E7 플라스틱 리니어 플레인 베어링과 PTFE-라인 플레인 베어링 성능비교
igus
리니어 플레인 베어링은 오늘날의 제조업에서 보편화되고 있다. 기술과 재료 과학의 발전으로 igus?의 자체 윤활 리니어 베어링인 drylin? 시리즈 같은, 플라스틱으로 만들어진 리니어 플레인 베어링의 기능이 향상되었다.
원래 리니어 플라스틱 플레인 베어링은 재순환 볼 베어링을 대체하기 위해 개발되었다. 볼 베어링과 달리 플라스틱 플레인 베어링은 유지 보수와 오일, 그리스 같은 외부 윤활제 없이 작동하도록 설계되었다. 베어링의 선행 비용뿐만 아니라 총 소유 비용도 낮다. 또한, 플라스틱 베어링에는 기술적인 장점이 있다. 주요 장점은 자체 윤활이다.
외부 윤활제가 필요없으므로 오염되거나 습한 환경에 적합하고, 민감한 식품이나 실험실 애플리케이션에 이상적이다. 더 가볍고 높은 정하중과 충격 하중을 견딘다. 부식을 방지하며 가속도가 높은 애플리케이션에서 볼 베어링보다 우수한 성능을 보인다.
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drylin? 플라스틱 리니어 베어링 설계
drylin? 리니어 베어링은 igus? dry-tech 플라스틱 복합재를 사용하여 설계되었다. 이것은 베이스 폴리머와 강화 섬유, 고체 윤활제 입자로 구성된다. 베어링은 균질하게 혼합된 플라스틱 재료로 사출 성형된다. 또한, 수명이 다할 때까지 마찰 계수가 일정하며 윤활제를 자동 주유한다(아래 이미지 참조). 베어링 시스템이 순환을 시작하면, 고체 윤활제의 미세한 침착물이 샤프트의 마이크로피니시(microfinish)로 옮겨져 마찰을 감소시켜 수명이 늘어나고 추가적인 외부 윤활이 필요하지 않다.
drylin? 리니어 플라스틱 베어링의 형태도 독특하다. 베어링의 내경을 따르는 홈은 두 가지 용도로 사용된다. 첫째, 열팽창을 최소화하여 일반적인 슬리브 베어링보다 작동 간극의 차이가 더 적다. 또한, 파편이 시스템을 쉽게 통과할 수 있도록 하여 위험한 환경에서 ‘오염물 통로’ 역할을 한다.
라이너 베어링(Liner bearing)은 세로로 긴 슬릿이 있어 도구가 필요 없는 ‘슬립 핏(slip fit)’설치가 가능하다. drylin? 라이너가 회전 방지와 축 방향 안정성을 유지하도록 관의 외부를 따라 나 있다. 하우징이나 어댑터는 알루미늄 슬리브로, 표준 재순환 볼 베어링과 설치 치수가 동일하다.
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PTFE-라인 베어링
PTFE(Polytetrafluoroethylene) 리니어 금속 베어링은 리니어 베어링 애플리케이션을 위한 또 다른 옵션이다. 이 유형의 일반적인 베어링은 알루미늄 하우징에 영구적으로 결합된 얇은 자체 윤활 층이 있으며, 때로는 금색으로 PTFE에 내장된다. 라이너는 교체할 수 없다. drylin?과 마찬가지로 외측 셸은 리니어 볼 베어링과 치수가 호환된다.
최신 자체 윤활 라이너 재질: igus? E7
igus? 리니어 기술 E7 소재에 새로운 드라이-테크 소재가 추가되었다. E7은 특히, 표면 경화 철강이나 경화 스테인리스강과 같은 철제 샤프트의 수명을 최적화하고 마찰을 줄이도록 설계되었다. E7 소재는 내식성이 우수한 303/304/316과 같은 부드러운 스테인리스 합금에도 적합하다.
E7과 PTFE가 결합된 베어링을 비교하는 실험실 테스트
독일 쾰른에 있는 igus? 실험실에서 E7 소재와 PTFE가 라이닝된 베어링 기술 사이의 마찰과 마모 특성을 비교하는 테스트를 하였다.
테스트 정보
베어링 A: igus? E7 건식 기술 플라스틱 리니어 플레인 베어링 - 알루미늄 어댑터(셸)로 사출 성형된 트리보폴리머(tribopolymer) 베어링 라이너. 이 베어링 라이너의 외경이 베어링 어댑터에서 반경 방향과 축 방향으로 고정되는 구조로 설계되었다. E7 라이너의 내경에는 홈이 있어 열팽창을 줄이고 오물이나 다른 부스러기의 통로 역할을 한다.
