KR102685351B1 - Bush bearing based on composite material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링에 있어서: 동합금을 이용하여 원통형으로 형성되고, 내면홈(21)과 급유공(23)을 갖춘 내부부재(20); 상기 내부부재(20)를 수지재로 감싸도록 형성되고, 급유공(33)과 외면홈(35)을 갖춘 외부부재(30); 및 상기 외부부재(30) 상으로 물성의 보강을 위해 일체로 형성되는 보조부재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 조타계통을 비롯한 각종 기계 장치에서 동합금과 복합소재를 동시에 적용하여 작동부의 윤활성능을 향상하면서 비용과 중량을 축소하므로 CAPEX와 OPEX 개선을 통한 실효성 증대를 기대할 수 있다.The present invention relates to a bush bearing based on a composite material: an internal member (20) formed in a cylindrical shape using a copper alloy and equipped with an inner groove (21) and an oil hole (23); An external member (30) formed to surround the internal member (20) with a resin material and provided with an oil supply hole (33) and an external groove (35); and an auxiliary member 40 formed integrally with the external member 30 to reinforce physical properties.
Accordingly, by simultaneously applying copper alloy and composite materials in various mechanical devices, including ship steering systems, the lubrication performance of operating parts is improved while cost and weight are reduced, so increased effectiveness can be expected through improvements in CAPEX and OPEX.
Description
본 발명은 복합소재의 부쉬 베어링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박 조타계통을 비롯한 각종 기계 장치에서 작동부의 마찰을 저감하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링에 관한 것이다.The present invention relates to a bush bearing made of composite material, and more specifically, to a bush bearing based on a composite material that reduces friction of operating parts in various mechanical devices, including ship steering systems.
선박의 방향타를 포함하는 조타계통에는 러더 캐리어에 지지된 러더 스톡에 유압실린더의 램 운동을 인가하는 방식이 적용되기도 한다. 이는 램핑을 진행하는 과정에서 회전/슬라이딩 운동의 진동을 줄이고 마모를 방지하도록 부쉬 구조의 베어링을 탑재한다. 통상 램핑의 부쉬는 부드러운 동합금으로 형성되고 외면에 윤활유를 주입하는 통로와 플러그를 갖춘다. 그러나 동합금 소재는 고가이면서 고중량이기 때문에 선박의 비용을 높이고 추진효율을 저하시킨다.A method of applying the ram movement of a hydraulic cylinder to a rudder stock supported on a rudder carrier is sometimes applied to the steering system including the rudder of a ship. It is equipped with a bush-structured bearing to reduce vibration of rotation/sliding movement and prevent wear during the ramping process. Typically, the ramping bush is made of soft copper alloy and is equipped with a passage and plug on the outer surface for injecting lubricant. However, copper alloy materials are expensive and heavy, which increases the cost of ships and reduces propulsion efficiency.
이에 대한 대응책과 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0803055호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0865070호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.As prior art documents that can be referred to in relation to countermeasures against this, Korean Patent Publication No. 0803055 (Priority Document 1), Korean Patent Publication No. 0865070 (Priority Document 2), etc. are known.
선행문헌 1은 구형저널을 수용하여 지지하는 구면베어링이 섬유강화복합재료를 소재로 하여 정형가공 또는 수지이송성형에 의하여 제조되므로, 제조 공정이 간단해져 생산성을 향상시키며, 구면베어링과 구형저널 사이의 베어링 간극을 균일하고 정확하게 유지하고, 자기윤활특성을 갖는 자기윤활층을 간편하게 형성할 수 있는 효과를 기대한다.Prior Document 1 shows that the spherical bearing that accommodates and supports the spherical journal is manufactured from fiber-reinforced composite material through orthogonal processing or resin transfer molding, thereby simplifying the manufacturing process and improving productivity, and the gap between the spherical bearing and the spherical journal is improved. The effect of maintaining the bearing gap uniformly and accurately and easily forming a self-lubricating layer with self-lubricating characteristics is expected.
