WO2010064824A2 - 슬라이딩베어링 및 슬라이딩베어링 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성된 슬라이딩베어링에 관한 것으로서, 이러한 본 발명의 슬라이딩베어링은 상기 윤활유저장부의 체적이 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 5~30부피%를 차지하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

슬라이딩베어링 및 슬라이딩베어링 조립체
본 발명은 기계장치의 연결부분에 사용되는 슬라이딩베어링 및 이를 포함하는 슬라이딩베어링 조립체에 관한 것이다.
베어링은 회전하는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 축에 걸리는 하중(load)을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다. 이러한 베어링은 축과의 접촉상태에 따라 일반적으로 구름베어링(rolling bearing)과 슬라이딩베어링(sliding bearing)으로 나누어진다. 이 중에서 슬라이딩베어링은 축에 걸리는 하중을 지지하는 능력이 우수하여 건설기계 등의 각종 연결부분에 많이 사용되고 있다.
이러한, 슬라이딩베어링에는 축이 슬라이딩베어링에 삽입되어 회전 또는 요동운동을 함에 있어 상호 마찰에 의해 축이나 슬라이딩베어링이 마모되는 것을 방지하기 위해 윤활유가 급지된다.
그런데, 윤활유가 급지된 슬라이딩베어링이 정지 및 작동시, 또는 외부로부터 변동되는 하중을 받았을 때는 슬라이딩베어링에 형성된 유막이 부분적으로 파괴되는 경우가 있고, 일정시간 작동 후에는 윤활유의 소진으로 유막 부족현상이 발생하기 때문에 슬라이딩베어링에는 윤활유를 주기적으로 급지해야 한다.
만약, 유막이 부족한 상태로 슬라이딩베어링이 작동되면 축과 슬라이딩베어링 사이의 마찰에 의해 마모량이 증가하게 되고, 마찰열에 의해 축과 슬라이딩베어링 사이에는 시저(seizure : 축과 베어링 등의 마찰면이 마찰에 의한 열로 가열되어 금속의 일부가 녹아서 면이 거칠어지거나 상대편면에 융착되는 것을 의미함)가 발생하게 된다.
따라서, 슬라이딩베어링에 윤활유를 주기적으로 급지하는 작업은 매우 중요한데, 이러한 윤활유 급지작업은 번거로울뿐만 아니라 급지작업을 하는 동안 기계장치를 가동하지 못하기 때문에 장치의 가동률 또한 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라, 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 슬라이딩베어링에 윤활유를 급지하는 급지주기를 연장시키고, 시저가 발생하는 것을 억제하기 위한 기술이 다양하게 시도되고 있다. 그 예로는 축에 윤활유를 저장하고, 축에 저장된 윤활유 소진시 윤활유를 직접 축에 공급할 수 있도록 한 한국공개특허공보 10-2006-0070264호와, 베어링에 홈을 형성하여 윤활유를 저장시킨 한국공개특허공보 10-1999-0082076호를 들 수 있다.
여기서, 상기 한국공개특허공보 10-1999-0082076호(이하, '선행기술' 이라 함)에 대해 도1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
선행기술은 베어링(10)이 슬라이딩되는 표면(20)에 0.03~0.3㎜의 깊이 및 상기 깊이에 대한 면적비가 10~40㎜인 윤활유 포켓(30)을 형성시켜, 베어링(10)이 슬라이딩되는 표면(20)에 윤활유를 공급하는 역할을 하도록 하여 베어링(10)에 국부적인 유막끊김현상이 방지되도록 한 것이다.
그러나, 선행기술에 개시된 베어링(10)은 접촉면을 분산시키기 위해 원형의 포켓(30)을 형성시키고, 형성된 포켓(30)에 윤활유를 저장하여 베어링(10)이 슬라이딩되는 표면(20)에 유막이 일정하게 유지되도록 한 것이지만, 포켓(30)의 형상이 너무 작아 충분한 윤활유를 저장할 수 없어 윤활유 급지주기를 연장하는 데는 한계가 있었다.
한편, 축과 슬라이딩베어링 사이에서 순환되는 윤활유의 양을 늘리기 위해 슬라이딩베어링에 윤활유를 저장하기 위한 홈의 크기를 크게 하고, 그 개수를 늘려 더 많은 양의 윤활유를 저장시키는 방법도 있다. 그런데, 윤활유를 저장하기 위한 홈의 크기를 크게 하거나 그 개수를 늘리면 축과 슬라이딩베어링간의 실제적인 접촉면적이 줄어들어 축과 슬라이딩베어링 사이의 접촉압력이 상승하게 되며, 결과적으로는 슬라이딩베어링의 마모량이 증가하고, 마찰열에 의해 시저가 발생하는 역효과가 나타나게 된다.
따라서, 슬라이딩베어링에 저장되는 윤활유의 양을 늘리고 축과 슬라이딩베어링 사이에서 작용하는 접촉압력을 분산시키기 위해서는 축과 슬라이딩베어링 각각의 직경을 크게 하고 축방향에 따른 각각의 길이를 길게 해야 한다. 그런데, 축과 슬라이딩베어링 각각의 직경 및 길이를 크게 하면 축과 슬라이딩베어링을 포함하는 슬라이딩베어링 조립체가 전체적으로 대형화되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 슬라이딩베어링을 대형화시키지 않고 슬라이딩베어링에 윤활유를 저장할 수 있는 공간을 최대한으로 마련하여, 슬라이딩베어링의 윤활성, 내시저성, 내마모성을 향상시키고 윤활유 급지시간을 연장시킬 수 있는 슬라이딩베어링 및 이를 포함하는 슬라이딩베어링 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성된 슬라이딩베어링으로서, 상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 5~30부피%를 차지하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링을 제공한다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 6.7~13.6부피%를 차지할 수 있다.
