KR910008226B1 - 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 미끄럼베어링 및 크랭크샤프트를 적용한 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체의 일부를 단면에서 본 정면도.

제2도는 제1도에 도시된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체의 컨넥팅로드 조립부분에 본 발명 제1실시예에 따른 미끄럼베어링을 개재시킨 경우의 일부단면을 확대해서 도시한 정면도.

제3도는 제2도에 도시된 본 발명 제1실시예에 따른 미끄럼베어링을 구성하는 1쌍의 반쪽베어링부재중 1개의 반쪽베어링부재의 평면도.

제4도는 제2도의 A-A선 단면도.

제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 크랭크샤프트의 일부를 단면도에서 본 정면도.

제6도는 제1도에 도시된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체의 컨넥팅로드조립부분에 종래의 미끄럼베어링을 끼워 개재시킨 경우의 일부를 제2도와 비교하기 위해 도시한 정면도.

제7도는 크랭크샤프트의 각 저어널과 이를 지지하는 미끄럼베어링과의 관계를 횡단면도로 도시한 설명도.

제8도는 회전중의 각 저어널부의 위치와 유막압력 및 미끄럼베어링의 축받이층의 관계를 나타낸 그래프.

제9도는 각 저어널의 오일구멍부근에서 일어나는 금속접촉을 나타낸 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 조립체 2 : 크랭크샤프트

3 : 컨넥팅로드 4, 5 : 저어널부

6 : 하우징 7, 8 : 미끄럼베어링

8a, 8b : 베어링부재 8c, 8d : 베어링합금층

8e, 8f : 기반금속층 8g, 8h : 축받이면

9, 10 : 연결통로 10a : 오일구멍

11 : 오목부 12 : 틈새

13 : 베어링 13a : 합금층

본 발명은 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 관한 것으로, 특히 이 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 사용되는 미끄럼베어링과 크랭크샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 자동차나 그 밖의 내연기관, 압축기 등에 있어서 직선왕복운동을 회전운동으로 또는 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시키기 위해 크랭크샤프트와 컨넥팅로드가 조합된 조립체가 쓰여지고 있는바, 이러한 조립체는 통상적으로 크랭크샤프트가 주저어널부에서 제1도의 화살표방향으로 회전을 하게 되는데, 이 주저어널부는 하우징내에 조립되어 형성된 원형단면의 구멍내에 장착되어 1쌍의 반원통형상으로 분할된 미끄럼베어링에 의해 자유로이 회전할 수 있도록 지지되어져 있다. 또 인접한 크랭크샤프트의 앞끝이 저어널부에 연결되면서, 이 저어널부에는 1쌍의 반원통형상 반쪽베어링부재를 매개로 컨넥팅로드의 한쪽끝이 자유로이 회전할 수 있도록 지지되어져 있다. 그리고 이 조립체의 윤활유공급계통으로서는 통상적으로 예컨대 하우징에 주급유통로와 연결통로가 형성됨과 더불어 각 미끄럼베어링에 관통구멍이 형성되어, 이들 관통구멍이 예컨대 연결통로나 주급유통로에 연통시켜지도록 되어 있다. 또 크랭크샤프트의 주저어널부에는 그 반경방향이나 경사방향으로 각각 통로가 형성되어, 윤활유가 이들 양 통로를 거쳐 앞끝의 저어널부에 형성된 오일구멍으로 보내져, 이 오일구멍으로부터 윤활유가 미끄럼베어링상으로 공급되어 컨넥팅로드계통의 윤활이 이루어지도록 되어 있다.

이를 보다 상세히 설명하면, 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서는 윤활유가 예컨대 급유펌프로부터 소정압력으로 하우징(6)의 주급유통로로 보내지고, 하우징내에서는 주급유통로로부터 보내져온 윤활유가 연결통로를 거쳐 각 미끄럼베어링의 관통구멍으로 보내져 크랭크샤프트의 외주면과 각 미끄럼베어링의 내주면 사이에 급유되게 되는바, 이들 사이에 형성되는 유막에 의해 부유된 상태에서 크랭크샤프트의 주저어널부가 자유로이 회전할 수 있도록 지지되게 된다. 한편, 크랭크샤프트의 외주면과 미끄럼베어링의 축받이면 사이에서 유동하는 윤활유는 저어널부의 반경방향통로를 거쳐 경사방향통로로부터 컨넥팅로드의 지지부분으로 보내지게 된다.

또 이 컨넥팅로드의 지지부분에 있어서는, 상기 크랭크샤프트의 경우와 마찬가지로 윤활유가 오일구멍으로부터 컨넥팅로드에 장착된 미끄럼베어링의 축받이면과 앞끝의 저어널부 외주면사이로 급유되어 소정의 윤활효과와 냉각효과를 발휘하게 된다.

