KR101827022B1 - 미끄럼 베어링 쉘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 원주방향 단부(14, 16)와, 반경방향 내면(10)과, 단부(14, 16) 중 적어도 하나의 영역에서 내면(10)에 형성되고 원주방향으로 연장되어 있으며 축 방향으로 분리된 홈(18)을 포함하고, 상기 반경방향 내면(10)을 따라 미끄럼면(12)이 배치되어 있는 반원형 미끄럼 베어링 쉘에 관한 것이다. 홈(18)은 원주방향으로 시작하여 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 안쪽으로 폭(B)과 깊이(T)가 감소하면서 연장 형성되어 있되, 각각의 홈(18)은 양면에서 축 방향으로 바깥쪽에 배치되어 있으며 미끄럼면의 해당 축 방향 가장자리(24, 26)를 잘라낸다.

Description

미끄럼 베어링 쉘{SLIDING BEARING SHELL}

본 발명은 2개의 원주방향 단부와, 반경방향 내면과, 상기 단부 중 적어도 하나의 영역에서 내면에 형성되고 원주방향으로 연장되어 있으며 축 방향으로 분리된 홈을 포함하고, 상기 반경방향 내면을 따라 미끄럼면이 배치되어 있는 반원형 미끄럼 베어링 쉘에 관한 것이다.

이러한 유형의 미끄럼 베어링 쉘의 전형적인 용도는 내연기관에 사용되고 있는 커넥팅 로드 베어링 또는 크랭크축 메인 베어링이다. 상기 유형에 따른 미끄럼 베어링 쉘의 예는 독일특허출원 DE 10 2005 037 502 또는 DE 101 63 292 Al에 공지되어 있다.

상기 2개의 문헌은 다음과 같이 서로 상반되는 2개의 문제를 다루고 있다:

베어링은 원주방향으로 전면에 있는 단부면인 편면이 서로 연속하여 배치되어 있는 2개의 미끄럼 베어링 쉘로부터 형성된다. 상기 편면은 조립 구성된 베어링의 미세한 부정확성으로 인해 서로 정확하게 배치되지 않고, 그 결과 하나의 베어링 쉘의 편면의 안쪽 가장자리가 다른 베어링 쉘의 인접한 편면의 안쪽 가장자리로부터 반경방향으로 안쪽을 향해 돌출하게 된다. 이러한 부정합에 의해 유체역학적 오일 윤활작용이 방해를 받아 베어링이 추가로 마손될 수 있다. 이를 방지하기 위해서 베어링 쉘은 그의 원주방향 단부의 내면에 전체 축 방향 길이에 걸쳐 미끄럼 베어링 쉘의 두께를 감소시키는 소위 노출부를 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나 기본적으로 이러한 노출부는 한편으로는 노출된 위치에서 유체역학적 오일 압력이 떨어지고, 더 나쁘게는 노출 위치에서 윤활유가 베어링 쉘로부터 축 방향으로 누출될 수 있어 오일 용량이 불가피하게 증가한다는 단점이 있다.

이러한 문제를 극복하기 위한 DE 101 63 292 Al에 따르면, 통상적으로 노출부가 형성되는 영역에 직접 접촉하는 평행한 오일 홈이 제공된다. 이들 홈은 보링에 의해 형성되되, 보링 공구의 전진 이동에 상응하는 홈 간격을 갖는 나선형 홈을 형성하고 상기 홈 사이에는 이들을 둘러싸는 융기부가 남게 된다. 이들 융기부는 베어링 쉘이 움직일 때 마모에 의해 제거되어 초기 마모에 의해 자연적으로 노출부를 형성하는데, 부연하면 작동 상태에서 필요한 크기까지 정확하게 노출부를 형성한다.

베어링 쉘의 다른 미끄럼면 영역에는 또한 오일 홈이 형성되지만, 이들의 깊이는 상대적으로 작고 이에 따라 더 큰 내마모성과 더 큰 둔각을 갖는 융기부가 형성된다. 베어링 쉘을 보링하여 서로 다른 구성의 오일 홈을 형성하지만, 서로 다른 공구와 다수의 보링 공정을 필요로 함으로써 제조비용이 상승하게 된다.

DE 10 2005 037 02에는 베어링 쉘의 중심선에 대해 윤활유의 유동 방향으로 경사 정렬되어 있는 노출 영역에 오일 홈을 배치하는 것이 제안되어 있다. 이로 인해, 샤프트의 회전 방향에 의해 미리 결정되는 윤활유의 유동 방향으로 홈이 중앙선으로 연장 형성되고 오일은 노출부의 가장자리 영역으로부터 안쪽으로 안내되며 이러한 방법으로 노출 영역으로 오일의 축 방향 유출이 방지된다.

