KR20090056460A - 대형엔진용 주 베어링 쉘의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진용 주 베어링에 관한 것이며, 그 목적은 각 엔진 사이클 중에 발생되는 편심 등의 동적변화로 인해 하우징에 밀착되는 베어링 쉘의 외면에 대한 변형 및 고착현상을 방지할 수 있는 주 베어링 쉘의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 저널에 대응하게 강재를 벤딩하여, 강재에 대해 베어링 내면을 형성하고, 커팅단계를 통해 상, 하부 베어링 쉘을 제작하는 대형엔진 주 베어링 쉘의 제조방법에 있어서; 상, 하부 하우징과 밀착되는 상, 하부 베어링 쉘의 외면을 향해 쇼트피닝(shot peening)을 포함하여 수행한 대형엔진용 주 베어링 쉘의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

베어링, 쉘(shell), 하우징, 쇼트피닝(shot peening), 브리넬 경도(HB)

Description

대형엔진용 주 베어링 쉘의 제조방법{Hardening method for main bearing shell of two stroke diesel engine}

본 발명은 피스톤 엔진용 주 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베어링에 대응하는 저널을 지지하기 위한 베어링 내면을 규정하는 상, 하부 쉘을 포함하는 베어링 쉘에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 베어링 쉘의 설치상태를 보이는 종단면도로서, 주 베어링, 즉 저널베어링의 경우, 원통형의 베어링 내면(A)은 분리면(2a)(3a)에서 서로 접촉하는 상, 하부 쉘의 내면(A)으로 형성되어 있다. 상, 하부 쉘(2)(3)은 대개 강재로 만들어지며, 이러한 상, 하부 쉘(2)(3)의 내면(A)에는 베어링 메탈이 배치되어 있다. 베어링재로서 주석-알루미늄 합금이 사용된다면 이 합금은 롤링(rolling)으로 적층될 수 있으며, 베어링재로서 화이트 메탈 또는 납-청동이 사용되는 경우에는 원심주조에 의해 캐링재에 형성될 수 있다.

상, 하부 쉘(2)(3)의 외면(B)은 각각 상, 하부 하우징(5)(6)에 의해 지지된 다. 이러한 상, 하부 하우징(5)(6)은 스터드(7)에 의해 고정되어 원하는 정도의 프리스트레스를 가하기에 충분한 지지력을 발생시키게 된다.

상기 베어링에 대응하는 저널(1)은 상, 하부 쉘(2)(3)로 형성된 원통형의 공간 내에서 회전한다. 베어링 내면(A)과 저널(1)표면 사이의 유막이 저널(1)을 지지하며 또한 저널표면과 쉘(2)(3)의 내면(A) 사이의 직접적인 접촉을 실질적으로 방지하고 윤활을 제공하게 된다.

상기의 베어링 쉘(2)(3)은 예컨대 보어를 사용하여 기계 가공하게 되는데, 저널의 회전운동의 유체역학적 효과에 의해 베어링 내면과 저널 사이의 유막에 압력이 형성되며, 베어링 내면(A)으로부터 저널을 떠 있게 하는 압력이 생긴다. 그러나 작동중인 피스톤 엔진의 크랭크샤프트의 저널은 베어링 축선과의 정확한 정렬을 유지할 수 없음이 잘 알려져 있다.

더불어, 크랭크샤프트의 굽힘 및 비틀림 때문에 저널 축선과 베어링 축선 사이에는 각 엔진 사이클 중에 변하게 되는 편심(misalignment)이 발생하게 된다. 이 편심은 높은 압력을 발생시키고, 이러한 각 엔진 사이클 중에 발생되는 압력 및 저널의 동적 변형은 베어링 쉘 재질에 피로 균열을 초래할 수 있다.

더불어, 예컨대 엔진의 베드플레이트(미도시)를 상부 하우징(5)으로 하는 경우, 상기와 같은 베어링 내면에 대한 편심 및 동적 변화에 의한 압력이 발생되는 것은 물론 상, 하부 하우징(5)(6)으로부터 밀착 지지된 상태로 인해 상, 하부 쉘(2)(3)의 외면(B)과 상, 하부 하우징(5)(6)의 사이구간에도 동일한 편심 및 동적 변화에 의한 마찰현상이 유발된다.

특히 저널(1)의 하중을 부담하게 되는 하부 쉘(3)과 하부 하우징(6)의 사이구간에 있어, 각 엔진 사이클 중에 발생되는 압력, 편심 등 동적 변화에 의한 마찰현상이 집중하여 발생된다.

이러한 마찰현상이 장기화됨으로 인해 쉘(3)과 하우징(6)의 사이구간에는 마찰열에 의해 쉘 외면(B)에 고착현상이 발생하게 되었다.

이상과 같은 쉘(3)과 하우징(6)간의 고착현상은 대형의 발전소, 선박용과 같은 대형 엔진에 있어 크게 작용하게 되었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 각 엔진 사이클 중에 발생되는 편심 등의 동적변화로 인해 하우징에 밀착되는 베어링 쉘의 외면에 대한 변형 및 고착현상을 방지할 수 있는 주 베어링 쉘의 제조방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 저널에 대응하게 강재를 벤딩하여, 강재에 대해 베어링 내면을 형성하고, 커팅단계 를 통해 상, 하부 베어링 쉘을 제작하는 대형엔진 주 베어링 쉘의 제조방법에 있어서,

상, 하부 하우징과 밀착되는 상, 하부 베어링 쉘의 외면을 향해 쇼트피닝(shot peening)을 수행한 것을 포함함을 특징으로 한다.

