KR101370158B1 - 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 관한 것으로 특히, 2중 원통형 케이스와 관성 링, 고점도 실리콘 오일 및 케이스 커버로 구성된 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 있어서, 상기 2중 원통형 케이스 중 외통체의 개구부 외주면에 수나사를 형성하고, 케이스 커버는 캡 형상으로 형성하되, 상기 케이스 커버의 외측 날개 내면에는 2중 원통형 케이스 외통체의 수나사와 나사 결합되는 암나사를 형성하며, 상기 2중 원통형 케이스의 내,외통체 단부와 접촉되는 케이스 커버의 내주면 사이에는 O링을 설치하고, 상기 2중 원통형 케이스의 외통체에 외측 날개가 1차로 나사 결합된 상기 케이스 커버는 수개의 볼트를 통해 상기 2중 원통형 케이스의 내,외통체에 고정한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 엔진 축계 비틀림 진동 저감을 위해 사용되는 점성 댐퍼의 케이스에 결합되는 커버를 고정형이 아닌 분해 조립 가능하게 함으로써 케이스 커버의 조임 정도 변화를 통해 댐퍼 자체의 성능을 결정지을 수 있는 2중 원통형 케이스와 관성 링 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있어 점성 댐퍼 자체를 엔진의 크랭크 축 자유단부에 설치하였을 때 케이스와 관성 링 사이의 상대운동으로 발생되는 댐퍼 능력으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 대폭 저감시킬 수 있는 것이다.

점성 댐퍼, 엔진 크랭크출, 비틀림 진동, 댐퍼 간격

Description

정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼{Clearance adjustable viscous damper for torsional vibration of engine crankshaft system}

본 발명은 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 축계 비틀림 진동 저감을 위해 댐퍼의 케이스 커버를 고정형으로 형성시키지 않고 나사 결합방식으로 결합시킬 수 있도록 하여 댐퍼 자체의 성능을 결정지을 수 있는 간격을 자유롭게 조절할 수 있도록 발명한 것이다.

다시 말해서, 과도한 비틀림 진동 발생 시 댐퍼 케이스와 케이스 내부의 관성 링 사이의 간격에 고점도의 실리콘 오일을 충진한 댐퍼를 엔진의 크랭크 축 자유단부에 설치하여 케이스와 관성 링 사이의 상대운동으로 발생되는 댐퍼 능력으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 저감할 수 있도록 발명한 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 동력 전달 축계장치, 예를 들면 디젤 엔진을 동력원으로 하는 선박용 추진축계 또는 증기터빈을 동력원으로 하는 발전설비의 구동축계는 전달 토크 의 맥동, 축계장치의 고유진동 등에 의하여 필연적으로 비틀림 또는 진동이 발생하며, 그 발생량은 계측위치, 운전속도, 부하조건, 관련부품의 성능에 따라 변하게 된다.

이러한 진동이 과대하게 발생하면 축계 또는 관련부품의 손상 및 피로파괴를 유발하게 되므로 축계장치에서 발생하는 비틀림진동 상태는 지속적으로 감시되어야 하며, 선박의 추진축계 등에서 축계장치의 손상 및 파손은 선박의 추진력 상실을 초래하여 인명 및 경제적 손실이 막대하므로 일부 선박 안전 규정에서는 비틀림 및 진동 관련 부품인 비틀림 진동댐퍼, 탄성 커플링 등의 성능 유지상태에 대한 감시를 강제 사항으로 규정하고 있다.

또한, 축의 비틀림 진동은 통상적으로 각도 또는 각속도의 변화량으로 계측되어지나, 축계장치의 특성에 따라 작은 각속도 진동량이라도 축계장치를 손상시킬 수도 있고, 높은 각속도 진동량이라도 축계장치의 안전성에 문제가 없을 수도 있으나, 이것은 축계장치에 따라 규격, 관련 부품의 기계적 특징 등이 다르기 때문이며, 이러한 축계장치의 특성을 파악하기 위해 전산 프로그램에 의하여 축계장치에 대한 시스템 해석을 행하여 판단하고 있다.

한편, 선박용 추진기나 발전용으로 사용되는 중형 엔진 축계에는 비틀림 진동 저감을 위해 점성 댐퍼 또는 스프링 댐퍼가 사용될 수 있는데, 이 중 점성 댐퍼의 경우 큰 진동 제어에는 어려움이 있지만 비교적 구조가 간단하고 저렴하여 많이 사용되고 있다.

