KR20030028128A - Shaft assembly using cavities for skin-friction torque reduction - Google Patents

Shaft assembly using cavities for skin-friction torque reduction Download PDF

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KR20030028128A
KR20030028128A KR1020010060126A KR20010060126A KR20030028128A KR 20030028128 A KR20030028128 A KR 20030028128A KR 1020010060126 A KR1020010060126 A KR 1020010060126A KR 20010060126 A KR20010060126 A KR 20010060126A KR 20030028128 A KR20030028128 A KR 20030028128A
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shaft
coupling member
circumferential surface
friction torque
shaft assembly
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KR1020010060126A
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최해천
한성현
민태기
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대한민국(관리부서 서울대학교(정밀기계설계공동연구소))
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Abstract

PURPOSE: A shaft assembly is provided to reduce frictional torque generated when a shaft is relatively rotated with respect to a coupling member by forming a plurality of slots in the shaft or in the coupling member. CONSTITUTION: A shaft assembly includes a coupling member(10) and a shaft(20). The coupling member(10) is hollow-shaped. The shaft(20) is inserted into an inner peripheral portion(11) of the coupling member(10). The shaft(20) is rotatably inserted into the coupling member(10) and has an outer peripheral portion corresponding to the inner peripheral portion of the coupling member(10). Fluid(30) is interposed between the inner peripheral portion(11) of the coupling member(10) and the outer peripheral portion of the shaft(20). Four slots(25) are formed at the outer peripheral portion of the shaft(20).

Description

마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체{Shaft assembly using cavities for skin-friction torque reduction}Shaft assembly using cavities for skin-friction torque reduction

본 발명은 내주면을 가지는 중공의 결합부재 및 그 결합부재에 끼워져서 결합부재에 대해 상대회전되는 축을 포함하는 축 결합체에 관한 것으로서, 특히 결합부재 또는 축의 회전시에 발생되는 마찰토오크가 감소될 수 있도록 구조가 개선된 축 결합체에 관한 것이다.The present invention relates to a shaft coupling including a hollow coupling member having an inner circumferential surface and a shaft fitted to the coupling member and rotated relative to the coupling member, in particular, so that friction torque generated during rotation of the coupling member or shaft can be reduced. It is directed to an axial assembly with improved structure.

중공의 결합부재와 그 결합부재에 끼워져서 결합부재에 대해 상대회전 가능한 축을 포함하여 이루어지는 축 결합체는 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 예컨대, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 내주면(1a)을 가지는 중공의 저널 베어링(1)과 그 저널 베어링(1)에 끼워져서 회전 가능하게 지지되는 축(2)으로 이루어지는 구성이 상기 축 결합체에 해당된다. 이 경우에 상기 저널 베어링(1)이 상기 결합부재에 해당된다. 또한, 예를 들어, 내주면을 가지는 중공의 로울러와 그 로울러에 끼워져서 소정의 물체에 고정됨으로써 로울러를 소정의 물체에 대해 회전 가능하게 지지하는 축으로 이루어지는 구성도 상기 축 결합체에 해당된다. 이 경우에는, 상기 로울러가 상기 결합부재에 해당되며, 축은 고정되고 로울러가 회전하게 되나 결국 축은 결합부재에 해당되는 로울러에 대해 상대회전하는 것이 된다.A shaft coupling body comprising a hollow coupling member and a shaft that is fitted to the coupling member and that is rotatable relative to the coupling member is widely used in various industrial fields. For example, as schematically shown in FIG. 1, the configuration includes a hollow journal bearing 1 having an inner circumferential surface 1a and a shaft 2 fitted to the journal bearing 1 and rotatably supported therein. Corresponds to the conjugate. In this case, the journal bearing 1 corresponds to the coupling member. Moreover, the structure which consists of a hollow roller which has an inner peripheral surface, and the axis | shaft which is fitted to the roller and is fixed to a predetermined object and supports the roller rotatably with respect to a predetermined object also corresponds to the said shaft coupling body. In this case, the roller corresponds to the coupling member, and the shaft is fixed and the roller rotates, but the shaft rotates relative to the roller corresponding to the coupling member.

한편, 상기 축 결합체의 작동시에 축은 결합부재와의 결합되는 부분의 외주면이 결합부재의 내주면과 마주하는 상태로 결합부재에 대해 상대회전되므로, 결합부재의 내주면과 축의 외주면이 직접 마찰되는 것을 억제하도록, 축의 외주면과 결합부재의 내주면 사이에는 윤활유 등의 유체를 개재시켜 두는 것이 일반적이다.On the other hand, during operation of the shaft coupling member, the shaft is rotated relative to the coupling member with the outer circumferential surface of the portion engaged with the coupling member facing the inner circumferential surface of the coupling member, thereby suppressing direct friction between the inner circumferential surface of the coupling member and the shaft. In general, a fluid such as lubricating oil is interposed between the outer circumferential surface of the shaft and the inner circumferential surface of the coupling member.

