KR101719488B1 - 샤프트 와셔 및 샤프트 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 축방향 예비 응력을 발생시키기 위한 샤프트 와셔에 관한 것이며, 샤프트 와셔(1)가 그 내주(1a)로부터 방사방향 내부로 돌출한 3개 이상의 센터링 영역(4)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

샤프트 와셔 및 샤프트 베어링 장치{Shaft washer and shaft bearing arrangement}

본 발명은 샤프트와 하우징 사이의 축 방향 예비 응력을 발생시키기 위한 샤프트 와셔, 및 상기 샤프트 와셔를 포함하는 샤프트 베어링 장치에 관한 것이다.

플로팅 베어링 장치에서, 특히 스티어링 구동장치와 같은 전기 기계에서, 플로팅 베어링은 외부 링을 통해 하우징에 대해 설치된다. 샤프트 와셔 형태의 예비 응력 스프링의 조립은 수동으로 이루어지거나 또는 상기 부품이 별도의 조립 스테이션에서 미리 하우징 내로 조립되어야 한다. 이러한 플로팅 베어링의 생산시 이러한 수동 작동 단계 또는 필요한 추가의 조립 장치는 각각 시간 및 비용을 증가시킨다.

본 발명의 과제는 샤프트 와셔가 그 형상으로 인해 샤프트 자체에서 센터링될 수 있기 때문에, 하우징 조립시 복잡한 수동 핸들링 또는 별도의 조립 스테이션 없이 간단하고 저렴하게 조립될 수 있는 샤프트 와셔를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 가진 샤프트 와셔에 의해 해결된다.

청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 샤프트 와셔는 그 형상으로 인해 샤프트 자체에서 센터링될 수 있기 때문에 하우징 조립시 복잡한 수동 핸들링 또는 별도의 조립 스테이션 없이 간단하고 저렴하게 조립될 수 있다는 장점을 갖는다. 이 경우, 본 발명에 따른 샤프트 와셔는 중심 평면으로부터 상부로 및 하부로 여러 번 휘어진 또는 파형의 와셔이고, 상기 와셔는 그 내주로부터 방사방향 내부로 돌출하는 3개 이상의 센터링 영역을 포함하며, 상기 센터링 영역들은 그 안에 수용된 샤프트의 셀프 센터링을 가능하게 하고, 상기 샤프트 와셔는 조립된, 고정 상태에서 방사방향으로 샤프트에 또는 축 방향으로 베어링 내부 링에 마찰되지 않는다. 이는 샤프트 와셔가 고정 상태에서 더 편평하게 가압되는 경우 조립된 상태에서 샤프트 와셔의 내경의 확대를 가능하게 한다.

종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.

바람직하게는 샤프트 와셔의 센터링 영역들의 중심점들이 원주 방향으로 제 1 단부면의 지지 영역들 및 제 2 단부면의 지지 영역들에 대해 오프셋되게 배치된다. 이로 인해, 샤프트 스프링이 축 방향 힘에 의해 조립된 상태에서 탄성적으로 심하게 변형되는 영역이 아닌, 중심점에 조립 동안 샤프트 상에서 샤프트 와셔의 셀프 센터링이 이루어진다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 센터링 영역들은 활형으로 형성되고, 각각 하나의 중심점을 갖는다. 이러한 디자인에 의해 본 발명에 따른 샤프트 와셔는 합리적이고 저렴하게 제조될 수 있으며, 그것의 전체적으로 라운딩된 내주에서 노치 효과를 갖지 않는다. 대안으로서, 센터링 영역들은 뾰족하게 형성되거나 또는 방사방향 내부로 돌출하는 웨브로서 형성된다. 또한, 정확히 5개의 센터링 영역들이 제공되거나 또는 대안으로서 샤프트 와셔의 내주에 다수의 톱니들이 센터링 영역으로서 내부에 톱니들을 가진 기어 휠과 유사하게, 제공된다. 또한, 삼각형 중심 개구를 가진 샤프트 와셔가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 센터링 영역들의 모든 중심점들이 샤프트 와셔의 공통 평면에 위치 설정되는 것이 바람직하고, 공통 평면은 샤프트 와셔의 중심축에 대해 수직으로 배치된다. 이로 인해, 샤프트 와셔의 센터링시 중심점에 의한 균일한 정렬 및 힘 분배가 달성된다. 공통 평면은 바람직하게 샤프트 와셔의 중심에, 즉 단부면에 대해 동일한 간격을 두고 놓인다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 샤프트 와셔에는 정확히 3개의 센터링 영역들이 120°의 각 간격으로 형성된다. 이로 인해, 최소 수의 센터링 영역에 의해서도 샤프트의 정확한 센터링이 달성될 수 있다. 또한, 상기 형상의 샤프트 와셔는 최소 중량을 갖는다.

