KR102091709B1 - 가변 정익 구동용 레버암 조립체 - Google Patents

가변 정익 구동용 레버암 조립체 Download PDF

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Abstract

제안기술은 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레버암에 장착된 스페리컬 볼베어링이 레버암과 유니슨링을 연결하는 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결됨으로써 유니슨링과 레버암의 체결부위에서의 이동궤적 차이를 보상할 수 있는 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 발명이다.

Description

가변 정익 구동용 레버암 조립체{Lever arm assembly for driving variable vane}
제안기술은 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레버암에 장착된 스페리컬 볼베어링이 레버암과 유니슨링을 연결하는 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결됨으로써 유니슨링과 레버암의 체결부위에서의 이동궤적 차이를 보상할 수 있는 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 발명이다.
일반적으로, 유체 기계 내의 유체 유동을 제어하기 위해 개방도를 조정할 수 있는 가변 정익을 덕트 내에 설치하고, 그 가변 정익의 각도를 조절함으로써 유체의 유동을 제어하는 기술이 알려져 있다.
가변 정익 조립체는, 유체의 유동을 조절하기 위해 사용자 또는 구동 프로그램에 따라 가변 정익의 각도를 조정하는 기능을 수행하는데, 주로 압축기, 터빈, 팽창기, 노즐 장치 등의 유체 기계에 적용됨으로써 해당 유체 기계의 성능을 향상시키고 운용 범위를 확대시킨다.
일반적으로 가변 정익은 레버암(lever arm)을 통해 유니슨링(Unison ring)과 연결되며, 유니슨링의 회전 운동에 의해 레버암이 이동함으로써 가변 정익을 제어하는 방식이 이용되고 있다.
이러한 방식은 유입되는 유체를 정류 및 압축하기 위해 가변 정익을 특정 각도로 정밀하게 구현하여야 하는데, 엔진의 특정한 시동조건, 가속 및 감속 조건에서 유입되는 유체의 유동각과 입사각 차이가 크게 발생할 경우 유동박리 및 압력 손실로 인한 효율 및 압축 성능 저하가 발생할 수 있으며, 운용 범위를 넘어서 작동될 경우 공력적인 서지(surge)가 발생하여 비정상적인 구조 진동과 갑작스러운 구조 파손을 유발하는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2016-0087219호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 유니슨링과 레버암의 체결부위에서의 이동궤적 차이를 보상하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 있어서,
구동기에 의해 압축기의 중심축을 기준으로 회전하는 유니슨링;
일단이 유니슨링에 연결되고, 타단이 가변 정익의 회전축과 연결되는 레버암;
유니슨링과 레버암을 서로 고정시키는 볼트핀;을 포함하며,
하나의 유니슨링에 레버암이 복수 개 설치될 때,
하나의 유니슨링에 장착되는 복수 개의 볼트핀은 하나의 와이어에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
유니슨링은,
내측링;
내측링과 일정간격 이격되어 내측링의 외측에 위치하는 외측링;
내측링의 일측과 외측링의 일측을 연결하는 벽부;
내측링의 내측면과 외측링의 내측면을 연결하는 보강기둥;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
보강기둥은 어느 하나의 레버암과 다른 하나의 레버암 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
보강기둥은 양단으로부터 길이방향 중앙부로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 형상인 것을 특징으로 한다.
레버암은,
중앙에 스페리컬(spherical) 볼베어링이 장착되는 일단면;
일단면과 평행하며, 중앙에 가변 정익의 회전축이 삽입되기 위한 삽입홀이 형성되는 타단면;
일단면과 타단면을 잇는 경사면;을 포함하며,
경사면에 의해 일단면과 타단면의 높이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
볼트핀은 외측링의 외측관통홀, 스페리컬(spherical) 볼베어링 및 내측링의 내측관통홀을 차례로 관통하는 것을 특징으로 한다.
외측관통홀과 내측관통홀은 서로 동축인 것을 특징으로 한다.
