KR20010031950A - 엔진 및 기어용 소결 미끄럼 베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어링 보어(11)에 의해 형성되며 베어링 내에 위치된 윤활유 저장소로부터 윤활유를 제공받는 베어링 레이스를 포함하는 엔진 및 기어용 소결 미끄럼 베어링에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 베어링 보어는 그 둘레를 교대로 가로질러 분포된 고압축 미공성 베어링 레이스(14)와 축방향으로 연장된 저압축 개방형 다공성 윤활유 저장소(16)를 갖는다. 특히 작동의 초기 단계 중에 윤활 작용은, 윤활유 저장소가 두 개 이상의 종방향 홈(16r)을 갖는 홈 구조에 의해 형성되며, 홈 구조의 적어도 일부에서 인접한 종방향 홈 사이의 리지(16k)의 부분이 윤활유의 이송을 위해 베어링 보어 내에 장착된 샤프트와 접촉하는 사실에 의해 개선된다.

Description

엔진 및 기어용 소결 미끄럼 베어링{Sintered Plain Bearing For Engines And Gears}
그러한 소결 미끄럼 베어링은 DE-Z 마찰학 + 윤활 기술, 45. 년도, 1/1998, 47/48 페이지에 공지되어 있다. 이 윤활유 저장소는 3각형의 횡단면 홈으로서 소결체의 베어링 보어 내에 형성되어 있는 반면, 베어링 레이스는 상기 홈들 사이에서 교정 작업(calibration)을 통해 압축된다. 이 윤활유 저장소는 윤활유를 포함하며 윤활유는 작동 시에 소결 베어링, 즉 그의 고압축되지 않은 영역들로부터 이동되지만, 그러나 이 영역들은 특히 이 작동의 시작 단계에서 베어링 보어의 베어링 레이스와 그 위에서 미끄럼 운동하는 샤프트의 윤활 작용에 전혀 기여하지 않는다.
이는 윤활유 저장소가 큰 U-형상의 홈을 형성하며 그의 홈 바닥이 더 큰 직경의 베어링 레이스에 비해 내려앉아 있는 US 5,704,718에 따른 소결 미끄럼 베어링에도 적용된다. 이 홈의 상기 영역에 잔잔하게 저장되어 있는 윤활유는 작동의 시작 단계에서 윤활 작용에 효과적으로 기여하지는 않는다. 그러므로 베어링 보어 내에 있는 샤프트에 대한 효과적인 윤활 작용을 얻기 위해, 이 윤활유 저장소가 미리 윤활유로 채워져 있어야 한다.
본 발명은 베어링 보어의 둘레에 교대로 분포된 고압축 미공성 베어링 레이스와 축방향으로 연장된 저압축 개방형 다공성 윤활유 저장소를 갖는 베어링 보어에 의해 형성되며 베어링 내의 윤활유 저장소로부터 윤활유를 제공받는 베어링 레이스를 포함하는 엔진 및 기어용 소결 미끄럼 베어링에 관한 것이다.
도 1은 윤활유 저장소로서 베어링 보어의 둘레에 분포된 홈 구조를 가지면서 베어링 레이스의 교정 전에 소결 합금 미끄럼 베어링의 다른 표면에서도 별도의 윤활유 저장소를 가지는 소결 합금 미끄럼 베어링의 사시도.
도 2는 베어링 레이스의 교정 전후에 다른 형태의 소결 합금 미끄럼 베어링의 베어링 보어의 횡단면도.
본 발명의 목적은 상술한 종류의 소결 미끄럼 베어링에 있어서 작동 시에 윤활유 저장소에 도달된 윤활유를 통해 이루어지는 윤활 작용을 방해함이 없이, 특히 작동의 초기 단계에서 윤활 작용을 개선하는데 있다.
상기 목적이 본 발명에 따라 달성되기 위해서는, 상기 윤활유 저장소가 2개 이상의 종방향 홈이 있는 홈 형상 구조를 통해 형성되며 홈 형상 구조의 적어도 일부에서 인접한 종방향 홈 사이에 있는 홈 형상 리지의 부분이 윤활유를 전달하기 위해 베어링 보어에 장착된 샤프트와 접촉하게 된다.
이런 작동 후에 상기 홈 형상 구조의 저압축 영역이 윤활유를 받아들이면, 즉 이 홈 형상 구조의 종 방향 홈에 윤활유가 없으면, 적어도 몇 개의 리지가 여전히 윤활유 제공을 위해 샤프트와 접촉하므로, 그 다음 작동의 초기 단계에서 샤프트에 대한 윤활 작용이 이루어지며, 이 윤활 작용은 종방향 홈으로부터 작동 윤활 작용으로 넘어간다.
압분체(green compact)의 프레스에서 형성되는 홈 형상 구조가 교정 작업 시에 더 이상 압축되지 않으므로 개방형 다공이 남게되어 그의 저장 능력이 베어링 레이스의 강도와 무관하게 된다.
