KR20110124301A - 슬라이딩 플러그 및 슬라이딩 요소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬라이딩 플러그(10) 및 슬라이딩 요소(1)에 관한 것이다. 슬라이딩 요소(1)의 캐리어 본체(2) 내로 삽입되는 슬라이딩 플러그(10)는 슬라이딩 플러그의 종축 방향으로 연장되는 적어도 하나의 리브(12)를 구비하는 원주방향 표면(18)을 포함한다. 이러한 슬라이딩 플러그를 구비하는 슬라이딩 요소(1)는 바람직하게는, 작은-직경 섹션(5)을 구비하고 큰-직경 섹션(6)을 구비하는 수용 구멍(3)을 포함한다.

Description

슬라이딩 플러그 및 슬라이딩 요소{SLIDING PLUG AND SLIDING ELEMENT}
본 발명은 슬라이드 요소의 캐리어 내로 삽입하기 위한 마모 플러그로서, 슬라이드 상대물(slide partner)을 향한 일단부 및 주연부 표면을 구비하는 마모 플러그에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 마모 표면 및 이러한 특성의 플러그가 삽입되는 적어도 하나의 장착 보어홀(borehole)을 포함하는 캐리어를 구비하는 슬라이드 요소에 관한 것이다.
슬라이드 요소로 구성되는 슬라이드 베어링 시스템은 일반적으로 두 기계 구성요소의 상대 운동에 의해 생성되는 마찰을 감소시키도록 사용된다. 이들 슬라이드 베어링 시스템이 오일 또는 그리스 윤활을 갖지 않으면, 고체 윤활제를 포함한 베어링 재료가 일반적으로 사용된다. 이는 예를 들어 이러한 고체 윤활제를 함유하는 마모 플러그가 캐리어 내로 삽입될 수 있음을 의미한다. 특히 고온 응용의 경우, 플러그 그 자체가 금속 및 고체 윤활제의 혼합물로 제조되면 유익하다.
이들 시스템의 단점은 지지체 및 마모 플러그의 상이한 열팽창 계수와 더불어, 캐리어에 사용되는 재료 및 플러그 재료의 상이한 산화 특성이다.
열팽창 및 산화 특성의 차이에 의해 유발되는 직경의 상이한 변화로 인해 작동 중 발생하는 응력은 막대한 압력 응력을 유발하며, 그 결과 플러그 재료는 균열을 경험한다. 이러한 균열의 결과로서, 플러그가 파절되어짐으로 인해 마모 플러그가 캐리어 내의 실제 장착 보어홀로부터 떨어질 수 있다.
따라서, 단차진(stepped) 직경을 갖는 알루미늄 푸셔 퍼니스(pusher furnace)의 슬라이드 슈(slide shoe) 내에 슬라이드 정지부(slide stopper)가 형성된다. 캐리어 내의 대응하는 장착 보어홀도 또한 단차진다. 마모 플러그의 치수는 장착 보어홀의 그것보다 상당히 작지만, 보다 두꺼운 칼라 직경에 의해 보어홀로부터 떨어지지 못하게 방지된다.
이들 단차진 직경을 마모 플러그 상에 형성하기 위해 기계적 가공이 요구된다. 프레스로 제조되는 단차진 기하학적 구조의 형성은 이들 재료를 사용하는 신뢰성 있는 공정이 아닌데, 왜냐하면 높은 수준의 고체 윤활제는 보다 큰 직경으로부터 보다 작은 직경으로의 전이점에서 블랭크의 균열의 매우 큰 위험성이 존재함을 의미하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 제조하기에 쉽고 그 장착 보어홀 내에 고정되게 유지되며 작동 중 최대한 적은 균열을 경험하는 마모 플러그를 생산하는 것이다.
이 목적은 주연부 표면이 마모 플러그의 종축을 따라 연장되는 적어도 하나의 리브를 구비하는 마모 플러그에 의해 달성된다.
주연부 표면은 원주의 대부분을 형성하는 반면, 리브 또는 리브들은 원주의 작은 부분(minority)을 차지한다.
마모 플러그 내의 리브 또는 리브들은 플러그를 장착 보어홀 내에 유지시킬 수 있고, 마모 플러그가 과도한 압력 응력 및 균열을 초래하지 않고서 팽창될 수 있는 충분한 공간이 리브들 사이에 형성되는 것으로 밝혀졌다. 단차진 에지가 필요 없어, 제조 공정을 간단하게 한다. 리브 또는 리브들은 플러그의 제조 중 생성되거나, 다시 말하면 형성된다.
마모 플러그는 분말 야금 방법에 의해 완전히 균일한 단면을 갖고서 제조될 수 있고, 어떠한 소급적인(retrospective) 기계적 가공도 필요로 하지 않는다.