볼트핀은, 헤드부와 헤드부로부터 일정 길이 연장되는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
헤드부에는, 외경부로부터 중심축을 향하여 일정 길이의 와이어홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
와이어홀은 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
와이어홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 한다.
헤드부에 형성되는 복수 개의 와이어홀은 하나의 와이어에 의해 관통되는 것을 특징으로 한다.
와이어는,
하나의 헤드부에 형성된 어느 하나의 와이어홀을 외측으로부터 내측으로 관통한 후 어느 하나의 와이어홀의 일측에 위치하는 다른 하나의 와이어홀을 내측으로부터 외측으로 관통하는 것을 특징으로 한다.
몸체부에서 헤드부로부터 단부를 향하여 일정 길이 부분에는 나사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
외측관통홀 내경부에는 볼트핀의 나사부가 체결되는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 한다.
스페리컬(spherical) 볼베어링은 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결되는 것을 특징으로 한다.
스페리컬(spherical) 볼베어링은 상/하 직선움직임 및 3축 회전 움직임이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 레버암에 장착된 스페리컬 볼베어링이 레버암과 유니슨링을 연결하는 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결됨으로써 유니슨링과 레버암의 체결부위에서의 이동궤적 차이를 보상할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하나의 와이어를 이용하여 하나의 유니슨링에 장착되는 복수 개의 볼트핀을 상호 연결함으로써 조립체의 구조를 견고하게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유니슨링의 내경부와 외경부를 연결하는 보강기둥에 의해 유니슨링의 구조 강도를 보완할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가변 정익 구동용 레버암 조립체의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 가변 정익 구동용 레버암 조립체의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 레버암의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 볼트핀의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 볼트핀의 연결 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 보강기둥이 형성된 유니슨링의 개념도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레버암에 장착된 스페리컬 볼베어링이 레버암과 유니슨링을 연결하는 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결됨으로써 유니슨링과 레버암의 체결부위에서의 이동궤적 차이를 보상할 수 있는 가변 정익 구동용 레버암 조립체에 관한 발명이다.
도 1에는 본 발명에 따른 가변 정익 구동용 레버암 조립체의 개념도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 가변 정익 구동용 레버암 조립체의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명의 가변 정익 구동용 레버암 조립체는 엔진의 압축기(미도시)의 유로에 설치되어 가변 정익의 개폐 정도를 제어하는 구성요소로써, 구동기에 의해 압축기의 중심축을 기준으로 회전하는 유니슨링(6)과, 일단이 상기 유니슨링(6)에 연결되고 타단이 가변 정익의 회전축(2)과 연결되는 레버암(22)과, 상기 유니슨링(6)과 상기 레버암(22)을 서로 고정시키는 볼트핀(34)을 포함하여 구성된다.
상기 가변 정익의 회전축(2)은 가변 정익과 연결되며, 상기 가변 정익은 덕트 내부에 형성되는 유체 유로에 배치된다.
상기 유니슨링(6)은 'ㄷ' 형상의 단면을 갖는 것으로, 내측링(8)과, 상기 내측링(8)과 일정 간격 이격되어 상기 내측링(8)의 외측에 위치하는 외측링(12)과, 상기 내측링(8)의 일측과 상기 외측링(12)의 일측을 연결하는 벽부(18)를 포함하여 구성되며, 상기 내측링(8)의 내측면과 상기 외측링(12)의 내측면 사이에는 상기 내측링(8)의 내측면과 상기 외측링(12)의 내측면을 연결하는 보강기둥(20)이 형성된다.
도 3에는 본 발명에 따른 레버암의 개념도가 도시되어 있다.
상기 레버암(22)은 중앙에 스페리컬(spherical) 볼베어링(26)이 장착되는 일단면(24)과, 상기 일단면(24)과 평행하며 중앙에 상기 가변 정익의 회전축(2)이 삽입되기 위한 삽입홀(30)이 형성되는 타단면(28)과, 상기 일단면(24)과 상기 타단면(28)을 잇는 경사면(32)을 포함하여 구성된다. 상기 경사면(32)에 의해 지면으로부터 상기 일단면(24)과 상기 타단면(28)의 높이가 서로 다르게 구성된다.
