KR102168184B1 - 이중 예-하중부를 갖는 베어링 - Google Patents

이중 예-하중부를 갖는 베어링 Download PDF

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Abstract

내측 링(102), 외측 링(114A, 114B), 및 상기 내측 링과 상기 외측 링 사이의 롤링 부재(110)를 포함한 회전 기기 베어링에 있어서, 내측 링 및 외측 링 중 하나의 링이 제 1 사전결정된 축선방향 힘을 가하는 제 1 예-하중 시스템(120)과 쓰러스트 부재(118) 사이에서 축선 방향으로 클램프되는데 적당한 제 1 및 제 2 절반-링(114A, 114B)을 포함하고, 그리고 제 2 예-하중 시스템(126)이 제 1 및 제 2 절반-링 사이에서 축선 방향으로 삽입되고 그리고 제 1 사전결정된 축선방향 힘보다 더 작은 제 2 사전결정된 축선방향 힘을 가하도록 제공된다.

Description

이중 예-하중부를 갖는 베어링{Bearing with Double Internal Preload}
본 발명은 회전 기기용 축선방향 쓰러스트 베어링으로서 또한 작용하는 베어링에 관한 것으로서, 상기 베어링은 샤프트 주위에 배치된 내측 링과, 케이싱에 배치된 외측 링과, 상기 내측 링과 상기 외측 링 사이의 롤링 부재를 구비한다.
반경방향 유체 베어링에 장착된 극저온 회전 기기와 관련하여, 이러한 기기의 주된 장점 중 하나의 장점은, 극저온 상태 하에서 필요한 윤활을 제공할 수 없기 때문에, 마모 문제점과 직면하게 되는 종래의 볼이나 롤러 베어링에 장착된 기기에 비해 수명이 길다는 것이고, 축선방향 쓰러스트 베어링은 잔여 축선방향 힘을 흡수(take up)하기 위한 목적이라고 알려져 있다. 유체 베어링에 장착된 구조부는 본 출원인의 FR　2　932　530의 특허명세서에 기재된 바와 같이, 특히 안정적인 상태에서 능동형 축선방향 밸런스맞춤 시스템을 구비한 기기에 대해 (저 속도에서) 변천 단계 동안에 잔여 축선방향 힘을 흡수하기 위한 부재를 필요로 한다.
상기 종래 기술의 축선방향 쓰러스트 베어링은, 그럼에도 불구하고, 샤프트가 저 속도로부터 고 속도까지 움직일 때, 축선방향으로 미끄러질 수 있게 하는데 필요한 클리어런스의 특히 조정 필요성의 결과로 특정 단점을 갖게 된다. 더욱이, 베어링이 3개나 4개의 접촉 지점을 사용하여 작동하기 때문에, 하중 방향 사이의 변천이 불량하게 실행된다.
본 발명은 회전 기기용 베어링을 제안함으로써 상기 기재된 단점을 해결하는 것이며, 상기 베어링은 내측 링, 외측 링, 그리고 상기 내측 링과 상기 외측 링 사이의 롤링 부재를 포함하고, 상기 베어링은 상기 내측 링과 상기 외측 링 중 하나의 링이 첫째로 쓰러스트 부재와 둘째로 제 1 사전결정된 축선방향 힘을 가하는 제 1 예-하중 시스템 사이에서 축선 방향으로 클램프될 수 있는 제 1 절반-링 및 제 2 절반-링을 포함한다는 점에서 특징지워지고, 그리고 상기 베어링은 또한 상기 제 1 및 제 2 절반-링 사이의 축선 방향으로 삽입되고 상기 제 1 사전결정된 축선방향 힘보다 더 작은 제 2 사전결정된 축선방향 힘을 가하는 제 2 예-하중 시스템을 포함한다.
제 1 및 제 2 예-하중 시스템을 부가하는 것은, 베어링이 사용될 때, 두 개의 접촉 지점으로써 작동을 용이하게 한다. 두 개의 절반-링을 이격시킴으로써, 이러한 시스템은 새로운 부품의 추가에도 불구하고 베어링이 보다 용이하게 설계되게 하면서 또한 상기 베어링의 품질을 저하시킬 수 있는, 3개의 접촉 지점을 사용하는 긴 작동 기간을 피하도록 사용된다.
