KR200281688Y1 - 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 중앙으로 축삽입관이 구비되고 포켓내 등간격 배치되며 안착되는 로울러 베어링 상하에 각각 스트립재가 구비되고 중앙에 부시가 구비되는 한조의 로울러 베어링 유니트가 다수조 적층되고, 로울러 베어링 유니트 각각의 외주면을 커버하는 링이 환설되고, 전체 외주면을 커버하는 중공상의 외부캡으로 구성하여,

감속기 등의 산업기계내 발생되는 상당한 스러스트 하중을 견딜 수 있도록 함은 물론이거니와 윤할유등의 급유작용이 원할이 이루어지도록 하여 작동시 발생되는 현저한 소음 및 진동 등의 발생을 억제토록 하고, 사용수명을 현저하게 연장하기 위한 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 구조에 관한 것이다.

Description

축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조{Thrust roller bearing unit structure to obtain shaft-stress}

본 고안은 산업기계, 중장비 또는 산업용 감속기내 주축에 축설되는 베어링의 구조에 관한 것으로, 특히 감속기내 발생되는 상당한 스러스트하중을 견딜 수 있도록 함은 물론이거니와 윤할유등의 급유 작용이 원할이 이루어지도록 하여 작동시 발생되는 현저한 소음 및 진동 등의 발생을 억제토록 하기 위한 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 구조에 관한 것이다.

일반적으로 베어링(Bearing)은 회전하고 있는 기계의 축(軸)을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 가해지는 하중을 지지하면서 상기 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 일컫는 것으로, 베어링과 접촉하고 있는 축 부분을 저널(journal)이라 하고, 그 접촉상태에 따라 미끄럼베어링(sliding bearing)과 구름베어링(rolling bearing)의 두 종류로 분류된다.

한편 베어링을 장착한 기계축에 걸리는 하중은 축과 수직으로 걸리는 경우와 축방향으로 걸리는 경우가 있는바, 그 하중방향에 따라 그 구조가 달라지며 축과 수직으로 하중이 걸리는 경우 사용되는 베어링을 레이디얼베어링(radial bearing)이라 하고, 축방향으로 하중이 걸리는 경우 사용되는 베어링을 스러스트베어링 (thrust bearing)이라 한다.

이와같이 사용되는 각각의 베어링은 축 회전시 발생되는 마찰열을 최소화하기 위해 적절하게 윤할유를 공급하여야 하고, 사용중 마모에 의해 구멍이 커지는 현상이 발생되므로 가락지와 같은 부시(bush)메탈을 저널과 접촉되는 구멍부위에 끼워 넣어 사용하고 있다.

한편 상기 베어링 중 스러스트 베어링은 리테이너에 다수의 볼이 안착되어 구름운동을 하는 스러스트 볼베어링과 일정직경을 갖으며 길게 형성되는 로울러를 리테이너에 방사상으로 배열 배치 안착하여 사용되는 스러스트 로울러 베어링 등이 사용되고 있다.

상기의 스러스트 로울러 베어링(thurst roaller bearing)의 경우 둥근원봉재 또는 침상(針狀)의 로울러가 다수개 방사형상으로 배열배치될 수 있도록 하는 포켓내에 안착되고, 상기 포켓 상하부에 각각 로울러와 당접되는 내·외륜을 형성하여 축상에 축설 구비되는 것이 통상적이다.

이와같은 스러스트 로울러 베어링은 축의 선단에 걸리는 하중을 베어링의 밑면이 지지하게 되며, 경우에 따라 그 면의 발열을 적게 하기 위하여 선단을 약간 가늘게 한 피벗(pivot)베어링이나 큰 스러스트 하중에 견디기 위하여 축 일단 몇개의 칼라(collar)를 붙여 칼라의 옆면이 힘을 지지하게 하는 등의 구성을 갖기도 한다.

그러나, 축하중이 상당할 경우 내륜, 외륜 및 포켓이 한조로 되는 스러스트 로울러 베어링을 다수개 포개어 축에 축설하여 사용하게 되는데, 내륜 및 외륜과 로울러베어링간 긴밀하게 당접 유지되므로 윤할유의 흐름이 원할하지 못하게 되어마찰 발열이 상당하게 진행되는 문제점이 있었고, 이에따라 기계요소의 사용수명이 현저하게 단축되거나 감속기등의 산업기계 운전시 베어링의 기능저하에 따른 예기치 못한 안전사고등이 발생되는 등의 문제점이 있었다.

또한 베어링의 회전시 발생되는 회전모우멘트 및 내부응력에 따른 집중응력이 발생되는 경우 베어링 일부분의 과다한 마모 및 마찰열의 발생은 물론 베어링의 파손/파열등의 문제가 있고, 과다한 집중하중을 견디지 못하여 잦은 파손에 따른 베어링의 교체작업을 빈번하게 수행하여야 하는 등의 문제점이 지적되고 있다.

