KR101221724B1 - 베어링 예압 조절장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 봉 형상으로 길이방향으로 형성되고, 일 단부에 제1단턱이 형성되어 회전 가능하도록 구비되는 주축과, 상기 주축의 외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되고, 내주면에 제2단턱이 형성되는 하우징과, 상기 하우징과 주축 사이에 개재되도록 상기 제1단턱에 결합되며, 상기 주축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하도록 지지하는 베어링부와, 상기 주축에 결합되어, 상기 주축이 회전 시 원심력에 따라 원주 방향으로 를 인장되도록 마련되는 회전자 및 상기 제2단턱에 배치되고, 내부에 유체가 충진되며, 상기 주축이 회전 시, 상기 회전자의 원심력에 의해 원주방향으로 압축됨으로써, 상기 주축의 축 방향으로 인장되어 상기 베어링부를 가압하는 탄성변형부재를 포함하는 베어링 예압 조절장치를 제공한다.
본 발명에 의한 베어링 예압 조절장치는 내부에 유체가 충진되는 탄성변형부재에 의해서 주축의 회전속도에 상응하는 적절한 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 간단한 구성과 저렴한 비용으로 공작기계의 주축 회전속도의 광범위한 변화에 대응할 수 있고, 또한 정밀한 응답을 가능하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 의한 베어링 예압 조절장치는 내부에 유체가 충진되는 탄성변형부재에 의해서 주축의 회전속도에 상응하는 적절한 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 간단한 구성과 저렴한 비용으로 공작기계의 주축 회전속도의 광범위한 변화에 대응할 수 있고, 또한 정밀한 응답을 가능하게 하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 베어링 예압 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주축이 회전 시, 회전자의 원심력에 의해 내부에 유체가 충진되는 탄성변형부재의 형상을 변형시켜 자동적으로 베어링에 예압을 가할 수 있는 베어링 예압 조절장치에 관한 것이다.
공작기계의 하우징 내부에 주축을 회전가능하게 지지하고 있는 볼 베어링에는 적절한 예압을 가해주는 것이 필요하다. 이는 하나의 공작기계에서 저속의 황삭가공과 고속의 정삭가공이 이루어지고, 저속의 황삭 가공에서는 스핀들의 강성을 높이고 진동을 억제하기 위하여 큰 예압이 필요하고, 고속가공에서는 큰 강성 대신 마찰에 의한 과도한 발열을 피하기 위하여 낮은 예압이 필요하기 때문이다.
일반적으로 베어링의 예압 조절방법에는 변환 예압방법, 다단 정위치 예압방법, 자동 가변 예압방법 등이 알려져 있다. 변환 예압방법은 주축의 회전수가 일정 회전수 이상으로 변할 때 정위치에서 정압으로 예압을 변화시키는 방법으로 정압 예압으로 변환 후의 중간속도에서 주축의 강성이 저하된다는 단점이 있으며, 다단 정위치 예압은 예압의 정확한 설정을 위한 베어링 간의 변형 및 예압기구부의 변형을 충분히 고려하여야 하므로 설계상의 어려움이 있다. 따라서 자동 가변 예압방법을 사용하여 주축의 회전에 따른 원심력과 스프링의 압력으로 예압을 조절할 수 있게 하여 복잡한 기계구성이나 전기적인 장치가 필요 없이 예압을 조절할 수 있게 하였다.
그러나, 스프링의 탄성에 의존하는 예압조절로 스프링의 탄성을 초과하는 원심력에 대하여 예압 조절능력이 떨어지기 때문에 광범위한 주축의 회전속도 변화에 대응할 수 없는 문제점이 발생한다.