선행문헌 2는 고정체에 고정되고, 상면 양단부가 하방으로 경사지는 금속 재질의 지지부재; 지지부재의 상면에 적층되는 탄소섬유 고분자 복합재료층과, 탄소섬유 고분자 복합재료층의 상면에 형성되는 코팅층으로 형성된다. 이에, 회전체에서 주축의 표면을 보호하고 마찰을 줄이며 높은 하중에 의한 변형이 발생하지 않도록 하는 효과를 기대한다.Prior Document 2 includes a support member made of metal fixed to a fixture and having both ends of the upper surface inclined downward; It is formed of a carbon fiber polymer composite material layer laminated on the upper surface of the support member and a coating layer formed on the upper surface of the carbon fiber polymer composite material layer. Accordingly, the effect is expected to protect the surface of the main shaft in the rotating body, reduce friction, and prevent deformation due to high loads.
다만 상기한 선행문헌에 의하면 해양/선박 환경에 대한 고려가 미흡하다는 점에서 개선의 여지를 보이고 있다.However, according to the above-mentioned prior literature, there is room for improvement in that consideration of the marine/vessel environment is insufficient.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박 조타계통을 비롯한 각종 기계 장치에서 2종 이상의 소재를 기반으로 적용되어 작동부의 윤활성능을 향상하면서 비용과 중량을 축소할 수 있는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention to improve the conventional problems described above is to develop a composite product that can be applied based on two or more materials in various mechanical devices, including ship steering systems, to reduce cost and weight while improving the lubrication performance of the operating part. The goal is to provide material-based bush bearings.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링에 있어서: 동합금을 이용하여 원통형으로 형성되고, 내면홈과 급유공을 갖춘 내부부재; 상기 내부부재를 수지재로 감싸도록 형성되고, 급유공과 외면홈을 갖춘 외부부재; 및 상기 외부부재 상으로 물성의 보강을 위해 일체로 형성되는 보조부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bush bearing based on a composite material: an internal member formed in a cylindrical shape using a copper alloy and equipped with an inner groove and an oil hole; an external member formed to surround the internal member with a resin material and having an oil supply hole and an external groove; and an auxiliary member integrally formed on the external member to reinforce physical properties.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 내부부재와 상기 외부부재는 각각의 외면홈과 돌기부를 맞물려 결합력을 증대하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the inner member and the outer member are characterized in that their respective outer surface grooves and protrusions are engaged to increase coupling force.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 외부부재는 사불화에틸렌(PTFE), 이황화몰리브덴(MoS2), 그라파이트를 포함하는 복합수지이고, 폐쇄된 구조의 외면홈 상에 급유공을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the external member is a composite resin containing ethylene tetrafluoride (PTFE), molybdenum disulfide (MoS 2 ), and graphite, and is further provided with an oil supply hole on the outer surface groove of the closed structure. Do it as
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 보조부재는 외부부재의 적어도 일부 영역에 자기윤활성을 증대하도록 섬유충진재와 입자충진재를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the auxiliary member is characterized in that it is provided with a fiber filler and a particle filler to increase self-lubrication in at least some areas of the external member.
본 발명의 변형예로서, 상기 보조부재는 외부부재의 적어도 일부 영역에 내식성을 증대하는 부식방지층, 팽창과 수축을 억제하는 신축방지층을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modified example of the present invention, the auxiliary member is characterized by further comprising a corrosion prevention layer for increasing corrosion resistance and an expansion prevention layer for suppressing expansion and contraction in at least some areas of the external member.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 조타계통을 비롯한 각종 기계 장치에서 동합금과 복합소재를 동시에 적용하여 작동부의 윤활성능을 향상하면서 비용과 중량을 축소하므로 CAPEX와 OPEX 개선을 통한 실효성 증대를 기대할 수 있다.As described above, according to the present invention, copper alloy and composite materials are simultaneously applied to various mechanical devices, including ship steering systems, to improve lubrication performance of operating parts while reducing cost and weight, so it is expected to increase effectiveness through improvement in CAPEX and OPEX. .
도 1은 본 발명에 따른 부쉬 베어링의 사용예를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 부쉬 베어링을 분해하여 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 부쉬 베어링의 주요부를 나타내는 구성도1 is a configuration diagram showing an example of use of the bush bearing according to the present invention.
Figure 2 is an exploded configuration diagram of the bush bearing according to the present invention.
Figure 3 is a configuration diagram showing the main parts of the bush bearing according to the present invention
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the attached drawings.
