KR101947948B1 - 스러스트 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스러스트 베어링은, 오일이 분출되는 유출구를, 축부재의 스러스트 칼라를 마주보는 일면인 배빗에 구비하고, 상기 축부재를 둘러싸고 배치됨으로써, 상기 오일을 이용하여 상기 축부재의 축방향 부하를 지지하는 복수의 패드; 및 상기 복수의 패드를 내부에 수용하고, 상기 축부재가 관통하는 관통공을 포함하는 쉘을 포함하되, 상기 배빗 중 유출구의 주변 영역에는, 상기 유출구를 통해 분출된 오일이 층류화되도록 층류화 패턴이 형성된다.

Description

스러스트 베어링 {THRUST BEARING}

본 발명은 스러스트 베어링에 관한 것이다.

스러스트 베어링은 회전축의 축방향 하중을 견딜 수 있도록 배치되는 기계요소이다. 그 중 틸팅 패드 스러스트 베어링(tilting pad thrust bearing)은 복수의 패드와 윤활유를 이용하여 회전축의 축방향 하중을 지탱하는, 스러스트 베어링의 일종이다.

틸팅 패드 스러스트 베어링에서는, 패드의 주변으로 윤활유가 분사되어 유막을 형성해 회전축을 지탱한다. 그러나 틸팅 패드 스러스트 베어링을 설치하고 시간이 지남에 따라, 윤활유가 분사되는 패드의 영역에서 윤활유의 난류유동이 발생함에 따라 패드의 해당 부위가 손상되어, 패드로 윤활유를 분사하는 펌프에 의해 형성할 수 있는 유압이 급격히 줄어드는 문제가 발생하였다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 베어링내의 유압 저하를 해소할 수 있는 구조를 가지는 스러스트 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 스러스트 베어링은, 오일이 분출되는 유출구를, 축부재의 스러스트 칼라를 마주보는 일면인 배빗에 구비하고, 상기 축부재를 둘러싸고 배치됨으로써, 상기 오일을 이용하여 상기 축부재의 축방향 부하를 지지하는 복수의 패드; 및 상기 복수의 패드를 내부에 수용하고, 상기 축부재가 관통하는 관통공을 포함하는 쉘을 포함하되, 상기 배빗 중 유출구의 주변 영역에는, 상기 유출구를 통해 분출된 오일이 층류화되도록 층류화 패턴이 형성되고, 상기 배빗 중 상기 층류화 패턴의 반경외측에는, 상기 오일이 반경외측으로 유출되는 것을 차단하기 위한 실링 패턴이 상기 층류화 패턴과 연속되어 형성되고, 상기 층류화 패턴은, 호를 따라 파여 형성되고 상기 유출구를 중심으로 원주방향을 따라 배치되는 복수의 단위 층류화 패턴을 포함하고, 상기 실링 패턴은, 상기 층류화 패턴을 둘러싸고 상기 유출구를 중심으로 하는 원환형으로 형성된다.

이에 따라, 패드에서 난류유동의 발생이 억제되어, 패드의 내구성이 증대되고, 난류유동에 의한 유압저하가 해소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 패드를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 패드에 형성된 패턴을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링의 패드를 축부재의 축방향을 포함하는 평면으로 자른 단면도이다.
도 5는 도 4의 일부분을 확대한 확대도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)의 분해사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)은, 복수의 패드(20) 및 쉘(10)을 포함한다.

축부재(30)는 중심축(A)과 나란한 일 방향으로 연장되어, 연장된 방향을 축방향으로 회전한다. 축부재(30)의 일 영역에는, 축부재(30)가 연장된 일 방향과 직교하는 방향으로 돌출된 원판형의 스러스트 칼라(31)가 형성될 수 있다. 스러스트 칼라(31)가 스러스트 베어링(1)에 의해 지지됨으로써, 축부재(30)의 축방향 하중을 스러스트 베어링(1)이 지탱할 수 있다.

쉘(10)은 패드(20)를 내부에 수용하고, 축부재(30)가 관통하는 스러스트 베어링(1)의 하우징 역할을 하는 구성요소이다. 따라서 쉘(10)은 패드(20)를 수용하고 오일이 유동하기 위한 내부 공간(110)을 가질 수 있고, 축부재(30)가 관통할 수 있는 관통공(121)을 가질 수 있다.

쉘(10)이 포함하는 복수의 패드(20)가 스러스트 칼라(31)를 지지해야 하므로, 스러스트를 칼라를 중심으로 축방향을 따라 양측에 하나씩 총 2개의 분리된 쉘(11, 12)이 배치될 수 있다. 즉, 제1 쉘(11)과 제2 쉘(12)이 스러스트 칼라(31)를 중심으로 대칭되게 배치될 수 있고, 각 쉘(11, 12)이 복수의 패드(20)를 수용할 수 있다.