본 발명의 목적은 어떻게 노출부가 2개의 베어링 쉘의 조립에 따른 부정합을 방지할 수 있는지 또한 이와 동시에 축 방향 오일 유출을 대해 베어링 쉘의 밀봉을 개선하는데 있다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 베어링 쉘에 의해 해결된다. 본 발명에 따르면, 상술한 형태의 미끄럼 베어링 쉘에서 홈이 원주방향으로 시작하여 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부에서 안쪽으로 폭과 깊이가 감소하면서 연장 형성되어 있되, 각각의 홈은 양면에서 축 방향으로 바깥쪽에 배치되어 있으며 미끄럼면의 축 방향 가장자리를 잘라낸다.

따라서 본 발명에서는 전통적인 노출부를 제공하지 않는 대신에 내면의 원주방향 단부에 개개의 홈들을 제공하되, 이들 홈 사이에는 미끄럼면이 원주방향으로 편면까지 융기한 상태로 남게 된다. 상기 홈의 폭이 원주방향으로 안쪽을 향해 감소한만큼 미끄럼면의 융기된 부분(이하 '융기부'이라 함)의 폭은 증가한다. 따라서 이들 융기부는 안쪽으로 봤을 때 원주방향으로 내마모성을 증가시켜 미끄럼 베어링 쉘을 움직일 때 원하는 정도의 마모가 편면의 근처에서만 또한 발생할 수 있는 2개의 미끄럼 베어링 쉘의 부정합을 보상하기 위해 필요한 정도만큼만 이루어진다. 남아 있는 융기부는 이후 밀봉과 축 방향 오일 유출을 효과적으로 감소시키는 작용을 한다.

DE 101 63 292 Al에 공지된 베어링과 비교하면 상기 홈이 원주방향으로 연장 형성되어 있다. 상기 베어링은 그의 내면 날개부가 노출 영역에서만 연속적으로 감소하는 평베어링이다.

예를 들면 문헌 JP-03-048017 AA 또는 DE 25 37 046 Al에 공지되어 있는 미끄럼 베어릴 셀은 원주방향으로 시작하여 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부에서 안쪽으로 폭(B)과 깊이(T)가 감소하면서 연장 형성되어 있는 홈을 포함한다. 상기 문헌에 제공된 홈의 목적은 레이디얼 베어링을 형성하는 한 쌍의 미끄럼 베어링 쉘 중 하나의 미끄럼 베어링 쉘로부터 또 다른 미끄럼 베어링 쉘로 오일을 안전하게 순환시키기 위함이다. 그러나 상기 문헌에 제공된 홈은 그 기재내용의 의미상 노출 영역을 대체하기에 적합하지 않다. 이는 무엇보다도 축 방향으로 외부에 배치된 홈이 없기 때문이다. 높은 하중 상태에서 소위 가장자리 지지, 즉 접촉 또는 최대 하중은 베어링 쉘을 수용하는 부재, 예를 들면, 커넥팅 로드 구멍 또는 크랭크 샤프트 하우징의 변형이나 또는 샤프트의 경사진 상태에 의해 미끄럼 베어링과 샤프트 사이, 특히 노출 영역에서 일어날 수 있는 것으로 알려져 있다. 높은 가속으로 인해 예를 들면 상기 커넥팅 로드 구멍은 반경방향으로, 보다 전형적으로는 조립된 베어링 쉘의 편면 근처에서 협착된다. 양면에서 외부에 위치하는 홈을 가진 본 발명에 따른 미끄럼 베어링 쉘은 특히 가장 큰 변형 영역 또는 경사 상태의 영역에서 가장자리 지지에 대해 반작용을 한다.

한편, JP 03-048017 AA의 경우에 홈의 간격은 너무 떨어져 있어 이들 사이에 남게 되는 융기부는 너무 커 미끄럼 베어링 쉘이 움직일 때 상당한 정도로 마모된다.

또 다른 차이점은 홈이 실질적으로 폭과 깊이 어 큰 거대 구조를 형성한다는데 있다. 상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부, 즉 편면에서 홈의 최대 깊이는 베어링 쉘의 두께의 0.5% 내지 5%, 바람직하게는 0.5% 내지 2%인 것이 바람직하다.

상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부, 즉 편면에서 홈의 최대 폭은 베어링 쉘 폭의 5% 내지 50%, 바람직하게는 10% 내지 25%인 것이 바람직하다.

상기 베어링 쉘의 단부 영역으로부터 정점까지 원주방향으로 감소하는 홈의 단면에 의해 원주방향으로 오일 압력이 점진적으로 생성된다. 이는 노출부를 가진 공지의 베어링 쉘에 비해 현저한 개선을 이루는 것으로, 이때 노출 영역은 미끄럼면의 인접 지지부에서 급경사의 가장자리 형태로 바뀐다.