요컨대, 크랭크샤프트와 컨넥팅로드(이하 크랭크샤프트 등이라고 함)의 저어널부에서는 크랭크샤프트 등의 외주면과 미끄럼베어링 사이에 형성되는 유막에 의해 크랭크샤프트 등의 저어널부가 받게 되는 반복하중을 받아 자유로이 회전할 수 있도록 지지되지만, 이 경우 항상 연속해서 유막이 균일하게 형성되어져 있어야 할 필요가 있는바, 그 이유는 외주의 미끄럼베어링 상에서 크랭크샤프트등의 저어널부가 회전하는 경우 유막이 파손된다던가 형성되지 않게되면, 크랭크샤프트 등의 저어널부 외주면과 미끄럼베어링 표면이 금속접촉하게 되어 상당한 마모가 일어나거나 열에 의해 눌러붙는 현상이 일어나게 된다.

더욱이 최근에는 자동차나 압축기의 고출력화 및 고부하 운전추세로 나아가고 있어서, 이런 상황하에서는 크랭크샤프트 등과 미끄럼베어링 사이의 유막두께가 얇아지게 되어, 종래에는 금속접촉이 전혀 발생하지 않던 부위에서도 금속접촉이 일어나게 되었다.

그 때문에 종래에도 형성되는 유막의 성질이나 그 거동에 커다란 영향을 끼치는, 예컨대 미끄럼베어링에서 축받이면을 형성하는 축받이금속 또는 합금의 화학적 조성을 개선한다거나 미끄럼베어링 및 크랭크샤프트등의 구조 개선이 가해지고 있고, 그중 전자의 경우로서 금속접촉이 일어나는 경계면윤활에도 상당한 윤활성이 유지될 수 있는 것이 제안되어 있기는 하였지만, 후자인 구조적개선면에서는 반드시는 최근의 자동차등의 고출력화, 고부하화에 대응하지는 못하고 있다 하겠다.

즉, 미끄럼베어링이 및 크랭크샤프트 등의 구조적개선을 대별해보면, 미끄럼베어링의 축받이면과 크랭크샤프트 등의 외주면 사이에 적정한 틈새를 마련하는 수단과, 미끄럼베어링의 축받이면에 오일홈을 형성시켜 이 오일홈을 윤활유를 일단 저장했다가 축받이면으로 분산시키는 수단으로 대별할 수 있는데, 전자와 같이 틈새를 마련해놓게 되면 윤활성이 향상되어 냉각효과가 얻어지기는 하지만, 틈새를 지나치게 크게 하면 오히려 유막압력이 높아져 베어링이 파괴되기 때문에, 베어링 수명상 너무 크게 할 수는 없게 된다.

이 점에서 미국특허 제 4,311,349호의 명세서에 기재되어 있듯이, 베어링의 원통형상 미끄럼면을 지지해야 할 크랭크샤프트 등의 반경과 같은 반경을 갖는 크라운면과, 이 크라운면의 반경보다 큰 반경을 갖는 틈새면으로 구성되는 반쪽으로 분할된 베어링이 제안되어져 있기도 하다. 이렇게 1쌍의 반쪽베어링부재로 구성된 미끄럼베어링으로 되면 고하중하에 있을 때는 회전하는 크랭크샤프트등의 한쪽의 반쪽베어링부재 크라운면에 근접하는데 반해 다른쪽 반쪽축받이부재의 크라운면에서는 멀어지게 되어 소정의 틈새가 형성되게 됨으로써 이와 같은 틈새에 윤활유가 유동해서 윤활효과 및 냉각효과가 얻어지게 된다.

그러나 이러한 틈새를 갖게 되어도 최근과 같은 고출력이나 고부하로 운전의 상황에서는 컨넥팅로드의 오일구멍부근에서 유막압력이 대폭 떨어지는 일도 있게 되어 금속접촉이 일어나거나 베어링이 눌어붙고, 이상 마모현상 등이 일어나기도 한다.

또, 후자와 같이 미끄럼베어링의 축받이면에 오일홈이 형성되며 공급되는 윤활유가 오일홈에서 일단 모아졌다가 축받이면상으로 분배되기 때문에 윤활유의 분산성(分散性)이 대폭 높아지게 된다.

