KR900000451B1 - 플레인 베어링 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

플레인 베어링
제1도는 75℃에서 PTFE+20% CaF2의 라이닝을 갖는 부쉬에 가하여진 부하에 대한 마찰계수의 그래프.
제2도는 실온에서 PTFE+20% CaF2의 라이닝을 갖는 부쉬에 가하여진 부하에 대한 마찰계수의 그래프.
제3도는 75℃에서 PTFE+20% 납의 라이닝을 갖는 부쉬에 가하여진 부하에 대한 마찰계수의 그래프.
제4도는 실온에서 PTFE+20% 납의 라이닝을 갖는 부쉬에 가하여진 부하에 대한 마찰계수의 그래프.
제5도는 제1도-제4도에서 보인 결과를 유도하기 위하여 사용된 장치의 개략단면도.
본 발명은 플레인 베어링(plain bearing)에 관한 것으로, 특히 맥퍼슨 스트러트(McPherson strut)형의 자동차용 충격흡수기에 사용되는 것과 같이 매우 낮은 마찰, 즉 정지(분리)마찰이 중요한 오일윤활형 베어링에 관한 것이다.
상기와 같은 경우에서는 매우 낮은 마찰이 요구되기 때문에 일반적으로 활동면에는 매우 높은 비율의 폴리테트라플로오로에틸렌(PTFE)을 포함하는 베어링물질이 적합한 바, PTFE 이외의 다른 물질로는 요구된 정도의 낮은 마찰이 이루어질 수가 없다. 그러나 PTFE만으로는 매우 연하고 취약하여 마모가 심한 경우에는 허용될 수가 없다. 따라서 마모를 줄이고 베어링의 수명이 허용 가능할 정도로 연장되도록 PTFE 베어링면에는 경질의 물질이 혼합되어야 한다.
상기 언급된 분야에 주로 사용되는 베어링은 다공질 청동소결층과 PTFE가 충전된 베어링층을 갖는 강철기재로 구성된다. 베어링층은 소결층의 틈새에 충전되어 소결층상에 얇은 층(약 25미크론)을 형성한다. 대부분 널리 사용된 조성은 20부피 %의 납이나 이황화 몰리브덴이 충전된 PTFE로 구성된다.
이러한 공지의 물질은 윤활유내에 공동이 나타나는 심한 조건하에서 사용될때에 침식을 받게 되는 경향이 있다. 이러한 조건은 베어링 면에 대한 롯드가 고속(3m/초 이상)으로 움직이는 기어펌프, 항공기연료펌프와 자동차의 충격흡수기등에 있어서 상대 속도가 매우 빠른 경우에 일어날 수 있다. 공동침식의 이러한 형태는 접촉에 의한 마모없이 윤활유만의 작용으로 소결층에서 충전된 PTFE 면이 분리되는 결과를 초래한다.
본 발명의 목적은 공지의 물질보다 기계적인 완벽성이 큰 보다 강한 충전된 PTFE면을 갖는 플레인 베어링을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 플레인 베어링은 금속기재, 이 금속기재상의 소결층과, 소결층상의 베어링층으로 구성되며, 베어링층은 PTFE와 낮은 수용해도의 이온 플루오르화물로 구성된다.
이러한 플루오르화물은 결합은 플루오르화물이 PTFE에 의하여 전혀 젖지 않아 중합체와 결합되지 않는 공지의 충전제보다 화학적으로 PTFE에 적합하므로 베어링물질의 기계적인 완벽성이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 베어링물질을 위한 조성물은 매우 향상된 공동침식저항성을 보이는 반면에 공지된 물질의 요구된 마찰 및 마모특성을 그대로 갖는다.
좋기로는 가재가 강철이고 소결층은 주석-청동 또는 알루미늄-청동이 좋다. 플루오르화물은 입자 크기가 0.01-10미크론 범위이고, 좋기로는 0.1-1미크론 범위로 미분쇄된 형태로 PTFE면에 존재하는 것이 좋다. 초미립자 크기가 유리하며, 침전성 플루오르화칼슘을 함유하는 조성물이 입자 크기가 1미크론 이상인 천연의 플루오르화칼슘 분쇄분을 함유하는 조성물보다 공동침식저항성에서 우수한 경향을 보인다.
