KR100876523B1 - 오일펌프 회전축의 오일 부상식 지지장치 및 그 지지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작동유나 윤활유의 펌핑에 사용되는 기어펌프(Gear Pump)의 회전축이 오일부상식 지지 기반 하에서 지지되어 보다 원활하고 높은 정도의 회전력을 얻을 수 있도록 한 오일펌프 회전축의 오일 부상식 지지장치 및 그 지지방법에 관한 것이다.

즉, 회전축(30)이 각각 지지되는 하우징(100) 내부의 양단에 지지되는 회전축(30)과 부시베어링(40)의 내면에 입력측(IN)에서 출력측(OUT)으로 펌핑 이동되는 자체적인 일정압 오일이 자동적이고 연속적으로 주입, 순환, 배출 될 수 있도록 하는 부시베어링하우징(200)을 별도 설치하여 여기에 각각 지지되는 회전축 져널부(31)와 부시베어링(40)에 항시 유막위에서 회전지지 되어 회전축이 어떠한 변형 또는 악조건에서도 정밀한 동심도의 자동조절/유지가 가능토록 오일 부상방식(浮上方式)에 의한 회전 작동이 이루어질 수 도록 한 것이다.

회전축, 져널부, 부시베어링, 부시베어링하우징, 오일 유인홈, 오일순환홈, 오일배출홈

Description

오일펌프 회전축의 오일 부상식 지지장치 및 그 지지방법{Oil rise support equipment and the support method of oil pump rotation axis}

도 1은 일반적인 기어펌프의 단면도

도 2는 본 발명에 사용되는 부시베어링하우징을 포함한 기어펌프의 분해 사시도

도 3은 본 발명에 사용되는 부시베어링하우징이 장착된 기어펌프의 일부 절개도

도 4는 본 발명의 요부된 부시베어링하우징을 발췌한 사시도 및 일부절개도

도 5는 본 발명의 부시베어링하우징이 장착된 상태의 기어펌프 일측 단면도

도 6은 본 발명의 다른 일측단면도 및 정단면도

도 7은 도 6의 분해단면 및 확대도

*도면의 주요부분에 대한 부호설명*

IN:입력측 OUT:출력측

10,20:기어 30:회전축

31:져널부 40:부시베어링

41:오일홈 100:펌프하우징

120, 230:베어링 포켓 200;부시베어링하우징

221:오일 유인홈 222:오일순환홈

223:오일배출홈

본 발명은 작동유나 윤활유의 펌핑에 사용되는 기어펌프(Gear Pump)의 회전축이 오일부상식 지지 기반 하에서 지지되어 보다 원활하고 높은 정도의 회전력을 얻을 수 있도록 한 오일펌프 회전축의 오일 부상식 지지장치 및 그 지지방법에 관한 것이다.

일반적으로 축과 수직으로 하중이 걸리는 경우에 사용하는 레이디얼(Radial) 베어링 중에는 축의 져어널(journal)부의 표면에 베어링이 직접 접촉되어 상호 미끄럼작용이 일어나는 미끄럼베어링(sliding bearing)과 축과 베어링 사이에 볼 또는 롤러가 개입되어 상호 구름운동하는 구름베어링(rolling bearing)으로 구분되고, 그 미끄럼베어링(sliding bearing)에는 부시베어링(Bush Bearing) 또는 베어링메탈(bearing metal) 등이 이에 속하는 한편, 구름베어링(rolling bearing)에는 볼 베어링(Ball Bearing) 또는 롤러베어링(Roller Bearing) 등이 이에 속한다.

한편, 작동유, 윤활유 등의 오일을 펌핑하는 기어펌프(Gear Pump)는 그 사용 용도나 용량 등에 따라 큰 차이를 가지고 있으나 상당한 고압으로 펌핑이 이루어짐에 따라 내부 기어 및 그 기어가 축삽된 회전축에 상당한 고부하가 집중되기 때문에 고부하에 적합한 미끄럼베어링 중 부시베어링(Bush Bearing)을 적용하는 것이 보통이다. 일반적으로 베어링이 장착되는 구조에서 요구되는 가공정밀도는 볼베어링-> 테퍼롤러베어링-> 부시베어링(Bush Bearing) 순으로 요구되는데 축에 걸리는 부하가 클수록 점접촉을 하는 베어링은 배제되고 선접촉을 하는 롤러베어링, 나아가 면접촉을 하는 부시베어링 순으로 그 사용이 요구된다.