즉, 미국특허 제 2,631,905호의 명세서에 기재된 바와 같이 미끄럼베어링의 축받이면에 오일홈이 형성되면서 이 오일홈에 공급홈이 연통되어, 이 공급홈에 윤활유의 공급계통이 연통시켜지도록 되어 있는바, 이러한 미끄럼베어링에서는 공급계통에서 보내져 온 윤활유가 전부 공급홈을 거쳐 오일홈으로 들어가 그곳에 일단 머무른 다음 축받이면으로 분산시켜지게 된다. 그러나 이와 같이 오일홈이 형성되게 되면 축받이면의 오일홈 형성부분에서는 하중을 지탱하기가 어렵게 되고, 더구나 유막형성 부분에는 유막두께가 급격히 감소하게 되어 그곳에서 유막이 끊어지는 일이 많게 된다. 특히 고출력, 고부하운전인 경우에는 이러한 경향이 현저해서 일반적으로 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에서는 미끄럼베어링의 축받이면에 단지 윤활유분산성의 향상을 목적으로 오일홈을 형성시키는 것이 바람직하지 않다고 알려져 있다. 한편 미국특허 제 2,631,905호에 기재된 것과 같은 오일홈은 폭이 거의 오일구멍과 같고 깊이가 베어링합금의 두께가 거의 같은 형상으로 된 홈이 일반적이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로, 본 발명에 따른 미끄럼베어링은 적어도 1개의 크랭크샤프트 양 끝에 각각 마련된 저어널부중 한쪽이 자유로이 회전할 수 있도록 지지되어져 이 한쪽저어널부를 중심으로 크랭크샤프트가 회전하게 되는 한편, 다른쪽 저어널부에는 컨넥팅로드의 한쪽끝이 자유로이 회전할 수 있도록 결합되면서 각 저어널부의 오일구멍으로부터 윤활유가 공급되어 유동하도록 된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 상기 한쪽저어널부에 원통형상의 미끄럼베어링이 소정의 틈새를 갖고 개재되는 한편, 상기 다른쪽 저어널부와 컨넥팅로드 사이에도 소정의 틈새를 갖고 원통형상의 미끄럼베어링이 개재되면서, 이들 미끄럼베어링중 적어도 한쪽 미끄럼베어링의 축받이면상에 윤활유를 공급하거나 유동시키는 상기 오일구멍에 대응해서 미끄럼베어링중 원주방향으로 뻗은 깊이가 얕은 오목부가 형성되어, 이러한 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

따라서 하우징이나 컨넥팅로드에 대해 각 저어널부가 상대적으로 회전할 때 미끄럼베어링의 오목부가 각 저어널부의 오일구멍에 항상 대응하게 되고, 그 때문에 고회전, 고출력화에 의해 윤활유의 유막이 극단적으로 얇아져 특히 회전하는 도중 유막의 두께나 압력이 주기적으로 변하게 되어도 오일구멍의 대응부분에서의 금속접촉이 일어나지 않아 마찰열로 눌어붙는다거나 기타의 장해가 일어나지 않게 됨으로써 윤활성을 최대한으로 발휘될 수 있게 된다.

또 본 발명에 따른 크랭크샤프트는 적어도 1개의 크랭크샤프트의 양 끝에 각기 마련된 저어널부중 한쪽이 원통형상의 미끄럼베어링을 매개로 자유로이 회전할 수 있도록 지지됨과 더불어 이 한쪽 저어널부를 중심으로 해서 크랭크샤프트가 회전하게 되고, 다른쪽 저어널부에는 원통형상 미끄럼베어링을 매개로 컨넥팅로드의 한쪽끝이 자유로이 회전할 수 있도록 결합되면서, 각 저어널부의 오일 구멍으로부터 윤활유가 공급·유동시켜지도록 된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 한쪽 및 다른쪽 저어널부중 적어도 하나의 저어널부의 외주면상에 오일구멍을 포함해서 저어널부의 원주방향으로 뻗은 깊이가 얕은 오목부가 형성되어 이루어진 특징을 갖는다.

따라서 각 저어널부를 지지하는 미끄럼베어링의 축받이면상에 반드시 상기와 같이 오일구멍에 대응하는 오목부가 형성되지 않아도 오일구멍에 대응하는 부분에서 마찰열에 의해 눌러붙는 현상이나 기타의 장해가 방지될 수 있게 된다. 또 상기 저어널부에서 오일구멍주변부에 어느정도의 가공찌꺼기같은 것이 남아있어도 크랭크샤프트의 각 저어널부에 손상이나 이상마모 등이 일어나지 않게 된다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 1 실시예에 따른 미끄럼베어링 및 크랭크샤프트를 적용한 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체의 일례의 일부단면을 정면도로 도시한 것으로, 제1도에서 참조부호 1은 일반적인 통상의 조립체를 나타내는바, 이 조립체(1)는 복수의 크랭크샤프트(2)와 컨넥팅로드(3)로 이루어지면서 이들 크랭크샤프트(2)사이가 저어널부(4,5)로 결합되어져 있다. 즉 제1도에는 3개의 크랭크샤프트(2)가 도시되어 있는바, 이들 크랭크샤프트(2)는 각 크랭크샤프트(2)의 양끝이 양측으로 갈라져 저어널부(4,5)를 이루어 이들 각 저어널부(4,5)에 의해 각각 크랭크샤프트(2)가 결합시켜지게 됨으로써 복수의 크랭크샤프트가 일체로 결합되도록 되어있다.

