KR100224000B1 - 소결함유 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일을 함유하는 소결함유 동압베어링에 대한 것으로 발명의 주된 목적은 소결함유 베어링의 내경에 다수의 요홈을 형성하여 동압을 발생시키되, 레이놀드 방정식에 따라 그 요홈과 내주면부의 비례를 적당히 유시시켜 초기마모를 줄이고, 내구성을 높이므로써 수명을 연장시키며, 내주면의 전체에 걸친 압력발생을 유도하여 외부의 큰 힘이나 높은 하중에 강한 강성계수를 갖고 회전의 안전성을 높일 수 있도록 하는데 있다.

이를 위한 특징적인 구성은 원통형의 소결함유 베어링으로서, 그 내주면에 축의 길이방향으로 다수의 요홈을 형성하되, 그 요홈과 요홈의 사이는 각각의 내주면부가 되게 하고, 상기 요홈과 내주면부는 측면으로 구획되도록 하여, 상기한 요홈의 각도범위를 α, 요홈들의 사이에 해당하는 내주면부의 각도범위를 β로 하였을 때, α와β가 임의의 비례를 갖도록 하는데 있는 것이다.

Description

소결함유 베어링

제1도는 종래의 소결함유 베어링을 보인 평단면도,

제2도는 선 발명의 소결동합 베어링을 보인 단면도,

제3도는 본 발명은 소결동합 베어링을 보인 평단면도,

제4도는 본 발명의 요홈의 여러 가지 다른 성형예를 보인 단면도,

제5도는 본 발명의 원통형의 구성을 달리한 실실예의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전축 2 : 베어링

21 : 요홈 22 : 내주면부

23 : 측면 24 : 바닥부

2a : 상반부 2b : 하반부

본 발명은 오일을 함유하는 소결함유 베어링에 있어서, 내주면에 다수의 요홈(Groove)을 형성하여 동압을 발생시키는 동압베어링에 대한 것이다.

일반적으로 소결함유 베어링은 제1도 도면에서 보듯이 오일을 함유하는 금속재 베어링으로서 분말을 압축성형한 후, 오일을 함유시킨 베어링으로서 내경에서 회전축(a)이 회적하면 초기마모에 의하여 베어링(b)의 온도 상승과 틈새(c)에 발생하는 압력으로 인하여 베어링의 기공내에 함유되어 있던 오일이 틈새(c)로 빨려 나와 회전축(a)과 베어링(b)의 내경사이에 유막(d)을 형성하여 미끄럼 회전이 가능한 것이다.

그러나 이러한 보통의 소결함유 베어링은 최초의 회전시에는 오일이 나오지 않으므로 초기 마모가 심하고, 압력이 편심되어 좁아진 틈새 부분에서만 발생하기 때문에 압력의 불균형이 심하여 회전축 흔들림 및 진동이 증가하며, 외부의 힘에 결디는 강성계수가 낮은 문제점이 있는 것이다.

따라서 근래에는 소결함유 베어링의 내주면에 다수의 요홈을 반복적으로 형성하므로써 동압을 발생시켜 내구성 및 회전 안전성을 향상시키게 되었다.

그러나 상기와 같은 근래의 동압발생 소결함유 베어링에 있어서는 요홈의 간격 즉, 돌출부와 요홈의 폭에 대해 가장 효과적인 비례를 유지하지 못하였기 때문에 초기마모율을 줄이고, 내구성 및 강성계수를 높이는데 큰 효과를 얻지 못하였으며, 선 발명인 미국 특허 제 5,129,738 호가 그 실시예이다.

즉, 상기한 미국 특허는 제2도 도면에서 보는 바와 같이 오일 동압효과를 발생시키기 위하여 내경에 적어도 30˚∼50˚, 30˚∼70˚의 각도범위를 갖는 돌출부(e)를 형성하여 이루어진 것이며, 이러한 돌출부(e)의 각도범위와 그 사이의 홈(f)의 각도범위를 레이놀드 방정식(Reynolds equation)에 의해 해석해 보면 바람직한 비례를 갖지 못하는 것이다.