그러나 종래의 부시베어링(3)은 요구처리량의 증가로 인한 내부기어(1,1')의 길이(4, 치폭) 상승 또는 중, 대형 기어펌프(20)의 회전축(7)에 걸리는 더욱 큰 고 부하를 충분히 감당하지 못해 회전 작동 중 떨림 및 과열, 소음, 마모 등이 발생하여 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

즉, 부시 베어링(3)이 고정되는 하우징(2)은 회전축(7)에 걸리는 부하크기에 비례하여 더욱 높은 정도(精度), 특히 높은 동심도(同心度) 및 정밀도가 요구되나, 도 1에서 도시된 바와 같은 회전축(1a,1b)을 지지하는 일반적인 베어링 하우징(2)은 동일 조건하에서 요구되는 유량이 높을 경우 그 유량을 이송하는 회전 기어의 길이, 즉 치폭(4, 齒幅)이 길어져 펌프의 부착부(5)에서 동력전달부(6)까지의 거리 가 멀어지는 결과를 초래해 부시베어링(3)이 지지되는 정도나 지지력이 그 만큼 떨어지고, 따라서 회전축에 걸리는 부하가 매우 불규칙하여 소음이 심하거나, 고열 및 마모현상이 발생하는 등 회전축의 고강성(高剛性), 고정도(高精度)의 유지가 사실상 불가능하다.

다시말해, 기어박스나 펌프 하우징에서 멀리 떨어져있는 자리를 정확하게 동심으로 가공하기란 어떤 경우든 쉽지 않다. 정확한 동심을 이루지 못한다면, 궁극적인 목적을 달성시키기 위한 축의 유막, 즉 오일필름은 불량할 수밖에 없고 건전하지 못한 유막은 축에 발생되는 부하에 견디지 못해 쉽게 훼손되며, 훼손되면 베어링 내면과 회전축이 직접 마찰되어 축의 떨림, 발열, 고착, 파손에 이르게 될 수밖에 없는 것이다.

한편, 이상적인 평면과 평면 사이에 존재하는 일반적인 유막(Oil Film)의 유지 능력은 76Kg/Cm임으로 이를 근거로 베어링은 설계되고, 가공되어, 지지되어야만 하는데 회전축에 걸리는 부하보다 이를 지지하는 베어링의 부하능력이 부족할 경우, 베어링의 고유능력이 탁월할지라도 핏팅(Fitting)된 정도가 낮은 조건일 경우에도 상기와 같은 고 강성, 고(高) 정도의 회전 정밀도를 유지하기 어렵다.

이러한 문제점으로 인해 일반적인 오일펌핑용 기어펌프는 약간의 변형 및 악조건을 만나도 회전축에 삽설된 부시l베어링(30)에 발열이 심화 되거나 이상 마모 로 이어지고 심할 경우 고착과 파손에 이르게 되는 것이다.

이에 본 발명에서는 부시베어링의 내면과 회전축의 져어널(journal) 부분 사이에 오일 펌핑시 발생되는 자체적인 오일 또는 윤활유를 자동적이면서 연속적으로 공급하여 균일하고 일정한 두께와 넓이의 유막이 형상 형성되도록 하여 지지된 회전축이 어떠한 변형 또는 악조건에서도 정밀한 동심도의 자동조절 및 유지가 가능한 오일 부상방식(浮上方式)에 의한 회전 작동이 이루어질 수 도록 한 것에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.

