KR20040040866A - 압축기용 커넥팅 로드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 압축기용 커넥팅 로드가 탑 클리어런스의 세팅이 용이하지 않고 그 검증 역시 쉽지 않으며 최대압이 인가될 때 대경부 및 소경부의 내주면이 마모될 수 있는 문제점이 있기 때문에,

크랭크샤프트에 끼워지는 대환체 및 상기 대환체에서 일측으로 돌출된 대단로드로 이루어진 대경부와, 피스톤에 압입된 고정핀에 회전 가능하게 설치되는 소환체 및 상기 소환체에서 일측으로 돌출되어 상기 대단로드의 삽입홈에 끼워지는 소단로드로 이루어진 소경부와, 상기 소경부의 소단로드와 상기 대경부의 대단로드 사이에 개재되어 탄성력을 발생하는 스프링과, 상기 대단로드와 소단로드를 결합시키는 조립핀으로 구성됨으로써,

설계시 검증하기 힘든 탐 클리어런스의 세팅을 실시하지 않아도 피스톤과 밸브 사이의 접촉을 방지할 수 있고, 커넥팅 로드가 두 부분으로 분할되어 굽힘강성이 약화되므로 대경부 및 소경부의 마모 정도가 개선되는 압축기용 커넥팅 로드에 관한 것이다.

Description

압축기용 커넥팅 로드 { Connecting rod for compressor }

본 발명은 압축기에서 크랭크샤프트의 회전력을 이용하여 피스톤을 왕복운동시키는 압축기용 커넥팅로드에 관한 것으로서, 특히 대경부와 소경부 사이의 거리가 가변되도록 하여 피스톤과 밸브 사이의 거리인 탑 클리어런스의 보정을 하지 않아도 되는 압축기용 커넥팅 로드에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 내부에 유체가 채워지고 유체의 입출을 위한 밸브가 형성된 실린더와, 상기 실린더의 내부를 왕복하면서 유체를 압축하는 피스톤과, 크랭크샤프트의 회전운동을 상기 피스톤의 왕복운동으로 바꿔주는 커넥팅 로드로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 압축기는 크랭크샤프트의 회전에 따라 피스톤이 실린더 내를 왕복하면서 외부의 유체를 실린더의 내부로 유입시킨 다음, 피스톤 내부의 유체를 압축시킨 후 외부로 유출시키게 된다. 그런데, 압축기의 조립이 잘못되거나 밸브 시스템에 변형이 발생되면 압축 도중 피스톤의 선단부가 밸브 또는 밸브 시스템에 접촉될 수 있고, 이러한 경우 피스톤이 조기 마모되고 소음이 발생되는 원인이 된다. 따라서, 피스톤이 밸브 시스템에 최대한 근접하더라도 일정 거리 이상 이격되어야 한다.

상기 피스톤의 선단과 밸브 사이의 거리를 탑 클리어런스(Top clearance)라 하며, 커넥팅 로드의 중요한 설계인자가 된다. 즉, 크랭크샤프트의 회전에 의하여피스톤이 왕복운동을 할 때 피스톤의 선단이 밸브 또는 밸브 시스템에 닿지 않도록 함은 물론 최대한의 압축이 가능하도록 탑 클리어런스를 적절히 설정해야 한다.

여기서, 커넥팅 로드의 구조를 살펴보면 도 1에 도시된 바와 같이 크랭크 샤프트에 결합되는 대경부(11)와, 상기 대경부(11)에 로드부(13)로 연결되고 피스톤(20)에 결합되는 소경부(12)로 구성된 것을 알 수 있다. 물론, 상기 소경부(12)가 피스톤(20)에 직접 결합될 수는 없으므로, 상기 피스톤(20)의 외측으로부터 압입되어 상기 소경부(12)를 관통하는 고정핀(30)이 설치된다. 이때, 상기 소경부(12)는 상기 고정핀(13)을 중심으로 하여 회전된다.