바람직하게는 샤프트 와셔의 내경 대 샤프트 와셔의 외경의 비율은 약 1:1.4 이다. 이로 인해, 최소 재료 비용으로 소정 센터링 기능과 더불어 플로팅 베어링 내에 충분한 예비 응력이 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 샤프트 와셔는 샤프트의 제 1 축 방향으로 돌출하는 지지 영역, 및 샤프트의 제 2, 반대 축 방향으로 돌출하는 지지 영역 및 센터링 영역을 동일한 수로 포함한다. 이로 인해, 조립된 상태에서 양측의 지지 영역의 변형이 균일하면 균일한 힘 분배가 가능해진다. 또한, 이로 인해, 샤프트 와셔가 동일한 방향 설정으로 조립될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 샤프트 와셔가 제 1 축 방향으로 돌출한 지지 영역들, 제 2 축 방향으로 돌출한 지지 영역들 및 센터링 영역들의 대칭 배치를 갖는다. 이로 인해, 부품들에 대한 시각적 눈맞춤 없이 "블라인드 조립"이 가능하다. 또한, 대안으로서 양 방향으로 돌출한 지지 영역들을 샤프트 와셔의 센터링 영역에 대해 비대칭 배치하는 것도 가능하지만, 이 경우 베어링에 대한 센터링 영역의 큰 간격을 두고 샤프트 와셔의 방향 설정된 조립이 이루어져야 한다.

바람직한 실시예에서, 샤프트 와셔의 방사방향 재료 폭은 전체 원주에 걸쳐 일정하다. 재료 폭은 샤프트 와셔의 내부면과 외부면 사이에서 방사방향으로 규정된다. 일정한 재료 폭에 의해 탄성 에너지 및 부하가 원주에 걸쳐 일정하게 유지되고, 더 편평한 스프링 특성 곡선 및 더 길어진 수명이 달성된다. 특히 바람직한 실시예에서, 샤프트 와셔는 각각의 센터링 영역에 외부로 개방된 활형 리세스를 포함한다.

바람직하게는 샤프트 와셔가 원주 방향으로 중단되어 형성된다. 샤프트 와셔의 중단은 방사방향 슬릿 형태의 중단된 영역일 수 있고, 중단된 영역은 5°내지 50°, 바람직하게는 30°내지 40°의 원주 각에 걸쳐 연장한다. 이로 인해, 샤프트 와셔가 내경에 더 양호하게 맞춰질 수 있고, 특히 간단한 조립이 이루어질 수 있다. 이 경우, 샤프트 와셔를 지지 링 집게의 고정을 위한 조립 보조 홀을 가진 스냅 링 또는 지지 링으로서 형성하는 것이 가능하다. 대안으로서, 샤프트 와셔는 샤프트 와셔의 단부 영역이 중단된 영역에서 중첩되도록 중단될 수 있다. 이로 인해, 파형의, 링형의, 중첩되는 샤프트 와셔가 제공된다. 중첩 영역은 바람직하게는 10°내지 30°의 원주 각 범위에 걸쳐 형성된다. 또한, 샤프트, 베어링 및 샤프트 와셔를 포함하고, 상기 베어링은 샤프트 상에 축 방향으로 고정되며 하우징 내에서 축 방향으로 이동 가능하게 배치되고, 상기 샤프트 와셔는 하우징과 베어링 사이에 배치되는, 샤프트 베어링 장치가 개시된다. 조립되지 않은 상태에서, 샤프트 와셔는 샤프트 와셔의 내경과 샤프트의 외경 사이에, 하우징의 내경과 샤프트 와셔의 외경 사이의 차이 크기보다 작은 차이 크기를 갖는다. 하우징 내에 샤프트 베어링 장치의 조립 동안, 와셔는 샤프트 상에서 하우징에 의해 전단되지 않으면서 센터링된다. 베어링의 설치시 샤프트 와셔는 축 방향으로 압축되며 그 내경 및 그 외경을 변화시킨다. 조립된 상태에서, 즉 샤프트 와셔가 압축되면, 샤프트 와셔는 그 내경과 샤프트의 외경 사이에서, 하우징의 내경과 샤프트 와셔의 외경 사이의 차이 크기보다 큰 차이 크기를 갖는다. 따라서, 하우징의 이동에 의해 축 방향 힘이 샤프트 와셔에 가해짐으로써, 샤프트 와셔의 내경 및 외경의 변화를 가진 변형이 필연적으로 일어난다. 조립된 상태에서 이루어지는, 샤프트의 접촉 없이 하우징에 대한 샤프트 와셔의 셀프 센터링에 의해, 추가의 작업 단계 또는 별도의 조립 장치 없이 하우징 내로 삽입시 샤프트와 함께 샤프트 와셔의 간단한 조립이 가능해진다. 특히, 샤프트 상에 샤프트 와셔가 조립된 다음 하우징이 이동될 수 있다.