플루오르화물은 1-50부피%, 좋기로는 10-30부피%, 즉 예를 들어 20부피%의 분량으로 존재할 수 있다. 물에 대한 플루오르화물의 용해도는 18℃에서 100㎤당 0.05g 이하인 것이 좋다. 수용해도의 역효과는 PTFE의 수용성 분산제를 이용한 수용성 현탁액 내에서 수행되는 PTFE로의 충전제 혼합방법에 영향을 줄 수도 있다.
낮은 용해도의 플루오르화물은 원소주기율표의 IIA족으로부터 선택된 금속화합물이 좋다. 따라서 적당한 플루오르화물로는 MgF2, SrF2및 CaF2가 있으며 CaF2가 가장 적합하다. 용해도가 높은 플루오르화합물은 적합치 않다. 이들 플루오르화합물은 그 자체만으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 또는 베어링물질에는 납이 혼합될 수 있으나 플루오르화합물과 납의 조합비율은 50부피%를 넘지 않는 것이 좋다.
또한 본 발명은 상기 언급된 바와 같이 베어링 물질의 조성물 그 자체일 수 있다.
본 발명을 다음의 실시예를 들어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
염화칼슘 수용액을 가하여 불화나트륨의 포화수용액으로부터 침전된 플루오르화 칼슘을 제조한 다음, 침전물을 분리한 후 원심분리 및 여과하여 나트륨과 염소이온을 유리시킨 다음 건조하고 분쇄한다.
이러한 기술로 1미크론 이하의 입자크기를 갖는 매우 미세한 물질을 제조한다. 이 물질의 결정구조는 전형적인 형식구조는 아니고 비결정 겔에 가까우며 그 조성은 전적으로 화학양론적인 CaF2에 일치하지 않으나 일부가 가수분해하여 약 10%의 히드록실기가 생성된다.
이 물질의 1.7kg을 5kg의 PTFE와 완전하게 혼합하고 이 혼합물은 120메쉬 이하의 입자크기를 갖는 소결된 청동분말층으로 피복된 강철스트립의 기재상에 압연시킨 다음 PTFE를 360-380℃에서1-3분 동안 가열하여 소결한다.
이 스트립으로 베어링 부쉬를 만들어 맥퍼슨 스터러트 장치의 가이드 부쉬로서 시험하였다. 비교를 위하여, 두 개의 다른 조성, 즉 20% MoS2충전 PTFE와 20% 납충전 PTFE의 부쉬 특성을 동일 스트러트 장치에서 시험하였다. 고속 롯드로 시험한 결과는 다음 표 1에 표시했다.
[표 1]
스트러트의 롯드 고속 시험 결과
Figure kpo00001
표 1로 여러 라이닝 조성물이 사용된 스트러트의 롯드용 베어링에서 수행된 롯드고속시험의 결과를 알 수 있다. PTFE에서 20% CaF2의 경우에 관찰된 공동 침식은 PTFE에서 20% Pb가 20% MoS2가 함유된 종래의 조성물의 경우보다는 심하지 않았다.
축방향으로 100kg의 부하를 가한 상태에서 롯드속도를 2m/초로 하여 시험된 부쉬의 마모 수명은 다음 표 2와 같다.
[표 2]
Figure kpo00002
표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 물질이 종래 물질로부터 얻을 수 있었던 최상의 마모수명에 대하여 두배 정도로 증가 되었음을 알 수 있다. 파괴상태라고 판정한 것은 라이닝의 10% 이상이 25미크로메타 이상의 깊이로 마모되었을 때를 기준으로 한 것이다.
[실시예 2]
탄산마그네슘의 현탁액에 불화수소산 수용액을 반응시켜 불화마그네슘을 제조하고, 이 침전물을 세척, 여과 및 건조한다.
이 물질을 실시예 1에서 기술된 바와 같이 다공성 청동 소결체에 결합된 PTFE와 화합시킨다.