또 이들 저어널부(4,5)는 예컨대 한쪽 저어널부(4)가 주저어널부로 되어, 이 주저어널부(4)가 제1도에서와 같이 하우징(6)상에서 화살표방향으로 자유로이 회전할 수 있도록 지지되어 있는바, 여기서 이 회전력은 예컨데 자동차의 회전구동계통(도시안됨)으로 전달되게 된다.

한편, 다른 쪽 저어널부(5)에는 컨넥팅로드(3)가 자유로이 회전할수 있도록 조립되게 되는바, 이 컨넥팅로드(3)는 피스톤실린더기구(도시안됨)에 결합되어 피스톤-실린더기구로부터 컨넥팅로드(3)의 왕복운동이 전해지게 됨으로써, 이 왕복운동에 따라 각 크랭크샤프트(2)가 그 주저어널부(4)의중신축을 중심으로 해서 화살표방향으로 회전하게 되어 피스톤실린더기구의 왕복운동으로부터 회전운동이 인출되게 된다.

이상과 같이 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체(1)에 있어서는 각 저어널부(4,5)가 각기 자유로이 회전할수 있도록 지지되면서 그 지지위치에 미끄럼 베어링(7,8)이 개재되는바, 즉 주어널부(4)를 주미끄럼베어링(7)에 에워싸면서 이 주베어링(7)이 통상적으로 하우징(6)에 조립되어 고정시켜 있어서, 주미끄럼베어링(7)에 의해 주저어널부(4)가 자유로이 회전할수 있게 지지되게 된다.

또 컨넥팅로드(3)의 한쪽 끝에 형성된 원형단면의 구성내에는 제2도에 되시된 것과 같이 다른쪽 미끄럼베어링(8)이 조립장착되어, 이 다른쪽 미끄럼베어링(8)에 의해 다른쪽 저어널부(5)가 컨넥팅로드(3)와의 사이에서 자유로이 회전할 수 있도록 지지되어 있는바, 즉 이다른쪽 미끄럼베어링(8)은 제4도에 도시된 것과 같이 통상 1쌍의 반쪽베어링부재(8a,8b)로 구성되어, 이들 1쌍의 반쪽베어링 부재(8a,8b)의 각 끝면이 접촉시켜지도록 조립되어 환상을 이루게 됨으로써, 그 내주면을 축받이면(8g,8h)으로 해서 다른쪽 저어널부(5)가 자유로이 조립되어 회전할 수 있게 지지하도록 되어있다. 한편, 상기 주미끄럼베어링(7)도 마찬가지로 1쌍의 반쪽베어링부재로 구성되어 있다.

또 모든 반쪽베어링부재는 그 대표예로서 1쌍의 반쪽베어링부재(8a,8b)로 도시된 것과 같이, 저어널부(5)를 바쳐주는 축받이면(8g,8h)이 베어링합금층(8c,8d)으로 구성되면서, 이들 베어링합금층(8c,8d)이 각기반금속층(8e,8f)과 일체로 구성되어져 있다. 그리고 각 베어링합금층(8c,8d)은 최근에는 엔진의 경량화 및 고출력화로 인해 알루미늄합금으로 만들어지고 있지만, 구리 또는 구리합금이나 그 밖의 금속 또는 합금으로 만들수도 있다.

또한 양 미끄럼베어링(7,8)과 양 저어널부(4,5) 사이에는 제1도, 제2도 및 제4도에 도시된 것과 같이, 예컨대 각 저어널부의 직경에 대해1/100∼1/2000 정도의 틈새(12)에 후술하는 바와 같이 윤활유가 공급되도록 되어 있는바, 이와 같이 윤활유가 공급되게 되면 윤활유에 의해 형성되는 유막에 의해 각 저어널부(4,5)가 지지되어져 바람직한 윤활성이 유지됨과 동시에 소정의 냉각 효과도 얻을 수 있게 된다.

여기서 상기 틈새(12)는 원주면 전체에 걸쳐 일정하게 할 수도 있으나, 예컨데 제4도에 도시되어 있듯이 각 반쪽베어링(8a,8b)의 양끝부위를 얇게 해서 그 부근의 틈새(12)가 커지도록 하여 이른바 오일릴리이프(relief)현상으로 마찰손상이 경감되도록 할 수도 있다.

또 윤활유는 윤활유공급계통(도시안됨)으로부터 공급되어, 통상적으로 주저어널부(4)로 공급된 윤활유에 의해 다른쪽 저어널부(5)의 윤활도 이루어지도록 되어 있지만, 개별적으로 윤활유가 공급되도록 할 수도 있는바, 예컨대 제1도에 도시된 것과 같이 윤활유공급계통으로부터 하우징(6) 내부에 설치된 주공급통로(도시안됨)나 연락통로(도시안됨)로 윤활유가 공급되는 한편, 이 연락통로의 앞끝이 주미끄럼베어링(7)의 관통구멍(도시안됨)에 연통되어 이 관통구멍을 통해 주미끄럼베어링(7)의 관통구멍(되시안됨)에 연통되어 이 관통구멍을 통해 주미끄럼베어링(7)과 주저어널부(4) 사이로 공급되도록 한다. 다라서 이 주미끄럼베어링(7)과 주저어널부(4) 사이에는 상기와 같이 소정의 틈새가 존재하기 때문에, 주미끄럼베어링(7)상에서 주저어널부(4)가 회전하게 되면서 윤활유의 유동에 의해 유지시켜지게 된다.

