KR101503574B1 - 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원 소재를 컵 모양으로 성형하고 바닥면 중앙부에 구멍을 형성하는 케이지 성형단계; 상기 케이지의 측면 둘레를 따라 일정한 등분으로 롤러가 위치할 창명을 형성하는 창명 펀칭단계; 상기 창명의 양측면에 롤러와 케이지의 마찰을 최소화하고 롤러의 구동을 원활하게 하기 위한 챔버부를 성형하는 챔버부 성형단계; 상기 케이지의 바닥면 구멍을 확대하는 바닥 내경 확대단계; 및 상기 케이지의 상단부와 하단부에 생긴 버를 제거하며 상기 케이지의 폭 치수를 맞추기 위한 케이지 폭 가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법을 제공한다.
본 발명의 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법에 따르면, 롤러의 접촉 면적을 감소시킴으로써 마찰력을 감소시킬 수 있고, 창명과 롤러 틈새 사이로 윤활유의 유동을 원활하게 하여 롤러의 마찰열을 감소시킬 수 있으며, 이로 인하여 베어링의 마찰 토크와 진동을 감소시킴은 물론 마모와 소음을 감소시켜 베어링의 성능 향상과 수명을 연장시킬 수 있는 리테이너를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법 {Manufacturing Method of Spherical Roller Bearing Retainer}

본 발명은 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 롤러와 접촉하는 면적을 감소시켜 베어링의 토크와 진동을 감소시키고, 마찰력 및 마찰열을 감소시켜 베어링의 성능을 향상시킬 수 있는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 크게 슬라이딩 베어링, 볼 베어링, 롤러 베어링으로 대별할 수 있다.

이들 중 상대적으로 회전속도가 저속이며, 지지하중이 크고, 강한 충격이 작용하는 경우에 널리 사용되는 롤러 베어링은 그 형태에 따라 원통형 롤러 베어링, 테이퍼 롤러 베어링, 니이들 베어링, 구면 롤러 베어링 등으로 구분될 수 있다.

구면 롤러 베어링은 외륜, 내륜, 가이드링, 리테이너, 롤러로 구성되어 있으며, 베어링의 외륜 궤도면이 구면 형상으로 되어 정렬불량{misalignment}이 발생하여도 베어링의 기하학적 구조특징으로 1 ∼ 2.5°범위 내에서 자동조심성을 갖는다. 또한, 베어링의 내구성과 부하용량을 높이기 위해서 일반적으로 내/외륜 및 롤러 소재는 고탄소크롬 베어링 강제(KS-STB2)를 사용하며, 고하중 및 사용환경에 따라 적합한 소재를 선정하여 사용한다. 또한, 내륜 구조가 수직축 중심으로 4∼18°범위 내에서 설계되어 축방향 및 경방향의 합성하중이 작용하는 곳에 사용된다. 즉, 자동조심기능의 구면 롤러 베어링은 기하학적 구조의 특징으로 경방향(radial) 부하능력이 크고, 중하중 및 충격하중이 작용하는 곳에 적합하며 또한 축의 처짐이나 휨이 작용하는 곳에도 사용이 접합하다.

이 중에서, 리테이너는 베어링의 내륜과 외륜 사이에 있는 롤러를 일정한 위치로 잡아주는 역할을 하여 베어링의 내륜 외륜 궤도면에 균일하게 하중이 배분되도록 하는 역할을 한다. 또한, 회전시 발생하는 마찰열, 토크 등 최소화하여 저진동, 저소음 등에 중요한 역할을 하는 부품이다.

종래의 리테이너는 롤러와 조립했을 때, 창명의 창살 전체에 롤러의 외경면이 접촉하는 구조로 되어 있다. 따라서, 롤러가 회전하면서 넓은 접촉면적을 갖게 됨에 따라, 베어링 토크와 진동이 상당히 클 수밖에 없다. 베어링 토크와 진동이 크다는 것은 구동축과 같은 기계요소의 원활한 회전을 위해 사용되는 베어링의 성능이 떨어진다는 것을 의미함과 더불어 사용중 리테이너에 과도한 하중이 집중될 수 있음에 따라 리테이너가 파손되는 등의 이유로 베어링의 수명 저하를 초래할 수 있다는 것을 의미함에 따라 큰 문제점이라 할 수 있다.

