KR100660462B1 - Method for manufacturing spherical bearing assembly - Google Patents

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KR100660462B1 KR1020050071051A KR20050071051A KR100660462B1 KR 100660462 B1 KR100660462 B1 KR 100660462B1 KR 1020050071051 A KR1020050071051 A KR 1020050071051A KR 20050071051 A KR20050071051 A KR 20050071051A KR 100660462 B1 KR100660462 B1 KR 100660462B1
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이대길
김병철
박동창
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한국과학기술원
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Abstract

A method for manufacturing a spherical surface bearing assembly is provided to remarkably improve the productivity by forming a spherical surface bearing, with a spherical journal functioning as a core. A method for manufacturing a spherical surface bearing assembly includes the steps of: manufacturing a spherical journal(100), forming a spherical surface bearing(200) of a complex material, with the spherical journal functioning as a core, and bonding one of a metal cover and a polymer material to the outer surface of the formed spherical surface bearing. The spherical journal manufacturing step includes the sub-steps of: forming the spherical journal of a complex material, and coating a metal film(110) on the outer surface of the formed spherical journal.

Description

구면베어링 조립체 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SPHERICAL BEARING ASSEMBLY}Manufacturing method of spherical bearing assembly {METHOD FOR MANUFACTURING SPHERICAL BEARING ASSEMBLY}

도 1은 종래 기술에 따른 구면베어링 조립체의 일례를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an example of a spherical bearing assembly according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 구면베어링 조립체의 일례의 조립과정을 도시한 단면도,Figure 2 is a cross-sectional view showing an example of the assembly process of the spherical bearing assembly according to the prior art,

도 3은 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법의 일실시예의 순서도,Figure 3 is a flow chart of one embodiment of a method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법의 일실시예에 따라 제조된 구면베어링 조립체의 일례의 단면도,4 is a cross-sectional view of an example of a spherical bearing assembly manufactured according to one embodiment of the method of manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법에 의해 제조된 구형저널에 금속막이 코팅된 구면베어링 조립체의 단면도,5 is a cross-sectional view of a spherical bearing assembly coated with a metal film on a spherical journal manufactured by a method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법에 의해 제조된 구형저널에 그루브가 형성된 구면베어링 조립체의 단면도,6 is a cross-sectional view of a spherical bearing assembly formed with a groove in a spherical journal manufactured by a method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention;

도 7은 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법에 의해 제조된 구면베어링에 그루브가 형성된 구면베어링 조립체의 단면도,7 is a cross-sectional view of a spherical bearing assembly formed with a groove in a spherical bearing manufactured by a method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법에 의해 제조된 돌기가 형성된 구면베어링 조립체의 단면도,8 is a cross-sectional view of the spherical bearing assembly with protrusions produced by the method for manufacturing the spherical bearing assembly according to the present invention;

도 9는 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법의 다른 실시예의 구형저 널 제조방법의 순서도이다.9 is a flow chart of a spherical journal manufacturing method of another embodiment of the method of manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣ ♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♣

100 : 구형저널 110 : 금속막100: old journal 110: metal film

120 : 그루브 200 : 구면베어링120: groove 200: spherical bearing

210 : 그루브 220 : 돌기210: groove 220: protrusion

본 발명은 복합재료로 된 구면베어링 조립체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재료로 제작되어 구형저널을 구면베어링 내부로 강제 삽입하는 공정이 필요 없으면서 필요한 강도를 확보하고 윤활특성을 향상시킬 수 있는 구면베어링 조립체의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a spherical bearing assembly made of a composite material, and more particularly, to obtain the necessary strength and improve lubrication characteristics without the process of forcibly inserting a spherical journal into a spherical bearing. It relates to a method of manufacturing a spherical bearing assembly that can be.

구면베어링(Spherical Bearing)은 구형저널(Spherical Journal)을 지지하는 기계요소로서 매우 다양한 기계와 장치에 사용되고 있으며, 구형저널과 구면베어링으로 이루어진 구면베어링 조립체는 두 개의 기계요소들이 자유롭게 움직일 수 있게 연결하는 볼조인트(Ball joint)로 사용되기도 한다. Spherical bearings are spherical bearings that support spherical journals and are used in a wide variety of machines and devices. Spherical bearing assemblies, consisting of spherical journals and spherical bearings, allow two mechanical elements to move freely. Also used as a ball joint.

일반적인 구면베어링 조립체의 구성을 도 1에 도시하였다. 구면베어링(10)은 구면으로 된 내측면인 베어링면(Bearing Surface : 11)을 가지며, 베어링면(11)에는 구형저널(20)이 구면대우(Spherical Pair)하도록 수용되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 구형저널(20)은 축을 착탈할 수 있도록 내부에 실린더 형으로 관통 구멍(21)이 형성된 형태로 만들어질 수도 있다.The configuration of a general spherical bearing assembly is shown in FIG. The spherical bearing 10 has a bearing surface (Bearing Surface) 11 which is an inner surface of a spherical surface, the spherical journal 20 is accommodated in the bearing surface 11 to be spherical pair (Spherical Pair). As shown in FIG. 1, the spherical journal 20 may be made in a form in which a through hole 21 is formed in a cylindrical shape so as to detach a shaft.