그런데, 상기 피스톤이 유체를 압축하는 방향으로 이동될 때 압축하중에 의하여 크랭크샤프트가 바깥쪽 및 상하방향으로 휘어지는 현상이 발생될 수 있다. 이때, 상기 커넥팅 로드(10) 및 크랭크샤프트의 강성이 크다면, 크랭크샤프트가 휘어지는 대신에 커넥팅 로드(10)와 크랭크샤프트 및 고정핀의 접촉부위, 즉 대경부(11)의 안쪽 표면이나 소경부의 안쪽 표면에 마모가 발생될 수 있다.

다시 말해서, 종래의 압축기용 커넥팅 로드는 탑 클리어런스의 세팅이 용이하지 않고 그 검증 역시 쉽지 않으며 최대압이 인가될 때 대경부 및 소경부의 내주면이 마모될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 크랭크샤프트에 결합되는 대경부와 피스톤에 결합되는 소경부 사이의 거리를 변화시킬 수 있도록 하여 탑 클리어런스의 보정이 불필요하고 크랭크샤프트와의 접촉부위의 마모를 방지할 수 있도록 한 압축기용 커넥팅 로드를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 압축기의 피스톤 및 커넥팅 로드가 도시된 분해사시도,

도 2는 본 발명에 의한 압축기용 커넥팅 로드가 도시된 분해사시도,

도 3은 본 발명의 압축기용 커넥팅 로드의 측면도,

도 4는 도 3의 "A-A" 단면이 도시된 단면도,

도 5는 본 발명의 압축기용 커넥팅 로드를 적용할 경우 실린더의 압력변화가 도시된 참고도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 대경부 51 : 대환체

52 : 대단로드 53 : 삽입홈

54 : 안착홈 55 : 슬릿홀

60 : 소경부 61 : 소환체

62 : 소단로드 63 : 스프링 홈

64 : 삽입홀 71 : 스프링

72 : 조립핀

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 크랭크샤프트에 끼워지는 대환체 및 상기 대환체에서 일측으로 돌출된 대단로드로 이루어진 대경부와, 피스톤에 압입된 고정핀에 회전 가능하게 설치되는 소환체 및 상기 소환체에서 일측으로 돌출되어 상기 대단로드의 삽입홈에 끼워지는 소단로드로 이루어진 소경부와, 상기 소경부의 소단로드와 상기 대경부의 대단로드 사이에 개재되어 탄성력을 발생하는 스프링과, 상기 대단로드와 소단로드를 결합시키는 조립핀으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 압축기용 커넥팅 로드는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 크랭크샤프트에 끼워지는 대환체(51) 및 상기 대환체(51)에서 일측으로 돌출된 대단로드(52)로 이루어진 대경부(50)와, 피스톤(미 도시)에 압입된 고정핀(미 도시)에 회전 가능하게 설치되는 소환체(61) 및 상기 소환체(61)에서 일측으로 돌출되어 상기 대단로드(52)의 삽입홈(53)에 끼워지는 소단로드(62)로 이루어진 소경부(60)와, 상기 소경부(60)의 소단로드(62)와 상기 대경부(50)의 대단로드(52) 사이에 개재되어 탄성력을 발생하는 스프링(71)과, 상기 대단로드(52)와 소단로드(62)를 결합시키는 조립핀(72)으로 구성된다.

상기 스프링(71)은 상기 소단로드(62)에 형성된 스프링 홈(63)에 삽입/설치되며, 상기 대단로드(62)의 삽입홈(53) 내측에는 상기 스프링(71)의 일단이 안착되는 안착홈(54)이 형성된다. 또, 상기 소단로드(61)에는 상기 조립핀(72)이 삽입되는 삽입홀(64)이 형성되고, 상기 대단로드(62)에는 상기 삽입홀(55)이 끼워진 조립핀(72)이 관통되어 전후 이동될 수 있도록 슬릿홀(55)이 형성된다. 여기서, 상기 조립핀(72)이 빠지게 되면 상기 대경부(50)와 소경부(60)가 분리될 수 있으므로, 상기 조립핀(72)은 상기 소단로드(61)의 삽입홀(64)에 압입/고정되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 조립핀(72)이 소단로드(61)에 고정되어 움직이지만 않는다면 상기 소단로드(61)에 볼트로 체결되더라도 아무런 상관이 없다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 압축기용 커넥팅 로드는 대경부와 소경부 사이의 거리가 신축적으로 변화되어 탑 클리어런스의 설정을 용이하게 한다.

