에 주축을 설치하는 경우 주축의 표면을 보호하고 마찰을 줄일 수 있는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid composite shoulder bearing, a method for manufacturing the same, and a rotating system having a hybrid composite shoulder bearing. More particularly, the present invention relates to protecting a surface of a spindle by applying a main shaft to a journal bearing of the rotating system. The present invention relates to a hybrid composite shoulder bearing, a method for manufacturing the same, and a rotating body system having a hybrid composite shoulder bearing.

오일을 윤활유체로 사용하는 저널 베어링이 장착된 선박의 회전체 시스템은 일반적으로 도 1과 같은 구조로 이루어진다. 동력을 전달해주는 주축(1)은 라이너(2a)와 하우징(2b)으로 이루어지는 저널 베어링(2)에 의해서 지지되고, 주축(1)의 선단에는 프로펠러(3)가 장착된다. 주축(1)을 저널 베어링(2)에 설치하기 위해 서는 주축(1)을 저널 베어링(2)의 한쪽 끝에서 밀어 넣는 방식을 취해야 한다.The rotating system of a ship equipped with a journal bearing using oil as a lubricating fluid generally has a structure as shown in FIG. The main shaft 1 which transmits power is supported by a journal bearing 2 composed of a liner 2a and a housing 2b, and a propeller 3 is mounted at the tip of the main shaft 1. In order to install the spindle 1 in the journal bearing 2, the spindle 1 must be pushed in at one end of the journal bearing 2.

선박용 쇼울더 베어링은 주축을 저널 베어링에 설치하는 경우 주축의 기울어짐에 의해서 저널 베어링의 화이트 메탈 라이너가 손상되는 것을 방지하기 위하여 베어링의 입구에 설치되는 베어링이다. 이때 화이트 메탈 라이너와 주축 사이의 접촉선이 쇼울더 베어링과 주축 사이의 접촉선과 일치하도록 쇼울더 베어링의 높이를 조절한다. 주축이 베어링 면을 따라 이동할 때는 마찰이 적어야 하며, 주축의 표면에 손상이 가지 않아야 한다. 쇼울더 베어링의 소재는 주축이 이동할 때 주축의 표면을 보호하고 마찰을 줄이기 위하여 주축의 소재보다 상대적으로 낮은 경도와 낮은 마찰 계수가 요구된다.Marine shoulder bearings are bearings installed at the inlet of the bearing in order to prevent the white metal liner of the journal bearing from being damaged by the inclination of the main shaft when the main shaft is installed in the journal bearing. At this time, the height of the shoulder bearing is adjusted so that the contact line between the white metal liner and the main shaft coincides with the contact line between the shoulder bearing and the main shaft. When the spindle moves along the bearing surface, there should be less friction and no damage to the surface of the spindle. The material of the shoulder bearing requires a relatively lower hardness and a lower coefficient of friction than the material of the spindle to protect the surface of the spindle and reduce friction when the spindle moves.

쇼울더 베어링의 라이너의 소재로 널리 사용되고 있는 화이트 메탈은 주석이나 납에 안티몬과 구리로 구성된 합금으로 주축의 소재보다 상대적으로 낮은 경도와 낮은 마찰계수를 가지지만, 금속재질의 주축과는 같은 금속이기 때문에 직접 접촉 시 마찰열에 의하여 주축과 고착될 수가 있다. 또한, 복합재료 주축과 같은 신소재 주축을 사용하는 회전체 시스템의 경우에는 복합재료가 화이트 메탈보다 상대적으로 경도가 낮기 때문에 화이트 메탈과의 마찰에 의해서 주축이 손상을 받기 쉽다.Widely used as a material for shoulder bearing liners, white metal is an alloy composed of antimony and copper in tin or lead, and has a lower hardness and a lower coefficient of friction than that of the main shaft. In direct contact with the main shaft can be fixed by frictional heat. In addition, in the case of a rotary system using a new material spindle such as a composite material spindle, since the composite material has a relatively lower hardness than the white metal, the main shaft is susceptible to damage by friction with the white metal.

이러한 화이트 메탈은 주로 저널 베어링의 라이너의 소재로 사용되는데, 이때 백업 메탈과의 접합은 원심주조법으로 이루어진다. 원심주조법은 용융금속을 고속으로 회전하는 원통형의 주형에 주입하고, 원심력으로 주형의 안쪽면에 밀착한 상태로 응고시켜 원통형 주물을 얻을 수 있는 방법이다. 그러나, 쇼울더 베어링과 같은 평면 베어링에는 원심주조법을 적용할 수 없기 때문에 다이케스트를 이용하여 주조된다. 다이캐스트는 쇳물 또는 반용융 상태의 합금을 금형에 압력을 가하여 고속으로 주입하는 방법으로 치수 정밀도가 높고 기계 가공을 대부분 생략할 수 있다. 따라서, 치수의 정밀도를 요구하는 부품을 대량으로 생산하는데 적합하다. 그러나, 생산량이 많지 않고 종류가 다양한 쇼울더 베어링에 적용할 경우에는 금형값이 비싸기 때문에 생산 단가가 매우 높다. 또한, 기포 발생으로 인해 백업 메탈과의 접착력이 저하될 수 있기 때문에 박리가 발생할 수 있다.This white metal is mainly used as a material of the liner of the journal bearing, in which the bonding with the backup metal is made by centrifugal casting. Centrifugal casting is a method in which molten metal is injected into a cylindrical mold rotating at a high speed, and solidified in a state in which the molten metal is in close contact with the inner surface of the mold by centrifugal force to obtain a cylindrical casting. However, since centrifugal casting is not applicable to planar bearings such as shoulder bearings, they are cast using die casting. Diecasting is a method of injecting molten or semi-molten alloys at high speed by applying pressure to a mold, so that the dimensional accuracy is high and the machining can be largely omitted. Thus, it is suitable for mass production of parts requiring precision of dimensions. However, the production cost is very high because the mold value is high when the production amount is small and applied to various types of shoulder bearings. In addition, peeling may occur because the adhesive force with the backup metal may be lowered due to bubble generation.