그러나, 상술한 바와 같이 축의 외주면과 결합부재의 내주면 사이에 유체를개재시켜 두더라도, 축 결합체의 작동시에 즉 축이 결합부재에 대해 상대회전될 때, 축과 결합부재 중 실제로 동력을 공급받아 회전되는 부재(도 1을 참조하면서 설명한 바와 같은 저널 베어링과 축을 포함하는 축 결합체에서는 축이 실제로 회전되는 부재가 되며, 상술한 바와 같은 로울러와 축을 포함하는 축 결합체에서는 로울러가 실제로 회전되는 부재이다.)와 상기 유체 사이에는 마찰 토오크가 발생되어서 상기 회전되는 부재의 회전을 방해하며, 이로 인해 추가적인 동력을 필요로 한다. 따라서, 축 결합체가 보다 원활하게 작동될 수 있도록 하기 위하여, 결합부재에 대한 축의 상대회전시에 유체와의 마찰에 기인하는 마찰 토오크를 감소시킬 필요가 있다.However, even if the fluid is interposed between the outer circumferential surface of the shaft and the inner circumferential surface of the coupling member as described above, when the shaft assembly is operated, that is, when the shaft is rotated relative to the coupling member, the shaft and the coupling member are actually powered and rotated. Member (in the shaft assembly including the journal bearing and the shaft as described with reference to FIG. 1, the shaft is actually the member to be rotated, and in the shaft assembly including the roller and the shaft as described above is the member in which the roller is actually rotated.) Friction torque is generated between the fluid and the fluid to hinder the rotation of the rotating member, which requires additional power. Therefore, in order to enable the shaft assembly to operate more smoothly, it is necessary to reduce the friction torque due to friction with the fluid at the relative rotation of the shaft relative to the coupling member.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로서, 결합부재에 대한 축의 상대회전시에 발생되는 마찰 토오크를 감소시킬 수 있도록 구조가 개선된 축 결합체를 제공함에 목적이 있다.The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide a shaft assembly having an improved structure so as to reduce friction torque generated during relative rotation of the shaft with respect to the coupling member.

도 1은 종래의 축 결합체의 일례의 개략적 사시도,1 is a schematic perspective view of an example of a conventional shaft assembly;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축 결합체의 개략적 사시도,Figure 2 is a schematic perspective view of the shaft assembly according to an embodiment of the present invention,

도 3a는 도 2에 도시된 축 결합체의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도,3A is a schematic cross-sectional view taken along line III-III of the shaft assembly shown in FIG. 2;

도 3b는 도 3a의 "K" 부위의 확대도,3B is an enlarged view of the “K” site of FIG. 3A,

도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 축 결합체에서의 마찰토오크를 설명하기 위한 도면,Figure 4 is a view for explaining the friction torque in the shaft assembly shown in Figures 3a and 3b,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 축 결합체의 개략적 단면도,5 is a schematic cross-sectional view of the shaft assembly according to another embodiment of the present invention;

도 6은 도 5에 도시된 축 결합체에서의 마찰토오크를 설명하기 위한 도면,6 is a view for explaining the friction torque in the shaft assembly shown in FIG.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 축 결합체의 개략적 단면도.Figure 7 is a schematic cross-sectional view of the shaft assembly according to another embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>

10, 110...결합부재 20, 120...축10, 110 ... coupling member 20, 120 ... shaft

25, 115...홈부 30, 130...유체25, 115 ... groove 30, 130 ... fluid

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체는, 내주면을 가지는 중공의 결합부재와, 상기 결합부재에 끼워지며 상기 결합부재의 내주면과 대향하는 외주면을 가지며 상기 결합부재에 대한 상대회전이 가능하도록 그 외주면과 상기 결합부재의 내주면 사이에 유체가 개재되는 축을 포함하여 이루어지는 것에 있어서, 상기 축의 상기 결합부재에 대한 상대회전시에 상기 유체와의 사이에 발생되는 마찰토오크가 감소되도록, 상기 결합부재의 내주면과 상기 축의 외주면 중 실제로 동력을 공급받아 회전하는 부재의 주면에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 홈부가 형성되어 있는 점에 특징이 있다.Groove application shaft coupling for reducing the friction torque according to the present invention for achieving the above object, has a hollow coupling member having an inner peripheral surface, and has an outer peripheral surface fitted to the coupling member and facing the inner peripheral surface of the coupling member And a shaft having a fluid interposed between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the coupling member to allow relative rotation with respect to the member, wherein the friction torque generated between the fluid and the fluid during relative rotation of the shaft with respect to the coupling member. A plurality of grooves disposed along the circumferential direction are formed on the main surface of the member that is actually powered by the inner peripheral surface of the coupling member and the outer peripheral surface of the shaft so as to be reduced.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축 결합체의 개략적 사시도이며, 도 3a는 도 2에 도시된 축 결합체의 Ⅲ-Ⅲ선 개략적 단면도이고, 도 3b는 도 3a에서의 "K" 부위의 확대도이다.Figure 2 is a schematic perspective view of the shaft assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 3a is a schematic sectional view taken along line III-III of the shaft assembly shown in Figure 2, Figure 3b is an enlarged view of the "K" region in Figure 3a It is also.