베어링 B: PTFE가 주입된 베어링. 이것은 주요 마찰 부위로 알루미늄 하우징에 영구적으로 부착된 PTFE가 합금된 금색 베어링 라이너다.
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테스트 매개 변수
igus? E7 베어링과 PTFE-라이너 베어링은 공통 축 재료를 선택하여 마모 테스트를 거쳤다. 테스트는 중심 하중에서 단일 베어링을 기준으로 진행되었다.
테스트한 샤프트 재질은 표면 경화 스테인리스강, 316 스테인리스강, 강화 스테인리스강이다. 모든 샤프트의 지름은 20mm이며 중심 하중은 400N(90lbf), 리니어 속도는 0.1m/s(0.32ft/s)다. 마모는 이동 후에 잃어버린 물질의 질량을 측정하고, 다른 물질 밀도를 고려하여 계산되었다.
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테스트 결과
igus? E7 베어링 소재는 igus 연구소에서 테스트한 각 철심 소재의 PTFE 라인 베어링보다 마찰과 마모가 적다. 재료 마모는 재료 밀도의 차이를 고려하여, 정밀 분석 저울로 손실된 재료 질량을 측정하여 계산되었다.
표면 경화 샤프팅
E7=마모가 23% 감소/마찰이 29% 감소
440C 스테인리스 샤프팅
E7=마모가 51% 감소/마찰이 18% 감소
316 스테인리스 샤프팅
E7=마모가 33% 감소/마찰이 24% 감소
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E7 라이너는 PTFE 라인 베어링보다 상당히 두껍다. E7 라이너 두께는 1.4mm로 명시되었으며, PTFE 라인 베어링은 0.5mm이다. 이것을 주행 거리(킬로미터)당 23~51% 낮은 마모율을 고려할 때 E7 재료의 잠재적 작동 수명은 PTFE 기반 소재보다 훨씬 길다. 따라서 이것은 주로 부품을 교체할 필요가 거의 없는 하이 사이클 애플리케이션에 적합하다.
igus? E7 소재는 알루미늄 어댑터에 슬립 피팅할 수 있으므로 필요한 경우 라인 교체만으로 재사용할 수 있다. 반대로 PTFE 라이닝 된 베어링은 어댑터에 결합되어 라이너 자체를 교체할 수 없으므로 전체 제품을 교체해야 한다. 베어링 라이너 교체와 알루미늄 어댑터 재사용이 가능하므로, igus? E7 베어링 라이너를 구입하고 교체하는 데 드는 전체 비용이 PTFE 라이닝 베어링보다 훨씬 적다.
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결론
igus? E7 소재는 테스트를 통해, PTFE가 라이닝된 베어링과 비교하여 철제 샤프트의 수명과 마모와 마찰을 줄이기 위한 최적의 평면 베어링 소재로 입증되었다. 마모율은 주행 거리당 마모가 23~51% 낮을 뿐만 아니라 라이너 재질이 두꺼울수록 수명이 더 길어진다. igus?의 교체할 수 있는 사출 성형 E7 라이너를 사용하면 초기 비용과 교체 비용을 모두 줄일 수 있다.
드라이-테크 정보
igus? 플라스틱이 볼과 금속 베어링보다 기술적 이점을 제공할 뿐만 아니라 상당한 비용 절감을 할 수 있다는 생각으로, 1964년부터 자동 윤활이 가능하고 유지 보수가 필요 없는 플라스틱 베어링 소재 화합물을 개발해 왔다. 1964년 독일 쾰른의 공장에서 창설된 이래 현재 igus?는 전 세계에 30개 이상의 지사를 운영하고 있다.
igus? 엔지니어는 매년 100가지가 넘는 새로운 플라스틱 화합물을 개발하며, 이 플라스틱 화합물은 매년 5,000건 이상의 개별 실험에서 광범위하게 테스트된다. 수년에 걸쳐 igus?의 이러한 테스트의 결과를 드라이-테크 베어링의 마찰과 마모 특성에 대한 종합 데이터베이스로 정리했다. 이 데이터베이스는 특정 애플리케이션에서 드라이-테크 베어링을 적용하는 데 매우 귀중한 자원이 되었다.
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기타 베어링 소재 옵션
drylin? 리니어 베어링도 iglide? J, iglide? J200, iglide? T500, iglide? A180 소재에서 사용할 수 있으며 각각 고유한 특성이 있다.
자료 제공: igus(www.igus.com)