바람직한 작동 방향(제 1 예-하중 시스템쪽으로의 힘)을 또한 촉진하면서 본 발명에 의해 실행된 회전 베어링 및 양방향 축선방향 쓰러스트 베어링 작동은, 종래의 쌍의 베어링에 의지하지 않으면서, 능동형 타입의 축선방향 밸런스맞춤 시스템(예를 들면, 임펠러나 블레이드 휠에서의 노즐)을 보다 용이하게 작동하게 한다(bring into operation)는 주된 장점을 나타낸다.
의도된 실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 절반-링은 상기 외측 링을 구성할 수 있고, 이러한 경우에 상기 제 1 및 제 2 절반-링은, 쓰러스트 부재가 고정 케이싱의 한 부분을 형성한 상태에서, 상기 고정 케이싱에서 미끄러지게 장착되도록 설계되고, 그렇지 않으면 상기 제 1 및 제 2 절반-링은 상기 내측 링을 구성할 수 있고, 이러한 경우에 상기 링은, 쓰러스트 부재가 이후 고정 샤프트의 한 부분을 형성한 상태에서, 상기 고정 샤프트 주위에서 미끄러지게 장착된다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 예-하중 시스템은 유리하게도 하나 이상의 스프링 워셔로 이루어진 개별 탄성 조립체를 포함한다.
본 발명의 축선방향 쓰러스트 베어링은 유리하게도 극저온 회전 기기에 적용된다.
본 발명의 여러 특징 및 장점이 첨부된 도면을 참조한 실시예로 주어진 특별한 실시예의 아래 기재된 설명으로부터 명확할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 베어링의 (그 휴지 위치에서의) 축선방향 절반 단면도이고; 그리고
도 2는 작동 중인 도 1의 베어링의 축선방향 절반 단면도이다.
도 1은 축선방향 쓰러스트 베어링 작동을 또한 형성하는 본 발명의 일 실시예의 회전 베어링을 나타낸 도면이다. 베어링(100)은 예를 들면, 극저온 회전 기기의 임펠러에 체결될 수 있는 중앙 샤프트(104, 106)에 반경방향으로 장착된 내측 링(102)을 포함한다. 내측 링(102)은 유체 타입이나, 리프(leaf) 타입이나, 자석 타입이나, 또는 도면에 도시되지 않은 여러 타입의 종래의 베어링에 유리하게 장착되고, 중앙 샤프트에 의해 회전 구동되며, 그리고 회전 기기는 본 명세서의 서두에서 언급된 본 명세서에 기술된 시스템과 같이, (수동형 시스템이 또한 안정적일지라도) 안정적인 상태에서 축선방향 밸런스 맞춤을 위한 능동형 시스템이 유리하게도 제공될 수 있다.
축선방향 쓰러스트 베어링은, 고정 케이싱(116)에 중심이 맞춰진 두 개의 부분(114A 및 114B)으로 이루어진 내측 링(102) 및 외측 링(114) 사이에 배치되고 케이지(112, cage)에 유지되는, 경사-접촉식 볼과 같은 롤링 부재(110)를 구비하며, 상기 고정 케이싱에서 상기 내외측 링이 특정 작동 단계 동안에 축선 방향으로 자유롭게 미끄러진다.
외측 절반-링(114A 및 114B)이 첫째로 케이싱(116)에 체결된 고정식 쓰러스트 부재(118)나 케이싱의 한 부분과, 둘째로 예를 들면 대략 수백 뉴톤의 제 1 사전결정된 축선방향 힘을 가하는 예를 들면 하나 이상의 스프링 워셔와 같은 탄성 조립체에 의해 형성된 제 1 예-하중 시스템(120) 사이에서 축선 방향으로 클램프되고, 이에 따라, 회전 샤프트에 의해 가해진 축선방향 하중이 0이거나 또는 회전 속도에 따라 결정되는 주어진 쓰레스홀드(예를 들면, 대략 수백 뉴톤과 같음)보다 더 작은 경우에, 클리어런스(122)가 (제 1 예-하중 시스템(120)의 곁에 위치된) 케이싱(116)과 외측 절반-링(114A) 사이에서 백분의 수 밀리미터 내지 수 밀리미터의 폭을 갖도록 만들어져서, 상기 외측 절반-링(114A, 114B) 자체는, 제 1 사전결정된 축선방향 힘보다 더 작은, 예를 들면 대략 수십 뉴톤의 제 2 사전결정된 축선방향 힘을 가하는 예를 들면 하나 이상의 스프링 워셔로 이루어진 탄성 조립체에 의해 이처럼 형성되고 그리고 외측 절반-링 사이에 배치된 제 2 예-하중 시스템(126)에 의해 작동 중에 수 밀리미터로 개방될 수 있는 (도 2에 도시된) 갭 만큼 이격된다. 이들 스프링 워셔는 각각의 외측 절반-링에서 개별 관련 홈에서의 위치를 차지하는 환형 클립(도시 생략)에 의해 제 위치에 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 베어링의 작동이 도 1 및 도 2를 비교함으로써 아래에 기술되어 있다.