압축기에서 압축이 진행되면 피스톤에 큰 압력이 작용하게 되는데, 이 압력을 소경부(60) 역시 함께 받게 된다. 동시에 크랭크샤프트가 커넥팅 로드를 통해 피스톤을 밀게 되므로 대경부(50)에도 압력이 작용한다. 이때, 상기 소경부(60)의 소단로드(62)와 대경부(50)의 대단로드(52) 사이에는 스프링(71)이 개재되어 있으므로 스프링(71)이 압착되면서 과다한 압력을 해소시키게 된다. 물론, 스프링(71)이 압착되면서 흡수하는 힘이 크랭크샤프트에 의한 피스톤의 왕복 운동을 저해할 정도로 큰 것은 아니고, 단지 크랭크샤프트와 대경부(50)의 대환체(51) 내주면 사이 및 피스톤의 고정핀과 소경부(60)의 소환체(61) 내주면 사이에서 발생될 수 있는 과다한 압력을 해소하여 대환체(51) 및 소환체(61)가 마모되지 않게 한다.

또한, 피스톤이 압력을 받을 때 소경부(60)가 스프링(71)을 압착하면서 대경부(50) 쪽으로 이동되므로, 피스톤의 과다한 이동으로 피스톤의 선단이 밸브에 닿는 일이 발생되지 않게 된다. 따라서, 압축기를 설계할 때 검증하기 어려운 탑 클리어런스의 설정 작업을 정밀하게 할 필요가 없게 되며, 생산성이 향상되는 결과를 가져오게 된다.

상기 소경부(60)는 압력에 의하여 대경부(50) 쪽으로 이동될 때 소단로드(62)가 대단로드(52)의 삽입홈(53) 내에서만 이동되므로 흔들리지 않게 되며, 상기 소경부(60)의 이동량은 대단로드(52)의 슬릿홀(55)의 길이에 따라 달라진다. 즉, 상기 소경부(60)의 소단로드(62)에 형성된 삽입홀(64)에 압입되어 상기 대단로드(52)의 슬릿홀(55)을 관통하는 조립핀(72)의 이동이 슬릿홀(55)에 의해 제한되기 때문에, 상기 소경부(60)의 이동량은 상기 대단로드(52)에 형성된 슬릿홀(55)의 길이에 따라 달라지게 된다. 물론, 상기 대단로드(52)에 형성된 슬릿홀(55)로 인하여 커넥팅 로드의 압축은 가능하지만 일정 길이 이상의 인장은 불가능하게 된다. 즉, 상기 슬릿홀(55)은 상기 커넥팅 로드가 일정 길이 이상으로 인장되는 것을 방지함과 아울러 일정 이상으로 압축되는 것 역시 방지하게 된다.

일반적으로 실린더 내부의 압력변화는 도 5에 도시된 바와 같이 나타난다. 물론, 실제 압력값의 변화는 제품의 냉매특성에 따라 달라지지만 도 5에 도시된 도면과 유사하게 나타나게 된다. 커넥팅 로드의 압축시 문제가 되는 영역은 최대압축압이 걸릴 때이며, 이때의 압력을 Pd'로 설정한다. 그런데, 실제로 커넥팅 로드는압축하중을 크게 받고 인장하중은 거의 받지 않으므로, 압축시의 최대압력인 Pd'를 기준으로 하여 탑 클리어런스를 설정해야 한다.

물론, 본 발명에서는 탑 클리어런스를 설정한 후 실제로 세팅할 필요는 없지만, 탑 클리어런스에 대응되는 커넥팅 로드의 수축길이를 설정해야 한다. 커넥팅 로드의 수축길이는 상기 스프링(71)의 변위와 관련되므로 적절한 스프링 상수를 가진 스프링을 사용해야 한다.