본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 8.3~11.6부피%를 차지할 수 있다.
이때, 상기 윤활유저장부의 체적(V1)이란 상기 슬라이딩베어링 전체 체적(V1+V2(상기 슬라이딩베어링의 전체 체적에서 상기 윤활유저장부의 체적을 제외한 체적))에서 상기 윤활유저장부가 차지하는 체적을 의미한다.
한편, 본 발명의 슬라이딩베어링은 내주면과 외주면을 포함하며, 상기 윤활유저장부는 상기 슬라이딩베어링의 내주면에 마련되는 제1윤활유저장소와, 상기 슬라이딩베어링의 외주면에 마련되는 제2윤활유저장소를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 15~60%일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 20.8~48.1%일 수 있다.
이때, 상기 제1윤활유저장소의 표면적(Sa)이란 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적(Sa+Sb(상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적에서 상기 제1윤활유저장소의 표면적을 제외한 면적))에서 상기 제1윤활유저장소가 차지하는 표면적을 의미한다.
본 발명의 슬라이딩베어링에는 상기 제1윤활유저장소와 상기 제2윤활유저장소를 연결하는 다수개의 통로가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 슬라이딩베어링의 내주면에서 상기 제1윤활유저장소와 상기 슬라이딩베어링의 내주면이 이루는 경사각은 120~160도일 수 있다.
한편, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 제1윤활유저장소는, 상기 슬라이딩베어링의 원주방향을 따라 형성되는 1개 이상의 고리홈과 상기 고리홈 주변으로 형성되는 3개 이상의 포켓홈을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고리홈이란 상기 슬라이딩베어링의 원주방향을 따라 상기 슬라이딩베어링의 내주면을 1회 회전하여 원형(ring)으로 형성되는 홈을 의미하고, 상기 포켓홈은 상기 고리홈 주변으로 움푹 파여 웅덩이 형태로 형성되는 홈을 의미한다.
본 발명의 다른 일례에 따르면, 상기 슬라이딩베어링의 원주방향에 따른 상기 포켓홈의 길이 대비 상기 슬라이딩베어링의 길이방향에 따른 상기 포켓홈의 길이의 비율은 1 이상으로 할 수 있다.
또한, 상기 슬라이딩베어링의 길이방향에 따른 상기 포켓홈의 길이는 상기 슬라이딩베어링 전체 길이의 1/20~1/2일 수 있다.
또, 상기 슬라이딩베어링의 원주방향에 따른 상기 포켓홈의 길이는 상기 슬라이딩베어링 내주면 원주길이의 1/100~1/20일 수 있다.
이때, 상기 슬라이딩베어링의 원주방향이란 상기 슬라이딩베어링의 내주면 또는 외주면을 따라 회전하는 방향(도2의 A 방향)을 의미하며, 상기 슬라이딩베어링의 길이방향이란 상기 슬라이딩베어링의 길이에 따른 방향(도2의 B 방향)을 의미한다.
본 발명의 일례에 따르면, 상기 포켓홈의 깊이는 0.5~3mm로 할 수 있다.
한편, 본 발명은, 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성된 슬라이딩베어링으로서, 상기 슬라이딩베어링은 내주면과 외주면을 포함하고, 상기 윤활유저장부는 상기 슬라이딩베어링의 내주면에 마련되는 제1윤활유저장소와, 상기 슬라이딩베어링의 외주면에 마련되는 제2윤활유저장소를 포함하며, 상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 15~60%이며, 상기 제2윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 외주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 외주면 전체 면적의 15~40%인 것을 특징으로 또 다른 슬라이딩베어링을 제공한다.
이때, 상기 제1윤활유저장소의 표면적(Sc)이란 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적(Sc+Sd(상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적에서 상기 제1윤활유저장소의 표면적을 제외한 면적))에서 상기 제1윤활유저장소가 차지하는 표면적을 의미하며, 상기 제2윤활유저장소의 표면적(Se)이란 상기 슬라이딩베어링 외주면 전체 면적(Se+Sf(상기 슬라이딩베어링 외주면 전체 면적에서 상기 제2윤활유저장소의 표면적을 제외한 면적))에서 상기 제2윤활유저장소가 차지하는 표면적을 의미한다.
또한, 본 발명은, 축; 상기 축을 수납하여 회전 또는 요동운동하는 상기 슬라이딩베어링; 및 상기 슬라이딩베어링을 수용하는 보스를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링 조립체를 제공한다.
여기서, 본 발명의 일례에 따른 상기 슬라이딩베어링 조립체는 상기 슬라이딩베어링의 양측에 더스트실을 더 포함할 수 있으며, 상기 더스트실은 상기 슬라이딩베어링의 양단(both ends)과 0~15mm범위의 간격으로 마련될 수 있다.