이와 같은 종래 점성 댐퍼의 구조는 도 1의 (a)(b)에 도시된 바와 같이, 엔진의 크랭크축에 고정되는 2중 원통형 케이스(1)와 상기 2중 원통형 케이스(1)의 내부에 설치되는 관성 링(2), 상기 2중 원통형 케이스(1)의 개구부에 고정 설치되는 케이스 커버(3) 그리고 관성 링과 2중 원통형 케이스 사이에 간격을 유지시켜 주는 베어링(4)으로 구성되어 있다.

이때, 2중 원통형 케이스(1) 내부의 관성 링(2) 사이에 형성된 간격은 고점도의 실리콘 오일로 상기 2중 원통형 케이스(1)의 바닥면에 천공된 주입구(5)를 통해 충진되고, 상기 2중 원통형 케이스(1)와 관성 링(2)의 상대 운동에 의해 발생되는 댐핑 능력으로 축계 비틀림 진동을 저감한다.

또, 케이스 커버(3)는 2중 원통형 케이스(1)의 개구부에 볼트(6)로 고정되며 실리콘 오일은 오링(O-ring)(7)에 의해 기밀이 유지되고, 여분의 실리콘 오일은 오일 저장소(8)에 저장된다.

그러나 이와 같은 점성 댐퍼는 2중 원통형 케이스(1)에 관성 링(1)과 각종 베어링(4)을 장착하고 케이스 커버(3)를 고정함에 있어, 도 2의 (a)-(c)에서 보듯이 케이스 커버(3)를 볼트(6)로 고정하는 방법(볼트형; 도 2의 (a) 참조), 케이스 커버(3)를 용접하는 방법(용접형; 도 2의 (b) 참조), 그리고 케이스 커버(3) 장착 후 2중 원통형 케이스(1)를 조여서 고정하는 방법(죄임형; 도 2의 (c) 참조)을 채택하고 있다.

상기 점성 댐퍼를 설계함에 있어 설치되는 엔진 축계의 제원과 기진력을 고려하여 관성 링의 질량 관성 모멘트 및 최적 댐핑을 결정하게 되는데, 이때 최적 댐핑 결정을 위해서는 사용되는 실리콘 오일의 점도와 케이스-관성 링 사이의 간격이 중요한 설계 파라미터가 된다.

그러나, 점성 댐퍼 설계 및 제작 후에 시험을 수행하면 댐퍼가 작동되는 환경의 온도, 비틀림 진동 크기 등의 차이에 의해 원하는 댐핑 성능을 얻을 수 없거나, 한 종류의 점성 댐퍼로 여러 엔진에 적용하기 위해 댐핑 성능의 조정이 필요한 경우가 있다.

이때, 도 2의 (a)-(c)에서와 같이 케이스 커버를 고정식으로 하였을 경우 댐핑 성능을 조정하기 위해서는 실리콘 오일의 종류를 바꾸는 방법밖에 없으므로 많은 시간과 비용이 들게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 엔진 축계 비틀림 진동 저감을 위해 사용되는 점성 댐퍼의 케이스에 결합되는 커버를 고정형이 아닌 분해 조립 가능하게 함으로써 댐퍼 자체의 성능을 결정지을 수 있는 케이스-관성 링 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있어 점성 댐퍼 자체를 엔진의 크랭크 축 자유단부에 설치하였을 때 케이스와 관성 링 사이의 상대운동으로 발생되는 댐퍼 능력으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 대폭 저감시킬 수 있는 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 2중 원통형 케이스와 관성 링, 고점도 실리콘 오일 및 케이스 커버로 구성된 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 있어서, 상기 2중 원통형 케이스 중 외통체의 개구부 외주면에 수나사를 형성하고, 케이스 커버는 캡 형상으로 형성하되, 상기 케이스 커버의 외측 날개 내면에는 2중 원통형 케이스 외통체의 수나사와 나사 결합되는 암나사를 형성하며, 상기 2중 원통형 케이스의 내,외통체 단부와 접촉되는 케이스 커버의 내주면 사이에는 O링을 설치하고, 상기 2중 원통형 케이스의 외통체에 외측 날개가 1차로 나사 결합된 상기 케이스 커버는 수개의 볼트를 통해 상기 2중 원통형 케이스의 내,외통체에 고정한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2중 원통형 케이스와 관성 링 사이에 형성되는 간격의 조절 범위는 상기 2중 원통형 케이스의 외통체에 외측 날개가 1차로 나사 결합되는 상기 케이스 커버의 체결력에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 케이스 커버의 체결력에 의해 결정되는 2중 원통형 케이스와 관성 링 사이의 간격 조절 범위는 0.3-0.6㎜ 이내인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼트를 2중 원통형 케이스의 내,외통체에 체결시켜 주기 위해 케이스 커버에 천공되는 볼트 통과공은 장방형으로 형성한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진 축계 비틀림 진동 저감을 위해 사용되는 점성 댐퍼의 케이스에 결합되는 커버를 고정형이 아닌 분해 조립 가능하게 함으로써 케이스 커버의 조임 정도 변화를 통해 댐퍼 자체의 성능을 결정지을 수 있는 2중 원통형 케이스와 관성 링 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있어 점성 댐퍼 자체를 엔진의 크랭크 축 자유단부에 설치하였을 때 케이스와 관성 링 사이의 상대운동으로 발생되는 댐퍼 능력으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 대폭 저감시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명이 적용된 점성 댐퍼의 측단면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명이 적용된 점성 댐퍼의 평면도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명은, 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20), 고점도 실리콘 오일 및 케이스 커버(30)로 구성된 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 있어서,

