KR0157067B1 - 구름부재 - Google Patents

Abstract

개량된 강도를 가지고 있고 구름표면과 결합표면 사이에 오일막의 안정한 형성을 허용하고 좋지 않은 윤활상태하에서 긴 수명을 가진 구름부재. 가공물은 질화열처리된다. 이 가골물은 표면내에 미세오목부를 형성하도록 처리되어서 이러한 표면은 적어도 0.10㎛의 표면거칠기 배개변수 RMS와 네가티브 SK값을 가진다. 따라서, 구름요소의 표면강도는 증가되며 오일막 형성비는 개량된다. 구름부재의 표면은 박리파손 및 마모가 덜 된다.

Description

구름부재

제1도는 구름부재와 같은 구름요소를 가진 구름접촉 베어링의 단면도.

제2a도는 구름부재와 같은 외륜을 가진 캠종동자의 종단 정면도.

제2b도는 이 캠종동자의 종단 측면도.

제3도는 열처리를 한 표면을 가진 니이들 로울러의 누적 파손비 및 수명을 나타내는 와이블(Weibull) 분포를 도시한 그래프.

제4도는 수퍼피니싱(superfinishing)된 표면을 가진 니이들 로울러의 누적 파손비 및 수명을 나타내는 와이불 분포를 도시한 그래프.

제5도는 미세오목부가 형성된 표면을 가진 니이들 로울러의 로울러의 누적 파손비 및 수명을 나타내는 와이불 분포를 도시한 그래프 및

제6도는 열처리도니 또한 미세오목부로 형성된 표면을 가진 본 발명에 따른 니이들 로울러의 누적 파손비 및 수명을 나타내는 와이불 분포를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 7 : 외륜 2 : 원통형 로울러

3 : 케이지 4 : 하우징

5, 6 : 축 8 : 니이들 로울러

본 발명은 구름접촉 베어링의 원통형 구름요소 또는 로울러 종동자 또는 캠종동자의 외륜과 같은 구름부재에 관한 것이다.

구름접촉 베어링의 로울러와 구름부재의 수명에 영향을 미치는 2개의 중요요소는 피로강도 및 윤활이다.

구름접촉 베어링의 수명을 연장시키는 공지의 방법에는 베어링 부품을 베어링 강으로 제조하여 이들 부품을 열처리하여 구름표면에 강도를 HRC58 또는 그 이상으로 증가시키는 방법과 구름표면을 수퍼피니싱하여 약 0.1㎛ Ra의 표면 거칠기를 제공하는 방법이 있다.

이러한 표면구조는 구름표면에 충분한 양의 윤활유를 제공하는 것이 어렵다면, 저점성 윤활유를 사용하여야만 한다는 문제점을 가진다. 더욱이, 주위온도가 너무 높아서 작동중에 윤활유의 점성이 12㎟/s 보다 낮아지고 캠종동자의 외륜 또는 원통형 로울러와 구름접속하게된 정합표면이 1.6㎛ Pmax보다 높은 거칠기 값을 가진 상황에서는 오일막이 충분하게 형성될 수 없다. 이 결과 캠종동자의 외륜 또는 원통형 로울러는 추정된 수명과 비교하여 볼 때 극히 짧은 기간내에 구름표면상에서 플레킹(flaking) 또는 박리(peeling)된다.

이들 문제점에서 해결하기 위하여, 베어링강과 같은 강으로 제조된 구름부재를, 담금질시, 질소가 구름표면내로 스며들어가 완제품으로 형성될 때 표면적내의 잔류 오스텐나이트량이 약 30% 증가하여 피로강도를 개선시키도록 열처리 하는 방법이 제안되었다. 또한 구름부재가 구름되는 공안에 오일막 형성능력을 개선시켜 그 수명이 증가되도록 구름부재의 구름표면내에 약 1㎛ 깊이의 미세오목부를 형성하는 방법이 제안되었다.

그러나, 열처리로는 표면층에서 구름부재의피로강도를 개선시킬 수 있을지라도 오일막 형성비를 개선시킬 수는 없다. 따라서, 상기 언급된 작동조건하에서는 이러한 방법이 구름부재의 수명을 충분하게 연장시킬 수 없다.

구름표면이 미세하게 거칠어지는 후자의 방법에 있어서 오일막 형성비는 상기 언급된 작동조건에서 충분한 레벨로 증가된다. 하지만, 구름부재 자체의 피로강도는 낮게 유지되어 높은 오일막 형성능력에도 불구하고 베어링 수명을 충분하게 연장시키는 것은 곤란하다.

본 발명의 목적은 피로강도 및 오일막 형성비 양가자 놓고 정합표면의표면거칠기 또는 윤활조건이 좋지 않더라도 긴 수명을 가지는 구름부재를 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, 질화 열처리되고, 표면이 0.10㎛보다 작지 않는 RMS값과 네가티브 SK값을 가지도록 미세오목부가 형성된 표면을 가지고 있고, 표면층에 600MPa보다 작지 않은 잔류압축응력을 가진 구름부재가 제공된다. 표면층내의 잔류압축응력을 증가시키기 위하여 구름부재를 열처리 함으로써, 표면구역내에 높은 피로강도가 나타난다. 더욱이 표면이 0.10㎛보다 작지 않은 거칠기 매개변수 RMS와 네가티브 SK값을 가지도록 미세오목부를 표면내에 형성함으로써 구름표면 사이에 오일막이 형성되는 비율은 개선된다. 이들 장점을 플레킹 및 박리의 발생을 감소시켜서, 윤활조건이 좋지 않거나 또는 정합표면이 거칠더라도 구름부재의 수명을 연장시키도록 협력되어 작용된다.