본 발명에 의해, 샤프트 와셔가 그 형상으로 인해 샤프트 자체 상에서 센터링될 수 있기 때문에, 하우징 조립시 복잡한 수동 핸들링 또는 별도의 조립 스테이션 없이 간단하고 저렴하게 조립될 수 있는 샤프트 와셔가 제공된다.

이하에, 본 발명의 2가지 실시예가 첨부한 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샤프트 와셔의 평면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샤프트 와셔의 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샤프트 와셔의 측면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샤프트 와셔를 구비한 샤프트 베어링 장치의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 샤프트 와셔의 평면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 샤프트 와셔의 측면도.

이하에서, 도 1 내지 도 4를 참고로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 샤프트 와셔, 및 본 발명에 따른 샤프트 와셔를 포함하는 샤프트 베어링 장치가 설명된다.

도 1의 확대 평면도에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른, 바람직하게는 스프링 강으로 제조된 샤프트 와셔(1)가 링형으로 외경(11)을 갖도록 형성되고, 내주(1a)에는 3개의 방사방향 내부로 돌출한 센터링 영역들(4)을 포함하고, 상기 센터링 영역들은 120°의 각 간격으로 배치된다. 샤프트 와셔(1)의 내주(1a)의 직경은 센터링 영역(4)을 향한 방향으로 실질적으로 균일하게 감소되므로, 내주(1a)의 그 사이에 놓인 영역의 프로파일에 알맞는 센터링 영역(4)의 형상이 주어진다. 각각의 센터링 영역(4)은 그 전방 단부에 중심점(5)을 포함한다. 중심점들(5)은 샤프트 와셔(1)의 최소 내경(10)을 가진 점으로 표시된 내부 영역(샤프트(2)를 수용하기 위한)을 한정한다. 대안 실시예에서, 내주(1a)에 형성된 센터링 영역들(4)의 수가 더 많은 것도 가능하며, 상기 센터링 영역들은 수에 상응하는 각 간격으로 균일하게 배치된다.

도 2는 변형되지 않은 상태의 도 1에 따른 샤프트 와셔(1)를 확대 사시도로 도시한다. 도 2의 사시도에 나타나는 바와 같이, 링형 샤프트 와셔(1)는 이 실시예에서 3번 상부로 및 하부로 휘어지거나 파형으로 되며, 센터링 영역(4)의 3개의 중심점들(5)은 여기에 도시되지 않은 공통 평면(E)에 놓인다. 상기 평면(E)은 도 3의 샤프트 와셔(1)의 측면도에 나타나며, 도 3에서 공통 평면(E)은 샤프트 와셔(1)의 일점쇄선으로 표시된 중심축(A)에 대해 수직으로 배치된 일점쇄선으로 표시된다. 도 3에 나타나는 샤프트 와셔(1)의 단부면들(7 및 9) 또는 지지 영역들(6 및 8)과 관련해서 센터링 영역(4)을 대칭으로 배치하는 것이 특히 바람직하다. 이로 인해, 샤프트 와셔의 정렬 또는 방향 설정에 주의할 필요 없이 조립이 가능하다.

또한, 도 3에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따른 샤프트 와셔(1)의 제 1 단부면(7)이 공통 평면(E)으로부터 (여기에 도시되지 않은) 샤프트(2)의 제 1 축 방향(B)으로 돌출한 3개의 지지 영역(6)을 포함한다. 또한, 샤프트 와셔(1)의 제 2 단부면(9)은 공통 평면(E)으로부터 샤프트(2)의 반대의 제 2 축 방향(C)으로 돌출한 3개의 지지 영역(8)을 포함한다. 이 경우, 샤프트 와셔(1)의 센터링 영역들(4)은 원주 방향으로 샤프트 와셔의 지지 영역들(6, 8)에 접촉하지 않는다. 샤프트 와셔(1)의 조립시, 상부 및 하부로 돌출한 지지 영역들(6 및 8)은 축 방향 힘에 의해 압축된다. 따라서 샤프트 와셔(1)는 더욱 편평한 형상을 갖기 때문에 그 내경 및 외경(10, 11)을 확대시킨다. 따라서, 고정되지 않은 상태에서 샤프트(2)의 센터링은 상기 평면(E)에 배치된 센터링 영역(4)에 의해 이루어지는 한편, 최종 조립된 상태에서는 (도 4에 도시된) 하우징(3)에 대한 예비 응력이 2개의 축 방향(B, C)으로 돌출한 지지 영역들(6, 8)의 탄성 변형에 의해 제공된다. 대안으로서, 본 발명에 따른 샤프트 와셔(1)에서 제 1 단부면(7)으로부터 돌출한 영역들(6) 및 제 2 단부면(9)으로부터 돌출한 영역들(8)이 더 많은 수로 형성될 수 있다.