본 발명은 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링에 관하여 제안한다. 선박 조타계통을 비롯한 각종 기계 장치에서 작동부의 마찰을 저감하는 부쉬 베어링을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 복합소재는 물성이 상이한 2가지 이상의 재질을 의미한다.The present invention proposes a bush bearing based on composite materials. It targets, but is not necessarily limited to, bush bearings that reduce friction in operating parts in various mechanical devices, including ship steering systems. Composite material refers to two or more materials with different physical properties.
도 1을 참조하면, 구동램(10)의 직선운동을 피동축(16)의 회전운동으로 변환하는 장치를 예시한다. 구동램(10)은 유압실린더의 피스톤에 연결될 수 있고, 피동축(16)은 선박 방향타의 러더 스톡에 연결될 수 있다. 구동램(10)은 일측으로 가동핀(12)을 구비하고, 피동축(16)은 단부에 요크(14)를 구비한다. 가동핀(12)과 요크(14) 사이에는 부쉬 베어링이 설치된다. 이 경우 부쉬 베어링은 가동핀(12)의 회전운동을 지지하면서 요크(14) 상에서 직선운동을 수행한다.Referring to FIG. 1, a device that converts the linear motion of the
본 발명에 따르면 동합금을 이용하여 원통형으로 형성되는 내부부재(20)가 내면홈(21)과 급유공(23)을 갖춘 구조를 이루고 있다.According to the present invention, an
도 2 및 도 3을 참조하면, 내부부재(20)와 더불어 이를 구성하는 내면홈(21)과 급유공(23)이 나타난다. 내부부재(20)는 구동램(10)의 가동핀(12)을 회전 가능하게 지지하도록 동합금의 원통형으로 형성된다. 내부부재(20)는 피로강도, 내마모성, 내식성을 고려하여 구리, 아연, 니켈, 주석, 망간, 알루미늄을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다. 내면홈(21)은 대략 반원형 단면이면서 단부가 폐쇄된 격자 형태로 형성한다. 내면홈(21)의 폐쇄 구조는 충진되는 그리스(도시 생략)의 누출을 방지하기 위함이다. 급유공(23)은 그리스의 출입을 위해 내면홈(21) 상의 복수의 지점에서 반경 방향으로 관통하도록 형성된다.Referring to FIGS. 2 and 3, the
또한, 본 발명에 따르면 상기 내부부재(20)를 수지재로 감싸도록 형성되는 외부부재(30)가 급유공(33)과 외면홈(35)을 갖춘 구조를 이루고 있다.In addition, according to the present invention, the
도 2 및 도 3에서, 외부부재(30)와 더불어 이를 구성하는 급유공(33)과 외면홈(35)이 나타난다. 외부부재(30)는 고가이고 고중량인 동합금의 내부부재(20)를 부분적으로 대체하도록 수지재로 형성하는 것이 바람직하다. 즉 부쉬 베어링이 내부부재(20)와 외부부재(30)의 복합소재로 구성된다. 외면홈(35)은 요크(14)와 접촉하는 2개소 측면(활주면)에 한정하여 형성할 수 있다. 급유공(33)은 요크(14)와 접촉하지 않는 2개소 측면(비활주면)에 형성할 수 있다. 급유공(33)과 외면홈(35)은 그리스가 출입하고 충진되는 부분이다.2 and 3, the
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 내부부재(20)와 상기 외부부재(30)는 각각의 외면홈(25)과 돌기부(31)로 맞물려 결합력을 증대함을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the
도 2 및 도 3에서, 내부부재(20)의 외면홈(25)과 외부부재(30)의 돌기부(31)가 나타난다. 부쉬 베어링의 가동 상태에서 고하중과 충격이 발생하더라도 내부부재(20)와 외부부재(30)의 긴밀한 결합 상태를 유지한다. 외면홈(25)과 돌기부(31)는 연속된 형태에 한정되지 않고 단속적으로 형성될 수도 있다. 외면홈(25)과 돌기부(31)의 단면은 장방형이나 정방형이 아닌 사다리꼴을 택할 수도 있다. 양산에 있어서 내부부재(20)와 외부부재(30)는 인서트 몰딩 방식으로 제조한다. 물론 외부부재(30)를 분할 구조로 형성하여 체결하는 구성도 가능하다.2 and 3, the
한편, 도시에는 생략하나 외부부재(30)의 내면에서 돌출되는 돌기부(31)에는 탄소섬유 직물을 내재시켜 보강할 수 있다. 탄소섬유 직물은 망사(메쉬) 구조를 적용할 수도 있다.Meanwhile, although omitted in the illustration, the
