마모 방지: 소켓의 베어링 캐비티와 메인 샤프트를 금속과 금속의 직접적인 접촉으로부터 보호하여 고속 회전(500~1500rpm)과 축 하중(최대 수천 킬로뉴턴)으로 인한 마모를 줄입니다.
마찰 감소: 메인 샤프트와 소켓 사이의 에너지 손실과 열 발생을 최소화하기 위해 낮은 마찰 표면(윤활 시 마찰 계수 ≤0.15)을 제공합니다.
하중 분포: 메인 샤프트에서 소켓까지 축 방향 및 반경 방향 하중을 균등하게 분산시켜 국부적인 응력 집중을 방지하고 두 구성품의 서비스 수명을 연장합니다.
정렬 보정: 미세한 탄성을 통해 메인 샤프트와 소켓 사이의 미세한 정렬 오류를 허용하여 작동 중 진동과 소음을 줄입니다.
라이너 바디: 베어링 청동(예: ZCuSn10Pb1), 배빗 금속(주석 기반: 주석 83~85%, 에스비 11~13%) 또는 강철로 보강된 바이메탈 재질(소결 청동 층이 있는 강철 쉘)로 제작된 중공 원통형 슬리브입니다. 벽 두께는 파쇄기 크기에 따라 5~15mm입니다.
내부 베어링 표면: 주축에 직접 접촉하는 낮은 거칠기(라0.8~1.6 μm)의 정밀 가공 표면입니다. 윤활유를 유지하고 마찰 감소를 향상시키기 위해 원주형 오일 홈(0.5~2 mm 깊이)이 있는 경우가 많습니다.
외부 표면: 소켓의 베어링 캐비티에 맞춰 끼워지는 원통형 또는 약간 테이퍼진 표면으로, 소켓에 대한 회전을 방지하기 위해 간섭 맞춤(0.01~0.05mm)이 적용됩니다.
플랜지(선택 사항): 소켓의 축 방향 움직임을 제한하기 위한 한쪽 끝에 방사형 플랜지가 있어 라이너가 무거운 축 방향 하중을 받아도 제자리에 고정됩니다.
윤활 기능:
오일 그루브: 내부 표면에 축 방향 또는 나선형 홈이 있어 접촉 영역에 윤활유를 고르게 분배하여 건조 마찰을 방지합니다.
오일 홀: 외부 표면과 내부 홈을 연결하는 작은 구멍(φ3–φ6 mm)으로, 소켓의 윤활 채널과 일치하여 오일 흐름을 보장합니다.
모따기: 양쪽 끝부분의 모서리를 둥글게 처리(반경 0.5~2mm)하여 설치를 용이하게 하고 라이너-샤프트 인터페이스에서 응력 집중을 방지합니다.
재료 선택:
베어링 청동(ZCuSn10Pb1)은 높은 압축 강도(≥300 엠파), 우수한 열전도도, 그리고 강축과의 적합성으로 선호됩니다. 베어링 청동의 조성은 주석 9~11%, 납 0.5~1.0%, 그리고 나머지 Cu로 조절되며, 경도는 헤비 80~100입니다.
주조:
원심 주조: 용융 청동을 회전하는 금형(1000~3000 분당 회전수)에 주입하여 치밀하고 균일한 구조를 가진 원통형 슬리브를 형성합니다. 이 방법은 동심도를 확보하고 기공률을 최소화합니다(부피 기준 ≤5%).
모래 주조플랜지 라이너의 경우, 코어가 있는 모래 주형을 사용하여 오일 홈이나 구멍을 형성합니다. 얇은 부분을 완전히 채우려면 주입 온도는 1000~1100°C입니다.
열처리:
청동 라이너는 주조 응력을 완화하고 기계 가공성을 개선하기 위해 500~600°C에서 1~2시간 동안 어닐링 처리를 거친 후 천천히 냉각합니다.
가공 및 마무리:
거친 가공: 주조된 소재를 선반에서 돌려 외경, 내경, 플랜지(해당되는 경우)를 가공하여 0.5~1mm의 마무리 여유를 남깁니다.
마무리 가공: 내외부 표면은 정밀 선삭 가공을 통해 치수 공차(IT6–IT7)와 표면 조도 라0.8μm를 달성했습니다. 내경은 우수한 진원도(≤0.005mm)를 위해 연마되었습니다.
오일 그루브 가공: 내부 표면에 정밀한 깊이와 간격으로 홈을 밀링하거나 브로칭하여 윤활유 유지력을 최적화합니다.
강철 껍질 준비: 저탄소강(Q235) 슬리브를 원하는 외부 치수로 인발하거나 기계로 가공한 다음 세척하고 거칠게 처리(예: 사포 분사)하여 베어링 층과의 결합력을 강화합니다.
베어링 층 적용:
소결: 청동 분말(예: CuSn10)을 보호 분위기(질소)에서 800~900°C에서 강철 쉘에 소결하여 0.5~2mm 두께의 다공성 층을 형성합니다.
롤 본딩: 얇은 청동 시트(두께 0.3~1mm)를 고압(100~200MPa) 하에 강철 쉘 위로 냉간 압연하여 금속 결합을 형성합니다.
최종 가공: 내부 표면은 필요한 치수와 거칠기로 마무리 가공되며, 필요에 따라 오일 홈이 추가됩니다.
재료 테스트:
화학 성분 분석(분광법)은 재료 표준(예: ZCuSn10Pb1: 주석 9~11%, 납 0.5~1.0%)을 준수하는지 확인합니다.
경도 시험(브리넬 경도 시험)을 통해 청동 라이너의 경도가 헤비 70~90이며, 이는 내마모성과 연성의 균형을 이룹니다.
치수 정확도 검사:
좌표 측정기(CMM)는 내경/외경, 벽 두께 균일성, 플랜지 두께를 검사하며, 주요 치수에 대한 허용 오차는 ±0.01mm로 제어됩니다.
내부 표면의 진원도와 원통도는 진원도 측정기를 사용하여 측정하며, 불균일한 마모를 방지하기 위해 값이 ≤0.005mm인지 확인합니다.
미세 구조 분석:
금속조직 검사는 청동의 경우 기공률(≤5%)과 이중 금속 라이너의 접합 품질(강철과 베어링 층 사이에 박리 없음)을 점검합니다.
성능 테스트:
마찰 계수 테스트: 트라이보미터는 시뮬레이션된 하중(10~50 엠파)과 속도(500~1500 분당 회전수)에서 마찰을 측정하며, 윤활이 있는 경우 값은 ≤0.15이어야 합니다.
마모 테스트: 핀온디스크 테스트는 라이너 소재에 10⁶ 사이클을 가하며, 긴 서비스 수명을 보장하기 위해 중량 감소를 ≤5mg으로 제한합니다.
맞춤 및 조립 검사:
라이너는 간섭 맞춤을 검증하기 위해 테스트 소켓에 시험적으로 장착됩니다. 왜곡 없이 가벼운 압력(5~20kN)이 필요합니다.
내부 보어는 표준 메인 샤프트 샘플과의 호환성을 검사하여 하중 하에서 구속 없이 원활하게 회전하는지 확인합니다.