한국공개특허: 10-2011-0118457 (공개일 2011.10.31)

한국등록특허: 10-0921138 (공고일 2009.10.12)

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,

본 발명의 목적은 롤러가 수용되는 창명의 창살 측면을 롤러와 같은 곡면으로 형성하고 창명의 창살에 챔버부를 구비하여 롤러와의 접촉하는 면적을 감소시킴으로써 마찰력을 감소시킬 수 있고, 창명과 롤러 틈새 사이로 윤활유의 유동을 원활하게 하여 롤러의 마찰열을 감소시킬 수 있으며, 베어링의 마찰 토크와 진동을 감소시킴은 물론 마모와 소음을 감소시켜 베어링의 성능 향상과 수명을 연장시킬 수 있는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법은 원 소재를 컵 모양으로 성형하고 바닥면 중앙부에 구멍을 형성하는 케이지 성형단계; 상기 케이지의 측면 둘레를 따라 일정한 등분으로 롤러가 위치할 창명을 형성하는 창명 펀칭단계; 상기 창명의 양측면에 롤러와 케이지의 마찰을 최소화하고 롤러의 구동을 원활하게 하기 위한 챔버부를 성형하는 챔버부 성형단계; 상기 케이지의 바닥면 구멍을 확대하는 바닥 내경 확대단계; 및 상기 케이지의 상단부와 하단부에 생긴 버를 제거하며 상기 케이지의 폭 치수를 맞추기 위한 케이지 폭 가공단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 상기 케이지 폭 가공단계 이후에는 케이지의 상단부 내측에 가이드링이 안착되는 안착부를 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 챔버부는 케이지의 내측으로부터 외측을 향해 13°내지 17°경사진 경사면과, 롤러와 같은 곡면의 지지면으로 성형되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 경사면은 케이지 두께의 70%를 초과하지 않도록 성형되는 것을 특징으로 하고, 상기 지지면은 케이지 두께의 30%를 초과하지 않도록 성형되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 창명 펀칭단계에서 창명의 양 측면은 롤러와 같은 곡면으로 펀칭되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법에 따르면, 롤러의 접촉 면적을 감소시킴으로써 마찰력을 감소시킬 수 있고, 창명과 롤러 틈새 사이로 윤활유의 유동을 원활하게 하여 롤러의 마찰열을 감소시킬 수 있으며, 이로 인하여 베어링의 마찰 토크와 진동을 감소시킴은 물론 마모와 소음을 감소시켜 베어링의 성능 향상과 수명을 연장시킬 수 있는 리테이너를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법을 도시한 순서도.
도 2(a) 내지 도 2(f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링의 제조 공정을 단계별로 도시한 공정도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너의 안착부에 가이드링이 안착된 상태를 도시한 요부확대 단면도.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너에 롤러가 장착된 상태를 도시한 사용상태도.
도 5는 구면 롤러 베어링 리테이너의 창명과 롤러의 틈새를 설명하기 위한 요부 확대 측면도.
도 6은 도 5의 B-B'선 단면도로서, 챔버부가 롤러의 이탈을 방지하는 것을 도시한 요부확대 단면도.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.

이하의 설명에서, 방향과 관련하여 원뿔대 형상의 외향을 갖는 케이지의 대직경 측을 상부로, 소직경 측을 하부로 구분하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법을 도시한 순서도이고, 도 2(a) 내지 도 2(f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링의 제조 공정을 단계별로 도시한 공정도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너의 안착부에 가이드링이 안착된 상태를 도시한 요부확대 단면도이다. 또한, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 구면 롤러 베어링 리테이너에 롤러가 장착된 상태를 도시한 사용상태도이고, 도 5는 구면 롤러 베어링 리테이너의 창명과 롤러의 틈새를 설명하기 위한 요부 확대 측면도이며, 도 6은 도 5의 B-B'선 단면도로서, 챔버부가 롤러의 이탈을 방지하는 것을 도시한 요부확대 단면도이다.

