수지 피막 절연 베어링(1부, 173)

 

요약

 Electrically insulated bearings coated with Polyphenylene sulfide resin (PPS) are currently used in traction motors on railway rolling stock to prevent electric corrosion. However, the internal temperature rise in the PPS insulated bearings is higher than in ordinary bearings because the thermal conductivity of the PPS is low and the PPS layer also acts as a heat insulator. A change of interference fit may also occur due to creep deformation of the PPS layer. By changing the resin material and reducing the thickness of the resin layer, the lives of the bearings insulated with PPS were increased and they required less maintainance. This report describes the general properties of the new resin material and the performance of the improved bearings. The improved bearings show good performance in that the electrical insulation property is the same as the current insulated bearings, the internal temperature rise is reduced approximately 15˚C, and the change in fitting interference is reduced to one-seventh of the value when compared with the current insulated bearings

 

철도 차량의 주 전동기용으로는 전식 방지를 위해 외륜 외경면에 세라믹 코팅이나 유리섬유 배합  PPS 사출성형함으로써 절연 피복한 베어링이 사용되고 있다.
(그림 1 참조). 세라믹스가 주로 신칸센용 차량에 이용되며 되는 데 반해 PPS 수지 피막 절연 베어링은 저코스트이기 때문에 재래선용으로 사용되고 있다.

PPS 수지 피막 절연 베어링의 결점은 표 1과 같이 PPS의 열전도율이 작기 때문에 단열로 베어링 온도가 높아지기 쉽다.
이상 온도 또는 고온하에서 클리프 변형하여 끼워맞춤 체결대가  시간과 함께 변화하는 것이다.

 

베어링의 장수명화, 검수회귀 연장에 대응하기 위해서는 이러한 과제를 해결해야 하는 것이 필요하며 수지층의 재료 변경 및 얇은 피막 수지 절연 베어링의 개량 및 개발.

개량 베어링의 컨셉, 개량 수지의 기본 특성 및 개량 베어링의 성능에 대해 소개.

 

 

원통 롤러 베어링/ 볼 베어링(Insulated bearings coated with PPS resin)

 

 

2. 개선 베어링 컨셉

수지층을 통과하는 열량은 식(1)으로 구할 것을 할 수 있다. 

여기서 베어링으로부터의 방열량 Q를 크게 한다.
수지층의 열전도율 k를 크게 하거나 혹은 나무 지층 두께 L을 작게 하면 된다.

그러나 열전도율을 향상시키기 위해 양열전도체인 질화알루미늄 등의 세라믹 가루를 다량 배합하면 표2에 제시.

표에서 보면, 기계적 강도가 현저하게 저하되어 버리는 결과를 알 수 있음.

 

그래서 온도 대책으로서는 수지층의 피막을 앏게 하는 것으로 결정함.

 

 

 

Temperature dependence of flexural modulus for PPS

 

그렇지만, 현행 PPS는 90℃ 부근으로 유리 전이점을 가지기 때문에 그림2와 같이 약 80℃에서 물성(굽힘 탄성률)이 저하된다.

주전동기용 베어링의 온도는 100℃를 넘는 경우가 있어 박육화되었을 때의 신뢰성을 확보하기 위해서는 고온 강도를 향상시켜 둘 것이 바람직하다. 

또한 마감대의 경시 변화도 원인은 PPS의 유리 전이에 의한 강도 저하라고 생각되며, 고온강도 향상은 크리프 변형 저감에도 효과를 기대할 수 있음.