이상적으로, 최대 10개의 리브가 사용된다. 리브의 개수를 10개로 제한하는 것은 작동 중 마모 플러그가 팽창될 수 있는 충분한 자유 공간이 리브들 사이에 형성되는 것을 보장하는데 편리하다.
이상적으로, 3개 내지 5개의 리브가 플러그의 주연부 벽 상에 형성된다.
적어도 하나의 리브가 외부를 향한 주면부 표면에 대향된다. 리브는 이것이 외향을 향하도록 위치된다.
리브는 이상적으로는 주연부 표면에 걸쳐 균일하게 분포되며, 이는 작동 중 압력 응력이 또한 국소적 과부하에 의해 초래되는 균열을 방지하기 위해 마모 플러그 주위에 균일하게 분포되는 이익을 갖는다.
이상적으로, 리브는 삼각형, 반원형 또는 사다리꼴 단면을 갖는다.
이상적으로, 마모 플러그는 케이싱 표면을 구비한 실린더형 형태를 가지며, 여기에서 리브는 실린더의 케이싱 표면상에 위치된다. 리브는 이것이 외향을 향하도록 위치되며, 여기에서 리브의 꼭지점은 직경 D2를 갖는 주변 원(peripheral circle)을 규정한다. 실린더형 케이싱 표면은 D1의 직경을 가지며, 여기에서 D1 < D2이다.
리브의 두께 D는 이상적으로는 마모 플러그의 주연부 표면의 직경 D1, 특히 실린더형 케이싱의 직경 D1의 2% 내지 4%이다.
마모 플러그 재료의 열팽창 계수가 작아질수록, 보다 작은 두께 D가 선택될 수 있다.
마모 플러그 재료는 이상적으로는 크롬-니켈-스틸로 구성되는 매트릭스를 구비하며, 여기에서 고체 윤활제가 매트릭스 내에 포함된다.
이상적으로, 리브는 플러그의 길이의 적어도 50%에 걸쳐 연장된다. 리브가 플러그의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이는 마모 플러그를 위한 제조 공정을 간단하게 하기 때문이다. 리브의 길이가 보다 짧은 소정 상황에서는 후속 기계 가공이 요구될 수 있다.
마모 플러그는 그 단부 상에 주연부 챔퍼(chamfer)를 구비할 수 있다. 이 챔퍼는 마모 플러그를 지지 재료 내로 더욱 쉽게 삽입하는 이익을 제공한다. 또한, 장착 보어홀의 에지 상에 챔퍼를 구비하는 것이 가능하다.
본 발명에 의해 제안되는 슬라이드 요소는 본 발명에 의해 제안되는 마모 플러그를 구비한다.
장착 보어홀은 이상적으로 작은 직경 섹션 및 큰 직경 섹션을 구비하며, 여기에서 큰 직경 섹션은 마모 표면으로부터 멀어지는 쪽을 향한다.
마모 플러그 상의 리브는 적어도 작은 직경 섹션의 길이에 걸쳐 연장된다. 이는 리브의 섹션이 또한 큰 직경 섹션에 있는 이익을 갖는다. 작은 직경 섹션의 리브는 작동 중 변형되고 소정 상황에서는 완전히 분해될 수 있는 반면, 큰 직경 섹션의 리브는 유지되고 작은 직경 섹션으로의 전이점에서 지지물(buttress)을 형성하여, 이 지지물에 의해 마모 플러그가 작은 직경 섹션과 큰 직경 섹션 사이의 링의 쇼율더 상에 지지될 수 있게 한다.
리브의 케이싱의 직경 D2는 이상적으로는 작은 직경 섹션의 직경 D3보다 크다. 이상적으로는, 0.1 내지 0.5 mm 범위의 약간의 중첩이 있다. 이는 마모 플러그가 압입될 때, 리브의 팁이 다소 평탄화되는 것을 보장한다. 현재 상황에서 칼라를 유지시키도록 설계된 장착 보어홀의 큰 직경 섹션에서, 리브는 변형되지 않고, 대신에 그 본래 기하학적 구조를 유지시킨다. 따라서, 삽입력은 전체적으로 비교적 낮다.
이상적으로는, 실린더형 케이싱의 직경은 작은 직경 섹션의 직경보다 작다.
온도가 전형적으로 약 620℃인 산화 분위기에서 작동 중, 이상적으로는 크롬 니켈 스틸로 제조되는 마모 플러그의 직경은 보어홀의 직경에 대해 예상된 팽창을 겪을 것이다. 실제 플러그 직경 사이에서, 다시 말하면 리브 윤곽을 배제한본 발명에 의해 제안되는 이용가능한 체적은 이전의 유극에 대응하고, 마모 플러그에 요구되는 팽창 체적을 보장한다.