커넥팅 로드의 수축길이()는 탑 클리어런스에 대응되고, 스프링의 변위(x)와 같다. 스프링 포스는 스프링 변위의 함수이므로 하기의 수학식 1과 같이 표현되며, 그에 따라 스프링의 변위(x)를 구할 수 있다.

여기서, Fs는 스프링 포스, k는 스프링 상수이며, x는 스프링의 변위로서 커넥팅 로드의 수축거리()와 같다.

또, 피스톤에 걸리는 최대의 압력하중(Fp)은 최대압력(Pd')과 피스톤의 단면적(A)에 의해 결정되므로 하기의 수학식 2로 표현된다.

그런데, 스프링에 작용되는 스프링 포스(Fs)는 실제로는 피스톤에 작용하는 압력하중(Fp)와 동일하므로, 스프링의 변위(x)는 상기 수학식 1과 수학식 2를 통해하기의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.

따라서, 스프링 상수(k)는 상기 수학식 3을 통해 하기의 수학식 4와 같이 필요한 탑 클리어런스에 따라 결정하면 된다.

또한, 커넥팅 로드가 대경부(50)와 소경부(60)의 두 부분으로 분리되어 있어 커넥팅 로드의 굽힘강성이 약해지게 되고, 그에 따라 크랭크샤프트에 의한 커넥팅 로드의 굽힘시 대경부(50)의 대환체(51) 내주면 및 소경부(60)의 소환체(61) 내주면이 마모되는 것을 억제할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 압축기용 커넥팅 로드는 설계시 검증하기 힘든 탐 클리어런스의 세팅을 실시하지 않아도 피스톤과 밸브 사이의 접촉을 방지할 수 있고, 커넥팅 로드가 두 부분으로 분할되어 굽힘강성이 약화되므로 대경부 및 소경부의 마모 정도가 개선되는 이점이 있다.

또한, 조립 핀을 이용하여 대경부와 소경부를 조립하게 되므로 조립의 편의성을 확보할 수 있고, 대경부의 대단로드에 형성된 슬릿홀을 통해 압축은 가능하지만 일정 길이 이상의 인장은 불가능하게 하여 실린더의 내부압력에 따라 커넥팅 로드의 길이가 신축될 수 있도록 한 다른 이점이 있다. 여기서, 상기 슬릿홀은 커넥팅 로드가 일정길이 시앙으로 인장되는 것을 방지함은 물론 일정 이상으로 압축되는 것 역시 방지하게 된다.

Claims (7)

1. 크랭크샤프트에 끼워지는 대환체 및 상기 대환체에서 일측으로 돌출된 대단로드로 이루어진 대경부와, 피스톤에 압입된 고정핀에 회전 가능하게 설치되는 소환체 및 상기 소환체에서 일측으로 돌출되어 상기 대단로드의 삽입홈에 끼워지는 소단로드로 이루어진 소경부와, 상기 소경부의 소단로드와 상기 대경부의 대단로드 사이에 개재되어 탄성력을 발생하는 스프링과, 상기 대단로드와 소단로드를 결합시키는 조립핀으로 구성된 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스프링은 상기 소단로드에 형성된 스프링 홈에 삽입/설치된 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 스프링의 스프링 상수는 하기의 수학식에 의해 산정된 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.

   상기 k는 스프링 상수, Pd'은 실린더 내부의 최대압력, A는 실린더의 단면적,은 커넥팅로드의 수축길이로서 탑 클리어런스에 대응되는 값이다.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 대단로드는 상기 삽입홈의 내측에 상기 스프링의 일단이 안착되는 안착홈을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 소단로드는 상기 조립핀이 삽입되는 삽입홀을 구비하고, 상기 대단로드는 상기 삽입홀이 끼워진 조립핀이 관통되어 전후 이동될 수 있도록 슬릿홀을 구비한 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 조립핀은 상기 소단로드의 삽입홀에 압입 고정된 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 조립핀은 상기 소단로드의 삽입홀에 볼트 체결을 통해 고정된 것을 특징으로 하는 압축기용 커넥팅 로드.