이 물질을 납충전 및 MoS2충전의 종래 스트러트 물질과 함께 공동 내침식성에 대하여 시험하였으며 그 결과는 다음 표 3에 표시된 바와 같이 우수한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 각 물질을 10회 시험하였을 때에 평균부피손실로 표시하였다.
[표 3]
초음파 공동시험의 결과
Figure kpo00003
표 3은 여러 베어링 물질 조성물의 라이닝을 갖는 베어링에서 수행된 초음파 공동시험의 결과를 나타낸 것이다. 표시된 바와 같이 본 발명에 따른 조성물의 경우 평균 부피 손실이 종래의 조성물의 경우보다 현저히 낮았다.
본 발명에 따른 물질의 우수한 특성이 첨부도면으로 상세히 설명하면 다음과 같다 :
제5도에서, 시험장치는 오일욕(11)으로 구성되고 왕복운동하는 강철축(12)과 베어링하우징(13)이 모두 이 오일욕(11)에 침지된다. 베어링하우징(13)은 축(15)으로 축설된 레바암(14)의 일측단부로부터 매달려 있다. 레바암(14)의 타측단부에 가변부하(16)가 가하여지므로서 베어링하우징(13)에 힘이 가하여진다.
베어링물질의 시험을 위하여, 시험물질의 라이닝(18)을 갖는 부쉬(17)가 베어링하우징(13)내의 축(12) 둘레에 삽입된다. 부하(16)가 가하여지고 축(12)이 평균속도 1.78m/s로 왕복운동한다. 베어링하우징(13)의 스트레인 게이지(strain gauge)(19)가 축(12)을 이동시키는데 요구된 힘을 측정하고, 이로부터 윤활된 미끄럼 마찰계수 μ가 계산될 수 있다.
그래프에서, 제1도는 오일욕온도가 75℃일 때에 가하여진 부하(16)에 대한 마찰계수 μ를 나타낸 것이다. 최대 μ값은 축(12)의 미끄럼 시작에 요구되는 최대힘이다. 최소 μ값은 축(12)의 미끄럼 운동을 유지하는데 요구되는 최소힘이다. 이러한 시험의 경우 물질(18)은 PTFE+20% CaF2이다.
제2도는 제1도와 유사하나 오일욕 온도가 주위 온도인 경우를 보인 것이다.
제3도는 제1도와 제2도에 유사하나 시험된 물질은 PTFE+20% Pb이고 오일욕 온도가 75℃인 경우를 보인 것이다.
제4도는 제3도와 유사하나 오일욕 온도가 주위온도인 경우이다.
제1도-제4도로부터 본 발명에 따른 물질의 마찰계수(제1도 및 제2도)는 가하여진 부하에 따라서 공지의 물질(제3도 및 제4도)의 마찰계수보다 2-3배 낮음을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따른 물질의 마찰계수는 특히 미끄럼시작시의 최대값에서 종래 물질의 경우와 거의 같으며 그 최대 μ는 낮은 부하에서는 현저히 높음을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 용해도가 18℃에서 0.05g/100㎤ 이하인 이온 불화물과 혼합된 PTFE로 구성됨을 특징으로 하는 베어링물질.
  2. 청구범위 1항에 있어서, 1-50부피%의 불화물을 포함함을 특징으로 하는 베어링물질.
  3. 청구범위 1항 또는 2항에 있어서, PTFE에 포함되는 불화물의 입자 크기가 0.01-10미크론임을 특징으로 하는 베어링물질.
  4. 청구범위 1항에 있어서, 불화물이 CaF2, MgF2또는 SrF2임을 특징으로 하는 베어링물질.
  5. 청구범위 1항에 있어서, 납이 포화됨을 특징으로 하는 베어링물질.
  6. 금속기재, 이 금속기재상의 소결층과, 소결층상의 베어링층으로 구성되고, 베어링층이 전기 청구범위에 청구된 바와 같이 물질로 구성됨을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  7. 청구범위 6항에 있어서, 금속기재가 강철임을 특징으로 하는 플레인 베어링.
  8. 청구범위 6항 또는 7항에 있어서, 소결층이 청동소결층임을 특징으로 하는 플레인 베어링.
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