이러한 화이트 메탈 쇼울더 베어링의 문제점들을 해결하기 위해서 내마모성 및 내충격성이 우수하며 낮은 마찰 계수를 가지는 초고분자 폴리에틸렌 수지가 사용되고 있다. 그러나, 초고분자 폴리에틸렌은 다른 재료와의 접착이 잘되지 않기 때문에 라이너 형태로 제작하여 백업 메탈에 접착하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 쇼울더 베어링 전체를 초고분자 폴리에틸렌으로 제작하는 경우 제조비용이 증가하는 문제점이 있다. 게다가, 금속이나 탄소섬유 복합재료에 비해 강성이 떨어지기 때문에 주축의 높은 하중을 지지할 때 변형이 발생하는 문제점이 있다.In order to solve the problems of the white metal shoulder bearing, an ultra high molecular polyethylene resin having excellent abrasion resistance and impact resistance and a low friction coefficient is used. However, the ultrahigh molecular polyethylene has a problem in that it is difficult to adhere to the backing metal by making it in the form of a liner because it does not adhere well with other materials. In addition, there is a problem that the manufacturing cost increases when the whole shoulder bearing is made of ultra-high molecular polyethylene. In addition, there is a problem in that deformation occurs when supporting a high load of the main shaft because the rigidity is inferior to the metal or carbon fiber composite material.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 회전체 시스템의 저널 베어링에 주축을 설치하는 경우 주축의 표면을 보호하고 마찰을 줄일 수 있는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템을 제공함에 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a hybrid composite shoulder bearing which can protect the surface of the spindle and reduce friction when the spindle is installed in the journal bearing of the rotating system. And a method of manufacturing the same and a rotor system having a hybrid composite shoulder bearing.

본 발명의 다른 목적은 주축의 높은 하중을 지지할 때 변형이 발생하지 않도록 하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a hybrid composite shoulder bearing, a method for manufacturing the hybrid composite shoulder bearing, and a hybrid composite shoulder bearing, in which deformation does not occur when supporting a high load of the main shaft.

본 발명의 또 다른 목적은 제조비용을 절감할 수 있는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a hybrid composite shoulder bearing, a method for manufacturing the hybrid composite shoulder bearing, and a rotating system having a hybrid composite shoulder bearing, which can reduce manufacturing costs.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 고정체에 고정되고, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재와; 지지부재의 상면에 적층되는 탄소섬유 고분자 복합재료층과, 탄소섬유 고분자 복합재료층의 상면에 형성되는 코팅층으로 이루어지는 복합재료 라이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.The hybrid composite shoulder bearing according to the first aspect of the present invention for achieving the above objects is fixed to the fixed body, the support member of the metal material in which both ends of the upper surface is inclined downward; And a composite material liner comprising a carbon fiber polymer composite layer laminated on an upper surface of the support member and a coating layer formed on an upper surface of the carbon fiber polymer composite layer.

다른 구성으로, 본 발명의 제 1 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 고정체에 고정되고, 상면 양단부가 하방으로 경사지며, 상면에 홈이 형성되는 금속재질의 지지부재와; 지지부재의 홈에 수용되는 탄소섬유 고분자 복합재료층과, 탄소섬유 고분자 복합재료층의 상면에 형성되는 코팅층으로 이루어지는 복합재료 라이너를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the hybrid composite shoulder bearing according to the first aspect of the present invention is fixed to the fixed body, both ends of the upper surface is inclined downward, the support member of the metal material formed with a groove on the upper surface; It characterized in that it comprises a composite material liner consisting of a carbon fiber polymer composite material layer accommodated in the groove of the support member, and a coating layer formed on the upper surface of the carbon fiber polymer composite material layer.

탄소섬유 고분자 복합재료층은 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어진다. 지지부재와 탄소섬유 고분자 복합재료층의 사이에는 유리섬유 고분자 복합재료층이 더 포함될 수 있다. 탄소섬유 고분자 복합재료층에는 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 분말이 혼합된다. 이때, 분말은 탄소섬유 고분자 복합재료층의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소된다.The carbon fiber polymer composite layer is composed of one or more of carbon fiber phenolic composites, carbon fiber epoxy composites, carbon fiber polyethylene composites, carbon fiber polyester composites, and carbon fiber polyamide composites. A glass fiber polymer composite layer may be further included between the support member and the carbon fiber polymer composite layer. The carbon fiber polymer composite layer is mixed with nano-scale or micro-scale powder made of one or more of polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. At this time, the powder is gradually reduced from the inner surface of the carbon fiber polymer composite material layer toward the outer surface along the thickness direction.

또한, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합(Co-cured joining)시켜 탄소섬유 고분자 복합재료층에 형성한 필름으로 이루어진다. 여기서 '동시경화접합'은 복합재료를 경화시킬 때 복합재료 내의 수지를 이용하여 다른 재료와의 접합을 동시에 수행한다는 의미이다.
아울러, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 열가소성 수지 필름은 폴리에틸렌 수지 또는 폴리아미드 수지로 이루어진다. 더욱이, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어질 수 있고, 필름 표면은 플라즈마 표면 개질 처리(Plasma Activation)가 된다.
'플라즈마 표면 개질 처리'는 코팅, 도장, 접합을 하기 전에 접착 특성을 변화시키거나 향상시키기 위한 것으로서, 대상물의 대부분 고분자물질이며 약하게 이온화된 산소 플라즈마가 사용된다. 본 발명에 있어서는 코팅층을 이루는 필름과 탄소섬유 고분자 복합재료층의 접착 특성을 향상시켜, 계면의 결합강도를 높이기 위해서 플라즈마 표면 개질 처리를 한다.
In addition, the coating layer is made of a film formed on the carbon fiber polymer composite layer by co-cured joining polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder. Here, 'co-curing bonding' means that when the composite material is cured, bonding with other materials is performed simultaneously using the resin in the composite material.
In addition, the coating layer may be made of a thermoplastic resin film to which polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is added. The thermoplastic resin film consists of polyethylene resin or polyamide resin. Further, the coating layer may be made of a polyetheretherketone film or a polytetrafluoroethylene film, and the film surface is subjected to plasma surface activation.
Plasma surface modification treatment is intended to change or improve adhesion properties prior to coating, painting, and bonding, most of which is a high molecular material and a weakly ionized oxygen plasma is used. In the present invention, the plasma surface modification treatment is performed in order to improve the adhesive property between the film constituting the coating layer and the carbon fiber polymer composite layer and to increase the bonding strength of the interface.

본 발명의 제 2 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법은, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 탄소섬유 고분자 복합재료층을 적층하고, 지지부재와 탄소섬유 고분자 복합재료층을 상판 금형과 측면 금형을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든 다음 핫 프레스를 이용하여 고온 및 고압을 가하여 동시경화접합시키는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing according to the second aspect of the present invention, a carbon fiber polymer composite layer having a coating layer is laminated on an upper surface of a support member made of a metal material having both ends of the upper surface inclined downward, and the support member and carbon The fiber polymer composite layer is made of a closed mold using a top mold and a side mold, and then co-cured by applying high temperature and high pressure using a hot press.

