KR101634891B1 - 커넥팅 로드를 위한 베어링 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 제1 단부(32) 및 제2 단부(36)를 갖는 커넥팅 로드(30)로서, 제2 단부(36)는 추력 링(60)이 그 사이에 있는 상태로 제1 외부 궤도(44a) 및 제2 외부 궤도(44b)를 한정하는, 커넥팅 로드(30)와; 원통형 내부 궤도(14)를 한정하는 크랭크샤프트(10)와; 제1 외부 궤도(44a)와 내부 궤도(14) 사이에 배치되는 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소(52a)와; 제2 외부 궤도(44b)와 내부 궤도(14) 사이에 배치되는 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소(52b)를 포함하는 베어링 조립체가 제공된다. 제1 반경 방향 롤러 요소(52a) 중 적어도 하나의 축 방향 길이가 제1 외부 궤도(44a)의 축 방향 길이보다 크고, 제2 반경 방향 롤러 요소(52b) 중 적어도 하나의 축 방향 길이는 제2 외부 궤도(44b)의 축 방향 길이보다 크다.

Description

커넥팅 로드를 위한 베어링 조립체{BEARING ASSEMBLY FOR A CONNECTING ROD}

본 발명은 커넥팅 로드와 대응 크랭크샤프트 사이에서의 사용을 위한 베어링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반경 방향 및 축 방향 하중의 양쪽 모두를 지지할 수 있는 베어링에 관한 것이다.

왕복 기관에서, 피스톤이 실린더 내에서 왕복된다. 피스톤은 피스톤의 운동이 크랭크샤프트를 구동시키도록 커넥팅 로드에 의해 크랭크샤프트에 연결된다. 베어링이 커넥팅 로드와 크랭크샤프트 사이의 상대 운동에 의해 발생되는 반경 방향 힘을 흡수하도록 커넥팅 로드와 크랭크샤프트 사이에 제공된다. 베어링의 축 방향 단부는 크랭크샤프트의 표면에 접촉된다. 종종, 베어링의 축 방향 단부는 이들이 커넥팅 로드 및 크랭크샤프트의 대향 표면들 사이에 배치되도록 베어링의 케이지(cage)의 대향 단부들로부터 반경 방향으로 외향으로 연장되는 플랜지(flange)이다. 커넥팅 로드 표면과 크랭크샤프트 사이의 접촉은 계면 표면이 불량하게 마모되게 할 수 있다. 또한, 커넥팅 로드와 베어링 사이에서 그리고 크랭크샤프트와 커넥팅 로드 사이에서 발생된 마찰은 베어링 또는 구성 요소 그 자체에 대한 손상을 유발할 수 있는 열을 발생시킨다.

종래 기술은 커넥팅 로드와 크랭크샤프트 사이에서 발생되는 마찰량을 감소시키도록 설계되는 다양한 시도 예컨대, 분무 윤활(spray lubrication) 등에 의한 커넥팅 로드 및 크랭크샤프트 계면의 윤활을 포함한다. 그러나, 커넥팅 로드와 이것이 연결되는 크랭크샤프트의 부분 사이에 존재하는 간극은 전형적으로 이들 간극 내로 외향으로 연장되는 베어링의 케이지의 반경 방향 플랜지로 인해 감소된다. 더욱이, 엄격한 공차는 베어링의 롤러 요소가 장착되는 크랭크샤프트의 궤도(raceway)에 윤활을 제공할 수 있는 능력을 방해할 수 있다.

본 발명은 종래 기술의 구성 및 방법의 관련 고려 사항을 인식 및 해결한다.