도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 실시예의 축 결합체는 결합부재(10)와 축(20)을 포함하여 구성된다. 상기 결합부재(10)는, 상기 축(20)이 끼워질 수 있도록 내주면(11)을 가지는 중공의 형상을 가지며, 본 실시예에서는 소위 저널 베어링 기능을 행하도록 되어 있다. 상기 축(20)은 상기 결합부재(10)에 끼워져서 회전 가능하게 지지되는 것으로서, 상기 결합부재의 내주면(11)에 대향하는 외주면을 가진다. 상기 결합부재(10)의 내주면(11)과 축(20)의 외주면 사이에는 유체(30)가 개재된다. 이러한 유체(30)로서 본 실시예에 있어서는, 결합부재(10)의 내주면(11)과 축(20)의 외주면이 상호 직접 접촉되는 것이 억제되도록 하기 위하여 윤활유가 마련되어 있다.2, 3A and 3B, the shaft assembly of the present embodiment includes a coupling member 10 and the shaft 20. The coupling member 10 has a hollow shape having an inner circumferential surface 11 so that the shaft 20 can be fitted, and in this embodiment, performs a so-called journal bearing function. The shaft 20 is rotatably supported by being fitted to the coupling member 10 and has an outer circumferential surface opposite to the inner circumferential surface 11 of the coupling member. A fluid 30 is interposed between the inner circumferential surface 11 of the coupling member 10 and the outer circumferential surface of the shaft 20. In this embodiment as such a fluid 30, a lubricating oil is provided in order to suppress that the inner peripheral surface 11 of the coupling member 10 and the outer peripheral surface of the shaft 20 contact each other directly.

한편, 본 실시예의 축 결합체는 본 발명의 특징적인 구성으로서, 축(20)의 외주면에 대해 오목하게 형성된 4개의 홈부(25)를 구비하고 있다. 상기 홈부(25)들은 결합부재(10)에 대한 축(20)의 회전방향 즉, 축(20)의 원주방향을 따라 상호 이격되게 배치되어 있다. 이 홈부(25)들 사이의 간격은 서로 동일한 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 상기 홈부(25)들이 축(20)의 원주방향을 따라 90도 간격으로 배치되어 있다. 그리고, 각 홈부(25)는 서로 동일한 규격의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 예컨대, 각 홈부(25)가 시작되는 위치와 그 홈부(25)가 끝나는 위치 사이의 중심각(α)들을 서로 동일하게 하고, 각 홈부(25)의 깊이(d)들을 서로 동일하게 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 각 홈부(25)의 모서리부분은 도 3b에 도시된 바와 같이, 응력이 집중되는 것을 억제하기 위하여 곡면(CS)으로 형성하는 것이 바람직하다.On the other hand, the shaft assembly of this embodiment is a characteristic structure of this invention, and is provided with four groove parts 25 formed concave with respect to the outer peripheral surface of the shaft 20. As shown in FIG. The grooves 25 are spaced apart from each other along the rotational direction of the shaft 20 with respect to the coupling member 10, that is, the circumferential direction of the shaft 20. The intervals between the grooves 25 are preferably equal to each other. In the present embodiment, the grooves 25 are disposed at 90 degree intervals along the circumferential direction of the shaft 20. In addition, it is preferable that each groove part 25 has the shape of the same specification mutually. For example, it is preferable to make the center angles a between the position at which the grooves 25 begin and the position at which the grooves 25 end to be the same, and to make the depths d of each groove 25 equal to each other. Do. And, as shown in Figure 3b, the corner portion of each groove portion 25, it is preferable to form a curved surface (CS) in order to suppress the concentration of stress.

이러한 구성을 가지는 축 결합체에 있어서, 결합부재(10)가 소정의 물체(미도시)에 고정되어 있고 축(20)이 상기 물체에 고정된 결합부재(10)에 대해 회전하게 되면, 종래의 축 결합체에서와 마찬가지로, 축(20)과 상기 유체(30) 사이에는 마찰토오크가 발생하게 된다. 그러나, 본 실시예의 축결합체에 있어서의 마찰토오크의 크기는 종래의 축 결합체에서의 마찰토오크에 비하여 감소되게 되는데 그 이유는 다음과 같다.In the shaft assembly having such a configuration, when the coupling member 10 is fixed to a predetermined object (not shown) and the shaft 20 rotates with respect to the coupling member 10 fixed to the object, a conventional shaft As in the assembly, friction torque is generated between the shaft 20 and the fluid 30. However, the magnitude of the friction torque in the shaft assembly of this embodiment is reduced compared to the friction torque in the conventional shaft assembly because of the following.