다른 방법으로, 본 발명의 제 2 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법은, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 탄소섬유 고분자 복합재료층을 적층하고, 탄소섬유 고분자 복합재료층을 감싸도록 지지부재에 진공백을 설치하며, 진공백에 진공을 가하여 탄소섬유 고분자 복합재료층을 지지부재의 상면에 밀착시키고, 탄소섬유 고분자 복합재료층이 밀착된 지지부재를 오토클레이브에 넣어 동시경화접합시킨 후 진공백을 제거하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing according to a second aspect of the present invention, the carbon fiber polymer composite material layer having a coating layer is laminated on the upper surface of the support member of the metal material in which both ends of the upper surface is inclined downward, A vacuum bag is installed on the support member to surround the carbon fiber polymer composite layer, and a vacuum bag is applied to the carbon fiber polymer composite layer to adhere to the upper surface of the support member. It is characterized in that the vacuum bag is removed after the co-cure bonding into the autoclave.

지지부재의 상면과 탄소섬유 고분자 복합재료층의 사이에 유리섬유 고분자 복합재료층을 더 적층할 수 있다. 탄소섬유 고분자 복합재료층은 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어진다. 탄소섬유 고분자 복합재료층에는 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 분말을 혼합한다. 이때, 분말은 탄소섬유 고분자 복합재료층의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소시키는 것이 바람직하다.The glass fiber polymer composite material layer may be further laminated between the upper surface of the support member and the carbon fiber polymer composite material layer. The carbon fiber polymer composite layer is composed of one or more of carbon fiber phenolic composites, carbon fiber epoxy composites, carbon fiber polyethylene composites, carbon fiber polyester composites, and carbon fiber polyamide composites. The carbon fiber polymer composite layer is mixed with nano-scale or micro-scale powder made of one or more of polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. At this time, the powder is preferably gradually reduced from the inner surface of the carbon fiber polymer composite material layer toward the outer surface along the thickness direction.

코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합시켜 탄소섬유 고분자 복합재료층에 형성한 필름으로 이루어진다. 또한, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 아울러, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어질 수 있고, 필름 표면은 플라즈마 표면 개질 처리를 한다.The coating layer is formed of a film formed on the carbon fiber polymer composite layer by co-curing polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, and polyphenylene sulfide powder. In addition, the coating layer may be made of a thermoplastic resin film to which polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is added. In addition, the coating layer may be made of a polyetheretherketone film or a polytetrafluoroethylene film, and the film surface is subjected to plasma surface modification.

또 다른 방법으로, 본 발명의 제 2 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법은, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 섬유 프리폼을 적층하고, 지지부재와 섬유 프리폼을 상판 금형과 측면 금형을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든 다음 금형 내에 수지를 주입하여 섬유 프리폼 사이로 수지를 함침시키며, 금형 내부에 고온공기를 주입하여 수지가 함침된 섬유 프리폼을 경화시키는 것을 특징으로 한다. 금형 내부에 고온공기를 주입시에 금형의 내부와 진공펌프를 연결하여 진공을 더 가하는 것이 바람직하다.In another method, the hybrid composite shoulder bearing manufacturing method according to the second aspect of the present invention, the upper surface of the support member of the metal material in which both ends of the upper surface is inclined downward, laminated with a fiber preform having a coating layer, the support member and The fiber preform is formed into a closed mold using a top mold and a side mold, and then resin is injected into the mold to impregnate the resin between the fiber preforms, and high temperature air is injected into the mold to cure the fiber preform impregnated with the resin. It is done. When the hot air is injected into the mold, it is preferable to connect the inside of the mold and the vacuum pump to further apply vacuum.

본 발명의 제 3 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템은 고정체와; 고정체에 고정되어 주축이 회전할 수 있도록 지지하는 저널 베어링과; 주축이 저널 베어링에 설치되는 경우 주축이 기울어지는 것을 방지하도록 고정체에 설치되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다. 저널 베어링의 라이너와 주축 사이의 접촉선은 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 복합재료 라이너와 주축 사이의 접촉선과 동축선 상에 위치한다. 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 고정체에 한 쌍으로 설치되고, 한 쌍의 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 주축이 좌우로 움직이는 것을 방지하도록 주축의 원주방향을 따라 소정거리 이격되어 설치된다.A rotating body system having a hybrid composite shoulder bearing according to a third aspect of the present invention includes: a stationary body; A journal bearing fixed to the fixed body to support the main shaft to rotate; When the main shaft is installed in the journal bearing is characterized in that it comprises a hybrid composite shoulder bearing is installed on the fixture to prevent the main shaft from tilting. The contact line between the liner and the main shaft of the journal bearing is located coaxial with the contact line between the composite liner and the main shaft of the hybrid composite shoulder bearing. Hybrid composite shoulder bearings are installed in a pair in the fixed body, a pair of hybrid composite shoulder bearings are installed at a predetermined distance along the circumferential direction of the main shaft to prevent the main shaft from moving left and right.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 의하면, 회전체 시스템의 저널 베어링에 주축을 설치하는 경우 주축의 표면을 보호하고 마찰을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the rotating system having a hybrid composite shoulder bearing and a manufacturing method and a hybrid composite shoulder bearing according to the present invention having such a configuration, when the main shaft is installed in the journal bearing of the rotating system to protect the surface of the main shaft It has the effect of reducing friction.

또한, 본 발명에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 의하면, 주축의 높 은 하중을 지지할 때 변형이 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.In addition, according to the rotating body system having a hybrid composite shoulder bearing, a manufacturing method thereof, and a hybrid composite shoulder bearing according to the present invention, there is an effect that deformation does not occur when supporting a high load of the main shaft.

게다가, 본 발명에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 의하면, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, according to the rotating composite system having the hybrid composite shoulder bearing, the manufacturing method thereof, and the hybrid composite shoulder bearing according to the present invention, the manufacturing cost can be reduced.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템을 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the hybrid composite shoulder bearing according to the preferred embodiments of the present invention, a manufacturing method thereof, and a rotating body system having the hybrid composite shoulder bearing will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 제 1 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 도 2 내지 도 6에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 제 1 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제 1 실시예를 나타낸 것이다. 도 2와 도 4를 참조하면, 주축(10)을 저널 베어링(20)에 설치하는 경우 선박 등의 고정체(30)에 용접으로 고정된 고정구(32)에는 주축(10)을 지지하기 위한 지지부재(41)가 볼트(B)로 체결된다. 이때, 고정구(32)와 지지부재(41)에는 각각 체결공(32a)(41a)이 형성된다. 또한, 지지부재(41)는 주축(10)에 의해서 쇼울더 베어링(40)에 과도한 하중이 가해질 때 지지할 수 있도록 금속재질로 이루어진다. 또한, 지지부재(41)는 주축(10)의 기울어짐이 발생하는 경우 응력이 집중되는 것을 완화하기 위해서 상면 양단부가 하방으로 경사지도록 형성된다.Hybrid composite shoulder bearings according to a first aspect of the invention are shown in FIGS. 4 shows a first embodiment of a hybrid composite shoulder bearing according to a first aspect of the invention. 2 and 4, when the main shaft 10 is installed in the journal bearing 20, a support for supporting the main shaft 10 in the fixture 32 fixed by welding to a fixed body 30 such as a ship. The member 41 is fastened with the bolt B. FIG. At this time, the fastener 32 and the support member 41 are formed with fastening holes 32a and 41a, respectively. In addition, the support member 41 is made of a metal material so as to support when the excessive load is applied to the shoulder bearing 40 by the main shaft (10). In addition, the support member 41 is formed such that both ends of the upper surface are inclined downward to alleviate the concentration of stress when the main shaft 10 is inclined.