도1은 종래의 슬라이딩베어링을 설명하기 위한 사시도이다.
도2는 본 발명의 제1 구조에 따른 슬라이딩베어링의 사시도이다.
도3은 본 발명의 제1 구조에 따른 슬라이딩베어링의 단면도이다.
도4 및 도5는 본 발명의 제1 구조에 따른 슬라이딩베어링을 설명하기 위한 단면도이다.
도6 및 도7는 본 발명의 제1 구조에 따른 슬라이딩베어링을 나타낸 도2를 I-I 절단선을 따라 자른 후 자른면 쪽에서 바라본 평면도이다.
도8 내지 도10는 본 발명의 제1 구조에 슬라이딩베어링을 설명하기 위한 단면도이다.
도11은 본 발명의 일례에 따른 슬라이딩베어링 조립체에 대한 단면도이다.
도12은 본 발명의 일례에 따른 슬라이딩베어링 조립체의 일부를 확대한 확대단면도이다.
이하에서는 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
[제1 구조의 슬라이딩베어링]
도2는 본 발명의 제1 구조에 따른 슬라이딩베어링의 사시도이고, 도3는 단면도이다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 슬라이딩베어링(100)은 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부(110)가 형성되어 있다. 이러한 윤활유저장부(110)는 슬라이딩베어링(100)과 상호 운동(예를 들어, 회전 또는 요동운동)하는 부재(예를 들어, 축) 사이에 국부적인 유막끊김이나 유막 부족을 발생시키지 않고, 장시간 동안 충분한 윤활작용을 얻을 수 있도록 형성되는 것으로, 형성된 윤활유저장부(110)의 체적은 슬라이딩베어링(100) 전체 체적의 5~30부피%를 차지한다.
윤활유저장부(110)의 체적이 슬라이딩베어링(100) 전체 체적의 5부피% 미만이면, 윤활유가 함유되는 공간이 너무 작아 슬라이딩베어링(100)에 요구되는 하중보다 작은 하중에서 시저(seizure)가 발생할 수 있으며, 30부피%를 초과하면 윤활유가 함유되는 공간이 너무 커져 슬라이딩베어링(100)의 전체강성이 부족하게 되어 변형이 일어날 수 있기 때문이다.
여기서, 윤활유저장부(110)의 체적은 슬라이딩베어링(100) 전체 체적의 6.7~13.6부피%, 또는 8.3~11.6부피%를 차지하도록 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 슬라이딩베어링(100)은 내주면(S1)과 외주면(S2)을 포함하며, 윤활유저장부(110)는 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 마련되는 제1윤활유저장소(111)와, 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)에 마련되는 제2윤활유저장소(112)를 포함할 수 있다.
이때, 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)은 슬라이딩베어링(100) 내부에 형성된 중공의 표면에 해당되는 것으로, 구체적으로는 슬라이딩베어링(100) 내부에 상호 운동하는 부재(예를 들어, 축)가 장착될 경우 슬라이딩베어링(100)과 상호 운동하는 부재가 접촉하는 접촉면으로 정의될 수 있다. 또한, 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)은 슬라이딩베어링(100)을 수용하는 부재(예를 들어, 보스)와 접촉하는 접촉면으로 정의될 수 있다.
제1윤활유저장소(111)는 슬라이딩베어링(100)이 작동함에 있어 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 윤활유를 충분히 공급 및 순환시켜 국부적인 유막끊김을 감소시키기 위한 것으로, 제1윤활유저장소(111)가 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에서 차지하는 표면적은 슬라이딩베어링(100) 내주면(S1) 전체 면적의 15~60%, 바람직하게는 20.8~48.1%일 수 있다.
제1윤활유저장소(111)의 표면적이 슬라이딩베어링(100) 내주면(S1) 전체 면적의 15% 미만이면 윤활유가 공급되는 표면적이 너무 좁아져 윤활유가 내주면(S1)에 전체적으로 순환되지 못해 국부적인 유막끊김이 발생하고 마찰열이 급속하게 높아지며, 60%를 초과하면 윤활유가 공급되는 표면적이 너무 넓어져 내하중성을 충분히 얻을 수 없어 고하중에 의한 유막끊김현상이 발생할 수 있다.
이러한 제1윤활유저장소(111)는 도4 및 도5(도4 및 도5는 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 형성될 수 있는 제1윤활유저장소(111)의 단면형상을 나타낸 것임)에 도시된 바와 같이 다양한 단면형상을 갖도록 형성될 수 있는데, 이때, 제1윤활유저장소(111)의 깊이(T1)는 슬라이딩베어링(100)의 강성, 가공비용 및 시간을 고려했을 때, 슬라이딩베어링(100) 두께(T3)의 2/5 이하로 마련될 수 있다.
또한, 슬라이딩베어링(100)이 작동됨에 있어 제1윤활유저장소(111)의 손상을 방지하기 위해, 제1윤활유저장소(111)는 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)과 120~160도 범위의 경사각(α)을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다.
슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에서 제1윤활유저장소(111)와 내주면(S1)이 이루는 경사각(α)이 120도 미만이면 제1윤활유저장소(111)의 에지(edge)에 의해 슬라이딩베어링(100)과 상호 운동하기 위해 내부에 장착되는 부재가 손상될 수 있으며, 160도를 초과하면 경사각(α)이 과도하게 커져 윤활유를 저장하고 있기가 어려울 수 있기 때문이다.