먼저, 도 1을 참조하면서 설명한 바와 같은 종래의 축 결합체에서는 결합부재(1)의 내주면(1a)과 마주하는 축(2)의 표면 전체에 유체(30)의 전단응력이 작용하게 되며 따라서 그 축의 표면 전체가 마찰면적이 되게 된다. 반면에, 본 실시예의 축결합체에서는, 축(20)에 원주방향을 따라 배치된 복수의 홈부(25)가 마련되어서 그 홈부(25)들에는 유체(30)가 수용되어 있게 되며, 상기 홈부(25)들에 수용되어 있는 유체(30)의 대부분은 축(20)이 회전될 때 그 홈부(25)들 내에서 강체의 회전과 거의 유사한 속도분포를 갖게 된다. 유체가 강체 회전과 같은 속도 분포를 가질 경우 전단응력은 0이 되므로, 각 홈부(25)의 바닥면과 유체(30) 사이에서는 실질적으로 축(20)의 회전을 방해하는 방향으로 작용하는 마찰토오크는 발생되지 않게 된다. 그러므로, 축(20)에 있어서 상기 유체(30)와 접촉되는 면 중 유체(30)의 전단응력이 작용하는 부분은 홈부(25)들 사이에 위치된 부분들의 외주표면으로 한정되게 되며, 결국 축(20)의 회전을 방해하는 마찰토오크를 발생시키는 면적은 홈부(25)들을 제외한 부분의 외주 표면적만으로 한정되게 된다. 그 결과, 본 실시예의 축 결합체에 있어서는 종래의 축 결합체에 비하여 마찰토오크가 감소되게 된다.First, in the conventional shaft assembly as described with reference to FIG. 1, the shear stress of the fluid 30 acts on the entire surface of the shaft 2 facing the inner circumferential surface 1a of the coupling member 1, and thus The entire surface becomes the friction area. On the other hand, in the shaft coupling body of the present embodiment, a plurality of grooves 25 arranged in the circumferential direction are provided on the shaft 20 so that the fluids 30 are accommodated in the grooves 25, and the grooves ( Most of the fluid 30 contained in 25 has a velocity distribution nearly similar to the rotation of the rigid body within the grooves 25 when the shaft 20 is rotated. If the fluid has a velocity distribution such as rigid body rotation, the shear stress is zero, so friction torque acting in a direction that substantially prevents rotation of the shaft 20 between the bottom surface of each groove 25 and the fluid 30. Will not occur. Therefore, the portion of the shaft 20 in contact with the fluid 30 in which the shear stress of the fluid 30 acts is limited to the outer circumferential surface of the portions located between the grooves 25, and eventually the shaft The area generating friction torque that hinders the rotation of 20 is limited only to the outer circumferential surface area of the portions excluding the grooves 25. As a result, in the shaft assembly of this embodiment, the friction torque is reduced as compared with the conventional shaft assembly.

상기 홈부(25)들에 의한 마찰 토오크의 감소에 대해서는 본 발명자들이 행한 수치해석에 의해서도 쉽게 확인될 수 있는데, 예를 들어 도 3a에 도시된 바와 같은 축 결합체에 있어서, 축(20)의 외경(D1)을 9cm, 결합부재(10)의 내경(D2)을 10cm, 축(20)에 형성된 각 홈부(25)의 깊이(d)를 5mm, 각 홈부(25)의 중심각(α)을 60°로 하고, 축(20)의 외주면과 결합부재(10)의 내주면(11) 사이에 개재되는 유체(30)를 0.00033㎡/sec의 동점성계수 및 891kg/m3의 밀도를 가지는 윤활유로 하고, 축(20)을 화살표(R) 방향으로 1261rpm의 회전수로 회전시키는 것으로 하여, 축에 있어서 소정의 제1포인트(SP)와 그 제1포인트(SP)로부터 상기 화살표(R)의 반대방향으로 90o회전된 위치에 있는 제2포인트(EP) 사이에 위치하는 부분과 유체(30) 사이에 발생되는 마찰토오크에 대해 수치해석한 결과를 도 4에 그래프로서 나타내었다.The reduction of the friction torque by the grooves 25 can be easily confirmed by numerical analysis performed by the present inventors. For example, in the shaft assembly as shown in FIG. 3A, the outer diameter of the shaft 20 ( D1) is 9 cm, inner diameter D2 of coupling member 10 is 10 cm, depth d of each groove portion 25 formed in shaft 20 is 5 mm, and center angle α of each groove portion 25 is 60 °. The fluid 30 interposed between the outer circumferential surface of the shaft 20 and the inner circumferential surface 11 of the coupling member 10 is a lubricant having a kinematic viscosity of 0.00033 m 2 / sec and a density of 891 kg / m 3 , It is assumed that the shaft 20 is rotated at a rotational speed of 1261 rpm in the direction of the arrow R, so that the shaft 20 is rotated from the predetermined first point SP and the first point SP in the opposite direction to the arrow R. a numerical analysis results for the friction torque generated between the second point 90 o portion with fluid 30 which is located between the (EP) in the rotated position in FIG. 4 It is shown as graphs.