상기 2중 원통형 케이스(10) 중 외통체(12)의 개구부 외주면에 수나사(121)를 형성하고, 케이스 커버(30)는 캡 형상으로 형성하되 상기 케이스 커버(30)의 외측 날개(31) 내면에는 2중 원통형 케이스(10) 외통체(12)의 수나사(121)와 나사 결합되는 암나사(311)를 형성하며, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단부와 접촉되는 케이스 커버(30)의 내주면 사이에는 O링(40)을 설치하고, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합된 상기 케이스 커버(30)는 수개의 볼트(50)를 통해 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 고정한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이에 형성되는 간격의 조절 범위는, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합되는 상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격 조절 범위는 0.3-0.6㎜ 이내인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼트(50)를 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 체결시켜 주기 위해 케이스 커버(30)에 천공되는 볼트 통과공(32)은 장방형으로 형성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 점성 댐퍼에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20), 고점도 실리콘 오일 및 케이스 커버(30)로 이루어진 구성을 갖고 엔진 축계 비틀림 진동 저감을 위해 사용되는 점성 댐퍼의 2중 원통체 케이스(10)에 결합되는 케이스 커버(30)를 고정형이 아닌 분해 조립 가능하게 하여 점성 댐퍼 자체의 성능을 결정지을 수 있는 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격을 자유롭게 조절할 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

즉, 2중 원통형 케이스(10) 중 외통체(12)의 개구부 외주면에는 수나사(121)를 형성하고, 케이스 커버(30)는 캡 형상으로 형성하되 상기 케이스 커버(30)의 외측 날개(31) 내면에는 2중 원통형 케이스(10) 외통체(12)의 수나사(121)와 나사 결합되는 암나사(311)를 형성하되, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 케이스 커버(30)을 1차적으로 나사 결합할 때 그 체결력의 조정을 통해 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단부와 접촉되는 케 이스 커버(30)의 내주면 사이에는 O링(40)을 더 설치하여 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단부와 케이스 커버(30) 사이의 틈새를 실링시켜 주고, 또 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합되는 상기 케이스 커버(30)는 수개의 볼트(50)를 통해 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 착탈 가능하게 고정시켜 준 구성을 갖는다.

한편, 상기 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이에 형성되는 간격 조절 범위는 전술한 바와 같이 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합되는 상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는데, 이때 상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격 조절 범위는 0.3-0.6㎜ 이내로 매우 작은 범위 내에서 조절할 수 있도록 하였으며, 0.1㎜의 작은 간격 차이에도 점성 댐핑은 큰 변화를 갖게 된다.

이때, 상기 케이스 커버(30)를 수개의 볼트(50)를 통해 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 체결시켜 주기 위해 상기 케이스 커버(30)에 천공시켜 주는 볼트 통과공(32)을 도 4와 같이 장방형으로 형성시켜 줌으로써 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 케이스 커버(30)의 외측 날개(31)를 1차적으로 나사 결합할 때 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단면에 형성된 볼트 체결공과 상기 케이스 커버(30)에 천공된 볼트 통과공(32)이 체결력 변화에 부응하여 변화되더라도 상기 볼트 통과공(32) 자체가 하나의 원형 구멍이 아닌 장방형으로 형성되어 있어 장방형의 볼트 통과공(32)의 길이 범위 내(즉, 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격 조절 범위를 0.3-0.6㎜ 이내로 조절할 수 있기에 적합한 길이로 설정한 장방형 볼트 통과공(32)의 길이 범위 내)에서 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단면에 형성된 볼트 체결공이 보이게 되므로 상기 볼트(50)들을 통해 케이스 커버(30)를 원활히 2중 원통형 케이스(10) 상에 착탈 가능하게 고정시킬 수 있는 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 상기 점성 댐퍼는 수나사(121)가 가공된 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)와 암나사(311)가 가공된 케이스 커버(30)의 날개(31)를 조립한 후 수개의 볼트(50)를 장방형으로 천공된 상기 케이스 커버(30)의 볼트 통과공(32)을 통해 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 체결하여 케이스 커버(30) 자체를 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 고정하면 된다.