종래 기술에 따른 구면베어링(10)과 구형저널(20)은 각각 따로 만들어져서 조립되는 과정을 거친다. 즉, 구면베어링(10)은 보다 연질의 금속으로, 구형저널(20)은 보다 경질의 금속으로 각각 제조한 후, 경질의 구형저널(20)을 연질의 구면베어링(10) 내부로 강제로 밀어 넣어 결합한다. 도 2는 일반적인 구면베어링 조립체의 조립과정을 도시하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 구형저널(20)을 구면베어링(10)의 가장자리에 배치한 뒤, 구형저널의 회전 중심축 방향으로 구형저널을 밀어넣으면, 구면베어링(10) 일측이 반경방향으로 확장되면서 구형저널(20)이 삽입된다. 이 과정에서 구면베어링(10)의 소성변형에 의해 내경 및 외경이 확장되기 때문에, 확장된 부분을 복원시켜 구형저널(20)과의 베어링 간극을 맞추기 위해 다시 구면베어링(10)을 안쪽으로 소성변형시켜 원래의 내경 및 외경을 갖도록 복원시킨다. 따라서 종래 기술에 따른 구면베어링 조립체의 제조공정은 복잡하고 생산성이 낮을 뿐만 아니라, 구면베어링과 구형저널 사이의 베어링 간극을 균일하게 형성시키기 어렵다. 또한, 구면베어링(10)을 외부 구조물에 설치할 때, 구면베어링(10)을 외부 구조물에 억지끼움을 하거나, 외부 구조물에 구면베어링(10)보다 약간 큰 장착부를 형성한 후 구면베어링 측면의 다수의 지점을 펀칭하여 외경을 확장시켜 장착하는 방법을 사용하고 있다. 이와 같은 장착법을 이용하면 구면베어링이 변형되면서 구형저널과의 간극이 감소하게 되고 양자 사이에 접촉하는 지점들이 발생하여 윤활효과를 크게 떨어뜨린다. 또한, 구면베어링에 손상을 줄 수 있으므로 외부 충격이나 사용중 진동에 의해 파손될 수 있다는 문제점도 있다.The spherical bearing 10 and the spherical journal 20 according to the prior art are made separately and go through a process of assembly. That is, the spherical bearing 10 is made of softer metal, the spherical journal 20 is made of harder metal, respectively, and then the hard spherical journal 20 is forcibly pushed into the soft spherical bearing 10. Put together to combine. Figure 2 shows the assembly process of a typical spherical bearing assembly. As shown in FIG. 2, when the spherical journal 20 is disposed at the edge of the spherical bearing 10, the spherical journal is pushed in the direction of the center of rotation of the spherical journal, and one side of the spherical bearing 10 is radially positioned. The old journal 20 is inserted while being expanded. In this process, since the inner diameter and the outer diameter are expanded by the plastic deformation of the spherical bearing 10, the spherical bearing 10 is plastically deformed in order to restore the expanded portion to match the bearing clearance with the spherical journal 20. To restore the original inner and outer diameters. Therefore, the manufacturing process of the spherical bearing assembly according to the prior art is not only complicated and low in productivity, but also it is difficult to uniformly form a bearing gap between the spherical bearing and the spherical journal. In addition, when the spherical bearing 10 is installed on the outer structure, the spherical bearing 10 is pressed against the outer structure, or after forming a mounting portion slightly larger than the spherical bearing 10 on the outer structure, Punching point is used to expand the outer diameter. When the mounting method is used, the spherical bearing is deformed and the gap between the spherical journal is reduced, and the contact points between the spherical journals are generated, thereby greatly reducing the lubricating effect. In addition, since spherical bearings may be damaged, they may be damaged by external shock or vibration during use.

따라서 우수한 압축강도와 내마모성 및 윤활성능을 가지고 있으며, 금속에 비해 성형이 용이하다는 장점을 가진 복합재료를 이용한 구면베어링의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Therefore, the development of spherical bearings using composite materials having excellent compressive strength, abrasion resistance, and lubrication performance, and having an advantage of being easy to form compared to metals, has been actively made.

미국특허 제6,209,206호는 내면에 자기윤활(Self-lubricating)물질이 마련되고 에폭시 기지 복합재료(Resinous Epoxy Composite)로 된 외측 레이스 부재와, 자기윤활물질이 마련되고 유리섬유 에폭시 복합재료(Glass-fiber Epoxy Composite)로 된 분리형 내측 레이스 부재를 포함한 구면베어링을 제안하였다. 외측 레이스 부재가 이미 성형된 상태에서 내측 레이스 부재를 용이하게 삽입할 수 있도록, 내측 레이스 부재는 링 형상이 지름방향으로 절단된 형상의 두 부분으로 나뉘어 제작되어 하나씩 외측 레이스 부재에 삽입된다.U.S. Patent No. 6,209,206 discloses a self-lubricating material on the inner surface and an outer race member made of Resinous Epoxy Composite, a self-lubricating material and a glass fiber epoxy composite (Glass-fiber). A spherical bearing with separate inner race member made of epoxy composite) was proposed. In order to easily insert the inner race member in the state where the outer race member has already been molded, the inner race member is manufactured by dividing the ring shape into two parts of the shape cut radially and inserted into the outer race member one by one.

그리고 미국특허 제5,762,424호는 비회전 부재인 하우징, 유리섬유 복합재료 소켓, 금속 또는 유리섬유 복합재료 볼, 복합재료 베어링 슬리브, 회전축으로 이루어진 구면베어링 조립체를 제안하였다. In addition, US Patent No. 5,762, 424 proposed a spherical bearing assembly consisting of a non-rotating member housing, a glass fiber composite socket, a metal or glass fiber composite ball, a composite bearing sleeve, a rotating shaft.