도 4에서, 가로축의 각도(θ)는 상기 축(20)의 제1포인트(SP)와제2포인트(EP) 및 그들 사이의 각 측정포인트 각각이 상기 제1포인트(SP)로부터 화살표(R)의 반대방향으로 얼마만큼 회전된 위치에 있는지를 나타내는 각도로서, 예를 들어, 상기 각도(θ)가 30인 경우는 제1포인트(SP)로부터 화살표(R)의 반대방향으로 30o회전된 위치에 위치하는 포인트를 의미한다. 그리고, 각도(θ)가 90인 경우는 제1포인트(SP)로부터 화살표(R)의 반대방향으로 90°회전된 위치에 위치하는 포인트 즉, 제2포인트(EP)를 의미한다. 그리고 세로축은 축(20)의 외측표면상의 각 측정포인트에서의 단위 면적당 마찰토오크(단위는 N/m임)를 나타낸다. 그리고, 실선으로 도시된 그래프는 본 실시예에서의 수치해석결과를 나타낸다. 한편, 도 4의 그래프에서 일점쇄선으로 도시된 것은 종래의 축결합체에서의 수치해석결과를 나타내는 것으로서, 단지 상기 홈부가 형성되어 있지 않다는 점만을 제외하고는 다른 조건들은 본 실시예에서의 측정조건과 동일한 조건하에서 수치해석된 결과를 나타낸다.In FIG. 4, the angle θ of the horizontal axis indicates that the first point SP and the second point EP of the axis 20 and each measuring point therebetween are respectively indicated by arrows R from the first point SP. This is an angle indicating how much the position is rotated in the opposite direction of. For example, when the angle θ is 30, the position is rotated by 30 ° in the opposite direction of the arrow R from the first point SP. It means the point located in. When the angle θ is 90, it means a point located at a position rotated 90 ° from the first point SP in the opposite direction to the arrow R, that is, the second point EP. The vertical axis represents the friction torque per unit area (unit is N / m) at each measurement point on the outer surface of the shaft 20. And the graph shown by the solid line shows the numerical analysis result in a present Example. On the other hand, shown by the dashed line in the graph of Figure 4 shows the numerical results of the conventional shaft coupling body, except that only the groove portion is not formed, other conditions are different from the measurement conditions in this embodiment The numerical results are shown under the same conditions.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 축 결합체에 있어서의 마찰토오크는 모든 측정 포인트에서 동일한 값을 가지는 반면에, 본 실시예의 축 결합체에 있어서는, 상술한 홈부(25)로 인하여, 부분별로 마찰토오크의 크기의 분포가 달라지게 된다. 즉, 본 실시예의 축결합체에 있어서의 상기 각도(θ)가 0°에서 15° 범위 내에 있는 포인트들에서의 마찰토오크는 종래의 축결합체의 경우에 비하여 약간 크나 그 차이가 심하지는 않으며, 상기 각도(θ)가 홈부(25)의 시작 포인트인 15°에 이르기 직전의 부분에서 마찰토오크가 약간 증대되나 그 각도 범위는 매우 작다.한편, 상기 각도(θ)가 홈부(25)의 시작 포인트인 15°에서 그 홈부(25)가 끝나는 75° 범위 내에 있는 포인트들에서의 마찰토오크 즉, 홈부(25)의 바닥면 상의 점들에서의 마찰토오크는, 홈부(25)에 수용되어 그 홈부(25)의 바닥면과 접촉되는 유체(30)가 강체의 회전과 거의 유사한 속도분포를 갖게 됨으로 인하여 그 유체(30)와 홈부(25)의 바닥면 사이의 전단응력이 미미하므로, 종래의 축에서의 경우에 비해 대폭 감소된다. 그리고, 홈부가 끝나는 75°에서부터는 다시 유체(30)에 의한 전단응력의 영향을 받게 되며, 상기 각도(θ)가 75° 부터 대략 76° 범위 내의 포인트들에서는 마찰토오크가 대폭 증가되게 된다. 그러나, 이처럼 대폭 증가되는 부분은 도시된 바와 같이 매우 작은 각도범위로 한정되며 그 각도 범위를 벗어난 위치부터 90°가 되는 부분까지는 상기 0°에서 15° 구간과 거의 유사한 크기의 마찰토오크가 발생되게 된다. 한편, 도 4는 상기 각도(θ)가 0°와 90°사이의 부분에 대한 수치해석 결과를 도시하였는데, 상기 각도(θ)가 90°와 180°사이의 부분과, 상기 각도(θ)가 180°와 270°사이의 부분과, 상기 각도(θ)가 270°와 360°사이의 부분에서도 동일한 마찰토오크분포를 가지게 됨은 물론이다.As can be seen in FIG. 4, while the friction torque in the conventional shaft assembly has the same value at all the measurement points, in the shaft assembly of the present embodiment, due to the above-described groove 25, the friction is part by part. The distribution of the magnitude of the torque will be different. That is, the friction torque at the points where the angle θ in the shaft assembly of the present embodiment is in the range of 0 ° to 15 ° is slightly larger than that of the conventional shaft assembly, but the difference is not severe. The friction torque slightly increases in the portion just before θ reaches 15 °, which is the starting point of the groove 25, but the angle range is very small. On the other hand, the angle θ is 15 °, which is the starting point of the groove 25. The friction torque at the points in the 75 ° range at which the groove 25 ends at, i.e., the friction torque at the points on the bottom surface of the groove 25, is received in the groove 25 and the bottom of the groove 25 The shear force between the fluid 30 and the bottom surface of the groove 25 is insignificant because the fluid 30 in contact with the surface has a velocity distribution that is almost similar to the rotation of the rigid body. Significantly reduced. Then, from 75 ° where the groove ends, the shear stress by the fluid 30 is again affected, and the friction torque is greatly increased at points within the range of 75 ° to approximately 76 °. However, this greatly increased portion is limited to a very small angular range as shown, and the friction torque of a size substantially similar to the 0 ° to 15 ° section is generated from the position beyond the angular range to 90 °. . On the other hand, Figure 4 shows the numerical analysis results for the portion between the angle (θ) between 0 ° and 90 °, wherein the angle (θ) is between the portion between 90 ° and 180 °, the angle (θ) It goes without saying that the friction torque distribution is the same between the portion between 180 ° and 270 ° and the angle θ between 270 ° and 360 °.