작동 온도에서, 플라스틱 리브는 쉽게 소성 변형을 겪을 수 있지만, 압력 영역에서 리브의 이러한 변형의 경우에도, 플러그의 보다 큰 직경 구역의 노출된 리브 사이의 나머지 중첩은 특히 추울 때에도 플러그가 떨어지지 않는 것을 보장하기 위해 플러그를 고정시킨다.
캐리어는 이상적으로는 회주철로 제조된다. 회주철은 자유 흑연 함유물이 또한 윤활 효과를 갖는 이익을 제공한다.
본 발명에 의하면, 제조하기에 쉽고 그 장착 보어홀 내에 고정되게 유지되며 작동 중 최대한 적은 균열을 경험하는 마모 플러그가 제공된다.
이하에서는 도면에 기초하여 본 발명의 예시적인 설계를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 다수의 마모 플러그를 갖춘 슬라이드 요소의 평면도이다.
도 2는 플러그의 사시도이다.
도 3은 마모 플러그의 평면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 리브 기하학적 구조의 상세도이다.
도 5는 작동 전 캐리어 내의 삽입된 마모 플러그의 확대도이다.
도 6은 선 V-V를 따른 도 4의 마모 플러그의 단면도이다.
도 7은 작동 중 플러그에 대한 도 5에 도시된 단면도에 대응하는 단면도이다.
도 1은 그 캐리어(2) 내에 장착 보어홀(borehole)(3)을 포함한 수 개의 열의 구멍을 구비하는 슬라이드 요소(1)의 마모 표면(8)의 평면도를 도시한다. 마모 플러그(10)가 장착 보어홀(3) 내에 삽입된다. 슬라이드 요소(1)는 패널형 요소이다.
도 2는 이러한 유형의 마모 플러그(10)의 사시도를 도시한다. 마모 플러그(10)는 실린더형 설계를 갖고, 그 주연부 표면상에서, 즉 그 케이싱 표면상에서, 그것은 총 5개의 리브(12)를 구비한다. 리브(12)는 캐이싱 표면(18)에 걸쳐 균일하게 분포되고, 마모 플러그(10)의 종축(28)에 평행하게 연장된다. 단부(20)는 그 에지에서 챔퍼(chamfer)(16)를 구비한다.
도 3은 도 2에 도시된 마모 플러그(10)의 단부(20)의 평면도를 도시한다. 실린더형 케이싱의 직경은 D1으로 표기된다. 또한, 이 도면은 삼각형 리브(12)의 꼭지점 또는 팁(14)을 통해 연장되는 리브(12)의 케이싱(30)을 도시한다. 이 케이싱(30)은 직경 D1보다 큰 직경 D2를 갖는다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 삼각형, 반원형 및 사다리꼴 단면을 갖는 3개의 상이한 리브 기하학적 구조를 도시한다.
도 5는 5개의 리브(12)가 슬라이드 요소(1)의 캐리어(2) 내에 삽입된 마모 플러그(10)를 도시한다. 직경 D1이 장착 보어홀(3)의 작은 직경 섹션(5)의 직경 D3보다 작은 것을 볼 수 있다(또한 도 6 참조). 이는 링 갭(24)을 형성한다. D2 - D1으로부터 산출되는 리브(12)의 두께 D는 링 갭(24)의 폭보다 크다. 이는 직경 D2가 직경 D3보다 큰 것을 의미한다. 25 mm 내지 30 mm의 예시적인 직경 D1을 갖는 마모 플러그(10)의 경우, 리브의 두께 D는 D = 0.5 mm로 선택될 수 있다.
두께 D를 설계할 때, 마모 플러그를 파괴할 수도 있는 열의 영향 하에서 과도한 압력 응력이 발생하지 않도록 마모 플러그 재료의 열팽창 계수를 고려하는 것이 또한 권장된다. 이는 마모 플러그 재료의 열팽창 계수가 커질수록 D가 커져야 함을 의미한다.
삽입 과정 중, 팁(14)은 장착 보어홀(3)의 내부 표면에 밀착되어 작은 변형을 겪거나 장착 보어홀(3)의 내부 표면에 작은 변형을 유발한다. 이는 단지 도 5에 개략적인 형태로 도시된다.
도 6은 도 5에 도시된 슬라이드 요소(1)의 선 V-V를 따른 단면도를 도시한다. 장착 보어홀(3)은 직경 D3를 갖는 상부에서 작은 직경 섹션(5) 및 이 아래의, 직경 D4를 갖는 큰 직경 섹션(6)을 구비하는 것을 볼 수 있다. 이들 두 섹션(5, 6) 사이에서, 장착 보어홀(3)은 링 쇼울더(4)를 구비한다.