그러나 미국특허 제6,209,206호의 베어링은 기존의 금속 베어링에 비해 제조방법은 쉬우나, 내측 레이스 부재를 통과하여 결합되는 축의 공차에 따라 내외측 레이스 부재 사이의 유격이 달라지며, 공차를 정밀하게 조절하지 못할 경우 윤활이 되지 않는 상태에서 축과 내측 레이스 부재 사이의 미끄럼이 발생할 수 있다. 또한, 유리섬유 복합재료는 충격흡수능과 강도가 우수하나, 탄소섬유 복합재료에 비해 열변형이 크고 유리섬유의 윤활성능이 우수하지 못하여 표면의 자기윤활층이 마 멸되면 마찰계수가 심하게 증가하는 단점이 있다.However, the bearing of US Patent No. 6,209,206 is easier to manufacture than conventional metal bearings, but the clearance between the inner and outer race members varies according to the tolerance of the shaft coupled through the inner race member, and the tolerance cannot be precisely adjusted. In the absence of lubrication, slippage between the shaft and the inner race member may occur. In addition, the glass fiber composite material has excellent impact absorption and strength, but the friction coefficient is greatly increased when the surface self-lubricating layer is worn because the thermal deformation is greater and the glass fiber lubrication performance is not superior to that of the carbon fiber composite material. There is this.

또한 미국특허 제5,762,424호는 하우징에 소켓을 결합하기 위한 홈이 정밀가공 되어야 하고, 부품의 수가 많아 생산성이 낮고 유격이 발생할 가능성이 많다.In addition, U. S. Patent No. 5,762, 424 has to be precisely processed grooves for coupling the socket to the housing, the number of parts is low, the productivity is low and there is a high possibility of play.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복합재료의 사용으로 기계적 강성을 보장하면서도 금속재질의 구면베어링 조립체보다 윤활성능 및 내구성이 우수한 구면베어링 조립체의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the various problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to ensure the mechanical rigidity with the use of composite materials, but the spherical performance of the spherical bearings excellent in lubrication performance and durability than the metal spherical bearing assembly It is to provide a method of manufacturing a bearing assembly.

본 발명의 다른 목적은 구형저널을 구면베어링에 압입하지 않고서 제조할 수 있는 구면베어링 조립체의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for producing a spherical bearing assembly which can be manufactured without pressing the spherical journal into the spherical bearing.

본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 구형저널을 제작하는 단계와, 구형저널을 코어로 삼아 복합재료로 구면베어링을 성형하는 단계와, 성형된 구면베어링의 외면에 금속커버 또는 마찰계수가 큰 폴리머 재료중 선택된 어느 하나를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 구형저널을 복합재료로 제작할 수도 있으며 이 경우 구형저널 제작단계는, 복합재료로 구형저널을 성형하는 단계와, 성형된 구형저널의 외면에 금속막을 코팅하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.A method of manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention includes the steps of manufacturing a spherical journal, forming a spherical bearing with a composite material using a spherical journal as a core, and a metal cover or a large coefficient of friction on the outer surface of the spherical bearing. Bonding any selected one of the polymeric materials. The spherical journal may be manufactured from a composite material. In this case, the spherical journal manufacturing step may include forming the spherical journal using the composite material and coating a metal film on the outer surface of the molded spherical journal.

그리고 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 구면베어링의 베어링면에 자기윤활성을 부여하기 위하여, 구면베어링을 성형하기 전에 구형저널의 외면에 이형제 또는 자기윤활물질 중 선택된 어느 하나를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 구형저널에 코팅되어 있던 자기윤활물질은 복합재료의 수지와 결합하여 구면베어링의 베어링면에 침투된다.And the spherical bearing assembly manufacturing method according to the present invention, in order to give a self-lubricating activity on the bearing surface of the spherical bearing, the step of coating any one selected from a release agent or a self-lubricating material on the outer surface of the spherical journal before forming the spherical bearing It is preferable to further include. The self-lubricating material coated on the spherical journal is combined with the resin of the composite material to penetrate the bearing surface of the spherical bearing.

또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 성형된 구면베어링의 외면에 금속커버 또는 마찰계수가 큰 폴리머 재료중 선택된 어느 하나를 접합하는 단계에 의하여 외부 구조물과의 결합력을 높일 수 있다.In addition, the spherical bearing assembly manufacturing method according to the present invention, by bonding any one selected from the metal cover or the polymer material having a high coefficient of friction to the outer surface of the molded spherical bearing can increase the bonding force with the external structure.

또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 구면베어링의 베어링면에 윤활제의 공급, 순환이 원활해지도록 그루브를 성형하기 위하여 구면베어링을 성형하기 전에 구형저널의 외면에 링을 끼우는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 링이 끼워진 상태에서 구면베어링을 복합재료로 성형하면 링이 차지한 공간과 동일한 그루브가 구면베어링의 베어링면에 형성된다. 링은 구면베어링 성형 이후에 필요에 따라 제거하거나 그대로 둘 수 있다.In addition, the method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention further includes a step of fitting a ring to an outer surface of the spherical journal before the spherical bearing is formed in order to form a groove for smooth supply and circulation of lubricant to the bearing surface of the spherical bearing. It is desirable to. When spherical bearings are molded from a composite material while the rings are fitted, grooves equal to the space occupied by the rings are formed on the bearing surfaces of the spherical bearings. The ring may be removed or left as necessary after spherical bearing molding.