이후, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 바닥면에 천공된 실리콘 오일 주입구(13)를 통해 실리콘 오일을 충진한다.

상기에 있어서 적절한 댐핑을 얻기 위해 댐핑 간격 조절이 필요할 경우 상기 볼트(50)를 분리하고, 케이스 커버(30)를 돌려서 적절한 간격을 설정하면 되는데, 이때 케이스 커버(30)의 돌리는 정도는 볼트(50) 조립이 가능하도록 볼트 사이의 간격만큼 케이스 커버를 돌렸을 때 어느 정도 간격이 생기는지는 0.3-0.6㎜ 범위 내에서 미리 계산해 둔다.

상기와 같이 적절한 간격 조정이 완료되었으면 볼트(50)로 케이스 커버(30)를 고정하면 되는데, 이때 간격을 넓히며 늘어난 공간에는 실리콘 오일 저장소(14)에 있는 여분의 오일이 채워지고, 간격 조절은 0.1㎜ 정도의 작은 범위이므로 기밀 문제는 O링(40)으로 충분히 가능하다.

이와 같이 본 발명이 적용된 점성 댐퍼는 댐핑 간격 조정이 가능하므로 1종류의 점성 댐퍼로 여러 종류의 축계에 적용이 가능하며, 큰 진동 비틀림 진동 저감이 요구되지는 않지만 댐퍼의 열 부하가 문제가 될 경우 댐핑 간격을 조정하여 댐핑 능력과 열 부하 문제를 서로 적절히 조정할 수 있게 된다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1의 (a)(b)는 종래 점성 댐퍼의 평면 및 측단면도.

도 3의 (a)-(c)는 종래 점성 댐퍼에서 케이스와 커버의 조립상태를 설명하기 위한 요부 확대 단면도.

도 3은 본 발명이 적용된 점성 댐퍼의 측단면도.

도 4는 본 발명이 적용된 점성 댐퍼의 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 2중 원통형 케이스 11 : 내통체

12 : 외통체 13 : 실리콘 오일 주입구

14 : 실리콘 오일 저장소 121 : 수나사

20 : 관성 링

30 : 케이스 커버 31 : 날개

32 : 볼트 통과공 311 : 암나사

40 : O링

50 : 볼트

Claims (4)

1. 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20), 고점도 실리콘 오일 및 케이스 커버(30)로 구성된 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼에 있어서,

   상기 2중 원통형 케이스(10) 중 외통체(12)의 개구부 외주면에 수나사(121)를 형성하고, 케이스 커버(30)는 캡 형상으로 형성하되 상기 케이스 커버(30)의 외측 날개(31) 내면에는 2중 원통형 케이스(10) 외통체(12)의 수나사(121)와 나사 결합되는 암나사(311)를 형성하며, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12) 단부와 접촉되는 케이스 커버(30)의 내주면 사이에는 O링(40)을 설치하고, 상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합된 상기 케이스 커버(30)는 수개의 볼트(50)를 통해 상기 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 고정하되,

   상기 볼트(50)를 2중 원통형 케이스(10)의 내,외통체(11)(12)에 체결시켜 주기 위해 케이스 커버(30)에 천공되는 볼트 통과공(32)은 장방형으로 형성한 것을 특징으로 하는 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이에 형성되는 간격의 조절 범위는,

   상기 2중 원통형 케이스(10)의 외통체(12)에 외측 날개(31)가 1차로 나사 결합되는 상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 케이스 커버(30)의 체결력에 의해 결정되는 2중 원통형 케이스(10)와 관성 링(20) 사이의 간격 조절 범위는 0.3-0.6㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 정밀 간격 조정이 가능한 엔진 축계 비틀림 점성 댐퍼.
4. 삭제

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