이처럼, 본 실시예의 축 결합체에 있어서는, 홈부(25)로 인하여 축의 표면 각부분의 위치별로 다른 마찰토오크 분포를 가지게 되는데, 상기 각도(θ)가 0° 내지 90° 범위의 부분에서의 총 마찰토오크는, 즉 상기 구간에서의 마찰토오크를 0도에서 90도까지 적분한 값은, 종래의 축 결합체의 총 마찰토오크보다 작아짐을 쉽게 알 수 있다.Thus, in the shaft assembly of the present embodiment, the groove 25 has a different friction torque distribution for each position of the surface of the shaft, the total friction torque in the range of the angle (θ) is 0 ° to 90 ° That is, it can be easily seen that the value of the friction torque integrated in the section from 0 degrees to 90 degrees is smaller than the total friction torque of the conventional shaft assembly.

상기 마찰토오크의 분포는 홈부(25)의 수량이나 규격 등에 따라 약간의 차이는 있으나 그 전체적인 분포 형상은 크게 달라지지 않았으며, 또한 전체 마찰토오크의 감소율 즉, 상술한 홈부가 없는 종래의 축 결합체에서의 마찰토오크에 대한 상술한 홈부가 있는 경우의 마찰토오크의 감소율도 크게 변화되지 않음을 확인하였다.The friction torque distribution is slightly different depending on the quantity or size of the groove 25, but the overall distribution shape is not significantly changed, and the reduction rate of the overall friction torque, that is, in the conventional shaft assembly without the groove portion described above It was confirmed that the reduction rate of the friction torque in the case of the above-described grooves with respect to the friction torque of does not change significantly.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 축(20)의 외주면에 형성되는 홈부(25)를 원주방향을 따라 180도 간격으로 2개 형성하고 각 홈부(25)의 중심각(α)을 120°로 형성한 축 조립체에 대해서, 축(20)의 외경을 9cm, 결합부재(10)의 내경을 10cm, 축(20)에 형성된 각 홈부(25)의 깊이(d)를 5mm로 하고, 축(20)의 외주면과 결합부재(10)의 내주면(11) 사이의 유체로서 동점성계수가 0.00033㎡/sec이고 밀도가 891kg/m3인 윤활유를 사용하고, 축(20)을 1261rpm의 회전수로 회전시키는 것으로 하여, 축의 중심각 180°범위 내에 위치하는 부분에 대해 상술한 바와 마찬가지의 방법에 의해 마찰토오크의 분포를 수치해석한 결과, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 도 4에 도시된 마찰토오크 분포와 유사한 형상의 마찰토오크분포가 나타나게 됨을 확인하였다. 이 도 6에 나타난 마찰토오크 분포에 대해서는, 도 4 및 그 도 4에 대한 설명을 참조하면 쉽게 이해될 수 있는 것이므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.For example, as shown in FIG. 5, two grooves 25 formed on the outer circumferential surface of the shaft 20 are formed at intervals of 180 degrees along the circumferential direction, and the center angle α of each groove portion 25 is set to 120 °. With respect to the formed shaft assembly, the outer diameter of the shaft 20 is 9 cm, the inner diameter of the coupling member 10 is 10 cm, and the depth d of each groove 25 formed in the shaft 20 is 5 mm, and the shaft 20 A lubricant having a kinematic viscosity of 0.00033 m 2 / sec and a density of 891 kg / m 3 as a fluid between the outer circumferential surface of the coupling member and the inner circumferential surface 11 of the coupling member 10 and rotating the shaft 20 at a rotational speed of 1261 rpm. As a result of numerically analyzing the distribution of the friction torque by the same method as described above for the portion located within the range of 180 ° of the central angle of the shaft, as shown in FIG. 6, the friction torque distribution shown in FIG. It was confirmed that the friction torque distribution of similar shape appeared. The friction torque distribution shown in FIG. 6 may be easily understood with reference to FIGS. 4 and 4, and thus detailed description thereof will be omitted.