윤활유의 순환을 위해 홈 형상 구조가 설계되므로, 모세관 홈으로서 형성된 종방향 홈의 폭은 1mm의 직경을 가지는 유리 모세관 내에서 사용된 윤활유의 상승 높이보다 최소 20배 더 작다.
이 종방향 홈의 바닥과 리지는 라운딩 처리되고 상기 종방향 홈의 폭보다 2배 더 작은 반경을 갖는다.
상기 리지는 인접한 종방향 홈 사이에서 단지 샤프트에 윤활유를 전달하기 위해서 이 샤프트와 접촉하기 때문에, 그것은 지지됨이 없이 참가하고 있다. 다공의 개방성 및 낮은 밀도로 인한 작은 하중이 소결 합금 미끄럼 베어링의 수명에 부정적으로 작용하지 않는다.
이 종방향 홈은 샤프트에 대해 12°보다 작은 개방 각(opening angle)으로 원추형으로 넓어진다.
다른 구성을 통해 윤활유에 대한 저장 능력을 확대하기 위해, 부가적인, 홈- 또는 포켓 홀 형상의 개방형 다공의 윤활유 저장소가 정면 및/또는 외면에 제공되어 개방 각, 폭 및 홈 바닥의 반경에서 종방향 홈의 적절한 크기에 부합된다.
이 때 개방형 다공의 윤활유 저장소의 정면이 동심의 원형 홈 및/또는 원형 홈 영역으로서 형성되어 있으며, 이들은 반경 방향 홈에 의해 소결 미끄럼 베어어링 레이스에 이어진다. 이 원형 홈 영역은 0.2mm보다 더 길다.
정면 쪽에 균일하게 분포된 반경 방향의 홈이 형성되어 외면으로부터 소결 미끄럼 베어링의 베어링 레이스 쪽으로 연장되어 있다.
상기 외면에서 개방형 다공의 윤활유 저장소를 위한 구성으로는 상기 외면에 원주 방향 홈 및/또는 원주 방향 홈 영역 및/또는 포켓 홀이 윤활유 저장소로서 형성된다. 이 때 이 원주 방향 홈 및/또는 원주 방향 홈 영역은 연결 홈을 이용해 서로 연결될 수 있다. 윤활유 저장소 모두에 대한 설계에서, 종방향 홈, 반경 방향 홈, 원형 홈 및/또는 원형 홈 영역 및 원주 방향 홈 및/또는 원주 방향 홈 영역의 깊이는 1mm의 직경을 가지는 유리 모세관에서 윤활유의 상승 높이의 절반보다 더 작다.
본 발명을 도면에 도시한 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 둘레에 분포된 일련의 홈 형상 구조(15)는 압분체의 프레스 시에 소결 합금 미끄럼 베어링(10)에 형성된다. 이 홈 형상 구조(15)는 2개 이상의 종방향 홈(16r)을 가지며, 이 홈들은 리지(16k)에 의해 분리되어 있으며 서로 평행하게 연장되는 것이 적합하다. 베어링 레이스(14)와 대면하는 개방형 다공의 홈 구조(15)의 리지(16k)는 소결 합금 미끄럼 베어링(10)의 외측 둘레를 향해 있다. 이 리지(16k)의 반경과 종방향 홈(16r)의 바닥(17)은 도 2에서 알 수 있는 것처럼 종방향 홈(16r)의 폭의 절반보다 작다. 이 종방향 홈(16r)의 폭은 1mm의 직경을 가지는 유리 모세관 내에서 사용된 윤활유의 상승 높이보다 최소 20배 더 작다.
이 소결 미끄럼 베어링의 강도는 단직성(short-fibered) C-화이버, 세라믹 입자 또는 다른 입자들을 첨가하여 개선된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 개방형 다공의 별도의 윤활유 저장소들이 소결 합금 미끄럼 베어링(10)의 정면(12) 및/또는 원주면(13)에 형성될 수 있다. 그런 종류의 홈 형상 윤활유 저장소의 홈 바닥의 폭과 반경에 홈 형상 구조(15)의 종방향 홈(16r)에서처럼 그 크기가 적용된다. 동일 내용이 12°보다 더 작게 선택될 수 있는 종방향 홈(16r)의 개방 각에도 적용된다.
이 정면(12)은 도 1의 부분도에 도시한 바와 같이, 예를 들어 반경 방향 홈(22)과 리지(23)로 이루어지는 영역(21)을 가지고 있다. 그러나 동심의 원형 홈 또는 원형 홈 영역(18)도 윤활유 저장소로서 배치될 수 있으며 반경 방향 홈(19)에 의해 베어링 레이스(14) 쪽으로 이어져 있다.