본 발명에 따른 하나의 실시예의 베어링 조립체는, 제1 및 제2 단부를 갖는 커넥팅 로드로서, 제1 단부는 추력 링(thrust ring)이 그로부터 반경 방향으로 내향으로 현수된 상태의 원통형 개구가 추력 링의 대향 측면들 상에 제1 외부 궤도 및 제2 외부 궤도를 한정하도록 원통형 개구를 한정하는, 커넥팅 로드와; 한 쌍의 대향 내부 벽 사이에 배치되는 원통형 내부 궤도를 한정하는 크랭크샤프트와; 제1 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제1 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소와; 제2 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제2 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소를 포함한다. 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이는 제1 외부 궤도의 축 방향 길이보다 크고, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이는 제2 외부 궤도의 축 방향 길이보다 크다.

외부 궤도를 한정하는 커넥팅 로드와 내부 궤도를 한정하는 크랭크샤프트 사이에서의 사용을 위한 또 다른 실시예의 베어링 조립체는, 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제1 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소와; 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제2 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소와; 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소와 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 사이에 배치되는 추력 링을 포함한다. 커넥팅 로드의 외부 궤도의 최대 축 방향 길이가 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이 그리고 추력 링의 축 방향 길이에 의해 한정되는 전체 축 방향 길이보다 작다.

본 발명의 다른 태양은 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려하면 명확해질 것이다.

당업자에 대한 그 최상 모드를 포함하는 본 발명의 충분하고 합법적인 개시 내용이 첨부 도면에 대한 참조를 수행하는 명세서 내에 기재되어 있다.
도 1은 도 2의 선 1-1을 따라 취해지는 커넥팅 로드와 크랭크샤프트 사이에서의 사용을 위한 하나의 실시예의 베어링 조립체의 단면도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취해지는 베어링 조립체의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 것과 같은 베어링 조립체의 부분 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 것과 같은 베어링 조립체의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체의 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체의 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체의 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체의 부분 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 것과 같은 베어링 조립체의 부분 단면도이다.
도 10은 도 8에 도시된 것과 같은 베어링 조립체의 부분 단면 사시도이다.
본 발명의 명세서 및 도면에서의 도면 부호의 반복 사용은 이러한 개시 내용에 따른 본 발명의 동일 또는 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다.

그 1개 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있는 본 발명의 양호한 실시예에 대한 참조가 지금부터 상세하게 수행될 것이다. 각각의 예는 제한의 의미를 갖지 않는 본 발명의 설명으로서 제공된다. 사실상, 변형 및 변화가 그 범주 및 사상을 벗어나지 않으면서 본 발명에서 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 명확할 것이다. 예컨대, 하나의 실시예의 일부로서 도시 및 설명되는 특징부가 추가의 실시예를 생성하도록 또 다른 실시예에 대해 사용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 이들의 등가물의 범주 내에 속하는 변형 및 변화를 포함하도록 의도된다.

이제부터 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하나의 실시예의 베어링 조립체(50)가 도 1 내지 5에 도시되어 있다. 왕복 기관(도시되지 않음)에서, 피스톤이 실린더 내에서 왕복되고, 크랭크샤프트(10)를 구동시킨다. 피스톤은 크랭크샤프트(10)가 피스톤의 운동에 의해 구동되도록 커넥팅 로드(30)에 의해 크랭크샤프트(10)에 연결되고, 이 때에 베어링 조립체(50)가 마찰을 감소시키도록 크랭크샤프트(10)와 커넥팅 로드(30) 사이에 수용된다. 피스톤, 크랭크샤프트(10) 및 커넥팅 로드(30)의 운동은 축 방향 및 반경 방향 힘이 베어링 조립체(50)를 통해 커넥팅 로드(30)와 크랭크샤프트(10) 사이에 가해지게 한다.