복합재료 라이너(42)는 도 4와 도 6에 도시된 바와 같이, 지지부재(41)의 상 면에 적층되는 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)과, 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)의 상면에 형성되는 코팅층(42a)으로 이루어진다. 또한, 지지부재(41)와 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)의 사이에는 유리섬유 고분자 복합재료층(42c)이 더 포함될 수 있다. 유리섬유 고분자 복합재료층(42c)은 내충격성이 우수하고, 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)에 비해서 비용이 저렴하기 때문에 제조비용을 절감할 수 있다.As shown in FIGS. 4 and 6, the composite liner 42 is formed of the carbon fiber polymer composite layer 42b and the carbon fiber polymer composite layer 42b stacked on the upper surface of the support member 41. It is made of a coating layer 42a formed on the upper surface. In addition, a glass fiber polymer composite layer 42c may be further included between the support member 41 and the carbon fiber polymer composite layer 42b. The glass fiber polymer composite material layer 42c is excellent in impact resistance, and the manufacturing cost can be reduced because the cost is lower than that of the carbon fiber polymer composite material layer 42b.

탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)은 높은 강도와 강성을 가지고 마찰 및 마모 특성이 우수한 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어진다. 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)에는 내충격성 및 내마모성을 향상시키기 위해서 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 분말이 혼합된다. 이때, 분말은 층간 강도 저하를 감소시키기 위해서 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소시키는데, 이와 같이 이루어진 복합재료를 충진제 경사 기능성 복합재료(Filler-Gradient Functional Composite)라 부른다.Carbon fiber polymer composite layer 42b is carbon fiber phenolic composite, carbon fiber epoxy composite, carbon fiber polyethylene composite, carbon fiber polyester composite, carbon fiber poly with high strength and rigidity and excellent friction and wear characteristics. It consists of one or more of the amide composites. In order to improve impact resistance and abrasion resistance, the carbon fiber polymer composite layer 42b is mixed with nanoscale or microscale powder made of one or more of polyetheretherketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. At this time, the powder gradually decreases from the inner surface of the carbon fiber polymer composite layer 42b to the outer surface along the thickness direction in order to reduce the interlayer strength decrease. The composite material thus formed is a filler gradient functional composite material (Filler-Gradient). Functional Composite).

적용 환경이 해양을 운행하는 선박인 경우를 고려하여 수분의 침투 또는 염분에 의한 부식을 방지하고, 마찰 및 마모 특성을 향상시키기 위해서, 코팅층(42a)은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합(Co-cured joining)시켜 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)에 도포한 필름으로 이루어진다.Considering the case where the application environment is a marine vessel, the coating layer 42a is made of polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, Polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is co-cured joining (co-cured joining) consisting of a film coated on the carbon fiber polymer composite layer 42b.

다른 방법으로, 베어링 재료로 쓰이는 초고분자 폴리에틸렌에 비하여 상대적으로 표면 경도가 높은 열경화성 고분자 복합재료의 마모 입자에 대한 압입 특성을 향상시키기 위해서, 코팅층(42a)은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 이때, 열가소성 수지 필름은 내마모성, 방수 특성 및 가공의 편의성을 고려하여 융점이 낮은 폴리에틸렌 수지 또는 폴리아미드 수지를 사용한다. 이와 같은 열가소성 수지와 마찰제를 혼합한 후 핫 프레스를 이용하여 두께가 대략 20㎛인 필름을 성형한다.Alternatively, the coating layer 42a may be made of polyetheretherketone, carbon black and molybdenum oxide in order to improve the indentation properties of the wear particles of the thermosetting polymer composite material having a relatively high surface hardness compared to the ultra high molecular polyethylene used as the bearing material. , Polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder may be added to the thermoplastic resin film. In this case, the thermoplastic resin film uses a polyethylene resin or a polyamide resin having a low melting point in consideration of wear resistance, waterproof properties, and ease of processing. After mixing the thermoplastic resin and the friction agent, a film having a thickness of approximately 20 μm is formed by using a hot press.

또 다른 방법으로, 코팅층(42a)은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어질 수 있고, 필름 표면은 열경화성 수지와 열가소성 수지 사이의 계면 강도를 강화시키기 위해서 플라즈마 표면 개질 처리(Plasma Activation)가 된다.Alternatively, the coating layer 42a may be made of a polyetheretherketone film or a polytetrafluoroethylene film, and the film surface may be plasma surface activated to enhance the interfacial strength between the thermosetting resin and the thermoplastic resin. Becomes

도 5는 본 발명의 제 1 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제 2 실시예를 나타낸 것이다. 도 2와 도 5를 참조하면, 주축(10)을 저널 베어링(20)에 설치하는 경우 선박 등의 고정체(30)에 용접으로 고정된 고정구(32)에는 주축(10)을 지지하기 위한 지지부재(41)가 볼트(B)로 체결된다. 이때, 고정구(32)와 지지부재(41)에는 각각 체결공(32a)(41a)이 형성된다. 또한, 지지부재(41)는 주축(10)에 의해서 쇼울더 베어링(40)에 과도한 하중이 가해질 때 지지할 수 있도록 금속재질로 이루어진다. 지지부재(41)는 주축(10)의 기울어짐이 발생하는 경우 응력이 집중되는 것을 완화하기 위해서 상면 양단부가 하방으로 경사지도록 형성된 다. 아울러, 지지부재(41)의 상면에는 홈(41b)이 형성된다.5 shows a second embodiment of a hybrid composite shoulder bearing according to the first aspect of the invention. 2 and 5, when the main shaft 10 is installed in the journal bearing 20, a support for supporting the main shaft 10 is provided in the fixture 32 fixed by welding to a fixed body 30 such as a ship. The member 41 is fastened with the bolt B. FIG. At this time, the fastener 32 and the support member 41 are formed with fastening holes 32a and 41a, respectively. In addition, the support member 41 is made of a metal material so as to support when the excessive load is applied to the shoulder bearing 40 by the main shaft (10). The support member 41 is formed such that both ends of the upper surface are inclined downward to alleviate the concentration of stress when the main shaft 10 is inclined. In addition, a groove 41b is formed on the upper surface of the support member 41.