위 기술적 과제를 달성하기 위해 본원에서는 첨부된 각 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

즉, 본 발명은 도 2 내지 도 7에서 도시된 바와 같이 내부 기어(10, 20)의 회전작동(펌핑작동)에 따라 펌프하우징(100)의 입력측(IN)에서 출력측(OUT)으로 펌핑되고, 그 하우징(100) 내부의 양측에는 펌핑작동의 핵심요소인 한쌍의 기어(10,20)가 맞물림 된 주동축과 종동축(이하, 상기 주동축과 종동축은 편의상 "회전축"이라 통칭함, 30)이 삽입되어 지지되는 베어링 포켓(120) 구비되고, 상기 베어링 포켓(120)에는 회전축(30)과 부시베어링(40)이 각각 삽설되는 통상의 오일 펌 핑용 기어펌프에 있어서,

상기 하우징(100) 내부의 양단에 각각 지지되는 회전축(30)의 져널부(31)와 그 져널부(31)에 결합된 부시베어링(40)의 내면에 입력측(IN)에서 출력측(OUT)으로 핌핑 이동되는 자체적인 일정압 오일이 자동적이고 연속적으로 주입, 순환, 배출 될 수 있도록 하는 부시베어링하우징(200)을 별도 설치하여 여기에 각각 지지되는 회전축 져널부(31)와 부시베어링(40)에 항시 일정한 유막위에서 회전지지 될 수 있도록 한 것을 그 특징요지로 한다.

상기한 부시베어링하우징(200)은 중앙에 베어링포켓(230)이 형성된 가운데 하우징(100)의 오일 펌핑 경로 중 출력측으로 향하는 일측에 내부의 베어링 포켓(230)과 내통되는 오일 유인홈(221)이 형성되고, 그 상기 오일 유인홈(221)과 연통된 베어링 포켓(230)의 내면에는 유인홈(221)에 의해 유입된 오일이 내면 원주를 따라 순환되다가 부시베어링(40)에 관통된 오일홈(41)을 통해 부시베어링(40) 내면으로 침투되어 일정한 유막이 지속 유지되게 하는 오일순환홈(222)을 형성하는 한편, 상기 오일 유인홈(121)과 상대측인 펌프 하우징(100)의 오일 펌핑 경로 중 입력측(IN)방향으로 향하는 위치의 일단에는 후면에 축적되거나 정체된 오일을 외부로 배출하는 오일배출홈(223)을 후면과 관통 형성된 구조를 갖는다.

그리고 상기 부시베어링하우징(200)에 형성된 유인홈(221)의 다른 일측에는 회전축(30)에 삽설된 기어의 단면측으로 오일이 유입될 수 있는 보조 오일안내 홈(224)을 형성시켜 그 기어단면과 부시베어링하우징(200)의 밀착면 사이의 면마찰시 유발도힐 수 있는 발열, 부하 또한 근원적으로 방지하도록 할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 오일펌핑용 기어펌프(100)를 가동할 때 존재하는 자체적인 오일과 그 오일의 펌핑시 필연적으로 발생되는 상당한 압력의 오일이 펌핑수행 과정에서 자동으로 하우징(100)내부 회전축 져널부(31)와 이와 접하는 부시베어링(40)의 내면에 연속 공급 또는 주입될 수 있게 함에 따라 상기 부시 베어링(40) 내경에 결합된 상태로 회전되는 회전축이 유막에 미세 부상된 상태인 오일부상식으로 회전될 수 있고,

이러한 오일부싱식 회전방식은 회전축(30)의 고속 회전시 발생되는 원심력에 의해 회전축(30) 스스로 베어링 포켓(230)과 부시베어링(40)에 기본적으로 허용된 미세 공차 또는 유격 범위내에서 회전축(30) 스스로 정확한 동심을 유지함으로서, 가장 이상적이고 고효율의 회전축 지지기반이 제공되는 것이다.

즉, 가공물이나 베어링 등에 이미 존재하고 있는 오차를 흡수할 수 있는 오일 및 그 오일에 의한 유막을 별도의 오일주입 행위가 없는 가운데 자체적이고 자동적이면서 연속적으로 공급된 후 조성될 수 있게 구성시켜, 궁극적인 성능의 목표가 되는 회전축 져널부(31)의 목적유막(目的油膜)을 가장 이상적인 상황이 되도록 구성하는 그 구조 및 방법으로서, 이는 모든 회전축에 가장 이상적인 오일부상방식 이라 할 수 있다.