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 외부부재(30)는 사불화에틸렌(PTFE), 이황화몰리브덴(MoS2), 그라파이트를 포함하는 복합수지이고, 폐쇄된 구조의 외면홈(35) 상에 급유공(33)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the
도 2에서, 외부부재(30)와 더불어 급유공(33)과 외면홈(35)이 나타난다. 외부부재(30)의 사불화에틸렌(PTFE), 이황화몰리브덴(MoS2), 그라파이트는 부쉬 베어링에 요구되는 저마찰계수, 내마모성, 윤활성, 내열성을 확보한다. 사불화에틸렌(PTFE) 분말에 이황화몰리브덴(MoS2), 그라파이트 등의 첨가재를 혼합하여 용융ㆍ성형한다. 이외에 부쉬 베어링의 물성 조건에 따라 첨가재를 이황화텅스텐(WS2), 카본블랙, 유리섬유 등을 참가할 수 있다. 외면홈(35)의 폐쇄된 구조는 전술한 내부부재(20)의 내면홈(21)과 동일성을 유지할 수 있다. 외면홈(35)에 형성되는 급유공(33)이 내면홈(21)의 급유공(23)과 연통되도록 구성하면 그리스의 냉각에 유리하고 보충 작업의 편의성을 높인다.In Figure 2, an
본 발명의 부쉬 베어링에 그리스가 사용되기는 하지만 기본적으로 무윤활 운전 상태로 운용도 가능하다.Although grease is used in the bush bearing of the present invention, it can basically be operated in a non-lubricated operation state.
한편, 외부부재(30)에 구비된 급유공(33) 중의 적어도 일부에는 외부에서 그리스를 보충하도록 플러그(도시 생략)를 장착할 수 있다.Meanwhile, a plug (not shown) may be installed in at least some of the oil supply holes 33 provided in the
또한, 본 발명에 따르면 보조부재(40)가 상기 외부부재(30) 상으로 물성의 보강을 위해 일체로 형성되는 구조를 이루고 있다.In addition, according to the present invention, the
도 1에서, 외부부재(30) 상에 보조부재(40)가 구성되는 상태를 예시한다. 보조부재(40)는 부쉬 베어링에 요구되는 저마찰계수, 내마모성, 윤활성, 내열성 등의 물성을 보강한다. 특히 선박에 탑재되는 부쉬 베어링에 있어서 물성 보강이 작동 신뢰성과 내구성에 큰 영향을 끼친다. 방향타를 포함하는 조타계통에서 부쉬 베어링, 가동핀(12), 요크(14) 등은 해수의 영향을 많이 받는다. 외부부재(30)는 비전도성으로 내부부재(20)의 부식 차단 또는 지연에 일조한다.In Figure 1, a state in which the
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 보조부재(40)는 외부부재(30)의 적어도 일부 영역에 자기윤활성을 증대하도록 섬유충진재(41)와 입자충진재(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the detailed configuration of the present invention, the
도 2에서, 보조부재(40)를 구성하는 섬유충진재(41)와 입자충진재(42)가 나타난다. 섬유충진재(41)와 입자충진재(42)는 외부부재(30)의 활주면에서 상대적인 함량이 증가될 수 있다. 섬유충진재(41)는 카본섬유, 유리섬유, 아라미드섬유, 세라믹섬유 중에서 선택된다. 입자충진재(42)는 그라파이트 입자, 이황화몰리브덴 입자, 이황화텅스텐 입자, 질화보론 입자 중에서 선택된다. 섬유충진재(41)와 입자충진재(42)의 평균직경은 상호 유사한 범위로 유지하며, 외부부재(30)의 전체 중량에 대하여 10~25wt의 범위로 혼합하는 것이 좋다.In Figure 2, the
본 발명의 변형예로서, 상기 보조부재(40)는 외부부재(30)의 적어도 일부 영역에 내식성을 증대하는 부식방지층(44), 팽창과 수축을 억제하는 신축방지층(46)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modified example of the present invention, the
도 2에서, 보조부재(40)에 부가되는 부식방지층(44)과 신축방지층(46)이 나타난다. 부식방지층(44)은 부쉬 베어링에서 외기에 노출되는 비활주면의 표면에 형성한다. 부식방지층(44)은 내염해성이 우수한 세라믹 코팅제를 외부부재(30)의 성형 이전 그리고/또는 이후에 부가하여 형성한다. 신축방지층(46)은 부쉬 베어링에서 비활주면의 내측 영역에 형성한다. 신축방지층(46)은 섬유 매트릭스에 페놀수지를 함침하여 형성하고 외부부재(30)의 성형 이전에 투입(인서트)한다. 신축방지층(46)에 의하여 낮은 물 부풀림성으로 우수한 치수 안정성을 유지한다. 부식방지층(44)과 신축방지층(46)은 비활주면에 선택적으로 적용 가능하다.In Figure 2, the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the patent claims of the present invention.
