KR101981424B1 - 베어링 댐퍼 시스템 - Google Patents

Abstract

베어링 댐퍼 시스템이 개시된다. 베어링 댐퍼 시스템은 회전 축에 삽입되는 베어링; 상기 베어링을 에워싸는 하우징; 및 상기 베어링과 상기 하우징의 사이 공간에 적어도 두 층 이상의 오일 유막을 형성하는 스퀴즈 필름 댐퍼부를 포함한다.

Description

베어링 댐퍼 시스템{Bearing damper system}

본 발명은 베어링 댐퍼 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다중 오일 유막을 갖는 베어링 댐퍼 시스템에 관한 것이다.

구름베어링(rolling bearing)은, 미끄럼베어링(sliding bearing)과 비교해서 마찰손실이 적기 때문에 많은 기계에서 쓰이고 있다. 구름베어링은 그 구조에서 위험속도를 통과할 때 문제로 되고 있는 진동에 대해 효과적인 감쇠를 거의 기대할 수 없다. 이 때문에, 기계의 진동, 베어링 동하중(動荷重)의 저감, 나아가서는 베어링의 수명의 향상을 도모하기 위해, 베어링에 감쇠를 부가하는 댐퍼(damper)가 쓰이고 있다.

구름베어링에 쓰이는 댐퍼에는 스퀴즈필름 댐퍼(squeeze film damper)가 있다. 스퀴즈필름 댐퍼는 베어링의 외주에 적용되어, 유체윤활상태의 유막(油膜)에 발생하는 스퀴즈막 작용(squeeze film damping effect)에 의해 베어링에 감쇠를 부가해서 진동을 저감시킨다.

스퀴즈필름 댐퍼는 일반적으로 단일유막이 적용된다. 단일 유막의 스퀴즈 필름 댐퍼는 온도에 따라 유막의 두께와 오일의 점성이 변하게 되고 이로 인해 스퀴즈 필름 댐퍼의 감쇠력이 크게 달라지는 문제가 있다.

본 발명은 회전 축의 회전에서 발생하는 진동 등의 불안정성 억제력이 향상될 수 있는 베어링 댐퍼 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 고온 및 저온 환경에서 일정한 감쇠능력이 지속적으로 유지될 수 있는 베어링 댐퍼 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 베어링 댐퍼 시스템은 회전 축에 삽입되는 베어링; 상기 베어링을 에워싸는 하우징; 및 상기 베어링과 상기 하우징의 사이 공간에 적어도 두 층 이상의 오일 유막을 형성하는 스퀴즈 필름 댐퍼부를 포함한다.

또한, 상기 스퀴즈 필름 댐퍼부는 상기 베어링의 외륜을 에워싸며, 상기 베어링의 외륜과의 사이에 제1오일 유막을 형성하는 제1링; 상기 제1링을 에워싸며, 상기 제1링과의 사이에 제2오일 유막을 형성하는 제2링; 및 상기 제1링 및 상기 제2링의 회전을 제한하는 링 회전 제한 핀을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1링과 상기 제2링에는 서로 상응하는 지점에 홀이 형성되고, 상기 링 회전 제한 핀은 일단이 상기 하우징에 삽입 고정되고, 상기 제2링의 홀과 상기 제1링의 홀에 순차적으로 삽입되며, 상기 제1링과 상기 제2링은 상기 링 회전 제한 핀을 따라 이동가능할 수 있다.

또한, 상기 베어링의 외륜에는 홈이 형성되고, 상기 링 회전 제한 핀의 타단은 상기 홈에 삽입되며, 상기 베이링의 외륜의 회전을 제한할 수 있다.

또한, 상기 베어링의 외륜과 상기 하우징에 연결되어 상기 베어링의 외륜의 회전을 제한하고, 상기 베어링의 외륜의 반경 방향으로 상기 베어링의 움직임에 따라 휘어져 상기 베어링의 편심 위치를 보정하는 센터링 스프링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 센터링 스프링은 박막의 환형 링으로 제공될 수 있다.