왜냐하면 돌출부(e)와 그 사이의 홈(f)의 비례를 감안하지 않고 무작정 돌출부(e)의 각도만을 한정하고 있기 때문에 베어링의 내경치수가 달라져 홈의 갯수를 달리 했을 때 제2도 도면에서 보는 바와 같이 경우에 따라서는 돌출부가 홈보다 지나치게 넓고, 또 다른때는 홈이 돌출부보다 지나치게 넓어 바람직한 동압효과를 얻을 수 없는 것이었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 발명의 주된 목적은 소결함유 베어링의 내경에 다수의 요홈을 형성하여 동압을 발생시키되, 레이놀드 방정식을 적용한 최적의 조건으로 그 요홈과 내주면부의 비례를 적당히 유지시키므로서 초기마모를 줄이고, 내구성을 높이므로써 수명을 연장시키며, 내주면의 전체에 걸친 압력발생을 유도하여 외부의 큰 힘이나 높은 하중에 강한 강성계수를 갖고 회전의 안전성을 높일 수 있도록 하는데 있다.

그리고 이를 위한 특징적인 구성은 원통형의 소결함유 베어링으로서, 그 내주면에 축의 길이방향으로 다수의 요홈을 형성하되, 그 요홈과 요홈의 사이는 각각의 내주면부가 되게 하고, 상기 요홈과 내주면부는 측면으로 구획되도록 하여, 상기한 요홈의 각도범위를 α, 요홈들의 사이에 해당하는 내주면부의 각도범위를 β로 하였을 때 α와 β가 임의의 비례를 갖도록 하는데 있는 것이다.

이하 첨부 도면에 따라 본 발명의 구성 및 작용 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 바람직한 일 실시예의 소결함유 베어링을 보인 평단면도로서 원통형 베어링(2)과 그 내부에 끼워진 회전축(1)을 볼 수 있고, 상기한 베어링(2)의 내주면에는 축의 길이방향을 따라 형성된 다수의 요홈(21)이 있으며, 또 이들 요홈(21)을 형성하므로 인해서 상대적으로 높은 내주면부(22)가 요홈의 사이 사이에 위치한다.

또한 상기한 요홈(21)은 그 바닥부(24)가 있고, 바닥부의 양쪽은 측면(23)으로 이루어져 있으며, 상기한 원통형 베어링(2)의 중심(O)을 기준으로 했을 때 요홈(21)의 폭이 갖는 각도범위는 α, 내주면부(22)가 갖는 각도범위는 β로 하며, 이들의 갯수는 서로 같으므로 n으로 한다.

따라서 α+β=360˚/n이 되며, 예컨데 제3도 도면에서와 같이 요홈(21)의 수를 6개로 했을 때 α+β=60˚가 된다.

본 발명에서는 상기와 같은 α+β=360˚/n에서 α와 β의 비례를 적당하도록 형성하는 것이 가장 중요하며, 그 값은

의

식을 만족하도록 하는 것이다.

상기와 같은 비례식과 n값에 의해 α와 β의 실시예는 다음의 참고표 1과 같다.

[표 1]

예컨데 회전축의 직경이 4㎜이고, rpm이 약 10000∼15000 회전을 하는 제품에 사용할 때, 요홈의 개수를 6개로 하면 α+β=n'360˚이므로 α+β는 위의 표에서 보듯이 60˚가 된다.

그리고의 값을 0.56∼0.78의 사이인 0.6으로 하면

α의 각도범위는 60˚×0.6이므로 36˚가 되고, 또 β의 각도 범위는 그 나머지인 24˚가 되는 것이며, 따라서 요홈(21)과 내주면부(22)의 각도범위는 36˚ : 24˚로 하면 되는 것이다.

참고로 이와 같은 각도범위에서 요홈(21)의 깊이는 약 2.5㎛가 적당하고, 베어링 내경과 회전축 외경의 사이 틈새는 2㎛∼3.5㎛가 적당하다.

한편, 요홈(21)의 모양은 제4도의 (a)(b)(c)에서 보듯이 각각 다른 모양으로 실시할 수 있다.

즉, 제4도(a)에서는 요홈(21)을 형성하되, 측면을 빗변으로 하여 내주면부(22)간 중앙부위가 V자 형상으로 요입되는 주면을 갖는 삼각형상의 요홈(24)이고, 제4도 (b)에서는 내주면부(22)간을 반원형 형상으로 요입되는 주면을 갖는 요홈(24)이며, 또 제4도 (c)에서는 빗변인 측면(23)을 가지면서 내주면부간 길이보다 작은 바닥면을 갖도록 한 사다리꼴 형상인 요홈(24)을 나타낸 것이다.

다음은 상기와 같은 구성된 본 발명의 작용효과에 대해서 설명한다.

먼저 상기와 같은 값을 얻기 위한 출원인의 실험 결과를 보면 다음의 표 2와 같다.