제 1 단계는, 제 1 예-하중 시스템(120)의 제 1 사전결정된 축선방향 힘이 제 2 예-하중 시스템(126)에 의해 가해진 힘보다 더 크고, 클리어런스(122)가 개방되고 베어링이 잠재적으로 안정적이지 못한 변천 상태(3개의 접촉 지점(130A, 130B, 132A)을 갖고, 볼 미끄러짐, ...)하에서 작동한다는 점을 고려하면, 이러한 축선방향 힘이 문턱 값보다 더 작은 경우에, 샤프트가 이러한 단계 동안에, 예-하중 시스템(120)에 의해 가해진 힘과 반대 방향으로 베어링 상에서의 축선방향 힘을 거의 가하지 않거나 가하지 않으면서, 베어링이 회전 샤프트에 의해 회전 구동되는 단계로 여겨진다. 이러한 제 1 단계의 작동은 그럼에도 불구하고 제 2 예-하중 시스템(126)을 베어링 내에 안내함으로써 최소화되고, 이에 따라 갭(124)이 개방될 수 있고 그리고 축선방향 힘이 증가함에 따라 폭에서 증가될 수 있다.
볼 베어링은 축선방향 쓰러스트를 흡수하고, 그 속도가 변하며, 그리고 일단 샤프트에 의해 가해진 축선방향 힘이 이러한 문턱 값보다 더 크다면, 외측 절반-링(114A)이 케이싱(116)에서 미끄러지고 그리고 클리어런스(122)가 제 2 단계의 작동에서 폐쇄된다. 제 2 예-하중 시스템(126)에 의해 가해진 제 2 사전결정된 축선방향 힘이 이후 외측 절반-링(114B)으로부터 멀리 외측 절반-링(114A)을 (이후 제 3 접촉 지점(132A)으로부터 해방된 볼과 함께) 이동시킴으로써 갭(124)을 넓히고, 상기 절반-링이 케이싱에 체결된 고정식 쓰러스트 부재(118)에 대해 가압된 상태를 유지한다. 클리어런스(122)가 0일 때, 이 값은 최대값이다. 베어링은 이후 두 개의 접촉 지점(130A 및 130B)을 통해 작동한다. 이러한 방식으로 작동하는 장점은 종래의 볼 베어링처럼 작동하면서 소산된 파워와 마모를 최소화한다는 것이다. 상당한 레벨의 축선방향 힘을 견딜 수 있다. 더욱이, 이러한 타입의 베어링은 샤프트가 케이싱에서 많은 양(수 밀리미터)으로 미끄러질 수 있게 하며, 이는 종래의 베어링에서 가능하지 않았다. 다른 외측 절반-링(114B)이 고정식 쓰러스트 부재(118)에 대해 가압되어 유지되기 때문에, 볼과 이러한 외측 절반-링 사이의 클리어런스는, 외측 절반-링(114B)이 두 개의 접촉 지점으로써 베어링의 작동을 방해하지 않는다는 것을 보장하는 방식으로, 선택된다. 이러한 클리어런스는, 조립 동안에 조정될 수 있는, 클리어런스(122)와 직접적으로 연관된다.
제 3 단계는, 쓰러스트 부재 쪽을 여전히 향한 베어링 상의 샤프트에 의해 가해진 축선방향 힘이 떨어지게 되고 그리고 작동하게 되는 축선방향 밸런스맞춤을 위한 능동형 시스템의 결과로서 0이 되는 "오프-하중(off-loading)"을 의미하는 단계로서, 구성된다. 그 값이 문턱 값보다 더 작게 되자마자, 클리어런스(122)가 다시 한번 개방되고 그리고 외측 절반-링(114A)이 외측 절반-링(114B) 쪽으로 볼과 함께 미끄러지며, 이에 따라 3개의 접촉 지점을 갖는 종래의 베어링에서 발생할 수 있는 바와 같이, 외측 절반-링(114B)과 볼 사이에서 접촉부(132A)를 잠재적으로 재생성한다. 상기 설명한 바와 같이, 베어링은 이후 최소화될 필요가 있는 잠재적으로 안정적이지 못한 변천 상태(볼 미끄러짐, ...) 하에서 작동한다. 베어링은, 샤프트에 의해 계속 회전 구동되고 그리고 접촉 지점(132A)으로 잠재적으로 나아가는, 제 2 예-하중 시스템(126)에 의해 가해진 힘을 포함한 내부 힘 및 샤프트에 의해 가해진 힘 모두를 받게 된다.