한편, 상기 부시베어링하우징(200)에 형성된 베어링포켓(Pocket, 230)의 내경(內徑)은 앞서 언급한 오차범위를 감안하여 목표 틈새가 유지되도록 정밀하게 가공해야 하고, 그 외경은 내경과 동심으로 가공하되 마주하는 다른 하나의 부시베어링하우징(200)과 좌우 맞닿는 부분을 서로 평면으로 밀착되어 회전축의 회전에 따라 임의 회전되지 않게 면삭(面削) 가공 처리함이 바람직하다.

이하, 구체적으로 설명하면, 본원에서 제시된 부시베어링하우징(200)은 통상의 오일 펌핑용 기어펌프(100)에 의한 오일 펌핑(Pumping)시 도 5에 표시된 화살표 표시방향과 같이 펌프 하우징(100)의 입력측(IN)에 존재하는 무압력 상태의 오일이 회전축에 구설되는 한쌍의 맞물린 기어(10,20)를 통과하면서 그 오일은 출구측으로 배출될 때 상당한 압력으로 변하여 고압 펌핑/이동되는 그 출력측(OUT) 일단에 하우징 (100)내의 베어링포켓(230)에 삽입된 회전축 져널부(31)와 부시베어링(40) 내부와 연통된 오일 유인홈(221)을 형성함으로서, 오일 펌핑용 기어펌프(100)의 자체 동작시 연속적이면서 자동으로 일정량의 오일이 지속 주입될 수 있는 것이다.

따라서 상기 부시 베어링(40)에 결합된 상태로 회전되는 회전축(30)이 항시 일정한 유막의 지지기반 하에서 고정도로 회전될 수 있고, 이는 마찰력 및 진동의 최소화는 물론 특히 주어지는 원심력과 강력한 유막의 밸런스 유지 역할 등에 의해 회전축(30) 스스로 동심도를 조절하여 고정밀 동심도가 유지된 가운데 회전될 수 있다.

그리고 상기 유인홈(30)과 연통된 베어링포켓(230)의 내면에는 오일 순환홈(222)이 형성되는 데, 이 순환홈(222)은 상기 유인홈(221)을 통하여 주입된 오일이 그 베어링포켓(230)의 내면 원주를 따라 순환되면서 그 베어링포켓(230)에 삽입된 부시베어링(40)의 오일홈(41)을 경유하여 부시내면으로 장입될 수 있게 하는 것이다.

한편, 상기 유인홈(221)과 반대측에 형성된 오일 배출홈(41)은 상기 부시베어링(40)의 내면에 연속 침투된 오일이 그 베이링(40)의 내면과 회전축 져널부(31) 사이 미세틈새에서 일정한 유막을 형성한 후 부시베어링하우징(200)의 후면의 밀폐공간으로 드레인(Drain)된 오일이 외부로 자동 유출될 수 있도록 펌핑압력이 전혀 주어지지 않는 무압력 상태인 입력측(IN)의 위치에 형성됨에 따라, 반대측 유인홈(221)에 걸린 고압에 의해 자동적이고 자연스럽게 내부 유입된 오일이 연속 빠져나와 회수(回收)가 가능하게 하는 것으로서, 이는 정체된 오일로부터 우려되는 발열을 방지하고 항상 건전한 유막을 자동으로 형성 되도록 하는 동시에 그 입구가 기어의 일측 끝단면이 면마찰되는 부시베어링하우징(200)의 전면으로 입구가 튀어져 배출되는 오일이 기어(10,20)의 일측 끝단면과 부시베어링하우징(200)의 일면 사이에 또한 소정의 유막을 형성하여 매끄럽고 이상적인 면찰을 돕는 기능까지 수행한다.