도 1과 도 2를 참조하여 패드(20)에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)의 패드(20)를 도시한 평면도이다.

패드(20)는 축부재(30)의 축방향 부하를 지지하는 구성요소이다. 패드(20)는 복수로 구성되어, 축부재(30)를 원주 방향으로 둘러싸고 배치된다. 따라서 패드(20)는 중심이 동일한 두 호를 두 개의 직선으로 이어놓은, 부채꼴을 일부 자른 형태로 형성될 수 있고, 사다리꼴로 형성될 수도 있다. 또는 패드(20)는 축부재(30)를 둘러싸는 원환체를 등분한 조각 중 하나와 같은 형태일 수 있다.

패드(20)에는 오일이 분출되는 유출구(22)가 형성된다. 유출구(22)는 스러스트 칼라(31)를 마주보는 패드(20)의 일면인 배빗(21)에 구비된다. 유출구(22)는 패드(20)의 반경외측면(28)에 위치하는 유입구(27)와 연통되어, 유입구(27)로 유입된 오일을 분출한다. 유입구(27)에는 오일 펌프가 연결되어, 오일을 가압하여 유입구(27)로 유입시킬 수 있다. 유출구(22)를 통해 분출된 오일은 패드(20)의 일면인 배빗(21)과 스러스트 칼라(31) 사이에서 오일포켓과 유막을 형성해 축부재(30)의 축방향 하중을 패드(20)가 지지할 수 있도록 한다. 이러한 패드(20)가 축부재(30)를 둘러싸고 원주방향으로 복수개 배치되므로, 스러스트 칼라(31)의 전체면에 대해 고르게 축방향 하중을 지지할 수 있다.

패드(20)의 유출구(22)의 주변에는, 배빗(21)을 음각하여 형성된 패턴이 형성된다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)의 패드(20)에 형성된 패턴을 도시한 평면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)의 패드(20)에는, 유출구(22)를 중심으로 층류화 패턴(24)이 형성되고, 실링 패턴(25)과 홀 패턴(23)이 더 형성될 수 있다.

층류화 패턴(24)

층류화 패턴(24)은 오일이 층류화되도록 형성된 패턴이다. 층류화 패턴(24)은 배빗(21) 중 유출구(22)의 주변 영역에 형성된다. 따라서 유출구(22)를 통해 분출된 오일이 층류화 패턴(24)을 거치면서 층류화 되도록 형성된다.

층류화 패턴(24)은, 유출구(22)로부터 서로 다른 거리에 위치한 연속된 점들의 집합으로 구성된 호를 따라 파여 형성된 복수의 단위 층류화 패턴(241)을 포함할 수 있다. 즉 유출구(22)로부터 반경외측을 향해 나감에 따라 원주방향 중 일방향을 따라 점진적으로 이동하는 점에 의해 형성된 호를 단위 층류화 패턴(241)이라고 하면, 복수의 단위 층류화 패턴(241)이 유출구(22)를 중심으로 원주방향을 따라 배치되고, 인접한 단위 층류화 패턴(241)이 서로 소정의 간격을 두고 배치됨으로써 층류화 패턴(24)을 형성할 수 있다. 또한 서로 인접한 단위 층류화 패턴(241)이 서로 소정의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다.

이러한 층류화 패턴(24)을 따라 유출구(22)로부터 유출된 오일이 반경 외측으로 흘러나감으로써 층류유동이 형성될 수 있고, 층류화 패턴(24)이 형성된 배빗(21)의 영역에 오일이 머무르는 오일포켓이 잘 형성될 수 있다.

기존의 패드(20)에는 이러한 패턴이 존재하지 않아 오일에 의한 난류유동이 발생하여 오일포켓이 발생하지 않아 패드(20)와 스러스트 칼라(31)의 마찰에 의한 배빗(21)의 파손이 일어나기 쉬웠다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 층류화 패턴(24)이 배치됨에 따라 난류유동이 억제되고 층류가 형성되어 오일포켓이 발생하기 용이해지고, 스러스트 칼라(31)와 패드(20)의 마찰이 감소해 패드(20)의 내구성이 증가한다.

층류화 패턴(24)은, 유출구(22)를 중심으로 40mm의 내경과 120mm의 외경을 가지는 원환형으로 구성될 수 있다. 층류화 패턴(24)은 유출구(22)와 인접하게 위치하나, 유출구(22)와 층류화 패턴(24) 사이에 다른 패턴을 배빗(21)이 더 포함할 수 있고, 층류화 패턴(24)의 반경외측에 배빗(21)이 또 다른 패턴을 더 포함할 수 있다.