또 주미끄럼베어링(7)과 주저어널부(4) 사이에 공급된 윤활유는 다른쪽 저어널부(5)와 컨넥팅로드(3)에 조립된 다른쪽 미끄럼베어링(8) 사이에도 보내지게 되는바, 즉 제1도에 도시된 것과 주저어널부(4)의 반경방향과 주저어저널부(4), 크랭크샤프트(2) 및 다른쪽 저어널부(5)의 경사방향으로 각각 연결통로(9,10)가 마련되어 있어서, 이 연결통로(9) 입구의 오일구멍(9a)으로 윤활유가 유입되어 연락통로(10)출구의 오일구멍(10a)에서 다른쪽 저어널부(5)와 다른쪽 미끄럼베어링(8)사이로 공급되게 된다.

그런데 이상과 같이 구성된 통상의 조립체(1)에 있어서, 본 발명에서는 적어도 컨넥팅로드(3)가 조립되는 곳의 다른쪽 미끄럼베어링(8)에서, 그 각 반쪽베어링부재(8a,8b)의 축받이면(8g,8h)상에 다른쪽 저어널부(5)의 오일구멍(10a)에 대응하도록 오목부(11)가 형성된 구조로 되어 있는바, 이 오목부(11)는 제2도, 3도 및 제4도에 도시된 것과 같이 다른쪽 미끄럼베어링부재(8a,8b)의 원주방향으로 뻗도록 형성되어, 컨넥팅로드(3)나 다른쪽 저어널부(5)가 상대적으로 회전할 때 오목부(11)가 오일구멍(10a)에 항상 대응시켜지도록 되어 있다. 이와 같이 오일구멍(10a)과 대응하는 부분에 오목부(11)가 형성되게 되면, 상기와 같이 틈새(12)에 의해 윤활성이 유지되는 외에 국부적으로 오일구멍(10a)과 대응하는 부분에 오목부(11)가 존재하기 때문에, 고출력화에 따른 틈새(12)에서의 윤활유 유막이 극단적으로 얇아지게 되더라도 오일구멍(10a)과 대응하는 부분에서 늘어붙는 현상이 일어난다거나 기타의 장해가 일어나지 않아 윤활성이 최대한 유지시켜지게 된다.

즉, 미끄럼베어링(7; 8)이 눌어붙는 현상이 일어나는 것은 양 저어널부(4,5)등의 회전축과 이것을 받쳐주는 미끄럼베어링(7,8)이 강하게 접촉해서 그 사이에 금속접촉이 일어나게 된다는 것이 가장 큰 원인이라고 알려져 있다. 또 이와 같은 강한 접촉은 반쪽베어링부재의 중앙부분보다 양쪽끝부위에서 양 저어널부 등의 회전축이 휘어지거나 유막두께가 확보되기 어렵기 때문에 반쪽베어링부재 양쪽끝 부위에서 흔히 강하게 발생된 다고 알려지고 있다. 그 때문에 제4도에 도시된 것과 같이 2개의 반쪽베어링부재(8a,8b)를 합칠 때 각 단면이 다소 어긋나게 되더라도 윤활유의 유량이 일정량 이상으로 확보될 수 있도록 양끝부위를 예컨대 중앙부보다 수10 정도 얇게해서 이른바 오일라이프가 형성되도록 하는 것이다

그러나 상기와 같이 1쌍의 반쪽베어링부재(8a,8b)의 끝부위에 오일릴리이프가 형성되어져 있다 하더라도 최근의 자동차용 내연기관과 같이 고회전, 고출력인 상황에서는 틈새(12)에서의 윤활유가 극도로 강하게 압축되는 일도 있게 되어, 양끝부위 이외의 다른 부위인 예컨대 중앙부에서도 눌어붙는 현상이 일어나게 된다.

이에 본 발명자는 고회전, 고출력하에서의 중앙부의 고착현상에 대해 상세히 검토한 바, 다음과 같은 사실을 알게 되었다.

첫째, 고회전, 고출력하에서 눌어붙는 현상은 가 반쪽베어링부재의 중앙부에서 대략환상으로 발생하게 되고, 더구나 그 발생부분에는 반드시 저어널부의 오일구멍이 대응하고 있었다. 이에 대해 반쪽베어링부재의 양끝부위가 중앙부보다 수 10μm 정도 얇아져 릴리이프브가 형성되어져 있게 되면 그 곳에는 전혀 고착현상이 일어나지 않았음을 알 수 있었다.