도 1 및 2에서 가장 잘 관찰되는 것과 같이, 커넥팅 로드(30)는 제1 단부(32), 로드 부분(rod portion)(34) 및 제2 단부(36)를 포함한다. 제1 단부(32)는 제1 개구(38)를 한정하고, 제1 개구(38)를 통과하는 피스톤 핀(piston pin)에 의해 피스톤에 연결된다. 피벗 축(40)이 제1 개구(38) 및 제1 단부(32)의 중심을 통해 한정되고, 커넥팅 로드(30)는 피스톤이 실린더 내에서 왕복될 때에 피스톤 핀에 대해 피벗된다. 커넥팅 로드(30)의 제2 단부(36)는 제2 개구(42)를 한정한다. 크랭크샤프트(10)의 일부는 크랭크샤프트(10)가 커넥팅 로드(30)에 연결되도록 제2 개구(42)를 통해 회전 가능하게 수용된다. 베어링 조립체(50)는 이들 사이에서 발생되는 반경 방향 및 축 방향 힘을 흡수하도록 커넥팅 로드(30)의 제2 개구(42)와 그를 통과하는 크랭크샤프트(10)의 일부 사이에 위치된다.

도 4에서 가장 잘 관찰되는 것과 같이, 베어링 조립체(50)는 제1의 복수개의 롤러 요소(52a), 제2의 복수개의 롤러 요소(52b) 그리고 이들 사이에 배치되는 추력 링(60)을 포함한다. 도시된 것과 같이, 커넥팅 로드(30)의 제2 개구(42)의 내주 표면은 외부 궤도(44) 그리고 외부 궤도(44)로부터 커넥팅 로드(30)의 제2 단부(36) 내로 반경 방향으로 외향으로 연장되는 환형 홈(46)을 한정한다. 환형 홈(46)은 베어링 조립체(50)의 추력 링(60)을 수용하도록 구성되고, 외부 궤도(44)를 제1 외부 궤도(44a) 및 제2 외부 궤도(44b)로 분할한다. 추가로, 커넥팅 로드(30)의 제2 개구(42) 내에 수용되는 크랭크샤프트(10)의 일부가 크랭크샤프트(10)의 대향 내부 벽(16a, 16b) 사이에 원통형 내부 궤도(14)를 한정한다.

도시된 실시예에서, 베어링 조립체(50)는 중실 크랭크샤프트(10)와 사용된다. 그러나, 베어링 조립체(50)는 또한 도 10에 도시된 것과 같은 조립 크랭크샤프트(10a)와 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 것과 같이, 추력 링(60) 그리고 커넥팅 로드(30)의 제2 단부(36)의 양쪽 모두는 이들이 제2 개구(42) 내에 수용되는 크랭크샤프트(10)의 일부 주위에 위치될 수 있도록 적어도 2개의 별개의 부품으로 형성된다. 추력 링(60)은 커넥팅 로드(30)의 환형 홈(46) 내에 수용되는 외주 표면(64)을 포함하고, 대향 지지 표면(62a, 62b)을 한정하는 한 쌍의 평행 측면을 포함한다. 도 4에서 가장 잘 관찰되는 것과 같이, 제1 및 제2의 복수개의 롤러 요소(52a, 52b)는 내부 궤도(14)와 외부 궤도(44) 사이에 한정된 환형 공간 내에 각각 수용된다. 특히, 제1의 복수개의 롤러 요소(52a)는 제1 내부 궤도(14a)와 제1 외부 궤도(44a) 사이에 배치되고, 제2의 복수개의 롤러 요소(52b)는 제2 내부 궤도(14b)와 제2 외부 궤도(44b) 사이에 배치되고, 2개의 복수개의 롤러 요소(52a, 52b)는 추력 링(60)의 대향 측면들 상에 배치된다.