본 발명의 다른 특징 및 목적은 수반한 도면을 참조하여 이루어진 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 제1도는 실예의 방식으로 구름부재와 같은 구름요소를 가진 구름접촉 베어링을 도시하고 있다. 구름접촉 베어링은 외륜(1), 외륜(1)의 내주표면을 따라 장착된 복수의 원통형 로울러(2), 및 등간격으로 서로 이격되게 로울러(2)를 유지하기 위한 케이지(3)를 포함하고 있다. 외륜(1)은 하우징(4)내에 장착되어 있다. 축(5)은 구름접촉 베어링내에 삽입되어 원통형 로울러(2)에 의해서 지지된다.

제2a도 및 제2b도는 켐종동자의 실예를 도시하고 있다. 이 캠종동자는 축(6), 축돌레에 장착된 외륜(7), 및 이들 사이에 배치된 복수의니이들 로울러(8)를 포함하고 있다. 캠(9)은 외륜(7)의 외주와 접촉하고 있다.

구름접촉 베어링의 구름부재는 원통형 로울러(2)이고 '캠종동자의 구름부재는 외륜(7)과 니이들 로울러(8)이다. 이 구름부재는 베어링 강과 같은 고탄소강으로 제조되고 표면층에서의 잔류압축응력을 증가시키기 위하여 열처리 된다.

열처리에 있어서, 이 가공물은 4시간동안 820 내지 860℃의 온도로 경화된다. 경화되는 동안에, 이 가공물은 질소가 가공물의 표면에 스며들어 가공물의 표면층내에 탄소 및 질소의 함유물이 증가되도록 질화처리된다. 가공물은 150 내지 200℃의온도에서 템퍼링되어 표면층내의 잔류 오스텐나이트의 함유물을 약 30%정도 증가시키고 표면층에서의 잔류압축응력을 증가시키며, 이에 따라 피로강도 및 구름피로수명이 증가하게 된다.

구름부재의 표면은 열처리후 거칠게 되어, 미세 또는 미소 오목부는 불규칙한 방향으로 표면내에 형성된다. 거칠게 된후 구름부재는 표면층내에 600MPa보다 작지 않은 잔류압축응력을 가지게 된다. 이러한 표면 거칠기는 0.10㎛보다 작지 않은 RMS 값과 네가티브 SK값을 가지며, 바람직하게는 네가티브 SK값은 축 및 원주방향으로 -1.6이다.

미세오목부가 형성된 표면의 거칠기는, 매개변수 RMS의 항으로 표현될 때, RMS가 0.10㎛보다 작지 않게 되고 표면거칠기의 또다른 매개변수인 SK값이 마니너스, 바람직하게는 -1.6이하가 되도록 한다.

구름표면상에서 이러한 표면 거칠기를 달성하기 위하여, 배럴연삭이 소정의 다듬질 가공된 표면을 얻도록 이용될 수 있다.

상기 언급된 SK값은 표면 거칠기 분포곡선의 왜곡도를 나타낸다. 분포곡선이 가우스 분포에서와 같이 대칭이면 SK값은 제로이다. 본 발명에 있어서, 표면 거칠기가 축 및 원주 방향으로 -1.6의 SK값을 가지면, 표면내의 오목부는 오일막이 형성될 수 있는 유리한 방법으로 형성되고 분포된다.

본 발명자는 상이한 방법으로 처리된 표면을 가진 니이들 로울러를 준비하여 구름접촉피로수명 시험기를 사용하여 이들 로울러를 수명실험하였으며, 이 실험의 결과가 아래에 개시된다.

각각의 타입에 대하여 8개의 로울러가 준비되었으며, 각각의 로울러는 5mm의 직경(D)과 13mm의 길이(L)를 가진다. 니이들 로울러가 장착된 외륜은 38mm의 외경(Dr)과 28mm의 내경(dr)을 가지고 있다. 로울러에 상이한 종류의 표면처리, 즉 1) 수퍼피니싱, 2) 열처리, 3) 미세오목부형성, 및 4) 본 발명에 의한 열처리를 한 후에 미세오목부 형성을 한 4개의 상이한 타입의 로울러가 준비되었다.

제3도 내지 제6도는 실험된 각각의 타입의 니이들 로울러의 수명 및 누적파손비를 도시하고 있다. 표1은 실험결화를 나타내고 있다.

수명실험결과로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명에 따라 표면 처리를 한 니이들 로울러의수명은 다른 표면처리를 한 로울러의 수명보다 여러배 더 길다.

이러한 긴 수명은 표면적에서의 증가된 잔류압축응력으로 인하여 개선된 피로강도 및 미세오목부의 형성으로 인하여 개선된 오일막 형성비에 기인된 것으로 보인다.

Claims (1)

1. 구름부재는 질화 열처리되고, 표면이 0.10㎛보다 작지 않은 RMS값과 네가티브 SK값을 가지도록 미세오목부가 형성된 표면을 가지고 있고, 표면층내에 적어도 600MPa의 잔류 압축응력을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 구름부재.