복합재료 라이너(42)는 도 5에 도시된 바와 같이, 지지부재(41)의 홈(41b)에 수용되는 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)과, 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)의 상면에 형성되는 코팅층(42a)으로 이루어진다. 복합재료 라이너(42)는 외부 충격에 의해서 가장자리에서 발생할 수 있는 층간 박리를 방지하기 위해서 지지부재(41)의 상면에 형성된 홈(41b)에 수용된다. 또한, 전술한 제 1 실시예와 같이 지지부재(41)와 탄소섬유 고분자 복합재료층(42b)의 사이에는 유리섬유 고분자 복합재료층(42c)이 더 포함될 수 있다. 복합재료 라이너(42)에 대한 내용은 전술한 제 1 실시예와 중복되므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 5, the composite liner 42 includes the carbon fiber polymer composite layer 42b accommodated in the groove 41b of the support member 41 and the top surface of the carbon fiber polymer composite layer 42b. It is made of a coating layer (42a) formed in. The composite liner 42 is accommodated in the groove 41b formed in the upper surface of the support member 41 to prevent delamination that may occur at the edge due to external impact. In addition, the glass fiber polymer composite layer 42c may be further included between the support member 41 and the carbon fiber polymer composite layer 42b as in the first embodiment. Since the contents of the composite liner 42 overlap with the above-described first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

한편, 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법은 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다. 도 7은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 1 실시예를 나타낸 것이다. 도 7을 참조하면, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재(41)의 상면에는 코팅층이 형성된 프리프레그 형태의 탄소섬유 고분자 복합재료층(이하, '복합재료 프리프레그'라고 함)(43)을 적층한다. 지지부재(41)와 복합재료 프리프레그(43)를 상판 금형(52)과 측면 금형(54)을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든다. 그 다음 핫 프레스(hot press)를 이용하여 고온 및 고압을 가하여 동시경화접합시킨다.On the other hand, the manufacturing method of the shoulder bearing according to the second aspect of the present invention is shown in Figs. 7 shows a first embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention. Referring to Figure 7, the upper surface of the carbon fiber polymer composite material layer of the prepreg form the coating layer is formed on the upper surface of the support member 41 of the metal material inclined downward (hereinafter referred to as 'composite material prepreg') ( 43) are laminated. The support member 41 and the composite material prepreg 43 are made in the form of a closed mold by using the upper mold 52 and the side mold 54. Then, a hot press is used to apply co-curing by applying high temperature and high pressure.

그러나, 하이브리드 복합재료 숄더 베어링의 동시경화접합이 어려운 경우에는 복합재료 프리프레그(43)를 먼저 제조한 후 접착제를 이용하여 복합재료 프리프레그(43)와 지지부재(41)를 접착할 수도 있다. 또한, 복합재료 프리프레그(43)를 지지부재(41)에 적층하기 전에 이형제를 먼저 도포해서 성형 후에 탈형이 용이하도록 한다.However, when simultaneous curing of the hybrid composite shoulder bearing is difficult, the composite prepreg 43 may be manufactured first, and then the composite material prepreg 43 and the support member 41 may be bonded using an adhesive. In addition, the release agent is first applied before the composite material prepreg 43 is laminated on the support member 41 to facilitate demolding after molding.

한편, 지지부재(41)의 상면과 복합재료 프리프레그(43)의 사이에는 유리섬유 고분자 복합재료층을 더 적층할 수 있다. 복합재료 프리프레그(43)는 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어진다. 복합재료 프리프레그(43)에는 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 분말을 혼합한다. 이때, 분말은 복합재료 프리프레그(43)의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소시키는 경사 기능성 복합재료 제조방법에 따라 혼합된다.Meanwhile, the glass fiber polymer composite material layer may be further stacked between the upper surface of the support member 41 and the composite material prepreg 43. Composite prepreg 43 is composed of one or more of carbon fiber phenolic composite, carbon fiber epoxy composite, carbon fiber polyethylene composite, carbon fiber polyester composite, carbon fiber polyamide composite. The composite material prepreg 43 is mixed with nanoscale or microscale powders made of one or more of polyetheretherketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. At this time, the powder is mixed according to the gradient functional composite material manufacturing method which gradually decreases from the inner surface of the composite material prepreg 43 to the outer surface along the thickness direction.

코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합시켜 복합재료 프리프레그에 도포한 필름으로 이루어진다. 다른 방법으로, 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 또 다른 방법으로 코팅층은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어질 수 있고, 필름 표면은 플라즈마 표면 개질 처리를 한다.The coating layer consists of a film coated on a composite prepreg by co-curing polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, and polyphenylene sulfide powder. Alternatively, the coating layer may be made of a thermoplastic resin film to which polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is added. Alternatively, the coating layer may consist of a polyetheretherketone film or a polytetrafluoroethylene film, and the film surface is subjected to plasma surface modification.

도 8은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 2 실시예를 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재(41)의 상면에는 코팅층이 형성된 프리프레그 형태의 탄소섬유 고분자 복합재료층(이하, '복합재료 프리프레그'라 함)(43)을 적층한다. 복합재료 프리프레그(43)를 감싸도록 지지부재(41)에 진공백(62)을 설치하며, 진공백(62)과 지지부재(41) 사이에는 실란트(64)가 게재되어 진공백(62)과 지지부재(41) 사이를 완전히 밀폐시킨다. 진공백(62)에 진공을 가하여 복합재료 프리프레그(43)를 지지부재(41)의 상면에 밀착시킨다. 복합재료 프리프레그(43)가 밀착된 지지부재(41)를 오토클레이브에 넣어 동시경화접합시킨 후 진공백(62)을 제거한다. 복합재료 프리프레그(43)와 코팅층에 대한 내용은 전술한 제 1 실시예와 중복되므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.8 shows a second embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention. Referring to FIG. 8, a carbon fiber polymer composite layer of a prepreg type (hereinafter, referred to as a composite material prepreg) having a coating layer formed on an upper surface of a support member 41 made of a metal material having both ends of the upper surface inclined downward ( 43) are laminated. A vacuum bag 62 is installed on the support member 41 to surround the composite material prepreg 43, and a sealant 64 is placed between the vacuum bag 62 and the support member 41 to form the vacuum bag 62. And the sealing member 41 is completely sealed. Vacuum is applied to the vacuum bag 62 to bring the composite prepreg 43 into close contact with the upper surface of the support member 41. The composite material prepreg 43 is put in close contact with the support member 41 in an autoclave and co-cured to remove the vacuum bag 62. Since the contents of the composite material prepreg 43 and the coating layer overlap with the above-described first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 9와 도 10은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 3 실시예를 나타낸 것이다. 도 9와 도 10을 참조하면, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재(41)의 상면에는 코팅층이 형성된 섬유 프리폼(45)을 적층한다. 지지부재(41)와 섬유 프리폼(45)을 상판 금형(72)과 측면 금형(74)을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든다. 그 다음 금형(72,74) 내에 수지(R)를 주입하여 섬유 프리폼(45)의 사이로 수지(R)를 함침시키며, 금형(72,74) 내부에 고온공기를 주입하여 수지(R)가 함침된 섬유 프리폼(45)을 경화시킨다. 금형(72,74) 내부에 고온공기를 주입시에 금형(72,74)의 내부와 진공펌프(P)를 연결하여 진공을 더 가할 수 있다.9 and 10 show a third embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention. 9 and 10, a fiber preform 45 having a coating layer is stacked on an upper surface of the support member 41 made of a metal material having both ends of the upper surface inclined downward. The support member 41 and the fiber preform 45 are made in the form of a closed mold by using the upper mold 72 and the side mold 74. Then, resin R is injected into the molds 72 and 74 to impregnate the resin R between the fiber preforms 45, and high temperature air is injected into the molds 72 and 74 to impregnate the resin R. The preform 45 is cured. When the hot air is injected into the molds 72 and 74, a vacuum may be further applied by connecting the interior of the molds 72 and 74 and the vacuum pump P. FIG.