20과 20a로 표시된 것처럼, 하나 또는 다수의 동심의 링 역시 홈 또는 포켓 홀 종류의 짧은 윤활유 저장소로부터 적어도 0.2mm 길이인 정면(12) 내로 형성될 수 있다.
이 소결 미끄럼 베어링(10)의 외면(13)에 종방향 홈 및 원주 방향 홈 및/또는 종방향 홈 영역 및 원주 방향 홈 영역(25)이 개방형 다공의 별도의 윤활유 저장소로서 배치될 수 있으며 횡방향으로 연장되어 있는 연결 홈에 의해 서로 연결될 수 있으며 또한 정면(12)과도 연결될 수 있다.
각각의 홈의 깊이는 1mm의 직경인 유리 모세관에서 사용된 윤활유의 상승 높이의 절반보다 작은 것이 적합하다.
정면(12)의 윤활유 저장소는 베어링의 외부의 윤활유 저장 용적을 확대시키며 윤활유를 축방향 시작 면에 별도로 공급한다. 상기 정면 영역의 볼록한 돔 형상의 면이 웨지 갭(wedge-gap) 효과를 통해 베어링의 동적 작동 상태를 개선하는데 기여한다. 축 방향의 공급 홈은 별도의 마모 저장 기능(wear depot function)을 가지며 베어링 레이스(14)로부터 외면(13)으로의 윤활유 이송을 가능하게 만든다.
상기 외면(13)에 배치된 개방형 다공의 윤활유 저장소는 흘러나오는 윤활유를 받아들이며 중력, 원심 작용 또는 크리프(creep)에 의한 흘러내림을 억제한다.
베어링을 윤활유로 채운 후 별도의 모든 윤활유 저장소는 원심 작용을 통해 다시 비워진다. 그 때문에 부가적인 저장 효과가 달성될 수 있다. 새로운 소결 합금 미끄럼 베어링(10)은 동작 시에 80%까지 윤활유를 상실하게 된다. 이 소결 합금 미끄럼 베어링의 수명이 근본적으로 향상되며 전달 층 형성으로 인한 베어링의 부식이 상당히 어려워진다.
또한 콜드 노이즈(cold noise)를 줄이기 위해, 냉각 동안 볼륨 수축 시에 마찰 지점에 많은 윤활유가 이용된다.
이런 종류의 부가의 윤활유 저장소가 프레스 시에 형성되기 때문에, 제조 원가가 더 발생하지는 않는다.
미공성 고압축 베어링 레이스(14)는 큰 관성력을 가지므로, 거의 견고한 구조를 통해 샤프트에서 준 유체(quasi hydrodynamic) 미끄럼 상태가 얻어진다. 이 홈 구조(15)의 상기 영역에서 높은 다공성을 통해 윤활유에 대한 용적이 별도로 제공된다.
종방향 홈(16r)과 베어링 레이스(14)의 수 및 폭은 적용 분야(예를 들어 기계 하중 및 열 부담)에 따라 다르게 선택될 수 있다. 그 외에도 압축, 즉 다공성을 통해 하중 값과 윤활유 수용 용적이 영향을 받는다.
이 홈 구조(15)는 베어링 레이스(14)와 적용 측면(application profile)의 구성에 따라 고려되어야 한다. 기본적으로 이 홈 구조(15)의 종방향 홈(16r)으로서 형성된 윤활유 저장소가 베어링 레이스(14)와 동일한 수로 제공된다. 이 홈 구조(15)의 종방향 홈(16r)의 수는 짝수이거나 홀수이지만 적어도 3개는 되어야 한다. 이 종방향 홈(16r)의 반경은 적어도 0.05mm가 되어야 하며 최대 0.3mm가 될 수 있다. 이 종방향 홈(16r)의 깊이는 이용되는 윤활유의 점도에 의존하며 0.5mm가 된다.
도 2에 따라 소결 합금 미끄럼 베어링(10)의 베어링 보어(11)를 설계할 때 각각 72°의 5개의 영역이 제공되며, 각각의 영역은 5개의 종방향 홈(16r)과 4개의 리지(16k)로 이루어지는 홈 구조(15)를 갖는다. 이 홈 구조(15)의 가장자리에 위치하는 종방향 홈(16r)은 전이 영역(24)을 거쳐 베어링 레이스(14)로 넘어간다. 이 전이 영역(24)은 베어링 레이스(14)의 교정 전에 도 1에 도시한 바와 같이 모서리가 날카롭다. 그러나 교정 후에는 그것은 라운딩 처리되고 도 2에 도시한 바와 같이 약 0.5mm의 반경을 갖는다. 이 홈 바닥(17)과 리지(16k)도 마찬가지로 라운딩 처리되고 0.15mm의 반경을 갖는다. 종방향 홈(16r)은 베어링 보어(11)의 둘레의 약 7°범위에서 연장되어 있다. 이 종방향 홈(16r)의 깊이는 직경 8.373 - 8.10=0.273mm의 차이로부터 발생된다. 아직 교정되지 않은 베어링 레이스(14.1)는 교정 전에는 7.70mm의 직경인 반면, 교정 후에는 베어링 보어(11)가 8mm 직경과 허용 오차 H8을 가지는 베어링 레이스(14)를 통해 정해진다. 이 리지(16k)가 아직 교정되지 않고 8.10mm의 직경을 유지하기 때문에, 적어도 몇 개의 리지(16k)가 베어링 유극 때문에 윤활유 전달에 충분한, 끼워진 샤프트와의 비(非)지지 접촉을 한다.