또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 성형된 구형저널의 외면에 윤활유의 통로가 되도록 그루브를 가공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the spherical bearing assembly manufacturing method according to the present invention, it is preferable to further include the step of processing the groove to the passage of the lubricant on the outer surface of the molded spherical journal.

또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 구형저널과 구면베어링 사이에 자기윤활재질로 된 윤활부재를 삽입하는 단계를 더 포함하는 것이 윤활특성의 향상을 위해 바람직하다.In addition, the spherical bearing assembly manufacturing method according to the present invention, it is preferable to further include the step of inserting a lubricating member of the self-lubricating material between the spherical journal and the spherical bearing for the improvement of the lubricating properties.

또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법은, 구면베어링을 성형하는 단계는, 구면베어링이 설치될 외부 구조물을 외부 금형으로 삼아 구면베어링을 성형하는 것이 바람직하다.In addition, in the method for manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention, in the step of forming the spherical bearing, it is preferable to mold the spherical bearing by using an external mold to install the spherical bearing as an external mold.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 구면베어링 조립체의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the spherical bearing assembly according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 구면베어링 조립체 제조방법의 일 실시예의 작업 흐름도이고, 도 4는 도 3의 실시예에 의해 제조된 구면베어링 조립체의 일례를 도시한 단면도이다.3 is a working flowchart of an embodiment of a method of manufacturing a spherical bearing assembly according to the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a spherical bearing assembly manufactured by the embodiment of FIG.

구형저널(100)은 외면이 구형을 이루며 내부에는 축 등 다른 기계요소를 삽입하기 위해 실린더형상의 관통구멍이 형성된 형상으로 제작한다(S10). 종래 기술에 따른 구면베어링 조립체에서와 같이 구형저널(100)은 금속재질로서 주물, 단조, 절삭 등의 통상적인 방법으로 제작될 수 있다. 그러나 구형저널(100)은 복합재료로 성형하여 제작할 수도 있다. 다만 복합재료로 구형저널(100)을 성형 제작하는 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 복합재료로 성형된 구형저널(100)의 외면에 경질의 금속막(110)을 갖도록 제조하는 것이 구형저널의 외면의 마모 내구성 향상을 위해 바람직하며, 금속막(110)을 복합재료로 된 구형저널(100)에 동시경화로 접합하거나 구형저널(100)을 먼저 성형한 후 플라즈마 용사코팅, 전기도금 등을 이용하여 금속막(110)을 형성시킬 수 있다. 이 경우 구형저널을 제작하는 단계(S10)는 도 9에 도시한 바와 같이 복합재료로 구형저널을 성형하는 단계(S20)와, 성형된 구형저널의 외면에 금속막을 코팅하는 단계(S21)를 포함하게 된다.The spherical journal 100 has a spherical outer surface and is manufactured in a shape in which a cylindrical through-hole is formed to insert other mechanical elements such as shafts (S10). As in the spherical bearing assembly according to the prior art, the spherical journal 100 may be manufactured by a conventional method such as casting, forging, cutting as a metal material. However, the spherical journal 100 may be manufactured by molding from a composite material. However, when the spherical journal 100 is molded and manufactured as shown in FIG. 5, the spherical journal 100 may be manufactured to have a hard metal film 110 on the outer surface of the spherical journal 100 formed of the composite material. It is preferable to improve the wear durability of the outer surface, and the metal film 110 is bonded to the spherical journal 100 made of a composite material at the same time or the spherical journal 100 is formed first, and then plasma spray coating and electroplating are used. The metal film 110 can be formed. In this case, the step (S10) of manufacturing a spherical journal includes a step (S20) of forming a spherical journal with a composite material as shown in FIG. 9, and a step (S21) of coating a metal film on an outer surface of the formed spherical journal. Done.

다음으로 구형저널(100)의 외면에 그루브(120)를 가공한다(S11). 그루브(120)는 도 6에 도시한 바와 같이, 오일윤활환경에서 윤활유의 통로역할을 하기 위한 것이다. 구형저널(100)이 금속재질로 제작된 경우 구형저널(100)의 외면에 원주방향을 따라 홈을 절삭하여 그루브(120)를 형성하는 것이 일반적이다. 그러나 구형저널(100)이 복합재료로 성형된 경우에는 성형 시에 그루브(120)를 함께 성형 하면 족하므로 별도의 공정으로 분리하여 실시할 필요가 없다. 또한 복합재료로 된 구형저널(100)일지라도 외부에 금속막(110)을 코팅하기(S21) 이전에 복합재료로 구형저널을 성형하는 단계(S20)에서 그루브(120)를 함께 형성하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 복합재료로 된 구형저널(100)의 외면에 금속막을 코팅한 이후 원주방향으로 홈을 절삭 가공하여 그루브(120)를 형성할 수도 있다.Next, the groove 120 is processed on the outer surface of the spherical journal 100 (S11). The groove 120 is to serve as a passage of the lubricating oil in the oil lubrication environment, as shown in FIG. When the spherical journal 100 is made of a metal material, the groove 120 is generally formed by cutting the groove along the circumferential direction on the outer surface of the spherical journal 100. However, when the spherical journal 100 is formed of a composite material, it is not necessary to separate the grooves 120 in a separate process because the grooves 120 are formed together at the time of molding. In addition, even if the spherical journal 100 is made of a composite material, it is preferable to form the grooves 120 together in the step (S20) of forming the spherical journal with the composite material before coating the metal film 110 on the outside (S21). If necessary, the groove 120 may be formed by cutting a groove in the circumferential direction after coating a metal film on the outer surface of the spherical journal 100 made of a composite material.