이에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 지지부재(41)의 중앙에는 수지(R)를 이송시킬 수 있는 수지 주입구(41c)가 형성되어 있다. 또한, 지지부재(41) 의 둘레에는 측면 금형(74)과 완전히 밀봉될 수 있도록 오링(o-ring)(46)이 자리잡을 수 있는 홈(미도시)이 형성되어 있다. 상판 금형(72)의 중앙에는 진공을 가할 수 있는 공기 배출구(72a)가 형성되어 있다. 측면 금형(74)에는 상판 금형(72)과 폐쇄 금형으로 만들기 위한 금형 체결공(74a)이 형성되어 있고, 그 상부에는 오링 수용홈(74b)이 형성되어 있다. 공기 주입관(82), 공기 주입밸브(84), 수지 저장 탱크(86), 배출밸브(86b)로 구성된 수지 주입장치를 이용하여 수지 주입구(41c)로 수지(R)를 주입한다. 이때, 수지(R)는 약 60℃ 정도로 가열하여 점도를 낮춘 후 주입해야 수지 이송에 필요한 압력을 낮출 수 있다. 상판 금형(72)의 공기 배출구(72a)에 진공펌프(P)를 연결하여 금형(72,74) 내부에 진공을 가함으로써 수지(R)의 함침을 원활하게 하고, 금형(72,74) 내부의 기포를 제거하여 높은 섬유 부피 분율을 유지하도록 한다. 외부로 배출되는 공기에 수지(R)의 일부가 함께 배출되는 경우를 대비하여 공기 배출구(72a)와 진공펌프(P) 사이에 수지 회수 탱크(88)를 설치하여 빠져 나온 수지(R)를 회수한다. 수지(R)를 함침 후 금형(72,74)을 가열하여 경화시킨 후 공정을 마친다. 미설명 부호 86a는 수지 배출구이다.This will be described in detail below. In the center of the support member 41, a resin inlet 41c capable of transferring the resin R is formed. In addition, a groove (not shown) in which an o-ring 46 may be positioned is formed around the support member 41 so as to be completely sealed with the side mold 74. The air outlet 72a which can apply a vacuum is formed in the center of the upper metal mold | die 72. As shown in FIG. In the side mold 74, the upper mold 72 and the mold fastening hole 74a for making a closed mold are formed, and the O-ring accommodating groove 74b is formed in the upper part. Resin (R) is injected into the resin inlet (41c) using a resin injector composed of an air inlet tube (82), an air inlet valve (84), a resin storage tank (86), and a discharge valve (86b). At this time, the resin (R) is heated to about 60 ℃ to lower the viscosity to be injected to lower the pressure required for resin transfer. The vacuum pump P is connected to the air outlet 72a of the upper mold 72 to apply vacuum to the molds 72 and 74 to smoothly impregnate the resin R, and to form the molds 72 and 74. Bubbles are removed to maintain a high fiber volume fraction. In case the part of the resin R is discharged together with the air discharged to the outside, a resin recovery tank 88 is installed between the air outlet 72a and the vacuum pump P to recover the resin R that has escaped. do. After impregnating the resin (R), the molds 72 and 74 are heated and cured to complete the process. Reference numeral 86a is a resin outlet.

한편, 본 발명의 제 3 관점에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템은 도 2와 도 3에 도시되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 고정체(30)는 금속 재질의 하우징으로 선박 등에 형성되어 있는 부분을 가리킨다. 고정체(30)에는 고정구(32)가 용접에 의해서 고정되어 있다. 저널 베어링(20)은 고정체(30)에 고정되어 주축(10)이 회전할 수 있도록 지지하는 것으로서, 원통형의 하우징(24)과 하우징(24)의 내면에 적층되어 주축(10)과 접촉하는 라이너(22)로 이루 어진다. 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링(40)은 주축(10)이 저널 베어링(20)에 설치되는 경우 주축(10)이 기울어지는 것을 방지하도록 고정체(30)의 고정구(32)에 볼트(B)로 체결된다.On the other hand, a rotor system having a hybrid composite shoulder bearing according to a third aspect of the invention is shown in FIGS. 2 and 3. 2 and 3, the fixed body 30 refers to a portion formed on a ship or the like by a metal housing. The fixture 32 is fixed to the fixed body 30 by welding. The journal bearing 20 is fixed to the fixing body 30 to support the main shaft 10 so as to rotate. The journal bearing 20 is stacked on the inner surface of the cylindrical housing 24 and the housing 24 to contact the main shaft 10. It consists of a liner 22. The hybrid composite shoulder bearing 40 is fastened with a bolt B to the fixture 32 of the fixture 30 to prevent the spindle 10 from tilting when the spindle 10 is installed in the journal bearing 20. do.