또, 제1윤활유저장소(111)와 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)이 이루는 경사각(α)이 120도 미만이면, 경사각(α)이 너무 작아 제1윤활유저장소(111)에 저장된 윤활유가 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)으로 원활히 유출되지 못하며, 160도를 초과하면 경사각(α)이 너무 커져 한꺼번에 많은 양의 윤활유가 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 공급될 수 있다.
한편, 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 형성되는 제1윤활유저장소(111)의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 도2 및 도6 내지 도7에 도시된 바와 같이 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)에 따라 형성되는 1개 이상의 고리홈(111a)과 고리홈(111a) 주변으로 형성되는 3개 이상의 움푹 파인 웅덩이 형상의 포켓홈(111b)을 가지도록 형성될 수 있다.
슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)을 따라 1개 이상의 고리홈(111a)을 형성하면 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 윤활유를 원활히 공급시킬 수 있으며, 내주면(S1) 전체 면적에서 제1윤활유저장소(111)의 표면적이 최대 60%를 차지할 경우 포켓홈(111b)을 균등한 간격으로 형성시켜 윤활성을 향상시키기 위해서는 3개 이상의 포켓홈(111b)을 형성시키는 것이 적절한 것이다.
여기서, 고리홈(111a)이 하나일 경우, 고리홈(111a)은 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1) 어느 곳이든 형성될 수 있으나. 형성되는 위치는 도6 내지 도7에 도시된 바와 같이 내주면(S1)의 중심부에 형성될 수 있고, 형상은 도2에 도시된 바와 같이 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)을 따라 1회 회전하여 원형(ring)으로 형성되는 것이 가능하다. 또한, 고리홈(111a)의 주변에 형성되는 포켓홈(111b)은 사각형, 모서리가 둥근 사각형, 원형, 타원형, 불규칙적인 형상 등 기계적으로 가공될 수 있는 형상이면 어느 것이든 무방하며, 여러 가지의 형상을 2개 이상 혼합하여 형성시킬 수도 있다.
상기한 포켓홈(111b)은 원주방향길이(L2) 대비 길이방향길이(L1)의 비율(L1/L2)이 1 이상으로 형성될 수 있다. 즉, 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 원활한 윤활유를 공급하기 위해서는 슬라이딩베어링(100)의 길이방향(B)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L1)가 원주방향(A)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L2)와 같거나, 원주방향(A)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L2)보다 크게 형성되는 것이다.
또, 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 원활한 윤활유 공급을 위해 슬라이딩베어링(100)의 길이방향(B)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L1)는 슬라이딩베어링(100) 전체길이(슬라이딩베어링의 길이방향에 따른 전체길이)의 1/20~1/2이며, 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)에 따른 포켓폼(111b)의 길이(L2)는 슬라이딩베어링(100) 내주면 원주길이(슬라이딩베어링(100) 내경의 둘레)의 1/100~1/20인 것이 바람직하다.
제1윤활유저장소(111)의 표면적이 내주면(S1) 전체 면적의 15%를 차지할 때, 슬라이딩베어링(100)의 길이방향(B)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L1)가 슬라이딩베어링(100) 전체 길이의 1/20 미만이면, 아무리 균일하게 포켓홈(111b)을 형성시켜도 길이방향(B)으로 유막이 충분하게 형성되지 않으며, 1/2를 초과하면 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L2)가 작아져 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)을 따라 유막이 충분히 형성되지 않을 수 있다.
또한, 슬라이딩베어링(100)이 작동하기 위해서는 그 내주면(S1)에 유막이 유지되어야 하는데, 제1윤활유저장소(111)의 표면적이 내주면(S1) 전체 면적의 15%를 차지할 때, 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L2)가 슬라이딩베어링(100) 내주면 원주길이의 1/100 미만이면, 아무리 균일하게 포켓홈(111b)을 형성시켜도 원주방향(A)으로 유막이 충분하게 형성되지 않으며, 1/20을 초과하면 동일 면적비율에서 상대적으로 슬라이딩베어링(100)의 길이방향(B)에 따른 포켓홈(111b)의 길이(L1)가 작아져 포켓홈(111b)들간에 유막끊김현상이 발생할 수 있다.
여기서, 제1윤활유저장소(111)에 형성되는 포켓홈(111b)의 깊이는 상기에서 언급한 슬라이딩베어링(100) 두께(T3)의 2/5 이하인 것이 바람직한데, 더욱더 바람직하게는 0.5~3mm범위인 것이 좋다. 포켓홈(111b)의 깊이가 0.5mm 미만이면 윤활유를 충분히 저장할 수 없어 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 유막이 효율적으로 유지되지 못하며, 3mm를 초과하면 가공비용이 과다하게 높아질 수 있기 때문이다.
한편, 제2윤활유저장소(112)는, 제1윤활유저장소(111)와 다수개의 통로(H)로 연결되어 제1윤활유저장소(111)에 윤활유를 공급하기 위한 것으로, 제2윤활유저장소(112)가 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)에서 차지하는 표면적은 외주면(S2) 전체 면적의 15~40%일 수 있다.