따라서 본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 감속기 등 축하중을 상당하게 받는 산업기계 등에 사용되는 스러스트 로울러 베어링의 급유작용이 원할히 이루어지도록 하여 과열에 따른 베어링의 파손 및 파열을 방지하는데 그 목적이 있다.

또한 본 고안은 감속기 등의 산업기계에 축설되는 본 고안의 베어링을 채택 사용하도록 하여 과다한 내부응력 및 회전모우멘트 등에 따른 집중응력으로부터 베어링을 보호하여 사용중 파열 및 파손을 미연에 방지하여, 이에 따른 작업상 안전사고를 미연에 방지하는데 다른 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 분리 사시도이고,

도 2a는 최상단 상부스트립재의 단면도이고,

도 2b는 하부스트립재의 단면도이며,

도 3a,b,c는 본 고안에 사용되는 로울러 베어링 각각의 사시도이고,

도 4는 본 고안에 의한 로울러 베어링이 장착된 상태의 단면도이다.

※ 도면 중 주요부호에 대한 간단한 설명

100, 100', 100"; 로울러 베어링 유니트

110; 로울러 베어링 111; 포켓 120; 내륜

130; 외륜 131; 테이퍼부 140; 부시

150; 링 200; 축삽입관 300; 외부캡

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은,

중앙으로 축삽입관(200)이 구비되고 포켓(111)내 등간격 배치되며 안착되는 로울러 베어링(110) 상하에 각각 내·외륜(120,130)이 구비되고 중앙에 부시(140)가 구비되는 한조의 로울러 베어링 유니트(100,100',100")가 다수조 적층되고, 로울러 베어링 유니트(100~100") 각각의 외주면을 커버하는 링(150)이 환설되고, 전체 외주면을 커버하는 중공상의 외부캡(300)으로 되는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조를 제공한다.

상기한 구성에 의한 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 고안은 중앙으로 축(S) 또는 축(S)이 삽입된 축삽입관(200))이 끼워질 수 있도록 중앙이 통공되어 포켓(111)의 상하면에 각각 형성되는 내·외륜(120,130)) 사이에 개재되는 로울러베어링(110) 및 부시(140)와 링(150) 등으로 되어 한조를 이루는 로울러 베어링 유니트(100,100',100")를 다수개 적층 한 후 그 외주면을 커버하는 중공상의 외부캡(300)으로 구성된다.

상기한 스러스트 로울러 베어링 유니트(100~100")는 포켓(111)내에 다수개 등간격 배치되며 방사상 안착되는 로울러 베어링(110)과, 로울러 베어링(110) 상하면에 각각 당접되며 구름운동이 원할히 이루어질 수 있도록 하기 위한 내·외륜(120,130)이 배치된다.

이와같이 구성되는 스러스트 로울러 베어링 유니트(100,100',100")는 외부캡 (300)내에 바람직하게는 3조의 로울러 베어링 유니트(100~100")를 구성하게 되고, 그 중앙을 관통하는 축삽입관(200)으로 메인 축(S)이 삽입되여 축설되는 구성을 갖는다.

아울러 각각의 로울러 베어링 유니트(100~100") 사이에 부시(140)를 각각 상기 축삽입관(200)에 축설하여 내·외륜(120,130) 및 로울러 베어링(110) 등의 내주면에 끼워진다.

이때 상기 부시(140) 중 바람직하게는 가운데 즉 2조의 로울러 베어링 유니트(100')측 부시(140) 내주면으로 공간이 형성되는 윤할유유도로(141)를 형성하여 외부로부터의 급유시 상기 윤할유유도로(141)에 항상 외부로 공급되는 윤할유가 충진된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 3에서 보듯이 포켓(111)내 다수개의 홈(112)에 안착 고정되는 로울러베어링(110)을 대략 1:2 비율로 절단 분리하여 상호 교호 안착할 수 있는데, 즉 예컨데 하나의 포켓(111)내에 외주면측으로는 상대적으로 긴 로울러를(110')을 안착하고 이와 당접되는 내주면측으로 상대적으로 짧은 로울러를(110")을 안착하게 되고, 아울러 상기 포켓(111)의 홈(112)과 이웃하는 다른 홈(112')에는 외주면측으로 상대적으로 짧은 로울러(110")을 안착하고, 이와 당접되는 내주면측으로는 상대적으로 긴 로울러(110')을 안착하여 포켓(111) 각각의 홈(112,112')에 안착되는 로울러(110',110")의 장단(長短)이 상호 교호 형성되도록 한다.

아울러, 로울러 베어링(110) 리테이너(111)의 포켓(112)내에 구비되는 상기 로울러(110',110")를 1:1 비율로 분리 절단하여 형성할 수 있다.

