KR102088224B1 - 복합재료로 제조되고 높은 동적부하에서 작동하는 자가윤활 힌지 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 조립체는 케이지(2) 내에 조립된 볼 조인트(1)를 포함하며, 상기 볼 조인트(1)는 그 안에서 슬라이딩 및/또는 회전할 수 있는 축(3)을 수용한다. 상기 볼 조인트는 20 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 작은 두께를 갖고 충전제들을 포함하는 수지가 혼합된, 직물의 권선으로 형성되며, 상기 직물은 5 mm 내지 200 mm 범위의 폭을 갖는 스트립 형태를 나타내며, 상기 스트립은 다수의 층으로 교차되어 있다.

Description

복합재료로 제조되고 높은 동적부하에서 작동하는 자가윤활 힌지 조립체{SELF-LUBRICATING HINGE ASSEMBLY MADE FROM COMPOSITE MATERIAL AND OPERATING UNDER HIGH DYNAMIC LOADS}

본 발명은 자가윤활 조인트, 특히 직선 또는 회전 유도를 허용하는 볼 조인트 또는 베어링의 축 조립체의 기술분야에 관한 것이다.

본 발명은 동적 상태의 높은 부하에서 그리스리스 작동, 즉 자가윤활 작동을 필요로 하는 모든 형태의 조인트에 유리하게 적용된다.

본 발명은 보강재 없이 그의 전체를 가로질러 균일한 두께를 갖고, 동적 상태에서 높은 부하, 예를 들어, 60 MPa 이상의 부하에서 작동되는, 중합체로 제조된 자가윤활 조인트를 얻는 것을 목적으로 한다.

종래 기술에 따르면, 이러한 형태의 복합 중합체 조인트는 기계적 부하에서의 그의 불량 거동(poor behavior) 때문에, 또한 60 MPa 보다 낮은 부하를 포함하는 동적 부하에서의 유동과 박리의 위험 때문에 완전히 만족스럽지 못하다. 예를 들면, 복합 중합체로 제조되거나 또는 복합 마찰 코팅을 가지며, 또한 크롬 또는 스테인리스 강구(steel sphere)로 제조된 케이지(cage)로 형성된 자가윤활 볼 조인트들이 알려져 있다. 그러나, 강구와 축 사이에 용착(seizing)의 문제점들이 나타난다. 완전히 중합체로 제조된 볼 조인트들은 40 MPa 보다 큰 동적 부하에 대한 저항이 없는 것으로 또한 알려져 있다.

본 발명은 간단하고 신뢰할 수 있는, 효율적이고 합리적인 방식으로 이러한 단점들을 극복하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하는 것을 목적으로 하는 문제는, 한편으로는 강구와 케이지의 사이, 다른 한편으로는 강구와 축 사이의 볼 조인트의 두 개의 접촉을 자가윤활하도록 하는 것이며, 또한, 강구/축 접촉의 용이한 분리를 얻고, 고려된 조인트가 40 MPa 보다 큰 강력한 접촉 압력에 적합하도록 하는 것을 목표로 한다.

본 발명에 따르면, 볼 조인트는 20 ㎛ 내지 150 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 130 ㎛ 범위의 작은 두께를 가지며 충전제를 포함하는 수지가 혼합된, 직물의 권선(winding)으로 형성되며, 상기 직물은 5 mm 내지 200 mm 범위의 폭을 갖는 스트립의 형태를 나타내며, 상기 스트립은 필라멘트 권선 기술에 따라 다수의 층으로 교차되어 있다.

이러한 특징들은 더 얇은 스트립의 사용에 의한 더 나은 균질성 및 재료를 형성하는 직물층의 교차에 의해 접선 마찰 스트레스에 더 나은 저항성을 제공한다

이러한 특징은 또한 스트립의 교차에 의한 더 나은 동적 부하 거동 및 재료의 더 나은 균질성에 의한 더 나은 정적 부하 거동이 얻어진다.

바람직하게는, 교차 각도는 10°내지 90°, 바람직하게는 30°내지 86°범위이다.

본 발명의 다른 특징들에 따르면, 수지는 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르, 페놀, 폴리이미드, 또는 다른 형태이며, 충전제는 PTFE, MoS₂의 또는 흑연 형태이다.

충전제의 양은 볼륨(volume)의 5 내지 70%에 상당하는 것을 주목하여야 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 링의 보어 및 그의 주변부는 자가윤활 코팅을 갖는다.

본 발명은 첨부하는 도면들에 의해 이하에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 자가윤활 케이지 내에 맞물리고, 더 나은 균질성을 얻기 위해 본 발명의 특징들에 따른 교차에 의해 피착된 직물로 제조된, 자가윤활 구 또는 볼 조인트에 의해 형성된 조인트 조립체의 종단면도이다.
도 2는 축이 볼 조인트 보어 내에 설치된 후의 도 1 상당도이다.

도시된 바와 같이, 도 1은 케이지(2) 내에 맞물린 자가윤활 볼 조인트 또는 조인트 구(1)를 도시한다. 볼 조인트(1)의 보어(1a)는 그 안에서 회전 가능한 축(3)을 수용한다.