실링 패턴(25)

실링 패턴(25)은 오일의 유출을 최소화하도록 형성되는 패턴이다. 실링 패턴(25)은 배빗(21) 중 상기 층류화 패턴(24)의 반경외측에 배치된다. 실링 패턴(25)은 오일이 반경외측으로 유출되는 것을 최대한 차단하기 위해 형성되는데, 따라서 반경 외측으로 오일을 안내하는 층류화 패턴(24)과 달리, 오일의 유로를 최대한 부자연스럽게 형성하도록 형성된다. 구체적으로, 실링 패턴(25)은, 제1 단위 실링 패턴(251)과 제2 단위 실링 패턴(252)을 포함할 수 있다.

제1 단위 실링 패턴(251)은 축방향과 직교하는 일 방향을 따라 파여 형성되고, 제2 단위 실링 패턴(252)은 축방향 및 상기 일 방향과 직교하는 방향을 따라 파여 형성될 수 있다. 각 실링 패턴(25)은 복수로 형성되어, 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 따라서 복수의 제1 단위 실링 패턴(251)과 제2 단위 실링 패턴(252)이 교차하며 배치됨에 따라, 실링 패턴(25)은 격자무늬와 같이 형성될 수 있다. 실링 패턴(25)의 격자 형상에 따라, 오일이 층류화 패턴(24)에 형성된 오일포켓으로부터 유출되는 것이 최소화될 수 있다.

실링 패턴(25)은, 유출구(22)를 중심으로 120mm의 내경과 160mm의 외경을 가지는 원환형으로 구성될 수 있다.

홀 패턴(23)

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스러스트 베어링(1)의 패드(20)를 축부재(30)의 축방향을 포함하는 평면으로 자른 단면도이다.

배빗(21) 중 층류화 패턴(24)과 유출구(22) 사이에 홀 패턴(23)이 더 형성될 수 있다. 홀 패턴(23)은 도면에 도시된 바와 같이, 음각된 부분이 없이 유출구(22)를 향해 경사진 경사면으로 형성될 수 있다.

도면을 참조하면, 패드(20)를 구성하는 베이스 메탈(26)의 일 면에 배빗(21)이 안착되고, 배빗(21)에 각 패턴이 형성됨을 알 수 있다. 또한 유출구(22)는 베이스 메탈(26)과 배빗(21)을 관통하여 형성됨을 알 수 있다.

스러스트 칼라(31)가 배빗(21)과 이격되어 위치함으로써, 서로간에 공간이 생긴다. 이 공간에서 오일이 유막을 형성하여 스러스트 칼라(31)의 축방향 하중을 패드(20)로 전달한다.

홀 패턴(23)과 스러스트 칼라(31)가 서로 이격된 거리는, 유출구(22)로부터 반경외측으로 갈수록 작아진다. 즉 유출구(22)로부터 반경외측으로 갈수록, 홀 패턴(23)과 스러스트 칼라(31)가 서로 가까워지며, 자연스럽게 도 4의 단면에서 홀 패턴(23)의 프로파일이, 유출구(22)를 둘러싼 경사를 이루게 된다.

홀 패턴(23)의 반경외측에 위치하는 층류화 패턴(24)과 스러스트 칼라(31)가 서로 이격된 거리는, 유출구(22)로부터 반경외측으로 갈수록 작아진다. 즉 층류화 패턴(24)의 프로파일 역시 도 4의 단면에서 경사를 이루게 된다.

이렇듯 홀 패턴(23)과 층류화 패턴(24)은, 스러스트 칼라(31)와 평행하게 배치되지 않고 각각 소정의 각도를 형성하도록 형성된 프로파일을 단면상에서 가질 수 있다. 그러나 단면에서 각각의 프로파일이 형성하는 기울기는 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 단면에서 홀 패턴(23)의 프로파일이, 단면에서 수평방향으로 형성되는 스러스트 칼라(31)의 프로파일과의 사이에서 가지는 기울기는, 층류화 패턴(24)의 프로파일이 스러스트 칼라(31)의 프로파일과의 사이에서 가지는 기울기에 비해서 더 클 수 있다. 즉 유출구(22)로부터 반경외측으로 갈수록 단면상에서의 배빗(21)의 프로파일의 기울기가 줄어드는 것이다.

이렇게 형성된 프로파일에 의해, 홀 패턴(23)이 없을 경우와 비교해서 유출구(22)로부터 스러스트 칼라(31)를 향해 유출된 오일의 유속이 보다 천천히 감소하게 된다. 그러므로 급격한 유속 변화로 인한 난류유동의 발생이나 압력 저하 또는 유동 정체가 일어나지 않고, 홀 패턴(23)과 층류화 패턴(24)에서 오일이 효과적으로 오일 포켓을 형성해, 스러스트 칼라(31)와 배빗(21) 사이에 위치하게 된다.