이밖에도 홈부의 규격이나 홈부의 수, 축의 회전속도 등을 달리하면서 수치해석한 결과 그 각각의 마찰토오크 분포는 도 4 및 도 6에 도시된 마찰토오크 분포도와 크게 다를 바 없었으며, 총 마찰토오크는 홈부가 없는 종래의 축 결합체에 비하여 감소된다는 것을 확인하였다.In addition, as a result of numerical analysis by varying the size of the groove, the number of grooves, and the rotational speed of the shaft, the respective friction torque distributions were not significantly different from the friction torque distributions shown in FIGS. 4 and 6, and the total friction torque was It was confirmed that it is reduced compared to the conventional shaft assembly without addition.

상기 실시예들에 있어서는, 홈부가 4개 또는 2개인 것으로 설명 및 도시하였으나 3개 또는 5개 이상의 홈부가 형성될 수도 있음은 물론이다.In the above embodiments, four or two grooves are described and illustrated, but three or five or more grooves may be formed.

본 실시예에 있어서는 홈부(25)들이 서로 동일한 각도 간격으로 배치된 것으로 하였으나, 홈부(25)들이 반드시 동일한 각도 간격을 가져야만 마찰토오크의 감소효과를 얻을 수 있는 것은 아니다. 또한, 각 홈부(25)의 규격 즉, 깊이(d)나 중심각(α)도 상기 실시예들의 것으로 해야만 본원발명의 목적이 달성되는 것은 아니며, 또한 각 홈부(25)들이 서로 동일한 규격을 가져야만 하는 것은 아니다.In the present embodiment, the grooves 25 are arranged at the same angular intervals, but the grooves 25 should not necessarily have the same angular spacing to obtain a friction torque reduction effect. In addition, the specification of each groove portion 25, that is, the depth (d) or the center angle (α) should also be those of the above embodiments does not achieve the object of the present invention, and each groove portion 25 must have the same standard with each other It is not.

그리고, 상기 실시예들에 있어서는, 결합부재(10)와 축(20) 사이에 개재되는 유체가 윤활유인 것으로 설명 및 도시하였으나, 결합부재가 소위 에어 베어링효과에 의해 축을 지지하도록 된 경우에는 상기 유체로서 공기만이 개재될 수도 있다.In the above embodiments, the fluid interposed between the coupling member 10 and the shaft 20 is lubricating oil. However, when the coupling member supports the shaft by the so-called air bearing effect, the fluid is used. Only air may be interposed.

또한, 상술한 실시예들에 있어서는, 결합부재(10)가 소정의 물체에 고정되고 축(20)이 회전되는 것으로 설명하였으나, 축은 고정되고 결합부재가 회전됨으로써 축이 결합부재에 대해 상대회전되는 형태의 축 결합체에도 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다. 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 결합부재(110)와 축(120)을 포함하며, 상기 축(120)은 소정의 물체(미도시)에 고정되며, 상기 결합부재(110)는 그 축(120)에 회전 가능하게 지지된 로울러인 구성을 가지는 축 결합체인 경우에, 실제로 동력을 공급받아 회전하는 결합부재(110)의 내주면(111)에 상술한 바와 같은 홈부(115)가 형성되게 되면, 상술한 실시예에서와 같은 원리에 의해, 그 결합부재(110)와 유체(130)간의 마찰에 기인하는 마찰 토오크가 종래의 축 결합체에서의마찰 토오크에 비하여 감소되게 된다.In addition, in the above-described embodiments, the coupling member 10 is described as being fixed to a predetermined object and the shaft 20 is rotated, but the shaft is fixed and the shaft is rotated relative to the coupling member by rotating the coupling member. Of course, the present invention can also be applied to the shaft assembly of the form. For example, as illustrated in FIG. 7, the coupling member 110 and the shaft 120 are included, and the shaft 120 is fixed to a predetermined object (not shown), and the coupling member 110 is formed on the shaft. In the case of the shaft assembly having a configuration of a roller rotatably supported by the 120, when the groove 115 as described above is formed on the inner peripheral surface 111 of the coupling member 110 that is actually powered and rotated By the same principle as in the above-described embodiment, the friction torque caused by the friction between the coupling member 110 and the fluid 130 is reduced as compared with the friction torque in the conventional shaft assembly.