도 1 및 도 2(a)~도 2(f)에 도시된 바와 같이 본 발명의 구면 롤러 베어링 리테이너(100) 제조방법은 원 소재를 컵 모양으로 성형하고 바닥면(111) 중앙부에 구멍(112)을 형성하는 케이지(110) 성형단계(S10)와, 케이지(110)의 측면 둘레를 따라 일정한 등분으로 롤러(200)가 위치할 창명(120)을 형성하는 창명 펀칭단계(S20)와, 창명의 양측면에 롤러(200)와 케이지(110)의 마찰을 최소화하고 롤러(200)의 구동을 원활하게 하기 위한 챔버부(140)를 성형하는 챔버부 성형단계(S30)와, 케이지(110)의 바닥면 구멍(112)을 확대하는 바닥 내경 확대단계(S40)와, 케이지(110)의 상단부와 하단부에 생긴 버를 제거하며 케이지(110)의 폭 치수를 맞추기 위한 케이지 폭 가공단계(S50)와, 케이지(110)의 상단부 내측에 가이드링(300)이 안착되는 안착부(150)를 가공하는 단계(S60)를 포함한다.

케이지 성형단계(S10)는 도 2(a)에 도시된 바와 같이 원 소재인 강판(P)을 프레스와 금형을 이용하여 평평한 바닥면과 원뿔대 형상의 측벽을 갖는 컵 형상의 케이지(110)를 성형하고, 케이지 바닥면(111) 중앙부에 다음 공정에서 자리 및 위치를 잡아주거나 고정하기 위한 구멍(112)을 뚫는다. 이때, 케이지(110)의 바닥부(111)는 창명(120)에 장착되는 롤러(200)의 저면 각도와 동일한 각도로 형성된다. 케이지(110)의 바닥부(111)가 롤러(200)의 저면 접촉각과 동일한 각도로 형성되면 롤러(200) 구동시 롤러(200)의 틀어짐이나 휨을 방지하게 된다.

이어, 창명 펀칭단계(S20)는 도 2(b)에 도시된 바와 같이 케이지(110)의 상단부와 하단부 사이의 측벽에 인덱스장치와 펀치금형을 이용하여 일정간격으로 다수의 창명(120)을 형성하는 펀칭공정이 수행된다. 이때, 케이지(110)의 측면 둘레를 따라 일정한 등분으로 다수의 창명(120)이 형성되는 과정에서 케이지(110)의 상단부와 하단부를 연결하는 다수의 창살(130)이 형성된다. 또한, 창명(120)의 형상이 롤러(200)의 외형과 동일한 형상으로 이루어지도록 하여 창살(130)의 양측면이 롤러(200)의 외형과 동일한 곡면을 갖도록 펀칭되며, 아울러 창살(130)의 중앙부 양측면에 소정폭으로 돌출되어 창명(120)에 단차를 형성하는 챔버부(140)가 형성된다.

이어, 챔버부 성형단계(S30)는 도 2(c)에 도시된 바와 같이 창살(130)의 양측면에 형성된 챔버부(140)를 성형하는 챔버 작업이 수행된다. 챔버부(140)는 케이지(110)의 내측으로부터 외측을 향해 13°내지 17°경사진 경사면(141)과, 롤러(200)와 같은 곡면을 갖는 지지면(142)으로 성형된다. 여기서, 경사면(141)은 케이지(110) 두께(또는 창살 두께)의 70%를 초과하지 않도록 성형되어야 하며, 지지면(142)은 케이지(110) 두께(또는 창살 두께)의 30%를 초과하지 않도록 성형되어야 한다. 즉, 케이지(110) 두께 범위 내에서 경사면(141)과 지지면(142)은 7 : 3의 비율로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 경사면(141)과 지지면(142)의 비율은 롤러(200)의 원활한 회전과 윤활유가 이동하는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 또한, 롤러(200)의 마찰을 최소화시키는데에도 중요한 역할을 하게 된다.

이어, 바닥 내경 확대단계(S40)는 도 2(d)에 도시된 바와 같이 케이지(110)의 바닥면(111)을 제거하는 공정을 수행하여 케이지(110) 바닥의 내경을 확대시킨다. 또한, 바닥 내경 확대단계(S40)에서는 창명(120)의 모서리부분을 라운드(R)로 가공하는 공정을 포함한다.