다음 단계로서 구형저널(100)을 내부금형, 즉 코어(Core)로 삼고 복합재료로 구면베어링(200)을 성형한다(S14). 단, 이미 그루브가 형성된 구형저널을 사용할 경우는 복합재료가 그루브에 침투하여 성형 후 볼이 회전하지 못하므로, 제거가 가능한 폴리머 링, 고무 링 등을 장착하고 성형한 후 볼을 회전시켜 베어링 면이 드러나게 한 후 링을 제거한다. 구형저널(100)이나 구면베어링(200)의 재질로서의 복합재료는 섬유강화 복합재료인 것이 바람직하다. 섬유강화 복합재료의 강화제로는 탄소섬유, 유리섬유, 케블러 섬유, 폴리에틸렌(PE), 나일론 등의 직물로서 장섬유 또는 단섬유가 사용되고, 기지(Matrix)는 에폭시 또는 페놀수지로서, 프리프레그 형태의 복합재료를 사용하여 압축성형 하거나 섬유를 몰드 내부에 채우고 수지를 주입하는 수지이송성형(Resin Transfer Mold; RTM)을 이용하여 성형할 수 있다. 또는 수지이송성형을 이용하되 구면베어링(200)의 베어링면만 복합재료 프리프레그를 이용할 수 있다. 복합재료의 일반적인 성형방법인 열간압축성형 등의 방법으로 구면베어링(200)을 성형함에 있어 기제작된 구형저널(100)을 코어로 사용함으로써 구면베어링(200)의 내부에 구형저널(100)이 이미 삽입된 상태로 제작할 수 있다. 즉, 구면베어링과 구형저널을 별도로 각각 제작하여 구형저널을 구면베어링 내부로 압입하는 과정이 불필요해지는 것이다. 도 8에 도시한 바와 같이 구면베어링 조립체는 외부 구조물(300)에 미리 형성된 보어와 같은 장착부에 구면베어링(200)을 억지끼움 또는 열박음함으로써 설치된다. 그러나 억지끼움이나 열박음과 같은 설치 방법은 구면베어링(200)과 구형저널(100) 사이의 베어링 간극을 불균일하게 하므로 윤활성능을 현저히 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 구면베어링(200)을 성형하는 과정에서 구면베어링 조립체가 설치될 외부 구조물(300)을 외부 금형으로 사용하는 것이 바람직하다. 요컨대, 구면베어링(200)을 성형하는 단계(S14)에서, 도 8에 도시한 바와 같이 구형저널(100)이 코어, 외부 구조물(300)이 외부금형이 되어 구면베어링(200)을 성형하는 것이다. 이 경우 필요하다면 구형저널(100)의 회전 중심축방향으로 노출되는 구면베어링(200)의 측면의 성형을 위해 별도의 막음판을 사용할 수 있다. As a next step, the spherical journal 100 is formed as an internal mold, that is, a core, and a spherical bearing 200 is formed of a composite material (S14). However, in the case of using an old journal with grooves already formed, composite material penetrates into the grooves, so the ball cannot rotate after molding. After revealing, remove ring. The composite material as the material of the spherical journal 100 or the spherical bearing 200 is preferably a fiber reinforced composite material. As the reinforcing agent of the fiber-reinforced composite material, long fibers or short fibers are used as fabrics such as carbon fiber, glass fiber, Kevlar fiber, polyethylene (PE) and nylon, and the matrix is epoxy or phenol resin, which is a prepreg type. It can be molded using a composite material or by using a resin transfer mold (RTM) to fill a fiber into a mold and inject a resin. Alternatively, the resin transfer molding may be used, but only the bearing surface of the spherical bearing 200 may use the composite material prepreg. The spherical journal 100 is formed inside the spherical bearing 200 by using the spherical journal 100 manufactured as a core in forming the spherical bearing 200 by a method such as hot compression molding, which is a general molding method of a composite material. You can make it already inserted. In other words, by making the spherical bearing and the spherical journal separately, the process of press-fitting the spherical journal into the spherical bearing becomes unnecessary. As shown in FIG. 8, the spherical bearing assembly is installed by forcing or shrinking the spherical bearing 200 in a mounting portion such as a bore previously formed in the outer structure 300. However, the installation method such as interference fit or shrink fit makes the bearing gap between the spherical bearing 200 and the spherical journal 100 non-uniform, so that the lubrication performance can be significantly reduced. Therefore, in the process of forming the spherical bearing 200, it is preferable to use the outer structure 300 to be installed in the spherical bearing assembly as an outer mold. In other words, in the step S14 of forming the spherical bearing 200, as shown in Figure 8, the spherical journal 100 is the core, the outer structure 300 is to form an external mold to form the spherical bearing 200. . In this case, if necessary, a separate blocking plate may be used for molding the side surface of the spherical bearing 200 exposed in the direction of the center of rotation of the spherical journal 100.