본 발명은 베어링 예압 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주축이 회전 시, 회전자의 원심력에 의해 내부에 유체가 충진되는 탄성변형부재의 형상을 변형시켜 자동적으로 베어링에 예압을 가할 수 있는 베어링 예압 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 봉 형상으로 길이방향으로 형성되고, 일 단부에 제1단턱이 형성되어 회전 가능하도록 구비되는 주축과, 상기 주축의 외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되고, 내주면에 제2단턱이 형성되는 하우징과, 상기 하우징과 주축 사이에 개재되도록 상기 제1단턱에 결합되며, 상기 주축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하도록 지지하는 베어링부와, 상기 주축에 결합되어, 상기 주축이 회전 시 원심력에 따라 원주 방향으로 인장되도록 마련되는 회전자 및 상기 제2단턱에 배치되고, 내부에 유체가 충진되며, 상기 주축이 회전 시, 상기 회전자의 원심력에 의해 원주방향으로 압축됨으로써, 상기 주축의 축 방향으로 인장되어 상기 베어링부를 가압하는 탄성변형부재를 포함하는 베어링 예압 조절장치에 있어서,
상기 베어링부는 상기 하우징의 제2단턱에 고정되고 상기 주축의 축 방향으로 내주면에 경사면이 형성되는 외륜체와, 상기 주축의 외주면에 고정되어 상기 주축과 함께 회전하는 내륜체 및 상기 외륜체와 내륜체 사이에 개재되어 상기 외륜체의 경사면에 배치되는 경우 예압을 증가시키고 상기 외륜체의 경사면에서 벗어나는 경우 예압을 감소시키도록 구비되는 볼 베어링을 포함하며, 상기 탄성변형부재는 탄성을 가지는 링 형상으로 상기 주축의 축 방향으로 일 측이 상기 외륜체 방향을 가압하도록 배치된다.
이때 상기 제2단턱과 상기 탄성변형부재의 일 측 사이에 배치되어 상기 탄성변형부재를 상기 외륜체 방향으로 상시 압력을 가하는 초기 예압 스프링과,
상기 초기 예압 스프링 및 상기 탄성변형부재가 상기 주축의 축 방향으로 인장됨으로써 발생하는 압력을 상기 외륜체에 전달하도록 상기 탄성변형부재의 타 측과 상기 외륜체 사이에 배치되는 압력전달부재와, 상기 압력전달부재와 상기 외륜체 사이에 배치되어 상기 압력전달부재로 가해지는 압력을 상기 외륜체로 전달하는 피더를 더 포함한다.
상기 초기 예압 스프링 및 상기 탄성변형부재가 상기 주축의 축 방향으로 인장됨으로써 발생하는 압력을 상기 외륜체에 전달하도록 상기 탄성변형부재의 타 측과 상기 외륜체 사이에 배치되는 압력전달부재와, 상기 압력전달부재와 상기 외륜체 사이에 배치되어 상기 압력전달부재로 가해지는 압력을 상기 외륜체로 전달하는 피더를 더 포함한다.
그리고 상기 탄성변형부재의 내부에 충진되는 유체 또는 기체에 압력을 상기 하우징 외부에서 조절하여, 상기 베어링부에 인가되는 예압을 조정할 수 있게 구비되는 압력조절유닛을 더 포함한다.
본 발명에 의한 베어링 예압 조절장치는 내부에 유체가 충진되는 탄성변형부재에 의해서 주축의 회전속도에 상응하는 적절한 예압을 자동적으로 베어링에 가할 수 있어 간단한 구성과 저렴한 비용으로 공작기계의 주축 회전속도의 광범위한 변화에 대응할 수 있고, 또한 정밀한 응답을 가능하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 4는 도 3의 탄성변형부재가 변형된 상태를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도,
도 4는 도 3의 탄성변형부재가 변형된 상태를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치(100)를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 베어링 예압 조절장치(100)는 내부에서 회전하는 주축과, 상기 주축(110)을 감싸도록 배치되는 하우징(120)과, 상기 하우징(120)으로부터 상기 주축(110)이 회전할 수 있도록 상기 하우징(120)과 상기 주축(110) 사이에 마련되는 베어링부(130)와, 상기 주축(110)이 회전 시 원주 방향으로 인장되도록 마련되는 회전자(140) 및 내부에 유체가 충진되고, 상기 주축(110)의 회전력에 따라서 상기 베어링부(130)를 가압하도록 구비되는 탄성변형부재(150)를 포함한다.
상기 주축(110)은 봉 형상으로 구동력을 전달받아 회전하며, 일 단부에는 상기 베어링부(130)가 결합될 수 있도록 제1단턱(111)이 형성된다.
상기 베어링부(130)는 상기 하우징(120)의 내주면에 결합되는 외륜체(131)와, 상기 주축(110)의 외주면에 결합되는 내륜체(133) 및 상기 외륜체(131)와 내륜체(133) 사이에 개재되는 볼 베어링(135)을 포함한다.
상기 외륜체(131)는 상기 베어링부(130)의 전체적인 외형을 형성하고, 내주면에는 경사면(137)이 형성된다. 상기 경사면(137)은 상기 주축(110)의 결합방향 즉 상기 주축(110)의 축 방향으로 경사가 형성되고, 상기 경사면(137)에서 상기 볼 베어링(135)이 접촉 시 상기 경사면(137)과 상기 볼 베어링(135)의 접촉압력이 증가하도록 형성된다.