이러한 구조의 본원 부시베어링하우징(200)은 회전축(30)의 좌우 방향에 일치하게 배치되어 균등한 힘으로 회전축을 지지하게 되며 특히, 상기 회전축(30)주동축의 우측부 및 종동축(1b) 전체는 앞서 언급한 목표틈새 범위 내에서 자율적으로 이동되어, 제한될 수밖에 없는 축의 외경, 베어링의 지지거리 문제, 가공으로 해결이 불가한 차원의 높은 정도(精度)문제 등을 해결하는 방안이 되며, 높은 회전수(Rpm)와 강력한 회전 부하가 요구되는 대용량 기어오일펌프의 경우나 특히, 설치조건이 악조건일 경우, 동강성(動剛性)의 문제를 해결할 수 있는 가장 유력한 지지(支持)방안이 된다.

그리고 도5에서 보는 것처럼 회전축(30)의 3점 지지방식에서 아무리 정도 높은 가공을 한다 해도 3개의 부시베어링(40) 중 한 개는 반드시 어긋나 있게 마련인 약점이 존재하는데, 그 3개 중 한 개 이상의 베어링을 상기와 같은 방법으로 지지한다면 상기 이론적 약점을 아주 쉽게 해소시켜 초정밀(超精密) 지지(支持)도 가능하게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 충분한 유막형성 면적이 가능하게 설계된 두 개 이상의 부시베어링(3)을 이상(理想)적인 정도(精度)로 고정시켜 내 외부 조건에 의해 발생되는 부하를 담당하는 회전축(1a,1b)이 항상 유막(油膜) 위에서 오일 부상방식(浮上方式)으로 있게 구성함으로 오랜 수명이 보장된 기어펌프를 탄생시킬 수 있으며, 이 방식을 사용하면 부시베어링을 사용한 기어펌프는 물론, 조금의 응용으로 용도가 다른 기계제품의 축지지 방법에 확대 응용하여 안정된 구동을 도모할 수 있다.

Claims (3)

1. 내부기어(10,20)의 회전작동(펌핑작동)에 따라 펌프하우징(100)의 입력측(IN)에서 출력측(OUT)으로 펌핑되고, 그 하우징(100) 내부의 양측에는 펌핑작동의 핵심요소인 한쌍의 기어(10,20)가 맞물림 된 회전축(30)이 삽입되어 지지되는 베어링 포켓(230)이 구비되고, 상기 베어링 포켓(230)에는 회전축(30)과 부시베어링(40)이 각각 삽설되는 통상의 오일 펌핑용 기어펌프에 있어서,

   상기 하우징(100) 내부의 양단에는 베어링포켓(230)이 형성된 가운데 하우징(100)의 오일 펌핑 경로 중 출력측으로 향하는 일측에 내부의 베어링 포켓(230)과 내통되는 오일 유인홈(221)이 형성되고, 그 상기 오일 유인홈(221)과 연통된 베어링 포켓(230)의 내면에는 유인홈(221)에 의해 유입된 자체 오일이 내면 원주를 따라 순환되다가 부시베어링(40)에 관통된 오일홈(41)을 통해 부시베어링(40) 내면으로 침투되어 일정한 유막이 지속 유지되게 하는 오일순환홈(222)을 형성하는 한편, 상기 오일 유인홈(221,224)과 상대측인 펌프 하우징(100)의 오일 펌핑 경로 중 입력측(IN)방향으로 향하는 위치의 일단에는 후면의 오일이 외부로 회수되는 오일배출홈(223)이 형성된 한쌍의 부시베어링하우징(200)을 설치하여,

   그 부시베어링하우징(200) 내에 삽입되는 회전축(30)이 입력측(IN)에서 출력측(OUT)으로 펌핑 이동되는 자체적인 고압오일이 자동 연속적으로 주입된 후 순환, 배출작용과 이어지는 회전축(30)의 고속회전 작용이 함께 맞물려 그 회전축(30)이 항시 일정한 유막위에서 회전지지 될 수 있도록 한 것을 특징으로 한 오일펌프 회전축의 오일 부상식 지지장치.
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