저널 베어링(20)의 라이너(22)와 주축(10) 사이의 접촉선은 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링(40)의 복합재료 라이너(42)와 주축(10) 사이의 접촉선과 동축선 상에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링(40)은 고정체(30)에 한 쌍으로 설치된다. 한 쌍의 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링(40)은 주축(10)이 좌우로 움직이는 것을 방지하도록 도 3에 도시된 바와 같이 주축(10)의 원주방향을 따라 소정거리 이격되어 설치된다. 이러한 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 설치 개수는 필요에 따라서 선택적으로 변경할 수 있다. 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링(40)에 대해서는 전술한 실시예들에서 이미 설명하였으므로 여기에서의 상세한 설명은 생략한다.The contact line between the liner 22 and the main shaft 10 of the journal bearing 20 is positioned coaxially with the contact line between the composite liner 42 and the main shaft 10 of the hybrid composite shoulder bearing 40. It is desirable to. In addition, the hybrid composite shoulder bearing 40 is installed in a pair in the fixed body (30). The pair of hybrid composite shoulder bearings 40 are installed at a predetermined distance along the circumferential direction of the main shaft 10 to prevent the main shaft 10 from moving left and right. The number of installation of such hybrid composite shoulder bearings can be selectively changed as necessary. Since the hybrid composite shoulder bearing 40 has already been described in the above embodiments, a detailed description thereof will be omitted.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예들 및 첨부된 도면들에 의해서 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

본 발명에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링과 그 제조방법 및 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템에 의하면, 전체 구조와 제 조 공법이 간단하기 때문에 제조 공정에 소요되는 시간과 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.According to the hybrid composite shoulder bearing according to the present invention, a manufacturing method thereof, and a rotating body system having a hybrid composite shoulder bearing, the overall structure and manufacturing method are simple, and thus the time and manufacturing cost required for the manufacturing process can be reduced. Will be.

도 1은 종래의 저널 베어링이 장착된 회전체 시스템을 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing a rotating system equipped with a conventional journal bearing,

도 2는 본 발명의 제 1 관점에 따른 쇼울더 베어링을 이용하여 회전체 시스템의 저널 베어링에 주축을 장착하는 상태를 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view illustrating a state in which a main shaft is mounted on a journal bearing of a rotating body system using a shoulder bearing according to a first aspect of the present invention;

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 2;

도 4는 본 발명의 제 1 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제 1 실시예를 나타낸 사시도,4 is a perspective view showing a first embodiment of a shoulder bearing according to the first aspect of the present invention;

도 5는 본 발명의 제 1 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제 2 실시예를 나타낸 사시도,5 is a perspective view showing a second embodiment of a shoulder bearing according to the first aspect of the present invention;

도 6은 본 발명의 제 1 관점에 따른 쇼울더 베어링에서 복합재료 라이너를 나타낸 단면도,6 is a cross-sectional view showing a composite liner in the shoulder bearing according to the first aspect of the present invention;

도 7은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 1 실시예를 나타낸 단면도,7 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention;

도 8은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 2 실시예를 나타낸 단면도,8 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention;

도 9는 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 3 실시예를 나타낸 단면도,9 is a sectional view showing a third embodiment of a method of manufacturing a shoulder bearing according to a second aspect of the present invention;

도 10은 본 발명의 제 2 관점에 따른 쇼울더 베어링의 제조방법의 제 3 실시예에 사용되는 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.Fig. 10 is a sectional view showing the arrangement of a device used in the third embodiment of the method for manufacturing a shoulder bearing according to the second aspect of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 주축 20 : 저널 베어링10: spindle 20: journal bearing

22 : 라이너 24 : 하우징22: liner 24: housing

30 : 고정체 32 : 고정구30: fixture 32: fixture

40 : 쇼울더 베어링 41 : 지지부재40: shoulder bearing 41: support member

41a : 체결공 41b : 복합재료 라이너 수용홈41a: Fastening hole 41b: Composite liner accommodating groove

41c : 수지 주입구 42 : 복합재료 라이너41c: resin injection hole 42: composite material liner

43 : 복합재료 프리프레그 45 : 섬유 프리폼43: composite prepreg 45: fiber preform

46 : 오링 52 : 핫 프레스 성형용 상판 금형46: O-ring 52: Top mold for hot press molding

54 : 핫 프레스 성형용 측면 금형 62 : 진공백54 side mold for hot press molding 62 vacuum bag

64 : 실란트 72 : 수지이송 성형용 상판 금형64 sealant 72 top plate mold for resin transfer molding

72a : 공기 배출구 74 : 수지이송 성형용 측면 금형72a: air outlet 74: side mold for resin transfer molding

82 : 공기 주입관 84 : 공기 주입밸브82: air inlet tube 84: air inlet valve

86 : 수지 저장탱크 88 : 수지 회수탱크86: resin storage tank 88: resin recovery tank

B : 볼트 P : 진공펌프B: Bolt P: Vacuum Pump

R : 수지R: Resin

Claims (24)