이어, 케이지 폭 가공단계(S50)는 도 2(e)에 도시된 바와 같이 케이지(110)의 상단부와 하단부를 가공하여 케이지(110) 성형공정에서 프레스 작업시 케이지(110)의 상단부와 하단부에 생긴 버(burr)를 제거하며, 케이지(110)의 폭 치수를 맞추기 위하여 케이지(110) 폭을 가공하는 공정을 수행한다.

이어, 가이드링 안착부 가공단계(S60)는 도 2(f)에 도시된 바와 같이 창살(130)의 상부에 단턱이 형성되도록 케이지(110)의 상단부 내측에 안착부(150)를 가공한다. 도 3에 도시된 바와 같이 안착부(150)에는 가이드링(300)이 안착되어 가이드링(300)과 롤러(200)와 리테이너(100)의 3가지 부품이 마찰 없이 원활한 구동을 하게 한다. 즉, 롤러(200)가 회전하면서 리테이너(100)도 함께 회전을 하게 되는데 가이드링 안착부(150)가 마련됨으로 인하여 롤러(200)와 리테이너(100)의 회전을 원활하게 해준다.

상기와 같은 공정으로 제조된 구면 롤러 베어링 리테이너(100)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 롤러(200)가 케이지의 창명(120)에 조립되면, 창살(130)에 형성된 챔버부(140)가 롤러(200)의 위치를 잡아주게 되어 롤러(200)가 빠지거나 이탈되는 것을 방지하게 되고, 챔버부(140)에 의해 롤러(200)의 접촉 면적이 감소를 하게 되어 마찰력이 감소되게 된다. 또한 창살(130)의 측면이 롤러(200)와 같은 곡면으로 형성되고 챔버부(140)의 경사면(141)이 롤러(200)의 회전을 가이드 함으로써 롤러(200)의 원활한 회전이 이루어지며, 창명(120)과 롤러(200)의 틈새 사이로 윤활유의 유동이 원활하게 안내되어 롤러(200)의 마찰열을 감소시키게 된다.

이와 같이 본 발명은 베어링의 마찰 토크와 진동을 감소시킴은 물론 마모와 소음을 감소시켜 베어링의 성능을 향상시키고 아울러 베어링의 수명을 연장시킬 수 있는 리테이너를 제조할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

100: 리테이너 110: 케이지
111: 바닥면 112: 구멍
120: 창명 130: 창살
140: 챔버부 141: 경사면
142: 지지면 150: 안착부
200: 롤러 300: 가이드링

Claims (6)

1. 원 소재를 컵 모양으로 성형하고 바닥면 중앙부에 구멍을 형성하는 케이지 성형단계;
   상기 케이지의 측면 둘레를 따라 일정한 등분으로 롤러가 위치할 창명을 형성하되, 상기 창명의 양측면은 롤러와 같은 곡면으로 펀칭되는 창명 펀칭단계;
   상기 창명의 양측면에 롤러와 케이지의 마찰을 최소화하고 롤러의 구동을 원활하게 하기 위한 챔버부를 성형하는 챔버부 성형단계;
   상기 케이지의 바닥면 구멍을 확대하는 바닥 내경 확대단계;
   상기 케이지의 상단부와 하단부에 생긴 버를 제거하며 상기 케이지의 폭 치수를 맞추기 위한 케이지 폭 가공단계;
   상기 케이지의 상단부 내측에 가이드링이 안착되는 안착부를 가공하는 단계를 포함하며,
   상기 케이지 성형단계에서 상기 케이지의 바닥부는 상기 창명에 장착되는 롤러의 저면 각도와 동일한 각도로 형성되고,
   상기 바닥 내경 확대단계에서는 상기 창명의 모서리 부분을 라운드 가공하며,
   상기 안착부를 가공하는 단계에서는 상기 창명 간에 형성되는 창살의 상부에 단턱이 형성되도록 상기 케이지의 상단부 내측에 안착부가 가공되는 것을 특징으로 하는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 챔버부는 케이지의 내측으로부터 외측을 향해 13°내지 17°경사진 경사면과, 롤러와 같은 곡면의 지지면으로 성형되는 것을 특징으로 하는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 경사면은 케이지 두께의 70%를 초과하지 않도록 성형되는 것을 특징으로 하는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 지지면은 케이지 두께의 30%를 초과하지 않도록 성형되는 것을 특징으로 하는 구면 롤러 베어링 리테이너 제조방법.
6. 삭제

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