홈의 원주방향 길이는 미끄럼 베어링 쉘의 원주길이의 1% 내지 15%, 바람직하게는 4% 내지 12%인 것이 특히 바람직하다.

축 방향으로 각각 외부에 위치한 홈은 이들의 정점이 미끄럼면의 축 방향 단부에서 가장자리와 일치하도록 배치되는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 또 다른 유리한 구성은 인접한 각각의 홈이 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부에서 서로 접촉한다는데 있다.

환언하면, 상기 특징은 다음과 같이 기재할 수 있다: 인접한 각각 2개의 홈 사이에 융기부가 남게 되고 상기 융기부의 표면은 미끄럼면의 일부를 형성하되 상기 표면은 원주방향 단부(이하, '편면'이라고도 함)까지 연장되고 그 결과 미끄럼 베어링 표면의 접촉율을 높인다. 그러나 미끄럼면의 원통형 면에서 홈 또는 정확히 말하면 홈의 가장자리가 접촉하는 최외각 원주방향 단부에서 융기부 사이의 접촉율은 거의 0까지 감소한다. 실제로 최외각 원주방향 단부에서 제작 공차로 인해 작지만 측정가능한 폭을 가진 융기부가 남겨지게 된다. 이는 서로 접촉하는 홈을 형성할 때 포함시켜 감안하여야 한다.

이하, 본 발명의 다른 목적, 특징과 장점들은 도면을 참조하여 더욱 상세하게 기재할 것이다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 베어링 쉘의 일 실시예의 사시도이고;
도 2는 도 1에 따른 미끄럼 베어링 쉘의 단면부의 확대 사시도이고;
도 3은 본 발명에 따른 미끄럼 베어링의 편면을 나타내는 도면이다.

도 1에 따른 반원형 미끄럼 베어링 쉘은 반경방향의 내면(10)을 갖고, 상기 내면에는 미끄럼면(12)이 형성되어 있다. 작동 중에 상기 미끄럼면에는 유막이 형성되고, 그 위에 역회전 물체가 지탱된다. 상기 미끄럼 베어링 쉘은 2개의 원주방향 단부(14, 16)를 더 포함한다. 단부(14, 16)의 영역에는 내면(10)에서 원주방향으로 연장되고 축 방향으로 분리된 홈(18)이 형성되어 있지만, 도면에서는 하나의 단부에 형성된 홈만을 볼 수 있다. 상기 미끄럼 베어링 쉘은 2개의 원주방향 단부 각각의 단부면에서 편면(20, 22)을 갖는다. 상기 미끄럼 베어링 쉘은 양면에서 축 방향 단부면 또는 가장자리(24 또는 26)에 의해 축 방향으로 한정된다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 2개의 반원형 베어링 쉘은 래이디얼 베어링으로 조립되기 때문에 이들의 편면은 서로 접촉하게 되고 베어링 안착부에서 서로 압착하게 된다.

도 1에 도시된 본 발명의 미끄럼 베어링 쉘은 중앙에 배치되고 원주방향으로 연장되어 있는 오일 홈(28)을 더 구비하고 있다. 오일 홈(28)은 중앙의 오일 보어구멍(30)을 통해 공급되는 오일을 분배하는 역할을 한다. 오일은 먼저 원주방향으로 오일 홈(28) 내에 분배되고 상기 오일 홈으로부터 동행효과 또는 유인효과에 의해 미끄럼면(10)까지 분배된다. 오일 홈(28)은 원주방향 단부 앞까지 연장 형성되어 있어 오일이 오일 홈(28)을 통해 홈(18)으로 직접 운반되지 않아 불필요한 오일 손실이 방지된다.

도 2와 도 3에서 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 홈(18)의 원주방향 폭과 깊이는 편면(20, 22)에서 시작하여 베어링 쉘의 중심 방향으로 감소하고 상기 홈은 원주방향 정점(32)까지 연장 형성되어 있다. 편면(20 또는 22)으로부터 그의 원주방향 정점(32)에 이르는 홈(18)의 길이(L)는 바람직하게는 전체 평베어링 쉘의 원주길이의 1% 내지 15%이고, 더욱 바람직하게는 4% 내지 12%이다.