상기 베어링 레이스의 빗금(hatched) 영역(14v)은 교정 시에 깍여지고 밀도를 높이는데 이용된다. 이 홈 구조(15)는 교정 전에는 베어링 보어 둘레의 33.77°의 범위에서 연장해 있으며 교정 후에는 38.23°의 범위에서 연장해 있으며, 이 경우 0.5mm의 전이 영역(24)이 라운딩 처리된다.
이 홈 구조(15)의 리지(16k)는 교정된 베어링 레이스(14)와 함께 공동의 케이싱 표면 위에 위치하며, 상기 샤프트와 리지(16k)의 인접 부분이 선(line)형이거나 또는 띠(strip)형이 될 수 있다.

Claims (15)

  1. 베어링 보어의 둘레에 교대로 분포된 고압축 미공성 베어링 레이스와 축방향으로 연장된 저압축 개방형 다공성 윤활유 저장소를 갖는 베어링 보어에 의해 형성되며 베어링 내의 윤활유 저장소로부터 윤활유를 제공받는 베어링 레이스를 포함하는 엔진 및 기어용 소결 미끄럼 베어링에 있어서,
    상기 윤활유 저장소는 2개 이상의 종방향 홈(16)이 있는 홈 구조(15)를 통해 형성되며, 상기 홈 구조(15)의 적어도 일부에서 인접한 종방향 홈(16) 사이에 있는 리지(16k)의 부분이 윤활유의 이송을 위해 상기 베어링 보어(11)에 장착된 샤프트와 접촉하는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 홈 구조(15)의 종방향 홈(16r)의 수용 용적은 소결 합금으로 된 베어링의 작동 시에 이동되는 윤활유의 용적에 부합되는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 홈 구조(15)의 종방향 홈(16r)은 모세관 홈으로서 형성되어 있으며, 상기 종방향 홈(16r)의 폭은 1mm의 직경을 가지는 유리 모세관에서 윤활유의 상승 높이보다 20배 이상 작은 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 홈 바닥(17)에서의 종방향 홈(16r)과 (0.05 내지 0.30mm인) 반경의 리지(16k)는 라운딩 처리되며, 상기 반경은 종방향 홈(16r)의 폭(0.30 내지 0.80mm)보다 2배 이상 작은 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리지(16k)는 상기 샤프트와 비지지 접촉되는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 홈(16r)은 샤프트에 대해 12°작은 개방 각으로 원추형으로 넓어지는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링은 단직성 C-화이버 및 세라믹 입자 및 다른 입자를 첨가하여 강도 면에서 개선되는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 홈 형상 또는 포켓 홀 종류의 개방형 다공인 별도의 윤활유 저장소가 정면(12) 및 외면(13)에 형성되며, 상기 저장소는 개방 각, 폭 및, 홈 바닥(17)의 반경에서 종방향 홈(16r)의 크기에 부합하는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 윤활유 저장소는 정면(12)에서 반경 방향 홈(22)으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  10. 제 8 항에 있어서, 동심의 원형 홈 또는 원형 홈 영역(18)이 상기 정면(12)에 윤활유 저장소로서 형성되며, 반경 방향 홈(19)에 의해 베어링 레이스(14)로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 원형 홈 영역(18)은 0.2mm 보다 길게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 종방향 및 원주 방향 홈 또는 종방향 및 원주 방향 홈 영역(25)이 윤활유 저장소로서 외면(13)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 종방향 및 원주 방향 홈 또는 종방향 및 원주 방향 홈 영역(25)은 횡방향으로 연장해 있는 연결 홈을 이용해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 홈(16r), 포켓 홀(20a), 반경 방향 홈(22), 원형 홈 또는 원형 홈 영역(18)과 원주 방향 홈 또는 원주 방향 홈 영역(25)의 깊이(0.5mm)는 1mm의 직경인 유리 모세관에서 윤활유의 상승 높이의 절반 보다 작은 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 홈(16r)으로부터 교정된 인접한 베어링 레이스(14) 쪽으로의 전이 영역(24)이 라운딩 처리되는 (0.5mm) 것을 특징으로 하는 소결 미끄럼 베어링.
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