이러한 사실로부터 고회전, 고출력하의 고착현상은 종래부터 관찰되어 온 눌어붙은 현상과는 달리 저어널부 등의 회전축의 오일구멍과 깊은 관계에서 일어나고, 더구나 1쌍의 미끄럼베어링과 저어널부 사이의 유막두께의 변동과 저어널부와 미끄럼베어링의 상대적 위치 및 유막압력 등이 크게 관여하고 있음을 알게 되었다

이를 구체적으로 설명하면, 제6도에 도시된 바와 같이 종래의 미끄럼베어링(13)에는 고회전, 고출력 하에서는 2000∼3000kgf/cm과 같은 상당히 높은 유막압력이 작용하게 되고, 이와 같이 높은 압력이 작용하게 되면 예컨대 알루미늄계통합금으로 만들어진 베어링합금층(13a)은 그 표면에서부터 압출되어 두께가 약 1μm 정도 압축시켜지게 된다. 이에 대해 예컨대 다른쪽 저어널부(5)등의 오일구멍(10a)의 대응부분에서는 유막압력이 저하되어 10kgf/cm 정도미만으로 된다.

또 제7도 및 제8도를 가지고 이를 보다 더 구체적으로 나타내보면, 제7도는 제4도와 마찬가지로 위치를 도시한 횡단면도이고, 제8도는 다른쪽 저어널부(5)가 시계방향으로 회전시켜진 경우의 유막압력의 변화와 베어링합금층의 두께변화와의 관계를 나타낸 그래프로서 이를 제7도와 함께 살펴보면 6시방향에 오일구멍이 위치해 있게된다. 즉 제7도에 도시된 것과 같이 12시∼6시에 달하는 사이 및 6시를 지나 12까지는 유막압력이 높아지고 베어링합금은 계속 압축되어 있게 되는바, 그 사이에는 제8도에 나타나 있듯이 유막압력이 3000kgf/cm 정도로 높아져 있게 된다.

이에 반해 6시방향인 곳에서는 오일구멍이 존재함으로써 유막압력이 국부적으로 개방되어 겨우 공급압력과 같은 압력인 10kgf/cm 정도가지 낮아지게 된다. 또 이러한 유막압력의 주기적변화에 대응해서 오일구멍의 대응위치, 즉6시 위치에 달했을 때에는 압축되어져 있던 베어링합금층의 표면에서 압축압력이 개방되어 제8도에 나타내어진 것과 같이 팽창하게 된다. 그러나 그 팽창정도가 1μm 정도라 하더라도 고회전, 고출력하에서는 유막두께가 1μm 이하이고 표면이 높은 정밀도로 처리되었어도 그 조도(祖度)는 1μm 정도이기 때문에, 저어널부 등의 회전축이 6시위치에 달하게 되면 회전축과 미끄럼베어링의 축받이면이 금속접촉을 하게 되고, 이러한 현상은 오일구멍의 대응부분에서 연속적으로 발생하게 된다. 한편, 제8도에 나타나 있듯이 베어링합금층표면의 변위는 유막압력 변화보다 약간 늦게 발생하기 때문에, 그 팽창부분(14)이 제9도에 도시된 것과 같이 저어널부(5)의 오일구멍(10a)일부, 즉 후반 부분에서 강하게 접촉하게 되어, 이러한 금속접촉에 의해 현저한 발열이 수반되게 되고, 이와 같은 연속적인 현상이 되풀이 되면 오일구멍(10a)부근의 온도가 상승하게 되어 그곳의 유막이 점점 얇아져 더욱 유막압력도 더 높아지게 됨으로써 금속접촉이 한층 더 강해지게 된다.

한편, 저어널부(5)에서 다수의 오일구멍이 형성되게 되면, 저어널부(5)가 1회전하게 되면 금속접촉이 2배 또는 그 이상 발생하게 된다. 또 미끄럼베어링을 구성하는 각 반쪽베어링부재에 있어서도 그 끝부위에서는 상기와같이 베어링합금층이 얇게 되어 있기 때문에, 그곳에서 유막압력이 정하되어 그 압력변화에 수반해서 베어링합금층의 표면이 어느정도 변화하게 된다. 그러나 그러한 변화가 있다하더라도 각 반쪽베어링부재의 끝부위에서는 미리 베어링 합금층의 두께가 급격히 얇아지도록 되어 있기 때문에 금속접촉은 거의 일어나지 않게 된다.

본 발명은 상기와 같이 고회전, 고출력하에서 고착현상이 일어나는 것을 알고서, 각 반쪽베어링부재의 끝부위를 제하고 유막압력의 변화에 따라 베어링합금층의 표면이 반복해서 변화하는 곳에 저어널부 등의 고착현상이 발생되지 않는다는 사실에 착안해서 발명한 것이다.