상기 경사면(32)의 경사 정도는 상기 레버암(22)과 가변 정익의 체결 위치 및 상기 레버암(22)과 상기 유니슨링(6)의 체결 위치 간의 단차를 고려하여 결정된다.
상기 레버암(22)은 상기 유니슨링(6)의 회전운동을 가변 정익의 회전운동으로 변환하는 것으로, 상기 레버암(22)은 상기 가변 정익의 회전축(2)을 기준으로 회전하기 때문에 수평방향 이동궤적을 갖게 된다.
상기 레버암(22)은 상기 유니슨링(6)의 둘레방향으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 설치될 수 있다.
상기 레버암(22)의 일단은 상기 유니슨링(6)에 체결되는 것으로, 상기 레버암(22)의 일단면(24)이 상기 유니슨링(6)의 내측링(8)과 외측링(12) 사이에 삽입되며, 이때 상기 일단면(24)의 단부는 상기 벽부(18)의 내측면에 닿지 않는다.
상기 레버암(22)과 상기 유니슨링(6)이 체결되기 위하여 상기 외측링(12)에는 외측관통홀(14)이 형성되고 상기 내측링(8)에는 내측관통홀(10)이 형성된다.
상기 내측관통홀(10)과 상기 외측관통홀(14)은 서로 동축인 것으로, 상기 내측관통홀(10)은 상기 유니슨링(6)에 체결되는 상기 레버암(22)의 개수와 동일한 개수가 되도록 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되며, 상기 외측관통홀(14)은 상기 내측관통홀(10)과 동일한 개수로 형성된다.
도 4에는 본 발명에 따른 볼트핀의 개념도가 도시되어 있다.
상기 유니슨링(6)과 상기 레버암(22)은 볼트핀(34)에 의해 서로 체결되는 것으로, 상기 볼트핀(34)은 헤드부(36)와, 상기 헤드부(36)로부터 일정 길이 연장되는 몸체부(42)를 포함하여 형성된다.
상기와 같이 형성되는 상기 볼트핀(34)은 상기 헤드부(36)가 상기 외측링(12)의 외측면 측에 위치하도록 상기 몸체부(42)가 상기 외측관통홀(14), 상기 레버암(22)의 일단면(24)에 구비된 상기 스페리컬(spherical) 볼베어링(26) 및 상기 내측관통홀(10)을 차례로 관통한다.
상기 몸체부(42)에서 상기 헤드부(36)로부터 상기 단부를 향하여 일정 길이 부분에는 나사부(44)가 형성되는데, 상기 나사부(44)는 상기 외측관통홀(14)의 내경부에 형성된 나사산(16)과 체결되어 상기 유니슨링(6)과 상기 레버암(22)을 서로 체결시키게 된다.
상기 몸체부(42)가 상기 내측관통홀(10)에 삽입되었을 때 상기 몸체부(42)와 상기 내측관통홀(10) 사이의 간격은 상대 부품 간의 헐거움에 의한 백래쉬(backlash)가 최소화되도록 제작된다.
상기 스페리컬(spherical) 볼베어링(26)은 상기 볼트핀(34)에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 체결되기 때문에 상기 볼트핀(34)을 기준으로 상기 스페리컬 볼베어링(26)은 상/하 직선움직임 및 3축 회전 움직임이 가능하여 상기 유니슨링(6)과 상기 레버암(22)의 체결 부위에서 이동궤적의 차이를 보상하게 된다.