고정체에 고정되고, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재와;A support member made of metal, which is fixed to the fixed body and whose upper ends are inclined downward; 상기 지지부재의 상면에 적층되는 탄소섬유 고분자 복합재료층과, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 상면에 형성되는 코팅층으로 이루어지는 복합재료 라이너를 포함하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.Hybrid composite shoulder bearing comprising a composite material liner comprising a carbon fiber polymer composite layer laminated on the upper surface of the support member, and a coating layer formed on the upper surface of the carbon fiber polymer composite material layer. 고정체에 고정되고, 상면 양단부가 하방으로 경사지며, 상면에 홈이 형성되는 금속재질의 지지부재와;A support member made of a metal material fixed to the fixed body, and having both ends of the upper surface inclined downward, and having a groove formed on the upper surface; 상기 지지부재의 홈에 수용되는 탄소섬유 고분자 복합재료층과, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 상면에 형성되는 코팅층으로 이루어지는 복합재료 라이너를 포함하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.Hybrid composite shoulder bearing comprising a composite material liner comprising a carbon fiber polymer composite layer accommodated in the groove of the support member and a coating layer formed on the upper surface of the carbon fiber polymer composite material layer. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층은 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The carbon fiber polymer composite layer is a hybrid composite shoulder bearing consisting of at least one of carbon fiber phenolic composite, carbon fiber epoxy composite, carbon fiber polyethylene composite, carbon fiber polyester composite, carbon fiber polyamide composite. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 지지부재와 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 사이에는 유리섬유 고분자 복합재료층이 더 포함되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.Hybrid composite shoulder bearing further comprises a glass fiber polymer composite layer between the support member and the carbon fiber polymer composite layer. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층에는 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또는 마이크로 스케일의 분말이 혼합되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The hybrid composite shoulder bearing in which the carbon fiber polymer composite layer is mixed with nano-scale or micro-scale powder made of at least one of polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 분말은 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The powder is a hybrid composite shoulder bearing is gradually reduced from the inner surface of the carbon fiber polymer composite layer toward the outer surface in the thickness direction. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합(Co-cured joining)시켜 탄소섬유 고분자 복합재료층에 형성한 필름으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The coating layer is a hybrid composite material comprising a film formed on a carbon fiber polymer composite layer by co-curing joining polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, and polyphenylene sulfide powder Shoulder bearing. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라 플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The coating layer is a hybrid composite shoulder bearing consisting of a thermoplastic resin film to which polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is added. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 열가소성 수지 필름은 폴리에틸렌 수지 또는 폴리아미드 수지로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The thermoplastic resin film is a hybrid composite shoulder bearing made of polyethylene resin or polyamide resin. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어지고, 상기 필름 표면은 플라즈마 표면 개질 처리(Plasma Activation)가 되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링.The coating layer is a polyether ether ketone film or a polytetrafluoroethylene film, the film surface is a hybrid composite shoulder bearing is plasma surface modification (Plasma Activation). 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 탄소섬유 고분자 복합재료층을 적층하고,On the upper surface of the support member made of a metal material in which both ends of the upper surface are inclined downward, a carbon fiber polymer composite layer having a coating layer is laminated. 상기 지지부재와 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층을 상판 금형과 측면 금형을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든 다음 핫 프레스를 이용하여 고온 및 고압을 가하여 동시경화접합시키는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the support member and the carbon fiber polymer composite layer are formed in a closed mold form by using a top mold and a side mold, and then co-cured joints are applied by hot and high pressure using a hot press. 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 탄소섬유 고분자 복합재료층을 적층하고, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층을 감싸도록 상기 지지부재에 진공백을 설치하며, 상기 진공백에 진공을 가하여 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층을 상기 지지부재의 상면에 밀착시키고, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층이 밀착된 상기 지지부재를 오토클레이브에 넣어 동시경화접합시킨 후 상기 진공백을 제거하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.On the upper surface of the support member made of a metal material in which both ends of the upper surface are inclined downward, a carbon fiber polymer composite layer having a coating layer is laminated, and a vacuum bag is installed on the support member so as to surround the carbon fiber polymer composite layer. The vacuum was applied to the blank, the carbon fiber polymer composite material layer was brought into close contact with the upper surface of the support member, and the support member in which the carbon fiber polymer composite material layer was closely adhered was placed in an autoclave and co-cured to remove the vacuum bag. Hybrid composite shoulder bearing manufacturing method. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 지지부재의 상면과 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 사이에 유리섬유 고분자 복합재료층을 더 적층하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.And a glass fiber polymer composite layer further laminated between the upper surface of the support member and the carbon fiber polymer composite layer. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층은 탄소섬유 페놀 복합재료, 탄소섬유 에폭시 복합재료, 탄소섬유 폴리에틸렌 복합재료, 탄소섬유 폴리에스터 복합재료, 탄소섬유 폴리아미드 복합재료 중 하나 이상으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The carbon fiber polymer composite layer is a hybrid composite shoulder bearing comprising at least one of carbon fiber phenolic composite, carbon fiber epoxy composite, carbon fiber polyethylene composite, carbon fiber polyester composite, and carbon fiber polyamide composite. Manufacturing method. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층에는 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌 중 하나 이상으로 이루어진 나노 스케일 또 는 마이크로 스케일의 분말을 혼합하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing in which the carbon fiber polymer composite layer is mixed with nano-scale or micro-scale powder made of at least one of polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, and polytetrafluoroethylene. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 분말은 상기 탄소섬유 고분자 복합재료층의 내면으로부터 두께 방향을 따라 외면으로 갈수록 점진적으로 감소시키는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The powder is gradually reduced from the inner surface of the carbon fiber polymer composite material layer toward the outer surface in the thickness direction gradually producing a hybrid composite shoulder bearing. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말을 동시경화접합시켜 탄소섬유 고분자 복합재료층에 형성한 필름으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The coating layer is a method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing comprising a film formed on a carbon fiber polymer composite layer by co-curing polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤, 카본블랙, 산화몰리브덴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리페닐렌 설파이드 분말이 첨가된 열가소성 수지 필름으로 이루어지는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The coating layer is a hybrid composite shoulder bearing manufacturing method comprising a thermoplastic resin film to which polyether ether ketone, carbon black, molybdenum oxide, polytetrafluoroethylene, polyphenylene sulfide powder is added. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,The method according to claim 11 or 12, 상기 코팅층은 폴리에테르에테르케톤 필름 또는 폴리테트라플루오르에틸렌 필름으로 이루어지고, 상기 필름 표면은 플라즈마 표면 개질 처리를 하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The coating layer is made of a polyether ether ketone film or a polytetrafluoroethylene film, the film surface is a method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing is plasma surface modification treatment. 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재의 상면에는 코팅층이 형성된 섬유 프리폼을 적층하고, 상기 지지부재와 상기 섬유 프리폼을 상판 금형과 측면 금형을 이용하여 폐쇄 금형 형태로 만든 다음 상기 금형 내에 수지를 주입하여 상기 섬유 프리폼 사이로 수지를 함침시키며, 상기 금형 내부에 고온공기를 주입하여 수지가 함침된 섬유 프리폼을 경화시키는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.On both sides of the upper surface of the support member made of metal, the upper end of which is inclined downward, a fiber preform having a coating layer is laminated, and the support member and the fiber preform are formed into a closed mold using a top mold and a side mold, and then resin And impregnating the resin between the fiber preforms and injecting hot air into the mold to cure the fiber preforms impregnated with the resin. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 금형 내부에 고온공기를 주입시에 상기 금형의 내부와 진공펌프를 연결하여 진공을 더 가하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 제조방법.The method of manufacturing a hybrid composite shoulder bearing for connecting the inside of the mold and the vacuum pump when the hot air is injected into the mold to further apply a vacuum. 고정체와;A fixture; 상기 고정체에 고정되어 주축이 회전할 수 있도록 지지하는 저널 베어링과;A journal bearing fixed to the fixture to support the main shaft to rotate; 상기 주축이 상기 저널 베어링에 설치되는 경우 상기 주축이 기울어지는 것을 방지하도록 상기 고정체에 설치되는 제1항 또는 제2항에 따른 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 포함하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템.A rotating body having a hybrid composite shoulder bearing comprising the hybrid composite shoulder bearing according to claim 1 or 2 installed on the fixed body to prevent the main shaft from tilting when the main shaft is installed on the journal bearing. system. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 저널 베어링의 라이너와 상기 주축 사이의 접촉선은 상기 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링의 복합재료 라이너와 상기 주축 사이의 접촉선과 동축선 상에 위치하는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템.A contact line between the liner of the journal bearing and the main shaft has a hybrid composite shoulder bearing positioned coaxially with the contact line between the composite liner of the hybrid composite shoulder bearing and the main shaft. 제 22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 상기 고정체에 한 쌍으로 설치되고, 상기 한 쌍의 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링은 상기 주축이 좌우로 움직이는 것을 방지하도록 상기 주축의 원주방향을 따라 소정거리 이격되어 설치되는 하이브리드 복합재료 쇼울더 베어링을 가지는 회전체 시스템.The hybrid composite shoulder bearing is installed in a pair in the fixed body, the pair of hybrid composite shoulder bearing is installed to be spaced apart a predetermined distance along the circumferential direction of the main shaft to prevent the main shaft from moving left and right Rotor system with composite shoulder bearings.
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