또한, 상기 하우징의 내측에 고정되며, 상기 스퀴즈 필름 댐퍼부를 에워싸는 컴플라이언트 댐퍼를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 의하면, 다중 오일 유막 층이 다중 스퀴즈 필름 댐퍼 역할을 수행하므로, 회전 축의 회전에서 발생하는 진동 등의 불안정성 억제력이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 실시 예들에 의하면, 다중 오일 유막 층과 컴플라이언트 댐퍼가 조합으로 고온 및 저온 환경에서 일정한 감쇠능력이 지속적으로 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 선 A-B에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 선 A-B에 따른 단면도이다.
도 5는 베어링의 움직임에 따른 센터링 스프링의 움직임을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템과의 비교 예를 나타내는 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템과의 도 7의 비교 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템의 회전축 진동 크기를 비교한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 선 A-B에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베어링 댐퍼 시스템(100)은 하우징(110), 베어링(120), 스퀴즈 필름 댐퍼부(130), 그리고 컴플라이언트 댐퍼(150)를 포함한다.

하우징(110)은 베어링(120)을 에워싸며, 베어링(120)이 수용되는 공간이 내부에 형성된다.

베어링(120)은 회전 축(20)에 삽입된다. 구체적으로, 베어링(120)은 내륜(121)과 외륜(122)을 포함하며, 내륜(121)이 회전 축(20)에 삽입 고정된다. 내륜(121)은 회전 축(20)과 함께 회전한다. 본 실시 예에서는 베어링(120)으로 볼 베어링이 제공되는 것을 도면에 나타냈으나, 베어링(120)은 다양한 타입으로 제공될 수 있다.

베어링(120)의 외륜(122)에는 홈(123)이 형성된다. 홈(123)에는 후술하는 링 회전 제한 핀(141)의 타단이 삽입된다. 홈(123)은 링 회전 제한 핀(141)의 직경보다 넓은 공간으로 형성되며, 링 회전 제한 핀(141)이 빠지는 것을 방지하기 위해 입구부가 링 회전 제한 핀(141)의 타단보다 좁게 형성될 수 있다.

스퀴즈 필름 댐퍼부(130)는 하우징(110)과 베어링(120) 사이에 제공되며, 하우징(110)과 베어링(120)의 외륜(122)과의 사이 공간에 베어링(120)을 에워싸는 오일 유막(131, 132)을 적어도 두 층 이상 형성한다. 본 실시 예에서는 스퀴즈 필름 댐퍼부(130)가 하우징(110)과 베어링(120)의 외륜(122)과의 사이 공간에 두 층의 오일 유막(131, 132)을 형성하는 것을 예를 들어 설명하나, 다중 오일 유막 층의 개수는 이에 한정되지 않으며 다양하게 변경될 수 있다.

스퀴즈 필름 댐퍼부(130)는 제1링(133), 제2링(134), 그리고 링 회전 제한 핀(141)을 포함한다.

제1링(133)은 베어링(120)의 외륜(122)보다 큰 직경을 가지고 베어링(120)의 외륜(122)을 에워싼다. 제1링(133)은 베어링(120)의 외륜(122)과의 사이 공간에 제1오일 유막(131)을 형성한다.

제2링(134)은 제1링(133)보다 큰 직경을 가지고 제1링(133)을 에워싼다. 제2링(134)은 제1링(133)과의 사이 공간에 제2오일 유막(132)을 형성한다.

제1링(133)과 제2링(134)에는 서로 상응하는 위치에 홀(133a, 134a)이 각각 형성된다. 제1링(133)에 형성된 홀(133a)은 링 회전 제한 핀(141)의 직경보다 큰 직경을 갖는다.