즉, 상기 유니슨링(6)이 회전하기 전 상태에서의 상기 볼트핀(34)의 중심축과 상기 유니슨링(6) 회전 후 상기 볼트핀(34)의 중심축의 각도 변화는 상기 스페리컬 볼베어링(26)에서 확보된 회전자유도로 대응할 수 있으며, 상기 유니슨링(6)의 회전되면서 발생되는 상기 유니슨링(6)의 이동 궤적과 상기 레버암(22)의 수평방향 이동 궤적 간의 반경방향 위치 차이는 상기 스페리컬 볼베어링(26)이 상기 볼트핀(34)의 축을 기준으로 반경방향 슬라이딩 운동하여 보완하게 된다.
따라서 상기 유니슨링(6)이 회전하더라도 상기 레버암(22)에 하중이 가해지지 않아 회전 토크가 감소되고, 상기 레버암(22)의 피로수명 측면에서 이점이 있다.
상기 헤드부(36)에는 상기 헤드부(36)의 외경부로부터 중심축을 향하여 일정 길이의 와이어홀(38)이 형성된다. 상기 와이어홀(38)은 상기 헤드부(36)의 둘레방향으로 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되는 것으로, 하나의 상기 헤드부(36)에 형성되는 복수 개의 상기 와이어홀(38)은 서로 연통된다.
도 5에는 본 발명에 따른 볼트핀의 연결 개념도가 도시되어 있다.
상기와 같이 형성되는 복수 개의 와이어홀(38)은 하나의 와이어(40)에 의해 관통되는 것으로, 하나의 상기 유니슨링(6)에 복수 개의 상기 레버암(22)이 설치될 때, 각각의 상기 레버암(22)을 체결시키는 복수 개의 상기 볼트핀(34)은 하나의 상기 와이어(40)에 의해 서로 연결된다.
즉, 상기 와이어(40)는 어느 하나의 헤드부(36)에 형성된 어느 하나의 와이어홀(38)을 외측으로부터 내측으로 관통한 후 상기 어느 하나의 와이어홀(38)의 일측에 위치하는 다른 하나의 와이어홀(38)을 내측으로부터 외측으로 관통하는 방식으로 어느 하나의 헤드부(36)에 형성된 모든 와이어홀(38)을 관통하게 된다.
상기 어느 하나의 헤드부(36)에 형성된 상기 와이어홀(38)을 모두 관통한 상기 와이어(40)는 상기 어느 하나의 헤드부(36) 일측에 위치하는 다른 하나의 헤드부(36)에 형성된 모든 상기 와이어홀(38)을 상기와 동일한 방식으로 관통하게 된다.
이러한 방식으로 하나의 상기 와이어(40)를 이용하여 하나의 상기 유니슨링(6)에 체결되는 모든 상기 볼트핀(34)을 연결하게 된다.
상기와 같은 구성에 따라 레버암 조립체의 구조가 보다 견고해질 수 있다.
상기 레버암(22)의 타단은 상기 가변 정익 회전축(2)의 상단 스템부(4)에 체결되는 것으로, 상기 레버암(22)의 회전 움직임을 그대로 상기 가변 정익에 전달하기 위해 상기 레버암(22)의 타단면(28)에는 'D' 형상의 삽입홀(30)이 형성되고, 상기 삽입홀(30)에는 상기 스템부(4)가 삽입되어 상기 레버암(22)과 상기 가변 정익이 서로 체결된다.
상기 스템부(4)가 삽입홀에 삽입된 후 상기 레버암(22)이 가변 정익의 회전축(2)에서 이탈하지 않도록 상기 가변 정익의 회전축(2)에서 상기 레버암(22)의 상측에는 락킹너트(46)가 체결된다.
도 6에는 본 발명에 따른 보강기둥이 형성된 유니슨링의 개념도가 도시되어 있다.
상기 보강기둥(20)은 어느 하나의 상기 레버암(22)과 다른 하나의 상기 레버암(22) 사이에 형성된다.
이때, 상기 유니슨링(6)의 둘레방향에 따른 어느 하나의 보강기둥(20)과 다른 하나의 보강기둥(20) 사이의 각도 및 상기 벽부(18)의 내측면과 상기 보강기둥(20) 사이의 간격은 상기 레버암(22)의 각도 운용 범위 내에서 상기 레버암(22)과 상기 보강기둥(20) 간의 간섭이 발생하지 않도록 구성해야 한다.