도 4에는 본 발명에 따른 샤프트 와셔(1)를 포함하는 샤프트 베어링 장치의 확대 단면도가 도시된다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 샤프트(2) 상에 샤프트 와셔(1)가 배치되고, 샤프트(2) 상에 고정된 베어링(12)이 하우징(3) 내에 배치된다. 여기서는 부품들이 서로로부터 멀리 당겨지며, 샤프트 베어링 장치는 예비 응력을 받는 조립된 최종 상태가 아닌 조립 상태가 도시된다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 샤프트 와셔(1)의 내경(10)은 샤프트(2)의 외경(13)보다 크게 형성된다. 이로 인해 생기는 샤프트 와셔의 내경(10)과 샤프트(12)의 외경(13) 사이의 크기 차는 도 4에 차이 크기(x)로 표시된다. 또한, 하우징(3)의 내경(14)은 샤프트 와셔(1)의 외경(11)보다 크게 형성된다. 이로 인해 생기는 하우징(3)의 내경(14)과 샤프트 와셔(1)의 외경(11) 사이의 크기 차는 도 4에서 차이 크기(y)로 표시된다.

하우징(3)에는 또한 내경(14)에 모따기(chamfer)(15)가 형성되고, 상기 모따기는 하우징의 간단한 조립을 가능하게 하는데, 그 이유는 상기 하우징이 샤프트 상에 이미 조립된 샤프트 와셔에 의해 모따기(15)에서 센터링될 수 있기 때문이다.

샤프트 와셔(1)의 내경(10)과 그 안에 수용된 샤프트(2) 사이의 차이 크기(x)는 부분 조립된 상태에서(도 4에 도시된 바와 같이) 샤프트 와셔(1)의 외경(11)과 하우징(3) 사이의 차이 크기(y)보다 작다. 하우징(3)에 대한 베어링(12) 및 샤프트(2)의 예비 응력에 의해, 하우징의 조립시 샤프트 와셔(1)가 더 편평하게 가압되어 샤프트 와셔(1)와 샤프트(2) 사이의 차이 크기가 확대되는 한편, 샤프트 와셔(1)와 하우징(3) 사이의 차이 크기(y)는 줄어든다. 이로 인해, 샤프트 와셔(1)가 하우징(3) 내에 센터링되고 샤프트(2)에 대한 충분한 간격을 갖기 때문에, 샤프트 와셔(1)와 샤프트(2) 사이의 접촉이 배제된다.

도 5 및 도 6을 참고로, 샤프트 와셔(1)의 제 2 실시예가 설명된다. 두 실시예에서, 동일한 또는 기능이 동일한 부품들은 동일한 도면 부호로 표시된다.

제 2 실시예에 따른 샤프트 와셔(1)는 그 전체 원주에 걸쳐 일정한 재료 폭(16)을 갖는다. 재료 폭(16)은 샤프트 와셔의 내부면과 외부면 사이에서 방사방향으로 규정된다. 일정한 재료 폭에 의해, 원주에 걸쳐 탄성 에너지 및 부하가 일정하게 유지된다. 또한, 일정한 재료 폭(16)은 샤프트 와셔(1)의 더 편평한 스프링 특성 곡선 및 더 긴 수명을 가능하게 한다. 일정한 재료 폭(16)의 구조적 실시를 위해, 샤프트 와셔(1)는 각각의 센터링 영역(4)에 외부로 개방된 활형 리세스(17)를 포함한다. 샤프트 와셔의 가장자리에 있는 오목부(17)에 의해, 둥근 샤프트 와셔에서보다 훨씬 더 효과적인 원주가 달성된다(긴 원주 라인). 이로 인해, 샤프트 와셔는 더 편평한 스프링 특성 곡선을 가지며 공차를 더 양호하게 보상할 수 있다. 지금까지는 단층 샤프트 와셔의 스프링 특성 곡선이 너무 급격하면, 많은 비용을 들여서 다층으로 감겨진 스프링의 변형이 이루어졌다. 오목부에 의해 달성되는 스프링 특성 곡선의 편평함은 저렴한 단층 샤프트 와셔의 사용 분야를 넓힌다.