링 회전 제한 핀(141)은 링 들(133, 134)의 반경 방향으로 배치되며, 일단이 하우징(110)에 삽입 고정된다. 그리고 링 회전 제한 핀(141)은 링 들(133, 134)의 홀(133a, 134a)에 순차적으로 삽입되며, 타단이 베어링(120)의 외륜(122)의 홈(123)에 삽입된다. 링 회전 제한 핀(141)은 제1링(133)과 베어링(120)의 외륜(122)이 하우징(110) 내에서 회전되는 것을 제한한다. 반면, 제1링(133)에 형성된 홀(133a)과 베어링(120)의 외륜(122)에 형성된 홈(123)은 링 회전 제한 핀(141)의 직경보다 큰 직경을 가지므로, 제1링(133)과 베어링(120)은 홀(133a)과 홈(123)의 직경 내에서 이동이 자유롭다. 또한, 제1링(133)과 베어링(120)은 링 회전 제한 핀(141)의 길이방향으로 이동이 자유롭다. 때문에, 제1링(133)과 베어링(120)은 오일 유막(131,132) 내에서 자유롭게 떠 다닐 수 있다. 이와 달리, 제2링(134)은 후술하는 컴플라이언트 댐퍼(150)에 의해 움직임이 구속된다.

컴플라이언트 댐퍼(compliant damper, 150)는 하우징(110)의 내측에 고정되며, 스퀴즈 필름 댐퍼부(130)를 에워싼다. 구체적으로, 컴플라이언트 댐퍼(150)는 제2링(134)을 에워싸며, 컴플라이언트 댐퍼(150)의 치수 및 변형량에 따라 제2링(134)의 편심 위치가 결정된다. 컴플라이언트 댐퍼(150)는 와이어 메쉬 댐퍼(wire mesh damper)와 범프 포일(bump foil) 중 어느 하나로 제공될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 선 A-B에 따른 단면도이고, 도 5는 베어링의 움직임에 따른 센터링 스프링의 움직임을 보여주는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 베어링 댐퍼 시스템(100)은 센터링 스프링(160)을 더 포함한다. 센터링 스프링(160)은 베어링(120)의 외륜(122)과 하우징(110)을 연결하며, 베어링(120)의 외륜(122)의 회전을 제한한다. 또한, 센터링 스프링(160)은 베어링(120)의 움직임에 따라 휘어질 수 있으며, 베어링(120)의 움직임에 따른 편심 위치를 보정한다. 실시 예에 의하면, 센터링 스프링(120)은 탄성 재질의 두께가 얇은 환형 링으로 제공된다. 센터링 스프링(120)은 금속 재질로 제공될 수 있다. 도 5와 같이, 센터링 스프링(160)은 오일 유막(131, 132)내에서 베어링(120)의 움직임에 따라 휘어지고, 탄성 복원력에 의해 베어링(120)을 본래의 위치로 이동시킨다. 이에 따라 오일 유막(131, 132)내에서 베어링(120)의 이동에 따른 편심이 보정된다. 또한, 센터링 스프링(160)은 추가적인 강성을 부여한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 베어링 댐퍼 시스템은 오 링(O-ring, 171, 172)을 더 포함한다. 오 링(171, 172)은 베어링(120)의 외륜(122)과 제1링(131)의 사이에서, 그리고 제1링(133)과 제2링(134)의 사이에서 양 끝단에 각각 제공될 수 있다. 오 링(171, 172)은 베어링(120)의 외륜(122)과 제1링(133)의 사이와 제1링(133)과 제2링(134)의 사이에서 오일(131, 132)의 유출을 줄여 감쇠력을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템(100)은 하우징(110)과 베어링(120) 사이에 다중 오일 유막 층(131, 132)과 컴플라이언트 댐퍼(150)가 조합되어 제공된다.

먼저, 다중 오일 유막 층(131, 132)은 다중 스퀴즈 필름 댐퍼 역할을 수행한다. 때문에, 회전 축(20)의 회전에서 발생하는 진동 등의 불안정성 억제력이 향상될 수 있다.