구면베어링(200)을 열간압축성형한 후 냉각시키는 과정에서, 구형저널(100)이 금속재질로 된 것일 경우에는 복합재료와의 열팽창률의 차이로 인해 구형저널(100)과 구면베어링(200) 사이에 자연스럽게 간극이 형성되면서 구형저널(100)과 구면베어링(200)의 분리가 용이해진다. 이러한 베어링 간극은 구형저널(100)과 구면베어링(200)의 열팽창을 고려하여 경화온도 및 압력을 적절히 선택함으로써 조절이 가능하다. 그러나 구형저널(100)이 복합재료로 되어 있고, 특히 외면에 금속막(110)이 코팅되어 있지 않은 경우, 구면베어링(200)과의 분리를 용이하게 하고 베어링 간극을 형성시키기 위해 구면베어링(200)을 성형하는 단계(S14) 이전에 구형저널(100)의 외면에 이형제 또는 자기윤활물질을 코팅하는 것이 바람직하다(S12).In the process of cooling the spherical bearing 200 after hot compression molding, when the spherical journal 100 is made of a metal material, the spherical journal 100 and the spherical bearing 200 due to the difference in thermal expansion rate of the composite material. As the gap is naturally formed between the spherical journal 100 and the spherical bearing 200 is easily separated. The bearing gap can be adjusted by appropriately selecting the curing temperature and pressure in consideration of thermal expansion of the spherical journal 100 and the spherical bearing 200. However, in the case where the spherical journal 100 is made of a composite material, and in particular the metal film 110 is not coated on the outer surface, the spherical bearing 200 is used to facilitate separation from the spherical bearing 200 and to form a bearing gap. It is preferable to coat a release agent or a self-lubricating material on the outer surface of the spherical journal 100 before forming the step (S14) (S12).

한편, 구면베어링(200)의 베어링면에도 오일윤활환경에서 윤활유의 통로가 될 그루브를 형성하는 것이 바람직하다. 도 7을 참조로 구면베어링(200)에 그루브(210)를 형성하는 과정을 상세히 설명하면, 구면베어링(200)을 성형하기에 앞서 구형저널(100) 외면에 변형이 쉽고 수지와의 접착성이 낮은 고무 또는 PEEK, PTFE등의 폴리머 링을 끼운다(S13). 그 다음 링이 끼워진 구형저널(100)을 코어로 하여 복합재료로 구면베어링(200)을 성형한다. 성형 후 구형저널(100)을 90도 회전시켜 구면베어링(200)의 베어링면이 드러나도록 한 후, 링을 제거하면 그루브(210)를 형성할 수 있다. 또한, PEEK, PTFE등은 윤활성이 우수하고 수지와의 접착성이 없으므로, 구면베어링(200)의 그루브(210) 형성을 위한 링의 재질로 할 경우, 링이 건식윤활제의 역할을 하도록 제거하지 않고 사용할 수도 있다. 이때, 접착성이 없고 복합재료에 비해 열팽창계수가 상대적으로 큰 링은 냉각되면서 기지와 떨어지게 되고, 오일 또는 그리스가 침투할 수 있는 간극을 형성하게 되며, 링은 윤활유의 공급을 돕는 역할을 수행할 수 있다. 하나 이상의 그루브(210)를 형성하기 위해 및 복수의 링을 사용할 수 있으며, 형상 또한 다양하게 변화시킬 수 있다.On the other hand, it is preferable to form grooves that will be passages for lubricating oil in the oil lubrication environment on the bearing surface of the spherical bearing 200. Referring to Figure 7 in detail the process of forming the groove 210 in the spherical bearing 200, prior to forming the spherical bearing 200 is easy to deformation on the outer surface of the spherical journal 100 and adhesiveness with the resin Insert a low rubber or polymer ring such as PEEK or PTFE (S13). Then, the spherical bearing 200 is formed of a composite material using the spherical journal 100 into which the ring is fitted. After molding, the spherical journal 100 may be rotated 90 degrees to expose the bearing surface of the spherical bearing 200, and then the groove 210 may be formed by removing the ring. In addition, since PEEK, PTFE, etc. are excellent in lubricity and adhesiveness with resin, when the ring material for forming the groove 210 of the spherical bearing 200 is formed, the ring is not removed so as to act as a dry lubricant. Can also be used. At this time, the ring which is non-adhesive and has a relatively large coefficient of thermal expansion compared to the composite material is separated from the base while cooling, and forms a gap through which oil or grease can penetrate, and the ring serves to help supply lubricant. Can be. In order to form one or more grooves 210 and a plurality of rings may be used, the shape may also vary.