단면에서 실링 패턴(25)의 프로파일은 스러스트 칼라(31)와 평행하게 유지될 수 있다. 실링 패턴(25)은 홀 패턴(23)이나 층류화 패턴(24)에 비해 스러스트 칼라(31)로부터 이격된 거리가 더 작게 배치되어, 유막을 형성함과 동시에 오일이 반경외측으로 유출되는 것을 최소화 할 수 있다.

도 5는 도 4의 일부분을 확대한 확대도이다.

유출구(22)와 홀 패턴(23)의 경계(231)는, 곡면으로 형성될 수 있다. 즉 모따기 가공을 해서 라운드 처리함에 따라, 뾰족하게 형성될 수 있는 유출구(22)와 홀 패턴(23)의 경계(231)를 곡면으로 형성할 수 있다. 경계(231)가 단순히 돌출되어 형성될 경우, 유출구(22)로부터 유출되는 오일의 압력에 의해 응력이 집중되어 침식과 균열이 일어나기 쉽다. 따라서 경계(231)를 곡면으로 형성하는 것이다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 스러스트 베어링 10 : 쉘
11 : 제1 쉘 12 : 제2 쉘
30 : 축부재 31 : 스러스트 칼라
20 : 패드 21 : 배빗
22 : 유출구 23 : 홀 패턴
24 : 층류화 패턴 25 : 실링 패턴
26 : 베이스 메탈 27 : 유입구
28 : 반경외측면 110 : 내부 공간
121 : 관통공 231 : 경계
241 : 단위 층류화 패턴 251 : 제1 실링 패턴
252 : 제2 실링 패턴 A : 중심축

Claims (8)

1. 오일이 분출되는 유출구를, 축부재의 스러스트 칼라를 마주보는 일면인 배빗에 구비하고, 상기 축부재를 둘러싸고 배치됨으로써, 상기 오일을 이용하여 상기 축부재의 축방향 부하를 지지하는 복수의 패드; 및
   상기 복수의 패드를 내부에 수용하고, 상기 축부재가 관통하는 관통공을 포함하는 쉘을 포함하되,
   상기 배빗 중 유출구의 주변 영역에는, 상기 유출구를 통해 분출된 오일이 층류화되도록 층류화 패턴이 형성되고, 상기 배빗 중 상기 층류화 패턴의 반경외측에는, 상기 오일이 반경외측으로 유출되는 것을 차단하기 위한 실링 패턴이 상기 층류화 패턴과 연속되어 형성되고,
   상기 층류화 패턴은, 호를 따라 파여 형성되고 상기 유출구를 중심으로 원주방향을 따라 배치되는 복수의 단위 층류화 패턴을 포함하고,
   상기 실링 패턴은, 상기 층류화 패턴을 둘러싸고 상기 유출구를 중심으로하는 원환형으로 형성되는, 스러스트 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단위 층류화 패턴은, 상기 유출구로부터 서로 다른 거리에 위치한 연속된 점들의 집합으로 구성된 호를 따라 파여 형성되고,
   상기 복수의 단위 층류화 패턴 중 서로 인접한 단위 층류화 패턴들은, 상기 유출구를 중심으로 원주방향을 따라 소정의 간격을 두고 배치되고, 서로 소정의 각도를 형성하도록 배치되는, 스러스트 베어링.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 실링 패턴은,
   상기 축방향과 직교하는 일 방향을 따라 파여 형성된 복수의 제1 단위 실링 패턴; 및
   상기 축방향 및 상기 일 방향과 직교하는 방향을 따라 파여 형성된 복수의 제2 단위 실링 패턴을 포함하는, 스러스트 베어링.
5. 제1항에 있어서,
   상기 층류화 패턴과 상기 스러스트 칼라가 서로 이격된 거리는, 상기 유출구로부터 반경외측으로 갈수록 작아지는, 스러스트 베어링.
6. 제5항에 있어서,
   상기 배빗 중 상기 층류화 패턴과 상기 유출구 사이에 홀 패턴이 더 형성되고,
   상기 홀 패턴과 상기 스러스트 칼라가 서로 이격된 거리는, 상기 유출구로부터 반경외측으로 갈수록 작아지고,
   상기 축부재의 축방향을 포함하는 평면으로 상기 패드를 자른 단면에서의 상기 홀 패턴의 프로파일이 가지는 기울기는, 상기 단면에서 상기 층류화 패턴의 프로파일이 가지는 기울기와 상이한, 스러스트 베어링.
7. 제6항에 있어서,
   상기 유출구와 상기 홀 패턴의 경계는, 곡면으로 형성되는, 스러스트 베어링.
8. 제1항에 있어서,
   상기 층류화 패턴은, 상기 유출구를 중심으로 40mm의 내경과 120mm의 외경을 가지는 원환형으로 구성되는, 스러스트 베어링.

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