마모 플러그(10)는 장착 보어홀(3) 내로 삽입되며, 여기에서 케이싱 표면(18)과 작은 직경 섹션(5)의 내부 표면 사이의 링 갭(24)이 명백하게 형성된다.
또한, 작은 직경 섹션(5)의 리브(12)는 팁(14)이 어느 정도 평탄화되도록 다소 변형되는 것을 볼 수 있다. 케이싱 D2보다 훨씬 큰 직경을 갖는 큰 직경 섹션(6)은 링 챔버(26)를 구비하며, 이 링 챔버는 리브(12)의 팁(14)이 또한 큰 직경 섹션(6)의 내부 표면으로부터 거리를 두고 유지되게 할 정도로 크다. 이는 두 섹션(5, 6)에 마모 플러그(10)가 작동 중 팽창되게 하기에 충분한 공간이 있음을 의미한다.
도 7은 작동 상황을 도시한다. 플러그(10)의 실린더형 부분이 열의 영향으로 그것이 작은 직경 섹션(5)의 치수에 도달할 정도로 팽창된 것을 볼 수 있다. 이는 이것이 응력을 감소시키기 위해 요구되는 경우에, 이 영역에서 리브(12)가 완전히 없어질 수 있음을 의미한다. 큰 직경 섹션(6)의 리브(12)는 유지되며, 여기에서 추울 때에도 마모 플러그(10)가 장착 보어홀(3)로부터 떨어지지 못하게 막는 지지 표면(buttress surface)(15)이 쇼울더(4) 부근에서 리브 상에 형성된다.
도시된 도면에서, 직경 차이가 과장된 형태로 도시된다. 직경 차이는 클램핑 체적(clamping volume)으로 제한될 수 있다.
마모 플러그(10)는 기부 영역(22)이 도시되지 않은 기계 부품상에 지지되기 때문에 하향으로 떨어질 수 없다. 링 챔버(26)는 작동 중 크기가 링 챔버(26')로 감소되었다.
1: 슬라이드 요소 2: 캐리어
3: 장착 보어홀 4: 링 쇼울더
5: 작은 직경 섹션 6: 큰 직경 섹션
8: 마모 표면 10: 마모 플러그
12: 리브 14: 팁
16: 챔퍼 18: 주연부 표면, 케이싱 표면
20: 단부 22: 기부 영역
24: 링 갭 26, 26': 링 챔버
28: 종축 30: 케이싱
D1: 실린더형 재료의 직경 D2: 케이싱의 직경
D3: 작은 직경 섹션의 직경 D4: 큰 직경 섹션의 직경
D: 리브(12)의 두께

Claims (17)

  1. 슬라이드 요소(1)의 캐리어(2) 내로 삽입하기 위한 마모 플러그(10)로서, 슬라이드 상대물을 향한 일단부(20) 및 주연부 표면(18)을 구비하는 마모 플러그(10)에 있어서,
    주연부 표면(18)은 마모 플러그(10)의 종축(28) 방향을 따라 연장되는 적어도 하나의 리브(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  2. 제1항에 있어서,
    마모 플러그는 최대 10개의 리브(12)를 구비하는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    리브(12)는 주연부 표면 주위에 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    리브(12)는 삼각형, 반원형 또는 사다리꼴 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    마모 플러그는 케이싱 표면(18)을 구비한 실린더형 형태를 갖고, 리브(12)는 케이싱 표면(18) 상에 있는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    리브(12)의 두께 D는 마모 플러그(10)의 주연부 표면(18)의 직경 D1의 2% 내지 4%인 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    마모 플러그(10)의 재료는 고체 윤활제를 포함한 크롬 니켈 스틸의 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    리브(12)는 마모 플러그(10)의 길이의 적어도 50%에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  9. 제8항에 있어서,
    리브(12)는 마모 플러그(10)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 마모 플러그.
  10. 마모 표면(8)을 구비하고 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 마모 플러그(10)가 삽입되는 적어도 하나의 장착 보어홀(3)을 구비하는 캐리어(2)를 구비하는 슬라이드 요소(1).
  11. 제10항에 있어서,
    장착 보어홀(3)은 작은 직경 섹션(5) 및 큰 직경 섹션(6)을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  12. 제11항에 있어서,
    큰 직경 섹션(6)은 마모 표면(8)으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    리브(12)는 적어도 작은 직경 섹션(5)의 길이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    리브(12)의 케이싱(30)의 직경 D2는 작은 직경 섹션(5)의 직경 D3보다 큰 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    케이싱(30)의 직경 D2는 큰 직경 섹션(6)의 직경 D4보다 작은 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    마모 플러그(10)의 직경 D1은 작은 직경 섹션(5)의 직경 D3보다 작은 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    캐리어(2)는 회주철로 제조되는 것을 특징으로 하는 슬라이드 요소.
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