따라서 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 컨넥팅로드(3)의 조립된 1쌍의 반쪽베어링부재(8a,8b)에 다른쪽 저어널부(5)를 지지하는 경우, 각 반쪽베어링부재(8a,8b)의 축받이면(8g,8h)상에 오일구멍(10a)에 대응해서 오목부(11)를 원주방향으로 뻗어 형성시킨 구조로 되어 있다.

여기서 이 오목부(11)의 폭이 너무 크게 되면 적어도 상대되는 다른쪽 저어널부(5)의 오일구멍(10a)폭 이상, 예컨대 1.0∼1.3배 범위에 있어야 한다.

한편, 오목부(11)의 폭이 너무 크게 되면 그 오목부(11)위치에서 필요 이상으로 틈새가 커지게 되어 바람직한 두께의 유막이 형성되지 않게 되어 저어널부의 회전에 지장이 초래되기 때문에, 오목부(11)의 폭의 상한은 오일구멍(10a)의 직경폭에 30%이내의 범위로 더 넓혀지는 것이 적당하다.

또, 오목부의 깊이는 미끄럼베어링, 예컨대 반쪽베어링부재(8a,8b)의 축받이면(8g,8h)과 상대되는 다른 쪽 저어널부(5) 표면상태와 관련해서 결정되어야 할 필요가 있는바, 즉 상대되는 다른쪽 저어널부(5)와 반대쪽베어링부재(8a,8b) 표면의 각 최대 거칠기의 합, 예컨대 1μm 이상으로 될 것이 필요하다.

그리고 깊이가 너무 깊으면 그 부분에서는 하중을 지탱하기가 어렵게 되고 기타의 부분에서는 소망하는 유막이 형성되기 어렵게 되어 베어링에 피로현상이 일어날 염려가 있기 때문에 20μm 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 컨넥팅로드(3)에 조립되는 다른 미끄럼베어링(8), 그중 각 반쪽베어링부재(8a,8b)상에 오목부(11)를 형성시키는 외에 크랭크샤프트(2)의 주저어널부(4)를 지지하는 주미끄럼베어링(7)에 있어서도, 그 반쪽베어링부재의 축받이면상에 예컨대 반경방향연결통로(9)의 입구에 상당하는 오일구멍(9a)에 대응해서 오목부(도시안됨)를 형성시킬 수도 있는바, 이 오목부도 마찬가지로 각 반쪽베어링부재의 축받이면에서 원주방향으로 뻗어 형성시켜지게 된다.

또, 상기 조립체(1)에 있어서 각 저어널부(4,5)에도 제5도에 도시되어져 있듯이 오목부(15)를 형성시킬 수가 있는바, 이 오목부(15)는 연결통로(9)의 입구에 상당하는 오일구멍(9a)이나 연결통로(10)의 출구에 상당하는 오일구멍(10a)을 포함해서 환상으로 형성되게 된다.

이와 같이 각 저어널부(4,5)상에 오목부가 형성되게 되면 각 저어널부(4,5)를 지지하는 미끄럼베어링상에 반드시 상기와 같이 오목부가 형성되지 않아도, 고출력화에 따라 유막이 상당히 얇아지게 된 상태에서도 금속접촉이 일어나지 않게 됨으로써 윤활성이 충분히 유지될 수 있게 된다.

즉, 상기와 같이 유막압력이 주기적으로 변화함에 따라 미끄럼 베어링의 베어링합금층이 오일구멍(9a,10a)부근에서 팽창하게 되어도, 각 저어널부(4,5)에는 오일구멍(9a,10a)을 포함하는 오목부(15)가 환상으로 형성되어져 있기 때문에, 베어링합금층과 저어널표면과의 사이에 금속접촉이 일어나지 않게 된다. 또 각 저어널부(4,5)에 오일구멍(9a,10a)을 뚫을 때 공작정밀도를 상당히 높여 뚫는다 하더라도, 그 주변에 끄트래기 등이 발생해서 이 상대되는 저어널부의 표면을 손상시켜 이상마모를 일으키고, 그러한 형상은 특히 고회전, 고출력일 때에는 현저해서 고착현상을 야기하게 된다.

그러나 각 저어널부, 그 중에서도 저어널부(5)의 오일구멍(10a)을 포함해서 환상의 오목부(15)가 형성되어 있기 때문에 상기와 같이 베어링 손상되는 사고가 회피될 수 있게 된다.

다음에는 본 발명의 구성부에 구체적인 칫수를 적용한 결과에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예로서, 직렬 4기통 4사이클이고 배기량이 1.8ι인 가솔린엔진의 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 4개의 저어널부(직경 45mm이고, 지름이 7mm인 오일구멍이 형성되어져 있는)중 1번 저어널부 및 3번 저어널부에 각각 본 발명에 따른 미끄럼베어링을 매개로 컨넥팅로드를 조립하고 2번 저어널부 및 4번 저어널부에는 종래의 예에 따른 미끄럼베어링을 매개로 컨넥팅로드를 조립하였다.