그리고 구형저널(100)과 구면베어링(200) 사이의 윤활을 위해 양자 사이에 윤활부재를 삽입한다(S16). 윤활부재는 통상적인 윤활유는 물론 입자형태 또는 필름형태로 된 자기윤활재질의 것도 사용할 수 있다. 윤활부재는 구면베어링(200)의 베어링면 측에 도포되어 있을 수 있는데, 입자형태의 윤활부재를 복합재료로로 된 베어링면에 고르게 분포시키는 방법은 다음과 같다. 우선 복합재료 프리프레그를 사용할 경우, 복합재료 구면베어링(200)의 베어링면의 표면에 위치하는 프리프 레그에 입자형태의 윤활부재를 묻혀 적층하거나 구형저널(100) 표면에 코팅하는 방법을 사용할 수 있다. 수지이송성형방법을 이용하는 경우는 섬유 프리폼에 입자를 묻히기 어려우므로 구형저널(100) 외면에 입자형태의 윤활부재와 자체윤활특성을 가지는 바인더(Binder)를 혼합하여 코팅하고 수지를 주입하는 방법을 사용할 수 있다. 필름형태의 윤활부재를 복합재료 구면베어링(200)의 베어링면에 접착시키는 방법은 다음과 같다. 필름의 한쪽 면을 수지와의 접착을 용이하게 하기 위하여 에칭, 플라즈마 처리 등의 표면처리를 수행한 후, 필름을 구면베어링(200)의 베어링면에 위치시키고 성형하면 쉽게 접착할 수 있다. 여기서 자기윤활물질은 PEEK, PTFE, 그라파이트, MoS2 등의 고체 윤활제를 사용한다. 윤활성을 더욱 양호하게 하기 위해 베어링면에 오일 또는 그리스를 흡수시켜 사용할 수도 있다. 구면베어링(200)의 베어링면만 노출되도록 나머지 부분을 밀봉한 후 오일 또는 그리스에 담가 표면에 흡수시키면, 구면베어링(200)의 복합재료의 압축강도를 저하시키지 않고 자기윤활특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 구면베어링과 구형저널 사이에 윤활부재를 삽입하는 본 단계(S16)는 도 3에 도시한 것과는 달리 반드시 구면베어링을 성형(S14)한 이후에 수행되어야 하는 것은 아니다. 특히 윤활부재가 필름 형상일 경우 구면베어링을 성형하기(S14) 이전에 구형저널 외면에 윤활부재를 배치하고 구면베어링을 성형하면 윤활부재가 구면베어링과 구형저널 사이에 자연스럽게 삽입되므로 제작과정이 용이해진다. 따라서 윤활부재 삽입단계(S16)은 필요에 따라 구면베어링 성형(S14) 이전 이후 어느 시점에서 수행하여도 무방하다.And lubrication member is inserted between both for lubrication between the spherical journal 100 and the spherical bearing 200 (S16). The lubricating member may be used as a self-lubricating material in the form of particles or films as well as conventional lubricating oil. The lubrication member may be applied to the bearing surface side of the spherical bearing 200, the method of evenly distributing the particle-shaped lubricating member on the bearing surface of the composite material is as follows. First, when using a composite material prepreg, it is possible to use a method of laminating a lubricating member in the form of particles to a prepreg located on the surface of the bearing surface of the composite material spherical bearing 200 or coating the surface of the spherical journal 100. . In the case of using the resin transfer molding method, since it is difficult to bury the particles in the fiber preform, a method of coating and injecting a resin by mixing a particle-type lubricating member and a binder having self-lubricating properties on the outer surface of the spherical journal 100 is used. Can be. The method of adhering the lubricating member in the form of a film to the bearing surface of the composite spherical bearing 200 is as follows. After one surface of the film is subjected to surface treatment such as etching and plasma treatment to facilitate adhesion with the resin, the film may be easily bonded by placing the film on the bearing surface of the spherical bearing 200 and molding. The self-lubricating material here is a solid lubricant such as PEEK, PTFE, graphite, MoS 2 . In order to further improve lubricity, oil or grease may be absorbed and used on the bearing surface. If the remaining portion is sealed to expose only the bearing surface of the spherical bearing 200 and then immersed in oil or grease to be absorbed on the surface, the self-lubrication property may be improved without lowering the compressive strength of the composite material of the spherical bearing 200. On the other hand, the step (S16) of inserting the lubrication member between the spherical bearing and the spherical journal is not necessarily performed after the spherical bearing is formed (S14), unlike shown in FIG. In particular, if the lubricating member is in the form of a film, prior to forming the spherical bearing (S14), if the lubricating member is placed on the outer surface of the spherical journal and the spherical bearing is molded, the lubricating member is naturally inserted between the spherical bearing and the spherical journal, thereby facilitating the manufacturing process. . Therefore, the lubrication member insertion step S16 may be performed at any point after the spherical bearing molding S14, if necessary.