그리고 컴플라이언트 댐퍼(150)는 스프링 특성과 마찰감쇠 특성을 동시에 가진다. 오일 유막 층(131, 132)은 고속 회전에 따른 온도 상승 시 점성이 감소될 수 있는데, 이러한 조건에서도 컴플라이언트 댐퍼(150)는 댐퍼의 특성을 유지하므로, 일정한 감쇠능력이 지속적으로 유지될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템(100)은 항공기의 터보팬 엔진, 압축기, 고속 모터 등 고온 및 저온 환경에서 고속 회전하는 시스템에 적용될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템과의 비교 예를 나타내는 베어링 댐퍼 시스템을 나타내는 도면으로, 베어링 댐퍼 시스템(10)에는 단일 오일 유막(131)이 제공된다.

도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템과의 도 7의 비교 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템의 회전축 진동 크기를 비교한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 그래프의 X축은 회전축의 회전속도를, Y축은 회전축의 진동크기를 나타낸다. 그리고 점선 그래프(A)는 도 7의 비교 예에 따른 베어링 댐퍼 시스템의 회전축 진동 크기를 나타내고, 실선 그래프(B)는 본 발명의 실시 예들에 따른 베어링 댐퍼 시스템의 회전축 진동 크기를 나타낸다. 그래프에서는 단일 유막이 제공되는 경우보다 다중 오일 유막이 제공될 경우에 회전 축의 진동 크기가 크게 감소함을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100: 베어링 댐퍼 시스템
110: 하우징
120: 베어링
130: 스퀴즈 필름 댐퍼부
131, 132: 오일 유막
133: 제1링
134: 제2링
150: 컴플라이언트 댐퍼

Claims (7)

1. 회전 축에 삽입되는 베어링;
   상기 베어링을 에워싸는 하우징;
   상기 베어링과 상기 하우징의 사이 공간에 적어도 두 층 이상의 오일 유막을 형성하는 스퀴즈 필름 댐퍼부; 및
   상기 하우징의 내측에 고정되며, 상기 스퀴즈 필름 댐퍼부를 에워싸는 컴플라이언트 댐퍼를 포함하되,
   상기 스퀴즈 필름 댐퍼부는
   상기 베어링의 외륜을 에워싸며, 상기 베어링의 외륜과의 사이에 제1오일 유막을 형성하는 제1링;
   상기 제1링을 에워싸며, 상기 제1링과의 사이에 제2오일 유막을 형성하는 제2링; 및
   상기 제1링 및 상기 제2링의 회전을 제한하는 링 회전 제한 핀을 포함하고,
   상기 제2링은 외측을 에워싸는 상기 컴플라이언트 댐퍼에 의해 움직임이 구속되고,
   상기 제1링과 상기 제2링에는 서로 상응하는 지점에 홀이 형성되고,
   상기 링 회전 제한 핀은 일단이 상기 하우징에 삽입 고정되고, 상기 제2링의 홀과 상기 제1링의 홀에 순차적으로 삽입되며,
   상기 제1링과 상기 베어링은 상기 링 회전 제한 핀의 길이방향을 따라 이동 가능하게 제공되는 베어링 댐퍼 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링의 외륜에는 홈이 형성되고,
   상기 링 회전 제한 핀의 타단은 상기 홈에 삽입되며, 상기 베어링의 외륜의 회전을 제한하는 베어링 댐퍼 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 베어링의 외륜과 상기 하우징에 연결되어 상기 베어링의 외륜의 회전을 제한하고, 상기 베어링의 외륜의 반경 방향으로 상기 베어링의 움직임에 따라 휘어져 상기 베어링의 편심 위치를 보정하는 센터링 스프링을 더 포함하는 베어링 댐퍼 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 센터링 스프링은 박막의 환형 링으로 제공되는 베어링 댐퍼 시스템.
7. 삭제

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