상기 주축(110)의 회전속도가 고속인 경우, 상기 탄성변형부재(150)는 상기 외륜체(131)를 가압하여 상기 내륜체(133)와 사이에서 접촉압력이 증가되어 상기 베어링부(130)에 높은 예압이 발생하게 된다.
이와 반대로 상기 주축(110)의 회전속도가 저속 또는 정지한 경우, 상기 탄성변형부재(150)에 의해 상기 외륜체(131)에 가해지던 압력이 감소 또는 해제되고, 상기 볼 베어링(135)은 원심력에 의하여 상기 경사면(137)으로부터 벗어나려는 힘이 상기 외륜체(131)를 밀어 원위치로 이동시키면서 상기 볼 베어링(135)과 상기 외륜체(131) 사이의 접촉압력이 감소되어 상기 베어링부(130)에 예압이 조절된다.
상기 탄성변형부재(150)는 상기 탄성변형부재(150)를 상기 외륜체(131) 방향으로 상시 가압하는 초기 예압 스프링(151)을 포함한다.
상기 초기 예압 스프링(151)은 상기 제3단턱(121) 내부에서 상기 탄성변형부재(150)의 일 측과 상기 하우징(120) 사이에 개재되어 상기 탄성변형부재(150)를 상시 가압하여 상기 베어링부(130)에 설정 압력을 제공한다. 따라서 상기 주축(110)의 회전이 정지된 상태에서도 설정된 초기 예압은 항상 가해지도록 구성된다.
또한 상기 탄성변형부재(150)는 고무재질로 형성되어 압축 및 인장이 용이하도록 형성되고, 내부에 유체가 충진되기 때문에 보다 정확한 압축력 및 인장력을 전달할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 탄성변형부재(150)의 내부에 액체가 충진될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도이다. 이하 동일 참조부호는 동일 구성요소를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 베어링 예압 조절장치(100)는 상기 탄성변형부재(150)와 상기 베어링부(130) 사이에 배치되는 압력전달부재(160)를 포함한다.
상기 압력전달부재(160)는 상기 초기 예압 스프링(151)으로부터 가해지는 초기 예압과, 상기 탄성변형부재(150)가 상기 주축(110)의 축 방향으로 인장됨으로써 발생하는 압력을 상기 외륜체(131)에 전달한다. 또한 상기 압력전달부재(160)는 압축스프링과 같이 충격완화 및 소음을 방지하는 기능을 갖도록 스프링 구조로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 탄성변형부재가 변형된 상태를 나타내는 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 베어링 예압 조절장치(100)는 상기 압력전달부재(160)와 상기 외륜체(131) 사이에 배치되는 피더(170)를 포함한다.
상기 피더(170)는 상기 압력전달부재(160)로 가해지는 모든 압력을 상기 외륜체(131)로 전달하며, 상기 외륜체(131)에 가해지는 압력을 균형 있게 분포하여 안정적인 압력이 전달되도록 형성된다.
따라서 상기 초기 예압 스프링(151)에 의하여 제공되는 초기 예압은 상기 외륜체(131)에 가해져 설정 압력이 유지되고, 상기 주축(110)이 회전 시, 상기 회전자(140)는 원심력이 발생되어 상기 탄성변형부재(150)를 가압하게 된다. 이때 상기 탄성변형부재(150)는 상기 탄성변형부재(150)에 의해 상기 주축(110)의 원주 방향으로 압축되고, 상기 주축(110)의 축방향으로 인장되면서 상기 압력전달부재(160)를 가압한다. 그러면 상기 압력전달부재(160)가 상기 피더(170)를 가압하여 상기 외륜체(131)가 높은 예압을 받게 되어 주축의 회전에 소음과 진동이 감소되고 보다 안정적인 회전이 이루어진다.
따라서 본 발명에 의한 베어링 예압 조절장치(100)는 상기 회전자(140)의 원심력에 의해 상기 탄성변형부재(150) 내부에 충진되는 유체에 의해 압축 및 인장되면서 상기 압력전달부재(160)를 가압하여 상기 주축(110)의 회전속도에 상응하는 예압을 자동적으로 상기 베어링부(130)에 가압할 수 있도록 조절한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 베어링 예압 조절장치(100)를 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 베어링 예압 조절장치(100)는 압력조절유닛(180)을 포함한다.