도 6에 도시되는 바와 같이, 지지 영역들(6, 8)은 제 1 실시예에서와 똑같이 형성된다. 물론, 제 2 실시예에 따른 샤프트 와셔(1)는 도 4에 따른 샤프트 베어링 장치 내에도 적용될 수 있다.

전술한 실시예에서, 원주 방향으로 중단된 샤프트 와셔도 사용될 수 있다. 이 중단은 방사방향 슬릿으로서 샤프트 와셔에 제공될 수 있거나, 또는 이 중단이 샤프트 와셔의 중첩 단부 영역의 형태로 제공된다.

1 샤프트 와셔
2 샤프트
3 하우징
4 센터링 영역
5 중심점
6, 8 지지 영역
7, 9 단부면
10 내경
11 외경
12 베어링
13 외경
14 내경

Claims (16)

1. 샤프트(2)와 하우징(3) 사이에 축 방향 예비 응력을 발생시키기 위한 샤프트 와셔에 있어서,
   상기 샤프트 와셔(1)는 그 내주(1a)로부터 방사방향 내부로 돌출한 3개 이상의 센터링 영역들(4)을 포함하고,
   상기 샤프트(2) 상에서 상기 센터링 영역들(4)의 중심점들(5)은 상기 샤프트 와셔(1)의 제 1 단부면(7)의 지지 영역들(6) 및 제 2 단부면(9)의 지지 영역들(8)에 대해 원주 방향으로 오프셋되게 배치되고,
   상기 샤프트 와셔(1)의 방사방향 재료 폭(16)은 전체 원주에 걸쳐 일정하고,
   상기 샤프트 와셔(1)는 각각의 센터링 영역(4)에 외부로 개방된 활형 리세스(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 센터링 영역들(4)은 활형으로 형성되고 각각 정확히 하나의 중심점(5)을 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 센터링 영역들(4)의 모든 중심점들(5)은 상기 샤프트 와셔(1)의 공통 평면(E)에 배치되고, 상기 공통 평면(E)은 상기 샤프트 와셔(1)의 중심축(A)에 대해 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
5. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 정확히 3개의 센터링 영역들(4)이 120°의 각도 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
6. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 와셔(1)의 내경(10) 대 상기 샤프트 와셔(1)의 외경(11)의 비율은 1:1.4인 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트(2)의 제 1 축 방향(B)으로 돌출한 지지 영역들(6)의 수, 상기 샤프트(2)의 반대편의 제 2 축 방향(C)으로 돌출한 지지 영역들(8)의 수 및 상기 센터링 영역들(4)의 수가 동일한 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 축 방향(B)으로 돌출한 상기 지지 영역들(6), 상기 제 2 축 방향(C)으로 돌출한 상기 지지 영역들(8) 및 상기 센터링 영역들(4)이 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트 와셔는 원주 방향으로 중단된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 중단된 영역은 미리 정해진 원주 폭을 가진 방사방향 슬릿인 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
13. 제 11 항에 있어서, 중단된 샤프트 와셔의 단부 영역들이 중첩되는 것을 특징으로 하는 샤프트 와셔.
14. 샤프트 베어링 장치로서,
    - 샤프트(2),
    - 상기 샤프트(2) 상에 축 방향으로 고정되며 주위 하우징(3) 내에 축 방향으로 이동 가능하게 배치되는 베어링(12), 및
    - 상기 샤프트에 배치되는, 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 샤프트 와셔(1)를 포함하고,
    - 예비 조립된 상태에서, 상기 하우징의 내경(14)과 상기 샤프트 와셔의 외경(11) 사이의 차이(y)는 상기 샤프트 와셔의 내경(10)과 상기 샤프트의 외경(13) 사이의 차이(x)보다 크고,
    - 최종 조립된 상태에서, 상기 하우징의 내경(14)과 상기 샤프트 와셔의 외경(11) 사이의 차이(y)는 상기 샤프트 와셔의 내경(10)과 상기 샤프트의 외경(13) 사이의 차이(x)보다 작은, 샤프트 베어링 장치.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 하우징(3)은 내경(14)에서 내부로 향한 모따기(chamfer)(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 베어링 장치.
16. 삭제

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