이와같이 하는 이유는 각 로울러베어링(110; 110',110")과 타 부재간의 마찰면적의 상이 및 마찰력의 상이에 따라 그 로울링 효과를 달리하게 되는데 이와같이 마찰력이 동일 면상에서 다르게 나타날 경우 상기한 장단(長短)의 로울러베어링 (110',110")이 포켓(111)내 하나의 홈(112)에 안착되면서 동시에 이웃하는 홈(112')에는 이와 대응되며 교호된 위치상으로 안착되도록 하고 이와같은 위치배열이 방사상으로 교호 배치되도록 하고 있어 각각의 위치에 따른 마찰력에 따라 구름운동이 가능하도록 하여 마찰력의 최소화화 구름운동의 원할함에 따른 부드러운 회전운동이 발생될 수 있도록 하기 위함이다.

이때 상기한 로울러 베어링(110)의 리테이너(111) 포켓(112)의 형상은 도 3에서 보듯이 " " 형상을 갖도록 하되 리테이너(111)의 외주면이 개방되면서 리테이너(111) 중심부측으로 연통되도록 한다.

따라서 로울러 베어링(110)의 로울러(110',110")의 취부시 상기 포켓(112)의 일측으로 개방된 부위에서 로울러(110, 110")를 끼워 넣는 방식에 의해 각각의 포켓(112)내에 고정하게 된다.

이와같이 되면, 다수의 로울러(110', 110")가 " " 형상의 포켓(112)에 자연스럽게 걸려지며 완전한 수평을 이루게 되므로 자중(自重)에 의해 리테이너 (111) 저면으로 쳐지는 현상을 배제할 수 있고, 내·외륜(120, 130)간의 마찰력이 균일하게 적용되므로 편중되는 마찰력으로 인한 로울러(110',110")의 마모성을 현저하게 줄일 수 있다.

이때 상기 로울러(110',110")를 외측으로부터 커버하기 위한 커버링(R) 및 상기 커버링(R) 내주면으로부터 로울러(110',110")를 중심부측으로 탄지하기 위한 스프링(SP)을 내설하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 로울러(110',110")는 포켓(112)내에서 상하 유동이 없어 항상 균일하게 내륜(120) 및 외륜(130)과 당접된 상태에서 균일한 마찰력에 의해 구름운동되므로 로울러 베어링(110)의 내마모성을 줄이고, 사용수명을 연장할 수 있다.

이때 상기한 내·외륜(120,130)은 도면에서 보듯이 그 단면으로 보았을 때 하부측 외주연으로부터 중앙측으로 상향 테이퍼지며 형성되는 테이퍼부(131)를 형성하여 내·외륜(120,130) 각각의 상하단 타부재와의 마찰면을 극소화시킴은 물론, 윤할유의 급유작용이 원할히 수행될 수 있도록 한다.

한편 본 고안의 로울러 베어링 유니트(100~100")에 있어서, 최상단의 로울러 베어링 유니트(100)측 내륜(120)은 도면에서 보듯이 하면은 평활한 상태를 유지하되 그 상면은 외주연으로부터 중심측으로 상향 테이퍼 지도록 하여, 윤할유의 급유시 본 고안의 로울러 베어링 유니트(100~100")내에 급유되는 윤할유가 전체적으로 빠르게 급유되어 상당한 축하중을 받으며 회전되는 로울러 베어링(110)의 마찰력을최소화하여 마모성을 줄이고, 베어링의 사용수명을 현저히 증가시키기도록 하고 있다.

한편 상기한 로울러 베어링 유니트(100~100")를 3조로 하여 각각 적층하되 최하단 로울러 베어링 유니트(100") 즉 3조 로울러 베어링 유니트(100") 외륜(130)과, 중간부위 로울러 베어링 유니트(100') 즉 2조 로울러 베어링 유니트(100') 외륜(130)과, 최상단 로울러 베어링 유니트(100) 즉 1조 로울러 베어링 유니트(100) 외륜(130)의 상면에 각각 링(150)이 안착되어 각각의 로울러 베어링 유니트(100,100',100")를 커버하게 된다.

이와같이 형성되는 각각의 로울러 베어링 유니트(100,100',100")가 적층되며 축삽입관(200)에 축설되고, 전체적인 로울러 베어링 유니트(100~100")를 에워싸며 중공형상의 외부캡(300)에 의해 커버되어, 감속기 등의 산업기계 메인축(S) 양단에 각각 축설 고정된다.

상기한 구성에 의한 본 고안이 산업기계 특히 감속기 측의 메인축(S)상에 축설된 상태를 확대 도시한 것이 도 4이며, 도면에서 보듯이 축(S) 일측으로 윤할유 주입공(10)이 도시하지 않은 윤할유 주유부로부터 공급되면 로울러 베어링 유니트(100,100',100") 외륜(130)을 따라 유수되어 각각의 베어링 당접부위에 스며들어 윤할작용이 원할히 수행될 수 있도록 한다.