제1의 복수개의 각각의 롤러 요소(52a)는 추력 링(60)의 지지 표면(62a)에 인접하게 배치되는 제1 단부 표면(54), 크랭크샤프트(10)의 내부 벽(16a)에 인접하게 위치되는 제2 단부 표면(56) 그리고 제1 내부 궤도(14a) 및 제1 외부 궤도(44a)와 접촉되는 원통형 외부 표면(58)을 포함한다. 마찬가지로, 제2의 복수개의 각각의 롤러 요소(52b)는 추력 링(60)의 지지 표면(62b)에 인접하게 배치되는 제1 단부 표면(54), 크랭크샤프트(10)의 내부 벽(16b)에 인접하게 위치되는 제2 단부 표면(56) 그리고 제2 내부 궤도(14b) 및 제2 외부 궤도(44b)와 접촉되는 외주 표면(64)을 포함한다. 바람직하게는, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1의 복수개의 각각의 롤러 요소(52a)의 축 방향 길이는 제1 외부 궤도(44a)의 축 방향 길이보다 크다. 이와 같이, 제1 롤러 요소(52a)의 제1 단부 표면(54)과 추력 링(60)의 지지 표면(62a)의 인접부는 커넥팅 로드(30)의 제1 외부 표면(48a)이 크랭크샤프트(10)의 내부 벽(16a)과 접촉되는 것을 방지한다. 마찬가지로, 제2의 복수개의 각각의 롤러 요소(52b)의 축 방향 길이는 제2 외부 궤도(44b)의 축 방향 길이보다 크다. 이와 같이, 제2 롤러 요소(52b)의 제1 단부 표면(54)과 추력 링(60)의 지지 표면(62b)의 인접부는 커넥팅 로드(30)의 외부 표면(48b)이 크랭크샤프트(10)의 내부 벽(16b)과 접촉되는 것을 방지한다. 바람직하게는, 제1 및 제2의 복수개의 롤러 요소(52a, 52b)의 양쪽 모두는 전체 정원(full complement)의 롤러 요소를 포함한다.

도 4에서 가장 잘 관찰되는 것과 같이, 크랭크샤프트(10)의 최외곽 부분에서의 대향 내부 벽(16a, 16b)의 높이는 제1 및 제2 롤러 요소(52a, 52b)의 직경보다 각각 작고, 그에 의해 커넥팅 로드(30)의 제2 단부(36)와 크랭크샤프트(10) 사이에 간극을 생성한다. 이와 같이, 분무 시스템이 베어링 조립체(50)에 윤활 유체를 제공하는 데 사용될 수 있다. 바람직하게는, 크랭크샤프트(10)는 내부 궤도(14)와 연통되는 윤활 경로(24)를 제공하도록 천공된다. 윤활 경로(24)는 바람직하게는 제1 내부 궤도(14a)와 제2 내부 궤도(14b) 사이에 배치되는 내부 궤도(14)의 일부 상에서 종료된다. 이와 같이, 윤활 경로(24)는 제1 및 제2의 복수개의 롤러 요소(52a, 52b) 사이에 있는 영역에 윤활 유체를 제공한다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체는 추력 링(60a)이 그 제2 단부(36)와 일체로 형성되는 커넥팅 로드(30a)를 포함한다. 일체로 형성된 추력 링(60a)을 포함하는 베어링 조립체는 도 1 내지 5에 대해 논의된 것과 같은 실시예의 베어링 조립체(50)와 유사하게 기능한다.

도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체는 커넥팅 로드(30b)의 제2 단부(36)에 의해 한정되는 환형 홈(46) 내에 수용되는 일체로 형성된 추력 링(60b)을 포함한다. 일체로 형성된 추력 링(60b)을 포함하는 베어링 조립체는 단지 이것이 도 10에 도시된 것과 같은 조립 크랭크샤프트(10a)와 사용될 수 있을 뿐이라는 점에서 도 1 내지 5에 대해 논의된 실시예와 상이하다.

이제부터 도 8 내지 10을 참조하면, 본 발명에 따른 대체 실시예의 베어링 조립체가 도시되어 있다. 베어링 조립체(50c)는 주로 커넥팅 로드(30c)의 제2 단부(36)가 일체로 형성된 추력 링(60c)을 포함하는 연속 링이라는 점에서 도 1 내지 5에 대해 논의된 실시예와 상이하다. 이와 같이, 베어링 조립체(50c)는 조립 크랭크샤프트(10a)와 사용되고, 이 때에 커넥팅 로드(30c)의 제2 단부(36)가 그를 통과하는 크랭크 핀(12)에 의해 크랭크샤프트(10a)에 고정된다.