이상 몇가지 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서, 앞에서 예시된 구성들에 대하여 단순한 설계적인 변경이 가해진 형태 또는 그 예시된 구성들을 조합한 형태 등, 다양한 형태로 구체화될 수 있다.While the present invention has been described with reference to some examples, various modifications, such as a form in which simple design changes have been made to the above-described elements or a combination of the above-described elements, within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. It may be embodied in the form.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체는, 결합부재와, 그 결합부재에 대해 상대회전되는 축을 구비하며, 그 결합부재의 내주면과 축의 외주면 중 실제로 동력을 공급받아 회전하는 부재의 주면에 원주방향으로 복수의 홈부가 형성된 구성을 가짐으로써, 결합부재에 대한 축의 상대회전시에 그 결합부재와 축 사이에 개재된 유체와의 마찰에 기인하는 마찰 토오크가 감소될 수 있다.As described above, the groove-applied shaft assembly for reducing frictional torque according to the present invention includes a coupling member and a shaft which rotates relative to the coupling member, and actually supplies power among the inner circumferential surface of the coupling member and the outer circumferential surface of the shaft. By having a configuration in which a plurality of grooves are formed in the circumferential direction on the main surface of the receiving and rotating member, friction torque due to friction between the engaging member and the fluid interposed between the shaft and the shaft during relative rotation of the engaging member can be reduced. Can be.

Claims (6)

내주면을 가지는 중공의 결합부재 및 상기 결합부재에 끼워져서 그 결합부재에 대한 상대회전이 가능하며, 상기 결합부재의 내주면에 대향하는 외주면을 가지며, 그 외주면과 상기 결합부재의 내주면 사이에는 유체가 개재되는 축을 포함하여 이루어지는 축 결합체에 있어서,A hollow coupling member having an inner circumferential surface and a relative rotation with respect to the coupling member can be inserted into the coupling member, and have an outer circumferential surface opposite to the inner circumferential surface of the coupling member, and a fluid is interposed between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the coupling member. In the shaft assembly comprising an axis to be formed, 상기 축의 상기 결합부재에 대한 상대회전시에 상기 유체와의 사이에 발생되는 마찰토오크가 감소되도록, 상기 결합부재의 내주면과 상기 축의 외주면 중 실제로 동력을 공급받아 회전하는 부재의 주면에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체.In accordance with the circumferential direction, the main surface of the member which is actually powered by the inner circumferential surface of the coupling member and the outer circumferential surface of the shaft is rotated so that the friction torque generated between the fluid and the fluid during the relative rotation of the coupling member with the shaft is reduced. A groove application shaft assembly for reducing friction torque, characterized in that a plurality of groove portions arranged are formed. 내주면을 갖는 중공의 결합부재와, 상기 결합부재에 회전 가능하게 끼워지며 상기 결합부재의 내주면과 대향하는 외주면을 가지며 그 외주면과 상기 결합부재의 내주면 사이에 유체가 개재되는 축을 포함하여 이루어지는 축 결합체에 있어서,And a hollow coupling member having an inner circumferential surface, the shaft being rotatably fitted to the coupling member and having an outer circumferential surface opposite the inner circumferential surface of the coupling member, the shaft being interposed between the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the coupling member. In 상기 축의 회전시에 상기 유체와의 사이에 발생되는 마찰토오크가 감소되도록, 상기 축의 외주면에는 원주방향을 따라 배치된 복수의 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체.Groove application shaft assembly for reducing the friction torque, characterized in that a plurality of grooves disposed along the circumferential direction is formed on the outer circumferential surface of the shaft so that the friction torque generated between the fluid and the fluid during rotation of the shaft is reduced . 제2항에 있어서, 상기 홈부들은 상기 축의 원주방향을 따라 서로 동일한 각도 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체.3. The grooved shaft assembly as claimed in claim 2, wherein the grooves are formed at equal angular intervals along the circumferential direction of the shaft. 제2항에 있어서, 상기 홈부들은 서로 동일한 규격의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체.3. The grooved shaft assembly as claimed in claim 2, wherein the grooves have the same size as each other. 제2항에 있어서, 상기 유체는 윤활유인 것을 특징으로 하는 축 결합체.The shaft assembly of claim 2, wherein the fluid is a lubricant. 제2항에 있어서, 상기 각 홈부의 모서리부분은 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 마찰토오크의 감소를 위한 홈 응용 축 결합체.3. The grooved shaft assembly as claimed in claim 2, wherein the edges of the grooves are curved.
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