제2윤활유저장소(112)의 표면적이 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2) 면적의 15%미만이면 제2윤활유저장소(112)를 형성시키는 비용에 비해 전체적인 윤활유저장부(110)의 효율이 떨어지며, 40%를 초과하면 외주면(S2)에서 제2윤활유저장소(112)가 차지하는 표면적이 너무 넓어 슬라이딩베어링(100)을 수용하는 부재(예를 들어, 보스)에 고정시킬 경우 최대 죔쇄량으로 고정시키더라도 슬라이딩베어링(100)이 고정되지 않고 이탈하는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 제2윤활유저장소(112)는 도8 내지 도10(도8 내지 도10는 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)에 형성되는 제2윤활유저장소(112)의 단면형상을 나타낸 것임)에 도시된 바와 같이 다양한 단면형상을 갖도록 형성될 수 있는데, 이때, 제2윤활유저장소(112)의 깊이(T2)는 슬라이딩베어링(100)의 강성, 가공비용 및 시간을 고려했을 때, 슬라이딩베어링(100) 두께(T3)의 2/5 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제2윤활유저장소(112)는 제1윤활유저장소(111)에 윤활유를 공급하는 역할이기 때문에 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)과 이루는 경사각(β)의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 슬라이딩베어링(100)이 이를 수용하는 부재와 고정되지 않고 상호 운동할 경우 제2윤활유저장소(112) 또한 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)에 윤활유를 공급 및 순환시키는 역할을 수행할 수도 있다.
따라서, 상기한 경우에는 제2윤활유저장소(112)의 손상을 방지하기 위해, 제2윤활유저장소(112)는 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)과 120~160도 범위의 경사각(β)을 이루도록 마련될 수 있다. 외주면(S2)과 이루는 경사각(β)이 120도 미만이면, 제2윤활유저장소(112)의 에지(edge)에 의해 슬라이딩베어링(100)과 접촉하여 상호 운동하는 부재가 손상될 수 있으며, 160도를 초과하면 외주면(S2)과 이루는 경사각(β)이 과도하게 커져 윤활유를 저장하고 있기가 어려울 수 있기 때문이다.
여기서, 제2윤활유저장소(112)는 도2에 도시된 바와 같이 슬라이딩베어링(100)의 외주면(S2)의 중심부에 슬라이딩베어링(100)의 원주방향(A)을 따라 마련(구체적으로는 제1윤활유저장소(111)에 마련되는 고리홈(111a)과 같은 형상)될 수 있다. 또한, 제1윤활유저장소(111)와 다수개의 통로(H)로 연결됨에 있어 제2윤활유저장소(112)는 제1윤활유저장소(111)의 고리홈(111a)과 연결되는 것이 바람직하다. 슬라이딩베어링(100) 내주면(S1)의 중심부에 마련된 고리홈(111a)에 윤활유를 공급해야 윤활유가 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 고르게 퍼질 수 있기 때문이다.
[제2 구조의 슬라이딩베어링]
본 발명의 제2 구조에 따른 슬라이딩베어링은 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성되어 있으며, 상기 윤활유저장부는 슬라이딩베어링의 내주면에 마련되는 제1윤활유저장소와 슬라이딩베어링의 외주면에 마련되는 제2윤활유저장소를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1윤활유저장소가 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 15~60%이며, 상기 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링의 외주면에서 차지하는 표면적은 슬라이딩베어링 외주면 전체 면적의 15~40%인 것이 바람직하다.
이러한 제2 구조의 슬라이딩베어링에 형성되는 윤활유저장부에 대한 구체적인 설명에 대해서는 상기 제1구조의 슬라이딩베어링에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다. 또한, 윤활유저장부에 포함되는 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소에 대한 설명 및 그 표면적에 대한 구체적인 설명도 상기에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
[슬라이딩베어링 조립체]
도11은 본 발명에 따른 슬라이딩베어링 조립체에 대한 단면도이다.
도11을 참조하면, 본 발명의 슬라이딩베어링 조립체는 축(200), 슬라이딩베어링(300), 보스(400)를 포함한다.
축(200)은 슬라이딩베어링(300)에 삽입된다. 이때, 축(200)과 슬라이딩베어링(300)은 일체가 되어 회전 또는 요동운동을 하거나 서로 분리되어 운동할 수 있다.
슬라이딩베어링(300)은 축(200)을 수납하며, 축의 회전 또는 요동운동을 인도하는 역할을 수행하는데, 이때, 슬라이딩베어링(300)의 표면에는 윤활유저장부(310)가 마련되어 있다. 즉, 축(200)과 슬라이딩베어링(300) 사이에 국부적인 유막끊김이나 유막 부족을 발생시키지 않고, 장시간 동안 충분한 윤활작용을 얻을 수 있도록 슬라이딩베어링(300)에는 윤활유를 저장하여 공급하는 윤활유저장부(310)가 마련되는 것이다.
이러한 본 발명의 슬라이딩베어링(300)은 구체적으로 상기에서 설명한 제1 구조 또는 제2 구조의 슬라이딩베어링이 적용 가능한 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 상기에서 설명한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
보스(400)는 슬라이딩베어링(300)을 수용하는 것으로 슬라이딩베어링(300)과 고정되어 있지만, 슬라이딩베어링(300)과 회전가능하도록 결합시킬 수도 있다.