2개의 인접한 홈(18) 사이에는 그의 표면이 편면(20, 22)까지 연장되는 미끄럼면(12)의 일부를 형성하는 융기부(34)가 남게 된다. 전체적으로 상기 원주방향 단부의 구성에 의하면 미끄럼면(12)의 접촉율이 증가한다. 그러나 도 2 및 도 3에서는 미끄럼면의 최외각 원주방향 단부에서 접촉율은 거의 0까지 감소하는 것을 볼 수 있고; 즉 상기 홈은 단지 균일하게 분리되어 있고 미끄럼면의 평면에서 홈의 가장자리에 접촉할 뿐이다. 이로 인해 미끄럼 베어링 쉘의 편면 영역에서 미끄럼면과 역회전 물체가 접촉하게 되면 접촉에 대한 이유, 예를 들면 일어날 수 있는 2개의 조립된미끄럼 베어링 쉘의 부정합이 보상될 때까지 의도한 융기부(36)의 마모가 즉시 이루어진다. 이에 따라, 노출부에 대한 필요성이 고려된다. 동시에 융기부(34)는 축 방향 오일 유출을 최소화한다.

상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(20, 22)에서 홈(18)의 폭(B)은 미끄럼 베어링 쉘 폭의 5% 내지 50%, 바람직하게는 10% 내지 25%의 범위이다. 미끄럼면(12)으로부터 반경방향 정점(36)까지 홈(18)의 최대 깊이는 원주방향 단부(20, 22)에서 베어링 쉘 두께의 0.5% 내지 5%, 바람직하게는 0.5% 내지 2%의 범위이다.

상기 홈이 형성된 영역의 구성은 홈 단면이 연속적으로 감소하기 때문에 오일 압력이 베어링 쉘의 정점 방향으로 편면의 원주방향으로 점차 증가하여 미끄럼면에 균일한 유막을 형성하는데 유리하다는 장점이 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시예는 베어링 쉘의 중심에서 축 방향으로 총 3개의 완전한 홈(18)과 축 방향 바깥쪽 양면 각각에 반쪽의 홈(18')을 포함하고 있다. 원칙적으로, 도시된 3개의 홈 대신에 중앙에 배치되는 하나의 홈으로도 충분하다. 또한 2개, 4개 또는 그 이상의 홈도 가능하다.

축 방향 바깥쪽에 배치되어 있는 홈 또는 부분 홈(18')은 각각 해당 축 방향 가장자리(24 또는 26)를 잘라낸다. 이로 인해 편면 근처에서 미끄럼면은 역회전 물체와 접촉하지 않게 된다. 공지되어 있는 가장자리 접촉 문제는 커넥팅 로드 구멍의 협착 또는 그 밖의 쉘 베어링을 수용하는 부재의 변형 또는 샤프트의 경사 상태에 의해 가능하지 않게 된다. 이 장점은 축 방향으로 각각 바깥쪽에 위치한 홈의 반경방향 정점(36')이 미끄럼면의 해당 축 방향 가장자리와 일치할 때 특히 확실하게 나타난다.

참조번호 리스트
10: 내면
12: 미끄럼면
14, 16: 원주방향 단부
18: 홈
18': 부분 홈
20, 22: 편면
24, 26: 축 방향 가장자리/단부면
28: 오일 홈
30: 오일 구멍
32: 원주방향 정점
34: 융기부
36: 반경방향 정점
36': 부분 홈의 반경방향 정점
B: 홈의 폭
L: 홈의 원주방향 길이
T: 홈의 깊이

Claims (9)

1. 원주방향으로 대향하는 2개의 단부(14, 16), 대향하는 축방향 가장자리(24, 26), 및 반경방향 내면(10)을 갖고, 상기 반경방향 내면(10)을 따라 미끄럼면(12)이 배치되어 있으며, 상기 단부(14, 16) 중 적어도 하나에서 내면(10)에 복수 개의 홈(18)이 원주방향으로 연장되고 축방향으로 분리되어 형성되어 있는, 반원형 미끄럼 베어링 쉘로서,
   상기 홈(18)은 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 정점까지 폭(B)과 깊이(T)가 감소하며, 상기 홈(18) 중에서 축방향으로 가장 바깥쪽 2개는 미끄럼면의 축방향 가장자리(24, 26) 내로 이어져 형성되는, 미끄럼 베어링 쉘.
2. 제1항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 홈(18)의 최대 깊이(T)가 베어링 쉘 두께의 0.5% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 홈(18)의 최대 폭(B)이 베어링 쉘 폭의 5% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 홈(18)의 원주방향 길이(L)가 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 길이의 1% 내지 15%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 홈(18) 중에서 축방향으로 가장 바깥쪽 2개의 홈의 정점이 미끄럼면의 해당 축 방향 가장자리(24, 26)와 일치하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 홈(18)은 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부에서 인접한 홈과 접촉하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
7. 제1항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 홈(18)의 최대 깊이(T)가 베어링 쉘 두께의 0.5% 내지 2%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 단부(14, 16)에서 홈(18)의 최대 폭(B)이 베어링 쉘 폭의 10% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 홈(18)의 원주방향 길이(L)가 미끄럼 베어링 쉘의 원주방향 길이의 4% 내지 12%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 쉘.

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