이때, 상기 쇼트피닝단계는, 베어링 쉘의 외면에 대해 64~70㎛ 사이의 표면조도를 분포하여, 브리넬 경도 250HB 이상을 유지하도록 한다.

상기와 같은 수단들을 통한 본 발명은 각 엔진 사이클 중에 발생되는 압력 및 저널의 동적 변형에 의해 야기되는 베어링 쉘 재질에 피로 균열을 방지할 수 있으며, 특히 장시간 노출된 마찰열로 인해 하우징과 밀착되는 베어링 쉘의 외면이 고착화되는 현상을 방지할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 주 베어링 쉘의 제조단계를 보이는 블록도로서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 대형엔진에 사용되는 주 베어링 쉘의 제조단계는, 저널(1)에 상응하게 강재를 벤딩하여 원형의 패턴을 형성하는 단계(S100)와, 원형 패턴 내면에 베어링 메탈을 배치시켜, 베어링 내면(A)을 형성시키는 단계(S200)와, 커팅기를 원형의 베어링 쉘을 반구형으로 절단하여 상, 하부 쉘(2)(3)을 구성하는 단계(S300)와, 이 후 표면에 대한 정밀 가공을 수행하는 단계(S500)로 이루어지며, 이후, 스터드(7)를 이용하여 저널(1)과 상, 하부 하우징(5)(6)내에 베어링 쉘(2)(3)이 고정 지지된 상태로 체결하는 설치작업을 수행(S600)하게 되는 것이다.

상기 강재의 내면에 배치되는 베어링 메탈(A: 베어링내면)의 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 베어링재로서 주석-알루미늄 합금이 사용된다면 이 합금은 롤링(rolling)으로 적층될 수 있으며, 베어링재로서 화이트 메탈 또는 납-청동이 사용되는 경우에는 원심주조에 의해 캐링재에 형성될 수 있다.

이때 본 발명에 따른 제조단계는, 최종적으로 정밀 가공 완료된 상, 하부 쉘(2)(3)에 대해 그 설치 전, 상, 하부 하우징(5)(6)과 밀착되는 상, 하부 베어링 쉘(2)(3)의 외면(B)을 향해 쇼트피닝(shot peening)작업을 포함하여 수행(S500)하도록 한다.

이러한 쇼트피닝작업은 스프링, 기어 및 축과 같이 피로하중을 받는 기계부 품을 제작 시, 기계부품의 금속표면에 가공경화를 일으켜 피로강도와 표면강도가 향상되도록 하는 쇼트피닝기를 이용해 강제소립자인 쇼트(shot)를 대개 20~80M/sec 속도로 다수 분사시켜 금속 표면에 압축 잔류응력 층이 생성되도록 하는 것이다. 관련 공지 공용된 상세설명은 생략한다.

이때 본 발명에 따른 쇼트피닝단계를 거쳐 제작 완료된 베어링 쉘(2)(3)의 외면(B)은, 64~70㎛ 사이의 표면조도를 분포시켜, 브리넬 경도의 250HB 이상을 유지하도록 한다.

특히 본 발명에 따른 대형엔진용 주 베어링의 경우, 최대 379KN 에 달하는 큰 하중으로 인해 하부 하우징(6)에 지지되는 하부 베어링 쉘(3)의 외면(B)영역에 마찰현상이 집중되어 고착현상이 집중되는 발생되는 한편, 상부 베어링 쉘(2)의 외면(B)영역에서는 이러한 고착현상의 발생이 두드러지게 생성되지 않는 이유로, 바람직하게는 상, 하부 쉘(3)의 외면에 대해 모두 쇼트피닝작업을 수행할 수 있으나, 경제적인 면을 고려하여 하부 쉘(3)의 외면(B)에 대해서만 쇼트피닝작업을 수행하도록 한다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 일반적인 베어링 조립체의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 베어링 쉘 제작단계를 보이는 블록도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 저널

(2) : (베어링) 상부 쉘

(3) : (베어링) 하부 쉘

(5) : 상부 하우징

(6) : 하부 하우징

(A) : (베어링) 내면

(B) : (베어링 쉘) 외면

Claims (2)

1. 저널에 대응하게 강재를 벤딩하여, 강재에 대해 베어링 내면을 형성하고, 커팅단계를 통해 상, 하부 베어링 쉘을 제작하는 대형엔진 주 베어링 쉘의 제조방법에 있어서,

   상, 하부 하우징과 밀착되는 상, 하부 베어링 쉘의 외면을 향해 쇼트피닝(shot peening)을 수행한 것을 포함함을 특징으로 하는 대형엔진용 주 베어링 쉘의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 쇼트피닝단계는, 하우징과 밀착되는 베어링 쉘의 외면에 대해 64~70㎛ 사이의 표면조도를 분포하여, 브리넬 경도의 250HB 이상을 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 대형엔진용 주 베어링 쉘의 제조방법.

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