그리고 이들 양 미끄럼베어링은 모두 내경 45mm×폭 12.9mm×두께 1.5mm인 반원통형상의 반쪽베어링부재를 조합해서 원통형상으로 구성시킨 것으로서, 각 반쪽베어링부재의 베어링합금층은 알루미늄합금으로 만들어지면서 그 표면에 피복도금층을 형성시키지 않고 표면을 조도 2.0μm 정도로 후처리한 것을 사용하였다. 또한 이들 미끄럼베어링중 본 발명에 따른 미끄럼베어링은, 양끝의 릴리이프부를 제거하고 보오링가공으로 저어널부의 오일구멍 대응위치에 오목부(폭 8mm, 깊이 7μm인)를 환상으로 형성시켰다. 이에 대해 종래의 예에 따른 미끄럼베어링에서는 이와 같은 오목부를 형성시키지 않고 축받이면이 평탄면으로 된 것을 사용하였다.

이상과 같이 본 발명에 따른 미끄럼베어링과 종래예에 따른 미끄럼베어링을 교대로 조립한 가솔린엔진을 표 1로 나타낸 조건에서 테스트하여 고착현상을 평가하니까 표 2에 나타내어진 결과를 얻게 되었다.

[표 1]

시험조건

[표 2]

고착성 결과

표 2의 결과로부터, 본 발명에 따른 미끄럼베어링이 종래의 것과 재질이 같은 재질로 되어 있어서, 이들의 비교에서 본 발명에 따른 베어링이 확실히 고착현상에의 감내성이 우수함을 알 수 있다.

다음, 본 발명의 다른 실시예로서, 제1실시예에서의 직렬 4기통 1.8ℓ 가솔린엔진의 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 그 저어널부(직경 45mm)에 오일구멍(직경 7mm)이 형성되고, 폭이 7mm, 깊이가 5μm인 오목부를 형성시켜, 이를 제1실시예의 표 1로 나타내어진 테스트조건으로 고착현상에 대하여 평가하니까, 종래의 크랭크샤프트에서는 20시간만에 베어링부재 중앙부에 고착현상이 발생하였으나, 본 발명에 따른 크랭크샤프트에서는 고착현상이 일어나지 않았다.

Claims (3)

1. 적어도 1개의 크랭크샤프트(2) 양 끝에 각각 형성된 저어널부(4,5)중 한쪽 저어널부(4)에 1쌍의 반쪽베어링부재로 구성된 미끄럼베어링(7)이 개재되어 이 한쪽저어널부(4)를 중심으로 크랭크샤프트(2)가 자유로이 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 다른쪽 저어널부(5)에는 1쌍의 반쪽베어링부재(8a,8b)로 구성된 미끄럼베어링(8)이 개재되어 컨넥팅로드(3)의 한쪽끝이 자유로이 회전할 수 있도록 끼워져 결합되면서, 상기 각 저어널부(4,5)에 윤활유가 공급되어 유동하도록 된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 상기 미끄럼베어링(7,8)이, 이들을 구성하는 각 반쪽베어링부재의 축받침면상에, 상기 각 저어널부(4,5) 상호간의 윤활유유동용 연결통로(9,10)의 입구 및 출구인 오일구멍(9a,10a)에 대응해서 미끄럼베어링(7,8)의 원주방향으로 깊이가 얕은 오목부(11)가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 오목부(11)가, 폭이 상기 오일구멍 직경의 1∼1.3배로 됨과 더불어, 깊이가 상기 저어널부(4,5) 표면의 최대조도와 상기 미끄럼베어링부재의 축받이면 최대조도의 합보다 크고 20μm보다는 작도록 된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체.
3. 적어도 1개의 크랭크샤프트(2)양 끝에 각각 형성된 저어널부(4,5)중 한쪽 저어널부(4)에 1쌍의 반쪽베어링부재로 구성된 미끄럼베어링(7)이 개재되어 이 한쪽저어널부(4)를 중심으로 크랭크샤프트(2)가 자유로이 회전할 수 있도록 지지되는 한편, 다른쪽 저어널부(5)에는 1쌍의 반쪽베어링(8)이 개재되어 컨넥팅로드(3)의 한쪽끝이 자유로이 회전할 수 있도록 끼워져 결합되면서, 상기 각 저어널부(4,5)에 오일구멍(9a,10a)으로부터 윤활유가 공급되어 유동하도록 된 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체에 있어서, 상기 저어널부(4,5)중 적어도 한쪽의 저어널부가 그 외주면상에 상기 각 저어널부(4,5) 상호간의 윤활유유통용 연락통로(9,10)의 입구 및 출구인 오일구멍(9a,10a)를 포함하면서 저어널부의 원주방향으로 뻗어 얕은 깊이로 오목부(15)가 형성된 것으로 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트-컨넥팅로드조립체.

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