10: 구동램 12: 가동핀
14: 요크 16: 피동축
20: 내부부재 21: 내면홈
23: 급유공 25: 외면홈
30: 외부부재 31: 돌기부
33: 급유공 35: 외면홈
40: 보조부재 41: 섬유충진재
42: 입자충진재 44: 부식방지층
46: 신축방지층10: driving ram 12: movable pin
14: Yoke 16: Driven shaft
20: Internal member 21: Inner groove
23: Oil hole 25: External groove
30: External member 31: Protrusion
33: Oil hole 35: External groove
40: Auxiliary member 41: Fiber filler
42: particle filler 44: anti-corrosion layer
46: Anti-stretch layer
Claims (5)
동합금을 이용하여 원통형으로 형성되고, 내면홈(21)과 급유공(23)을 갖춘 내부부재(20);
상기 내부부재(20)를 수지재로 감싸도록 형성되고, 급유공(33)과 외면홈(35)을 갖춘 외부부재(30); 및
상기 외부부재(30) 상으로 물성의 보강을 위해 일체로 형성되는 보조부재(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링.For bush bearings based on composite materials:
An internal member (20) formed in a cylindrical shape using a copper alloy and equipped with an inner groove (21) and an oil hole (23);
An external member (30) formed to surround the internal member (20) with a resin material and provided with an oil supply hole (33) and an external groove (35); and
A bush bearing based on a composite material, comprising: an auxiliary member (40) integrally formed on the external member (30) to reinforce physical properties.
상기 내부부재(20)와 상기 외부부재(30)는 각각의 외면홈(25)과 돌기부(31)를 맞물려 결합력을 증대하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링.In claim 1,
A bush bearing based on a composite material, characterized in that the inner member 20 and the outer member 30 engage their respective outer surface grooves 25 and protrusions 31 to increase coupling force.
상기 외부부재(30)는 사불화에틸렌(PTFE), 이황화몰리브덴(MoS2), 그라파이트를 포함하는 복합수지이고, 폐쇄된 구조의 외면홈(35) 상에 급유공(33)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링.In claim 1,
The external member 30 is a composite resin containing ethylene tetrafluoride (PTFE), molybdenum disulfide (MoS 2 ), and graphite, and further includes an oil supply hole 33 on the outer surface groove 35 of a closed structure. Bush bearings based on characteristic composite materials.
상기 보조부재(40)는 외부부재(30)의 적어도 일부 영역에 자기윤활성을 증대하도록 섬유충진재(41)와 입자충진재(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링.In claim 1,
The auxiliary member (40) is a bush bearing based on a composite material, characterized in that it is provided with a fiber filler (41) and a particle filler (42) to increase self-lubrication in at least some areas of the outer member (30).
상기 보조부재(40)는 외부부재(30)의 적어도 일부 영역에 내식성을 증대하는 부식방지층(44), 팽창과 수축을 억제하는 신축방지층(46)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 기반으로 하는 부쉬 베어링.In claim 1,
The auxiliary member 40 is based on a composite material, characterized in that it is further provided with a corrosion prevention layer 44 for increasing corrosion resistance and an expansion prevention layer 46 for suppressing expansion and contraction in at least some areas of the external member 30. Bush bearing.
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