최종적으로, 샤프트에 가해진 힘이 일단 0이고 음이 되도록 이후 반대로 된다면, 그러나 베어링은 접촉부(132A)를 통해 계속 구동된다. 이후 반대 방향으로 맞닿게 함으로써, 베어링은 그럼에도 불구하고 (3개의 지점을 갖는 종래의 베어링과 같이) 3개의 접촉 지점에서 잠재적으로 계속 작용한다.
본 발명으로써, 베어링(두 개의 외측 절반-링(114A 및 114B) 사이에 위치된 스프링 워셔(126))에 내부적으로 2차 예-하중을 유도시킴으로써, 외측 링 내의 클리어런스와 갭 상에서의 열기계적 제어를 제공할 필요가 없다. 따라서, 베어링이 샤프트의 축선방향 힘을 받게 될 때 그리고 두 개의 접촉 지점(130A, 130B)을 통해 작동할 때, 이러한 2차 내측 예-하중은 이러한 단계 동안에 베어링의 작동에 포함되지 않는 외측 절반-링(114B)을 축선방향으로 오프셋시키도록 사용된다. 이러한 2차 예-하중은 또한 베어링의 작동에 잠재적으로 성가신 절반-링(114B)과 볼(110) 사이의 클리어런스 상에 보다 우수한 제어를 제공 및 증가할 수 있게 한다.
본 발명은 외측 링이 고정 케이싱에서 미끄러지고 내측 베어링이 회전 샤프트 상에서 고정식인 베어링으로 기술되어 있을지라도, 본 명세서 서두에 언급된 바와 같은 동일한 방식으로, 본 발명은 또한 내측 링이 현재 고정식인 샤프트에서 미끄러지고 외측 링이 회전 케이싱인 베어링에 또한 적용가능하다는 것이 명확하다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 내측 링(102), 외측 링, 및 상기 내측 링과 상기 외측 링 사이의 롤링 부재(110)를 포함한, 회전 기기용 베어링으로서,
    첫째로 제 1 사전결정된 축선방향에 미치는 힘을 가하도록 구성된 제 1 예-하중 시스템(120)과, 둘째로 제 1 절반-링 및 제 2 절반-링 사이에서 축선방향으로 삽입되고 상기 제 1 사전결정된 축선방향에 미치는 힘보다 더 작은 제 2 사전결정된 축선방향에 미치는 힘을 가하도록 구성된 제 2 예-하중 시스템(126)을 더 포함하고,
    상기 내측 링 및 상기 외측 링 중 하나의 링이 쓰러스트 부재(118)와 상기 제 1 예-하중 시스템 사이에서, 축선방향으로 클램프될 수 있는 제 1 및 제 2 절반-링(114A, 114B)을 포함하며,
    상기 제 2 예-하중 시스템(126)에서, 상기 베어링이 결정된 문턱 값보다 큰 축선방향에 미치는 힘을 받게 될 때 상기 제 1 절반-링과 제 2 절반-링 사이의 갭(124)이 개방되어 상기 베어링이 두 개의 접촉 지점에서만 작동하도록 구성되는, 회전 기기용 베어링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 절반-링은 상기 외측 링을 구성하고 그리고 고정 케이싱(116)에 미끄러지게 장착되는, 회전 기기용 베어링.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 고정 케이싱은 상기 쓰러스트 부재를 형성하는 한 부분을 포함하는, 회전 기기용 베어링.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 절반-링은 상기 내측 링을 구성하고 그리고 고정 샤프트(104) 주위에 미끄러지게 장착되도록 설계되는, 회전 기기용 베어링.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고정 샤프트는 상기 쓰러스트 부재를 형성하는 한 부분을 포함하는, 회전 기기용 베어링.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 예-하중 시스템(120, 126)은 개별 탄성 조립체를 포함하는, 회전 기기용 베어링.
  7. 청구항 6에 있어서,
    각각의 상기 탄성 조립체는 하나 이상의 스프링 워셔를 포함하는, 회전 기기용 베어링.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤링 부재는 경사-접촉식 베어링 볼인, 회전 기기용 베어링.
  9. 청구항 1에 있어서,
    반경방향 유체 베어링 상에 장착된 회전 기기의 축선방향 쓰러스트 베어링에 적용되는, 회전 기기용 베어링.
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