상기 보강기둥(20)은 일반적인 원통형상으로 형성될 수도 있지만, 일반적으로는 양단으로부터 길이방향 중앙부로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 형상으로 형성된다.
상기 외측링(12)과 내측링(8)을 연결하는 상기 보강기둥(20)에 의해 상기 유니슨링(6)의 구조 강도를 보완할 수 있게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2 : 가변 정익의 회전축
4 : 스템부
6 : 유니슨링
8 : 내측링
10 : 내측관통홀
12 : 외측링
14 : 외측관통홀
16 : 나사산
18 : 벽부
20 : 보강기둥
22 : 레버암
24 : 일단면
26 : 스페리컬(spherical) 볼베어링
28 : 타단면
30 : 삽입홀
32 : 경사면
34 : 볼트핀
36 : 헤드부
38 : 와이어홀
40 : 와이어
42 : 몸체부
44 : 나사부
46 : 락킹너트

Claims (17)

  1. 구동기에 의해 압축기의 중심축을 기준으로 회전하는 유니슨링;
    일단이 상기 유니슨링에 연결되고, 타단이 가변 정익의 회전축과 연결되는 레버암;
    상기 유니슨링과 상기 레버암을 서로 고정시키는 볼트핀;을 포함하며,
    상기 레버암은,
    중앙에 스페리컬(spherical) 볼베어링이 장착되는 일단면;을 포함하며,
    상기 레버암에 장착된 상기 스페리컬(spherical) 볼베어링이 상기 볼트핀에 슬라이딩 핏(sliding fit) 방식으로 상하 직선움직임 및 3축 회전 움직임이 가능하고,
    상기 유니슨링은,
    내측링;
    상기 내측링과 일정간격 이격되어 상기 내측링의 외측에 위치하는 외측링;
    상기 내측링의 일측과 상기 외측링의 일측을 연결하는 벽부;
    상기 내측링의 내측면과 상기 외측링의 내측면을 연결하는 보강기둥;을 포함하고,
    상기 레버암은,
    상기 스페리컬(spherical) 볼베어링이 장착되는 일단면과 평행하며, 중앙에 상기 가변정익의 회전축이 삽입되기 위한 삽입홀이 형성되는 타단면;
    상기 일단면과 상기 타단면을 잇는 경사면;을 포함하며,
    상기 경사면에 의해 상기 일단면과 상기 타단면의 높이가 서로 다르고,
    상기 볼트핀은 상기 외측링의 외측관통홀, 상기 스페리컬(spherical) 볼베어링 및 상기 내측링의 내측관통홀을 차례로 관통하는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강기둥은 어느 하나의 상기 레버암과 다른 하나의 상기 레버암 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강기둥은 양단으로부터 길이방향 중앙부로 갈수록 직경이 점차 줄어드는 형상인 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
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  7. 제1항에 있어서,
    상기 외측관통홀 과 상기 내측관통홀은 서로 동축인 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 볼트핀은, 헤드부와 상기 헤드부로부터 일정 길이 연장되는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 헤드부에는, 외경부로부터 중심축을 향하여 일정 길이의 와이어홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 와이어홀은 서로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와이어홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 헤드부에 형성되는 복수 개의 상기 와이어홀은 하나의 와이어에 의해 관통되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 와이어는,
    하나의 헤드부에 형성된 어느 하나의 와이어홀을 외측으로부터 내측으로 관통한 후 상기 어느 하나의 와이어홀의 일측에 위치하는 다른 하나의 와이어홀을 내측으로부터 외측으로 관통하는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 몸체부에서 상기 헤드부로부터 단부를 향하여 일정 길이 부분에는 나사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 외측관통홀 내경부에는 상기 볼트핀의 나사부가 체결되는 나사산이 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 정익 구동용 레버암 조립체.
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