상기 압력조절유닛(180)은 상기 탄성변형부재(150) 내부에 충진되는 유체(F)의 압력을 임의로 조절하는 기능을 갖는다.
따라서 상기 주축(110)이 회전 시, 상기 탄성변형부재(150)에 의해 상기 베어링부(130)에 가해지는 압력이 설정압력 이하인 경우 상기 유체를 상기 탄성변형부재(150) 내부로 공급하여 추가적인 압력을 제공할 수 있고, 또한 상기 주축(110)의 회전력에 비하여 상기 베어링부(130)에 가해지는 압력이 설정압력을 초과하는 경우 상기 유체를 외부로 배출하여 상기 베어링부(130)에 가해지는 압력을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 베어링 예압 조절장치(100)가 작동되는 장소의 기후와 온도변화에 따라 상기 초기 예압 스프링(151)이 가하는 초기 예압의 차압을 보정하는 기능을 갖는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 베어링 예압 조절장치 110 : 주축
111 : 제1단턱 120 : 하우징
121 : 제2단턱 130 : 베어링부
131 : 외륜체 133 : 내륜체
135 : 볼 베어링 137 : 경사면
140 : 회전자 150 : 탄성변형부재
151 : 초기 예압 스프링 160 : 압력전달부재
170 : 피더 180 : 압력조절유닛
F : 유체
111 : 제1단턱 120 : 하우징
121 : 제2단턱 130 : 베어링부
131 : 외륜체 133 : 내륜체
135 : 볼 베어링 137 : 경사면
140 : 회전자 150 : 탄성변형부재
151 : 초기 예압 스프링 160 : 압력전달부재
170 : 피더 180 : 압력조절유닛
F : 유체
Claims (4)
- 봉 형상으로 길이방향으로 형성되고, 일 단부에 제1단턱이 형성되어 회전 가능하도록 구비되는 주축과, 상기 주축의 외부에 고정되어 상기 주축을 감싸도록 배치되고, 내주면에 제2단턱이 형성되는 하우징과, 상기 하우징과 주축 사이에 개재되도록 상기 제1단턱에 결합되며, 상기 주축을 상기 하우징 내부에서 회전 가능하도록 지지하는 베어링부와, 상기 주축에 결합되어, 상기 주축이 회전 시 원심력에 따라 원주 방향으로 인장되도록 마련되는 회전자 및 상기 제2단턱에 배치되고, 내부에 유체가 충진되며, 상기 주축이 회전 시, 상기 회전자의 원심력에 의해 원주방향으로 압축됨으로써, 상기 주축의 축 방향으로 인장되어 상기 베어링부를 가압하는 탄성변형부재를 포함하는 베어링 예압 조절장치에 있어서,
상기 베어링부는 상기 하우징의 제2단턱에 고정되고 상기 주축의 축 방향으로 내주면에 경사면이 형성되는 외륜체와, 상기 주축의 외주면에 고정되어 상기 주축과 함께 회전하는 내륜체 및 상기 외륜체와 내륜체 사이에 개재되어 상기 외륜체의 경사면에 배치되는 경우 예압을 증가시키고 상기 외륜체의 경사면에서 벗어나는 경우 예압을 감소시키도록 구비되는 볼 베어링을 포함하며, 상기 탄성변형부재는 탄성을 가지는 링 형상으로 상기 주축의 축 방향으로 일 측이 상기 외륜체 방향을 가압하도록 배치되는 베어링 예압 조절장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2단턱과 상기 탄성변형부재의 일 측 사이에 배치되어 상기 탄성변형부재를 상기 외륜체 방향으로 상시 압력을 가하는 초기 예압 스프링과,
상기 초기 예압 스프링 및 상기 탄성변형부재가 상기 주축의 축 방향으로 인장됨으로써 발생하는 압력을 상기 외륜체에 전달하도록 상기 탄성변형부재의 타 측과 상기 외륜체 사이에 배치되는 압력전달부재와,
상기 압력전달부재와 상기 외륜체 사이에 배치되어 상기 압력전달부재로 가해지는 압력을 상기 외륜체로 전달하는 피더를 더 포함하는 베어링 예압 조절장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄성변형부재의 내부에 충진되는 유체 또는 기체에 압력을 상기 하우징 외부에서 조절하여, 상기 베어링부에 인가되는 예압을 조정할 수 있게 구비되는 압력조절유닛을 더 포함하는 베어링 예압 조절장치.
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2010
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Patent Citations (2)
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