이와 같은 단계로 제작된 구면베어링 조립체의 사용상태를 살펴보면, 통상 도 8에 도시한 바와 같은 외부 구조물(300)에 미리 가공된 보어와 같은 장착부에 구면베어링(200)을 억지끼움 또는 열박음하여 설치된다. 따라서 구면베어링(200)의 외면이 변형되면서 외부 구조물(300)에 압착될 수 있도록 하거나, 마찰력이 큰 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 따라서 구면베어링(200)을 성형한 이후 그 외면에 금속커버 또는 마찰력이 큰 폴리머 중 어느 하나를 접합하는 단계(S15)를 더 거치는 것이 바람직하다. 이때 금속커버를 접합하기 위해 금속 실린더를 동시경화 또는 표면처리한 폴리머 필름을 동시경화로 접착시키는 방법을 사용할 수 있다. 또한 구면베어링(200)이 외부 구조물(300)로부터 구형저널(100)의 회전축 방향으로 이탈하는 것을 더욱 확실히 방지하기 위해 구면베어링(200)의 외면에 접하는 외부 구조물(300)에 홈을 형성하여 두고, 구면베어링(200)의 성형에 외부 구조물(300)의 외부 금형으로 사용하면 구면베어링(200)의 외면에 돌기(220)가 형성되므로 바람직하다. 반대로 외부 구조물(300)에 돌기를 형성하여 두고 구면베어링(200)을 성형하면 구면베어링(200)의 외면에 홈이 형성되도록 할 수도 있다.Looking at the state of use of the spherical bearing assembly produced in this step, it is usually installed in the mounting portion such as a bore pre-processed in the external structure 300, as shown in Figure 8 by pressing or shrink fit. do. Therefore, the outer surface of the spherical bearing 200 is deformed while being able to be pressed on the outer structure 300, or preferably made of a material with a large friction force. Therefore, after forming the spherical bearing 200, it is preferable to further pass through the step (S15) of bonding any one of a metal cover or a high friction force polymer to the outer surface. In this case, a method of bonding the metal cylinder to the co-cured or surface-treated polymer film by co-curing may be used to bond the metal cover. In addition, in order to more reliably prevent the spherical bearing 200 from deviating from the outer structure 300 in the direction of the rotation axis of the spherical journal 100, a groove is formed in the outer structure 300 in contact with the outer surface of the spherical bearing 200. In the molding of the spherical bearing 200, the protrusion 220 is preferably formed on the outer surface of the spherical bearing 200. On the contrary, if the spherical bearing 200 is formed by forming a protrusion on the outer structure 300, a groove may be formed on the outer surface of the spherical bearing 200.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. The embodiments described above are merely to describe preferred embodiments of the present invention, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, those skilled in the art within the spirit and claims of the present invention It will be understood that various changes, modifications, or substitutions may be made thereto, and such embodiments are to be understood as being within the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 구면베어링 조립체에 의하면, 구형저널과 구면대우하는 베어링면이 자기윤활특성을 갖는 섬유강화복합재료로 구성되어 기계적 강성이 보장되면서도 마찰계수가 감소되며 마찰열로 인해 고착될 위험성이 없으므로 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 구면베어링 조립체는 구형저널을 먼저 제작한 후 구형저널을 코어로 하여 구면베어링을 성형하므로 구형저널을 구면베어링에 압입하는 과정이 불필요하고, 베어링 간극 유지를 위한 정밀가공의 필요도 없어지므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 그리고 조립과정에서 구형저널이나 구면베어링을 소성변형시키지 않으므로 조립체 내부의 잔류응력을 크게 낮출 수 있다. 또한, 종래 기술에 따른 구면베어링 조립체와 동일한 구조를 가지면서도 비강도가 우수한 복합재료를 이용하여 중량이 가벼우며, 외면에 자체윤활특성을 가진 입자 및 필름을 형성시키기 용이한 효과가 있다. 그리고 오일윤활을 위한 그루브를 별도의 가공없이 성형공정에서 형성시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the spherical bearing assembly according to the present invention, the spherical journal and the spherical bearing surface are composed of a fiber reinforced composite material having self-lubricating properties, while ensuring the mechanical rigidity, the coefficient of friction is reduced and the frictional heat is fixed. There is no risk of this, which greatly improves reliability. In addition, since the spherical bearing assembly according to the present invention first manufactured the spherical journal and then formed the spherical bearing using the spherical journal as a core, the process of injecting the spherical journal into the spherical bearing is unnecessary, and the necessity of precision processing for maintaining the bearing gap is also required. This eliminates significant productivity gains. And since the spherical journal or spherical bearing is not plastically deformed during the assembly process, the residual stress in the assembly can be significantly lowered. In addition, by using a composite material having the same structure as the spherical bearing assembly according to the prior art and excellent in strength, the weight is light, and there is an effect of easily forming particles and films having self-lubricating properties on the outer surface. And there is an advantage that the groove for oil lubrication can be formed in the molding process without additional processing.

Claims (8)

구형저널을 제작하는 단계와,Creating an old journal, 상기 구형저널을 코어로 삼아 복합재료로 구면베어링을 성형하는 단계와,Forming a spherical bearing from a composite material using the spherical journal as a core; 상기 성형된 구면베어링의 외면에 금속커버 또는 마찰계수가 큰 폴리머 재료중 선택된 어느 하나를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.And bonding a metal cover or any one selected from a polymer material having a high coefficient of friction to the outer surface of the molded spherical bearing. 제1항에 있어서, 상기 구형저널 제작단계는,The method of claim 1, wherein the old journal production step, 복합재료로 구형저널을 성형하는 단계와,Molding the spherical journal from the composite material, 상기 성형된 구형저널의 외면에 금속막을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.Spherical bearing assembly manufacturing method comprising the step of coating a metal film on the outer surface of the molded spherical journal. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 상기 구면베어링을 성형하기 전에 상기 구형저널의 외면에 이형제 또는 자기윤활물질 중 선택된 어느 하나를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.Spherical bearing assembly manufacturing method further comprising the step of coating any one selected from a release agent or a self-lubricating material on the outer surface of the spherical journal before molding the spherical bearing. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 구면베어링의 베어링면에 그루브를 성형하기 위하여 상기 구면베어링을 성형하기 전에 상기 구형저널의 외면에 링을 끼우는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.And inserting a ring on an outer surface of the spherical journal before forming the spherical bearing to form a groove on the bearing surface of the spherical bearing. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 성형된 구형저널의 외면에 그루브를 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.Spherical bearing assembly manufacturing method further comprising the step of processing a groove on the outer surface of the molded spherical journal. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 구형저널과 구면베어링 사이에 자기윤활재질로 된 윤활부재를 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.And a step of inserting a lubricating member made of a self-lubricating material between the spherical journal and the spherical bearing. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구면베어링을 성형하는 단계는,The method of claim 1 or 2, wherein the forming of the spherical bearing, 상기 구면베어링이 설치될 외부 구조물을 외부 금형으로 삼아 상기 구면베어링을 성형하는 것을 특징으로 하는 구면베어링 조립체 제조방법.Spherical bearing assembly manufacturing method characterized in that for forming the spherical bearing by using the outer structure to be installed in the spherical bearing as an external mold.
KR1020050071051A 2005-08-03 2005-08-03 Method for manufacturing spherical bearing assembly KR100660462B1 (en)

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