한편, 본 발명의 슬라이딩베어링 조립체는 슬라이딩베어링(300) 사이로 각종 이물질(예를 들어, 먼지)이 침투하는 것을 방지하기 위해 슬라이딩베어링(300)의 양측으로 더스트실(500)을 더 마련할 수 있는데, 이때, 더스트실(500) 각각은 슬라이딩베어링(300)의 양단(both ends)과 일정범위의 간격(L3, 도12 참조)으로 마련되는 것이 좋다.
슬라이딩베어링(300)의 양단에 더스트실(500)을 장착함에 있어 일정범위의 간격(L3)이 유지되도록 장착되면, 간격(L3)에 의해 마련되는 공간(S)만큼 윤활유의 함량이 증가하게 되어 유막유지시간을 증가시킬 수 있기 때문이다. 즉, 슬라이딩베어링(300)의 양단과 더스트실(500) 사이에 마련되는 간격(L3)만큼 윤활유를 저장할 수 있는 새로운 공간(S)이 마련되어 슬라이딩베어링(300)의 윤활성을 더욱더 향상시킬 수 있는 것이다.
여기서, 슬라이딩베어링(300)의 양단과 더스트실(500) 각각의 간격(L3)은 경우에 따라 달라질 수 있으나, 0~15mm범위, 즉 15mm 이하인 것이 바람직하다. 슬라이딩베어링(300)의 양단과 더스트실(500) 각각의 간격(L3)이 15mm를 초과하면 보스(400)의 크기가 측면으로 커지고 슬라이딩베어링 조립체의 무게가 증가하기 때문이다.
본 발명의 슬라이딩베어링 조립체는 일반 시장에서 사용하고 있는 축, 슬라이딩베어링, 보스, 더스트실로 구성된 모든 조립체 제품에 적용이 가능하다.
여기서, 축(200)으로 사용되는 제품으로는, 일반적인 탄소강, 합금강, 구조용강, 봉강 등에 침탄열처리, 고주파열처리, 담금질처리, 스팀열처리, 질화열처리, 복합열처리등의 강화열처리를 한 제품과, 여기에 Cr도금, 산화피막, MoS2, 복합도금과 같은 윤활코팅을 한 제품을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
슬라이딩베어링(300)은 소결체, 주강, 주철, 탄소강, 합금강, 구조용강, 봉강, 강판, 비철합금, 특수합금 등으로 제조된 제품을 필요에 따라 강화열처리 및 윤활코팅하여 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
보스(400) 및 더스트실(500)은 각각의 기계장치 구조와 사용조건에 적합한 제품을 사용한다.
이상에서 설명한 본 발명의 슬라이딩베어링 조립체는 슬라이딩베어링(300)의 체적을 고려하여 윤활유를 저장할 수 있는 윤활유저장부(310)를 최대한으로 마련했기 때문에 축(200)과 슬라이딩베어링(300)을 대형화시키지 않아도 슬라이딩베어링(300) 작동 시 충분한 윤활유를 공급할 수 있으며, 윤활유 급지시간 또한 연장시킬 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 슬라이딩베어링 및 슬라이딩베어링 조립체에 사용되는 윤활유는 특별히 한정되지 않으며, 윤활유와 동일한 효과를 낼 수 있는 Graphite, MoS2, WS2, Wax, Polymer, Resin 등의 고체윤활제를 사용할 수도 있다.
이하에서는 실시예와 비교예를 통해 본 발명을 더욱더 상세히 설명하도록 한다.
[실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 5]
하기 표1에 기재된 수치와 같이, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 5에 따른 슬라이딩베어링을 마련하여 침탄열처리하였고, 크기는 ￠70×￠85×60mm로 하였다. 여기서, 제1윤활유저장소의 배열은 도6를 기본으로 하고, 그 단면형상은 도5로 실시하였으며, 슬라이딩베어링의 내주면과 이루는 경사각(α)은 원활한 시험을 위해 125°로 실시하였다(이때, 원주방향으로 형성된 고리홈은 1개이며, 고리홈 단면의 깊이는 2㎜, 폭은 7㎜로 함). 또한, 제2윤활유저장소의 단면형상은 도8로 실시하였으며, 슬라이딩베어링의 외주면과 이루는 경사각(β)은 150°로 실시하였다(이때, 제2윤활유저장소의 깊이는 2㎜로 함) 더스트실과 슬라이딩베어링 양단의 간격은 표1에 기재된 바와 같이 0㎜ 및 10㎜로 실시하였다.