본 발명의 1개 이상의 양호한 실시예가 위에서 설명되었지만, 다양한 변형 및 변화가 그 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명에서 수행될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 예컨대, 제1 및 제2의 복수개의 롤러 요소 내의 각각의 롤러 요소의 길이가 동일할 필요는 없다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 이들의 등가물의 범주 및 사상 내에 속하는 변형 및 변화를 포함하도록 의도된다.

Claims (21)

1. 제1 및 제2 단부를 갖는 커넥팅 로드로서, 제1 단부는 내부 표면으로 원통형 개구를 한정하고, 원통형 개구의 내부 표면이 추력 링의 대향 측면들 상에 제1 외부 궤도 및 제2 외부 궤도를 한정하도록 추력 링은 원통형 개구로부터 반경 방향으로 내향으로 현수되고, 추력 링은 원통형 개구의 내부 표면으로부터 반경 방향으로 외향으로 연장되는 환형 홈 내에 수용되는, 커넥팅 로드와;
   한 쌍의 대향 내부 벽 사이에 배치되는 원통형 내부 궤도를 한정하는 크랭크샤프트와;
   제1 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제1 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소와;
   제2 외부 궤도와 내부 궤도 사이에 배치되는 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소로서, 제2 반경 방향 롤러 요소의 각각은 제1 단부 표면 및 대향 제2 단부 표면을 갖고, 이들 사이에 축 방향 길이를 한정하는, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소
   를 포함하고,
   제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이는 제1 외부 궤도의 축 방향 길이보다 크고, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이는 제2 외부 궤도의 축 방향 길이보다 큰,
   베어링 조립체.
2. 제1항에 있어서, 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 제1 단부 표면은 추력 링에 접촉되고, 그 제2 단부 표면은 제1 외부 궤도를 지나 축 방향으로 외향으로 연장되는, 베어링 조립체.
3. 제2항에 있어서, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 제1 단부 표면은 추력 링에 접촉되고, 그 제2 단부 표면은 제2 외부 궤도를 지나 축 방향으로 외향으로 연장되는, 베어링 조립체.
4. 제3항에 있어서, 제1의 복수개의 각각의 반경 방향 롤러 요소의 제2 단부 표면은 그 제1 단부 표면이 추력 링에 접촉될 때에 제1 외부 궤도를 지나 축 방향으로 외향으로 연장되는 베어링 조립체.
5. 제4항에 있어서, 제2의 복수개의 각각의 반경 방향 롤러 요소의 제2 단부 표면은 그 제1 단부 표면이 추력 링에 접촉될 때에 제2 외부 궤도를 지나 축 방향으로 외향으로 연장되는 베어링 조립체.
6. 제1항에 있어서, 제1의 복수개 그리고 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소의 각각은 전체 정원의 반경 방향 롤러 요소를 추가로 포함하는 베어링 조립체.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 커넥팅 로드의 제2 단부의 최대 축 방향 길이가 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 축 방향 길이 그리고 추력 링의 축 방향 길이에 의해 한정되는 전체 축 방향 길이보다 작은 베어링 조립체.
10. 제1항에 있어서, 내부 궤도는 제1 내부 궤도 및 제2 내부 궤도를 추가로 포함하고, 크랭크샤프트는 한쪽 단부가 제1 및 제2 내부 궤도들 사이에 배치되는 윤활 경로를 포함하는, 베어링 조립체.
11. 제1항에 있어서, 제1의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 제1 단부 표면은 추력 링에 접촉되고, 그 제2 단부 표면은 크랭크샤프트의 한 쌍의 대향 내부 벽 중 하나에 접촉되는, 베어링 조립체.
12. 제11항에 있어서, 제2의 복수개의 반경 방향 롤러 요소 중 적어도 하나의 제1 단부 표면은 추력 링에 접촉되고, 그 제2 단부 표면은 크랭크샤프트의 한 쌍의 대향 내부 벽 중 또 다른 하나에 접촉되는, 베어링 조립체.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제

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