[표 2]

위의 표에서 보듯이 3가지 모델의 해석 결과 모델 2가 부하용량과 강성계수에서 다른 모델에 비해 월등히 뛰어남을 알 수가 있고, 온도 상상은 오히려 낮아서 탁월한 베어링 성능을 나타내고 있음을 알 수가 있다.

요홈(21)의 모양은 제4도 (a)(b)(c)에서 보듯이 금형의 모양에 따라 혹은 사이징을 위한 사이징 바의 형상에 따라 달리 형성할 수가 있는바, 이는 생산성 향상을 위해서 또는 동압을 가장 효과적으로 유발시키기 위한 것으로서 (a)와 (b)의 경우는 제작이 쉽고, (c)는 효과가 더 우수한 장점이 있으며, 이러한 형상 모양은 설계단계에서 고려될 문제이다.

그리고 본 발명은 제5도 도면에서 보는 바와 같이 또 다른 모양으로도 형성할 수가 있다.

즉 원통형으로 베어링(2)을 형성하되, 그 중앙부(25)의 내경을 확장하여 요홈(21)과 내주면부(22)가 상반부(2a)가 하반부(2b)에만 한정적으로 형성되도록 하는 것이다.

이는 축받침으로 베어링을 사용함에 있어서, 상, 하 분리형의 동압베어링을 사용하는 것이 아리나 일체형으로 사용하되, 상, 하 분리형과 같은 효과를 얻도록 하기 위한 것이며, 이때 상반부(2a)의 요홈(21)위치와 하반부(2b)의 요홈(21)위치를 서로 엇갈리게 하는 것이 특히 효과적이며, 요홈의 수는 대략 5개 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이 본 발명은 소결함유 베어링을 제작하되, 동압을 발생시키는 요홈(21)과 회전축에 접촉하는 내주면부(22)의 각도범위를 요홈(21)의 갯수가 바뀌더라도 레이놀드 방정식에 의한 최상의 유체 유동을 해석하는데에 있어서의 가장 안정적인 비례를 유지하도록 성형하기 때문에 부하용량 및 강성계수가 뛰어나고, 온도상승의 감소되는 등 베어링으로써의 작용효과를 탁월하게 발휘하게 하는 우수한 발명인 것이다.

Claims (9)

1. 원형의 내주면부(22)에 일정 간격으로 다수의 요홈(21)이 형성되는 원통형의 소결함유 베어링에 있어서, 상기한 요홈(21)의 각도범위를 α라 하고, 상기한 요홈(21)들간 내주면부(22)의 각도범위를 β라 하였을 때의 식을 만족하는 소결함유 베어링.
2. 제1항에 있어서, 상기 요홈(21)은 원통형 베어링의 중심(O)과 동일한 중심을 가지는 원호형상이며, 상기 요홈(21)의 양단부는 내주면부(22)와 수직으로 만나 측면(23)을 이루는 소결함유 베어링.
3. 제1항에 있어서, 상기 요홈(21)은 V자형으로 주면이 형성되는 소결함유 베어링.
4. 제1항에 있어서, 상기 요홈(21)은 반원형상으로 주면이 형성되는 소결함유 베어링.
5. 제1항에 있어서, 상기 요홈(21)은 빗변인 측면(23)을 가지면서 내주면부(22)간 길이보다 작은 바닥면을 갖도록 한 사다리꼴 형상으로 주면이 형성되는 소결함유 베어링.
6. 제1항에 있어서, 상기 요홈(21)은 5개 이상으로 형성되는 소결함유 베어링.
7. 원형의 내주면부(22)에 일정 간격으로 다수의 요홈(21)이 형성되는 원통형의 소결함유 베어링에 있어서, 원형의 내주면부(22)에 일정 간격으로 다수의 요홈(21)이 형성되는 원통형의 소결함유 베어링에 있어서, 상기한 요홈(21)의 각도범위를 α라 하고, 상기한 요홈(21)들간 내주면부(22)의 각도범위를 β라 하였을 때의 식을 만족하는 내주면을 갖는 상반부(2a)와 하반부(2b)를 일체로 연결되게 형성하면서 그 중단부의 내경이 상기 요홈(21)의 주면보다 크게 형성되는 소결함유 베어링
8. 제7항에 있어서, 상기 상반부(2a)의 요홈(21)과 상기 하반부(2b)의 요홈(21)은 서로 엇갈리게 형성되는 소결함유 베어링.
9. 제7항에 있어서, 상기 상반부(2a)와 하반부(2b)의 요홈(21)은 각각 5개 이상으로 형성되는 소결함유 베어링.