볼 조인트의 보어 및 그의 주변부는 자가윤활 재료(4)로 코팅되어 있다. 코팅의 목적은 용착 효과를 피하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면, 자가윤활 볼 조인트(1)는 20 ㎛ 내지 150 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 130 ㎛ 범위의 작은 두께를 갖는 합성 직물의 권선으로 제조된다.

상기 직물은, 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르, 페놀, 폴리이미드, 또는 다른 형태의 수지가 혼합된 스트립의 형태를 나타낸다.

수지는 볼륨의 5 내지 70%의 양을 차지하는 PTFE, MoS₂의 또는 흑연 형태이다.

이러한 목적은 그 전체 두께에 걸쳐 균일한 제품을 얻기 위한 것이다.

직물 스트립은 5 mm 내지 200 mm 범위의 폭을 가지며, 필라멘트 권선 기술에 따라 소정 직경의 맨드릴 상에 권취된다.

스트립은 권선되어 다수의 층으로 교차되며, 교차 각도는 10°내지 90°, 바람직하게는 30°내지 86°범위이다. 예를 들어, 권선들은 300 ㎛의 3겹의 형태인 종래 기술에 따른 권선과는 대조적으로 100 ㎛의 9겹의 형태를 나타낸다.

수지가 혼합된 직물은 태피터(taffeta), 새틴(satin), 능직(twill) 또는 다른 섬유 조직을 포함하는 천(cloth)으로 제조될 수 있다는 것을 유의하여야 한다.

기준은 본 발명의 특징에 따른 자가윤활 볼 조인트 형태의 조인트의 케이지 및 종래 기술(베어링 "E1, E2")에 따른 케이지의 하기의 시험들로 작성되었다.

프로토콜( Protocol )

축의 속성 : 16 NC 6 CT Ra: 0.4

베어링 속성 :

베어링 형태 : 볼 조인트 Ø35 x Ø55 x 25

모션(Motion) : 90°교대 회전

투영 면적으로 계산된 압력 : 40 MPa

슬라이딩 속도 : 6 mm/s

테스트를 중지하는 기준

마찰계수 > 0.25

마모 > 0.5 mm

사이클의 수에 도달 : 365,000 사이클

테스트 결과

ㆍ 본 발명에 따른 베어링: - 교차 권선

-　직물 스트립의 폭 : 30 mm, 두께 : 0.10 mm

- 마모 = 0.35 mm

- F < 0.1

- 사이클 수 : 365,000 사이클

ㆍ 베어링 E1: - 90°로 권선

-　직물 스트립의 폭 : 1,200 mm, 두께 : 0.30 mm

- 마모 = 0.5 mm

- F < 0.2

- 사이클 수 : 2,500 사이클

ㆍ 베어링 E2: - 90°로 권선

-　직물 스트립의 폭 : 1,200 mm, 두께 : 0.30 mm

- 마모 > 0.5 mm

- F < 0.2

- 사이클 수 : 3,000 사이클

본 발명의 장점들은 상기 테스트로부터 잘 나타나며, 특히 하기의 장점들이 나타난다:

- 직물의 교차로 인해 더 나은 동적 부하 거동,

- 재료의 더 나은 균질성으로 인해 더 나은 정적 부하 거동,

- 볼 조인트와 축 사이의 용착이 불가능.

Claims (9)

1. 동적 상태에서 40 Mpa보다 큰 접촉 압력에서 작동하는 그리고 케이지(2) 내에 조립된 볼 조인트(1)를 포함하는 자가윤활 조인트 조립체로서,
   상기 볼 조인트(1)는 내부에서 슬라이딩하고/하거나 회전할 수 있는 축(3)을 수용하고,
   상기 볼 조인트는 20 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위의 작은 두께를 갖는 직물의 권선으로 형성되고, 충전제들을 포함하는 수지와 혼합되고,
   상기 직물은 5 mm 내지 200 mm 범위의 폭을 갖는 스트립들의 형태로 나타나며,
   상기 스트립들은 필라멘트 권선에 의해 다수의 층들로 교차되고, 그리고
   상기 다수의 층들에서 상기 스트립들 간의 교차 각도는 10°내지 90°범위인 것을 특징으로 하는, 자가윤활 조인트 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 직물의 두께는 20 ㎛ 내지 130 ㎛ 범위인, 자가윤활 조인트 조립체.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 교차 각도는 30°내지 86°범위인, 자가윤활 조인트 조립체.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 직물은 합성물 형태인, 자가윤활 조인트 조립체.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지는 에폭시, 비닐 에스테르, 폴리에스테르, 페놀, 또는 폴리이미드 형태인, 자가윤활 조인트 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 충전제들은 PTFE, MoS₂ 또는 흑연 형태인, 자가윤활 조인트 조립체.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 충전제들은 상기 수지의 볼륨의 5 내지 70%의 양을 차지하는, 자가윤활 조인트 조립체.
9. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 볼 조인트의 보어 및 그 주변부는 자가윤활 코팅을 갖는, 자가윤활 조인트 조립체.

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