한편 상기한 구성에 의한 로울러 베어링 유니트(100,100',100")를 이용하여 산업기계등의 축하중을 받은 상태에서 사용될 경우, 바람직하게는 설명한 로울러베어링 유니트(100,100',100") 상단으로 외부갭(300)이 제외된 상태의 3조의 로울러 베어링 유니트(400, 400', 400")를 얹어 메인축(S)상에 축설하여 사용 가능할 수 있다.

이때 외부캡(300)상에 얹혀지는 로울러 베어링 유니트(400, 400', 400")의 내·외륜(200,300)의 외경이 상기 외부캡(300)의 외경과 동일하여야 한다.

따라서 감속기 등 산업기계류 중 축하중(스러스트 하중)을 상당하게 받는 경우 다수의 로울러 베어링 유니트(100~100")를 외부캡(300) 없이 축설가능하므로 축하중의 계산에 따라 필요로 하는 로울러 베어링 유니트(100,100',100")를 축설하게 되어, 기계설계시 축하중 계산에 따른 베어링의 선택폭을 광범하게 넓힐 수 있게 된다.

따라서 본 고안에 의하면, 산업기계 특히 축하중을 상당히 받는 감속기 등의 산업기계 주축에 축설되는 베어링(스러스트 로울러 베어링)에 급유 작용이 원할히 수행되도록 하여 과다한 하중에 따른 베어링 마찰열에 의한 내마모성을 증가시키게 되고, 베어링 및 이와 당접되는 기계요소의 사용수명을 현저하게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 고안에 의하면, 축하중(스러스트 하중)에 의한 채용가능한 로울러 베어링 선택시 각각 한조로 구성되는 로울러 베어링 유니트의 축설이 가능하여 계산값에 의해 선택되는 베어링의 수를 결정하여 메인축상에 축설하면 되므로, 로울러 베어링의 작업 선택폭을 늘릴 수 있어, 작업성 및 설계작업 능률의 향상등의 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 고안에 의하면, 로울러 베어링 유니트의 분리 및 결합이 용이하여 축하중에 따른 로울러 베어링 유니트의 어느 부위 파손시 해당부분에 의한 유니트만 교체하면 되므로, 유지보수비용의 절감 및 그 작업을 신속하게 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한 본 고안에 의하면, 포켓내 홈에 안착되는 로울러베어링을 대략 1:2 비율로 절단 분리하여 이웃하는 포켓내 이와 교호되는 위치상으로 각각 교호 안착되도록 하거나 또는 1:1 비율로 절단 분리하되 이웃하는 홈에 이와 교호되는 위치상으로 각각 교호 안착되도록 하여 당접되는 기계요소와의 마찰력의 발생을 최소화하고 이에 따른 구름운동을 원할히 수행할 수 있도록 함으로써, 마찰소음의 저하 등 조용한 운전의 수행이 가능하도록 하는 효과와, 최소한의 마찰저항에 따른 구름운동에 의해 로울러베어링의 사용수명을 연장할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 중앙으로 축삽입관(200)이 구비되고 포켓(111)내 등간격 배치되며 안착되는 로울러 베어링(110) 상하에 각각 스트립재(120,130)가 구비되고 중앙에 부시(140)가 구비되는 한조의 로울러 베어링 유니트(100,100',100")가 다수조 적층되고, 로울러 베어링 유니트(100~100") 각각의 외주면을 커버하는 링(150)이 환설되고, 전체 외주면을 커버하는 중공상의 외부캡(300)으로 되는 것을 구성상 특징으로 하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스트립재(120,130)의 외륜(130) 하단 외주연으로부터 내부측 중앙으로 테이퍼지는 테이퍼부(131)가 형성되는 것을 포함하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 로울러 베어링 유니트(100~100") 중 최상단측 로울러 베어링 유니트 (100)의 내륜(120)은 저면이 평활하고 상면 외주연으로부터 중앙측으로 상향 테이퍼지며 형성되는 것을 포함하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 로울러 베어링(110)은 1:2 비율로 절단 분리하여 장단(長短)의 로울러베어링(110',110")을 포켓(111)내 홈(112) 및 타 홈(112')으로 각각 교호되는 위치상으로 안착되는 것을 포함하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 로울러 베어링(110)은 1:1 비율로 절단 분리되어 포켓(111)내 안착되는 것을 포함하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 부시(140) 중 적어도 하나 이상의 부시(140) 내주면으로 윤할유유도로 (141)가 형성되는 것을 포함하는 축하중을 받는 스러스트 로울러 베어링 유니트 구조.