표 1
구분 제1윤활유저장소 제2윤활유저장소 L3)(㎜) 체적비율4)(%)
포켓홈 고리홈 면적율1)(%) 면적율2)(%) 체적(㎣)
개수 면적(㎟) 체적(㎣) 개수 면적(㎟) 체적(㎣)
실시예 1 3 600 900 1 1538.6 1560.6 16.2 20 3947.0 0 5.9
실시예 2 6 1200 1800 1 1538.6 1560.6 20.8 20 3947.0 0 6.7
실시예 3 12 2400 3600 1 1538.6 1560.6 29.9 20 3947.0 0 8.3
실시예 4 18 3600 5400 1 1538.6 1560.6 39.0 20 3947.0 0 10.0
실시예 5 18 3600 5400 1 1538.6 1560.6 39.0 40 7894.0 0 13.6
실시예 6 24 4800 7200 1 1538.6 1560.6 48.1 20 3947.0 0 11.6
실시예 7 6 1200 1800 1 1538.6 1560.6 20.8 20 3947.0 10 6.7
비교예 1 6 600 1800 1 1538.6 1560.6 16.2 8 1644.6 0 4.6
비교예 2 6 600 1800 1 1538.6 1560.6 16.2 - - 0 3.1
비교예 3 0 - - 1 1538.6 1560.6 11.7 - - 0 1.4
비교예 4 2 400 600 1 1538.6 1560.6 14.7 - - 0 2.0
비교예 5 32 6400 9600 1 1538.6 1560.6 60.2 20 3947.0 0 13.8
　* 슬라이딩베어링의 전체체적:109,508(㎣)
　** 슬라이딩베어링의 내주면 전체면적: 13,188(㎟)
　1) 면적율: 슬라이딩베어링의 내주면 전체 면적 대비 제1윤활유저장소 표면적비율　
　2) 면적율: 슬라이딩베어링의 외주면 전체 면적 대비 제2윤활유저장소 표면적비율
　3) L : 슬라이딩베어링과 더스트실 사이의 간격
　4) 체적비율 : 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체체적에서 차지하는 비율
[시험예 1] 시저하중
실시예1 내지 7 및 비교예1 내지 5에서 제조된 각각의 슬라이딩베어링에 직경이 약 70㎜인 축을 장착하여 조립한 후 슬라이딩베어링의 내주면에 윤활유인 그리스를 1회 공급하고, 요동각도 90°, 요동속도 2㎝/sec의 조건하에 연속운전을 실시하였다. 연속운전 중 1,000회 마다 외부로부터 각각의 슬라이딩베어링에 일정한 하중을 부여하여, 시저가 발생했을 때의 하중을 시저하중으로 평가하였으며, 그 결과를 표2에 나타내었다.
표 2
구분 제1윤활유저장소 제2윤활유저장소면적율2)(%) L3)(㎜) 체적비율4)(%) 시저하중
포켓개수 면적율1)(%)
실시예 1 3 16.2 20 0 5.9 22톤
실시예 2 6 20.8 20 0 6.7 26톤
실시예 3 12 29.9 20 0 8.3 34톤
실시예 4 18 39.0 20 0 10.0 40톤
실시예 5 18 39.0 40 0 13.6 42톤
실시예 6 24 48.1 20 0 11.6 36톤
실시예 7 6 20.8 20 10 6.7 28톤
비교예 1 6 20.8 8 0 4.6 22톤
비교예 2 6 20.8 - 0 3.1 20톤
비교예 3 0 11.7 - 0 1.4 10톤
비교예 4 2 14.7 - 0 2.0 12톤
비교예 5 32 60.2 20 0 13.8 15톤
실시예1 내지 7 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 슬라이딩베어링과 같은 크기일 경우, 연속운전 중에 굴삭기 관절부로서의 시저하중은 20톤 이상이 필요하다.
여기서, 실시예1 내지 7에서 제조된 슬라이딩베어링은, 제1윤활유저장소의 표면적비율, 제1윤활유저장소와 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체 체적에서 차지하는 체적비율 등이 본 발명에서 제시한 범위 내로 설계되었기 때문에 시저하중이 증가된 것을 알 수 있었다. 그러나, 비교예3 내지 5는 제1윤활유저장소의 표면적비율이 본 발명에서 제시한 범위를 벗어남에 따라 시저하중이 매우 낮음을 알 수 있었다.
한편, 시저하중에 가장 많은 영향을 준 인자는 제1윤활유저장소에 형성되는 포켓홈의 개수와 제1윤활유저장소의 표면적비율이며, 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체 체적에서 차지하는 체적비율이 증가함에 따라서는 약간에 효과만 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기에서는 제1윤활유저장소와 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체 체적에서 차지하는 체적비율이 본 발명에서 제시한 범위에서 5부피% 미만인 비교예 1 내지 4가 제시되어 있지만, 체적비율이 본 발명에서 제시한 범위인 30부피%를 초과할 경우를 제조하여 본 발명의 실시예들과 비교하면 윤활유저장공간이 너무 넓어져 슬라이딩베어링의 강성이 떨어지고, 시저하중이 낮아지는 것을 알 수 있는 것은 자명할 것이다.
[시험예 2] 급지주기
실시예1 내지 7 및 비교예1 내지 5에서 제조된 슬라이딩베어링을 이용하여 급지시간을 시험하기 위해 실제 굴삭기의 작업조건과 유사하게 고하중과 저하중을 반복하면서, 슬라이딩베어링의 내주면에 윤활유인 그리스를 1회 공급하고, 요동각도 90°, 요동속도 2㎝/sec의 조건하에서 연속운전을 실시하였다. 그리스를 1회 공급한 후에 몇 시간 만에 그리스 부족으로 인한 유막끊김현상이 발생하는지 시험했으며, 그 결과를 표3에 나타내었다.
표 3
구분 제1윤활유저장소 제2윤활유저장소 면적율2)(%) L3)(㎜) 체적비율4)(%) 급지시간
포켓 개수 면적율1)(%)
실시예 1 3 16.2 20 0 5.9 150시간
실시예 2 6 20.8 20 0 6.7 180시간
실시예 3 12 29.9 20 0 8.3 250시간
실시예 4 18 39.0 20 0 10.0 500시간
실시예 5 18 39.0 40 0 13.6 600시간
실시예 6 24 48.1 20 0 11.6 550시간
실시예 7 6 20.8 20 10 6.7 240시간
비교예 1 6 20.8 8 0 4.6 100시간
비교예 2 6 20.8 - 0 3.1 80시간
비교예 3 0 11.7 - 0 1.4 50시간
비교예 4 2 14.7 - 0 2.0 60시간
비교예 5 32 60.2 20 0 13.8 200시간
현재 굴삭기의 경우는 하루 작업 시간을 20시간으로 볼 때, 일주일마다 그리스를 급지할 수 있도록 140시간 이상의 급지시간이 요구된다.
여기서, 실시예1 내지 7의 슬라이딩베어링은 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체 체적에서 차지하는 체적비율이 본 발명에서 제시한 5~30부피% 범위 내에 있기 때문에 급지시간이 길어지는 것을 확인할 수 있었으며, 특히. 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링에서 차지하는 체적비율이 클수록 급지시간이 매우 증가함을 알 수 있었다.
그러나, 비교예5와 같이 체적비율을 증가시킴에 있어 제1윤활유저장소의 표면적비율만을 과도하게 증가시키면 상기 표2와 같이 시저하중을 낮추면서, 표3과 같이 급지시간도 감소하는 경향을 보임을 알 수 있었다. 또한, 비교예 1 내지 4의 경우는 제1윤활유저장소 및 제2윤활유저장소가 슬라이딩베어링 전체 체적에서 차지하는 체적비율이 본 발명에서 제시한 범위를 벗어남에 따라 급지시간이 매우 짧은 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 슬라이딩베어링은, 슬라이딩베어링의 전체 체적을 고려하여 슬라이딩베어링의 표면에 윤활유를 최대한으로 저장할 수 있는 윤활유저장부를 마련하기 때문에 상호 운동하는 부재(예를 들어, 축)와 장시간 접촉하여도 충분한 윤활작용을 얻을 수 있다.
또한, 장시간 접촉하여도 충분한 윤활작용을 얻을 수 있기 때문에 슬라이딩베어링의 내마모성 및 내시저성이 향상되고, 슬라이딩베어링에 윤활유를 급지하는 급지시간(급지주기) 또한 연장시킬 수 있다.
또, 슬라이딩베어링을 대형화시키지 않아도 슬라이딩베어링의 표면에 형성되는 윤활유저장부에 충분한 양의 윤활유를 저장할 수 있기 때문에 상기 슬라이딩베어링을 포함하는 슬라이딩베어링 조립체의 제조효율을 높일 수 있다.

Claims (16)

  1. 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성된 슬라이딩베어링으로서,
    상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 5~30부피%를 차지하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 6.7~13.6부피%를 차지하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윤활유저장부의 체적은 상기 슬라이딩베어링 전체 체적의 8.3~11.6부피%를 차지하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이딩베어링은 내주면과 외주면을 포함하며,
    상기 윤활유저장부는 상기 슬라이딩베어링의 내주면에 마련되는 제1윤활유저장소와, 상기 슬라이딩베어링의 외주면에 마련되는 제2윤활유저장소를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 15~60%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 20.8~48.1%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1윤활유저장소와 상기 제2윤활유저장소를 연결하는 다수개의 통로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1윤활유저장소와 상기 슬라이딩베어링의 내주면이 이루는 경사각은 120~160도인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1윤활유저장소는 상기 슬라이딩베어링의 원주방향을 따라 형성되는 1개 이상의 고리홈과 상기 고리홈 주변으로 형성되는 3개 이상의 포켓홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩베어링의 원주방향에 따른 상기 포켓홈의 길이 대비 상기 슬라이딩베어링의 길이방향에 따른 상기 포켓홈의 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩베어링의 길이방향에 따른 상기 포켓홈의 길이는 상기 슬라이딩베어링 전체 길이의 1/20~1/2인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이딩베어링의 원주방향에 따른 상기 포켓홈의 길이는 상기 슬라이딩베어링 내주면의 원주길이의 1/100~1/20인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 포켓홈의 깊이는 0.5~3mm인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  14. 표면에 윤활유를 저장하는 윤활유저장부가 형성된 슬라이딩베어링으로서,
    상기 슬라이딩베어링은 내주면과 외주면을 포함하고,
    상기 윤활유저장부는 상기 슬라이딩베어링의 내주면에 마련되는 제1윤활유저장소와, 상기 슬라이딩베어링의 외주면에 마련되는 제2윤활유저장소를 포함하며,
    상기 제1윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 내주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 내주면 전체 면적의 15~60%이며, 상기 제2윤활유저장소가 상기 슬라이딩베어링의 외주면에서 차지하는 표면적은 상기 슬라이딩베어링 외주면 전체 면적의 15~40%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링.
  15. 축;
    상기 축을 수납하여 회전 또는 요동운동하는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 슬라이딩베어링; 및
    상기 슬라이딩베어링을 수용하는 보스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링 조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 슬라이딩베어링의 양측에는 더스트실;이 더 마련되며,
    상기 더스트실은 상기 슬라이딩베어링의 양단(both ends)과 0~15mm범위의 간격으로 마련된 것을 특징으로 하는 슬라이딩베어링 조립체.
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