KR20090017194A

KR20090017194A - 1축 2점 고정 러더

Info

Publication number: KR20090017194A
Application number: KR1020070081759A
Authority: KR
Inventors: 오수연
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2009-02-18
Also published as: KR101141879B1

Abstract

본 발명은 1축 2점 고정 러더에 관한 것으로, 러더에 작용하는 프로펠러 후류력에 대한 러더블레이드의 굽힘강성을 보완함과 동시에 두개의 지지점간에 하나의 축의 연속성에 따른 굽힘강성을 갖게 됨으로써 전단강도만을 고려한 기존의 축 직경을 감소할 수 있으며, 러더 크기에 대한 설계 구속조건을 완화함으로써 프로펠러 후방의 선박 선미 공간을 최대한으로 활용하게 되어 높은 효율의 러더 형상을 설계할 수 있도록 하는 1축 2점 고정 러더를 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 선체에 고정되는 러더혼몸체와, 상기 러더혼몸체 일측면 상,하부에 돌출되도록 형성되는 상부결합부 및 하부결합부와, 상기 상부결합부의 내부에 구비되는 상부베어링, 하부결합부의 내부에 구비되는 하부베어링으로 이루어진 러더혼; 상기 하부결합부가 끼워질 수 있도록 일측면 삽입부가 형성되어 있는 러더블레이드 몸체와, 상기 삽입부의 상부에 형성되는 상부하우징과, 상기 삽입부의 하부에 형성되는 러더캐스팅으로 이루어진 러더블레이드; 상기 러더혼의 상부결합부와, 러더블레이드의 상부하우징, 및 러더혼의 하부결합부를 차례대로 관통하여 상기 러더캐스팅에 압입 고정되는 회전축을 포함하여 구성되어, 상기 회전축의 끝단은 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅에 타이트피팅 되도록 결합되고 상기 상부하우징 내부에서는 루즈피팅 되도록 결합되는 것을 그 기술적 요지로 한다.

러더, 러더혼, 러더블레이드, 상부베어링, 하부베어링, 루즈피팅, 타이트피팅, 회전축

Description

1축 2점 고정 러더{1 shaft 2 point fix rudder}

본 발명은 1축 2점 고정 러더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 러더혼과 러더블레이드를 하나의 회전축으로 연결하여 1개축 2개지점의 고정방식으로 러더혼과 러더블레이드를 연결해줌으로써 러더블레이드의 굽힘강성을 보완함과 동시에 2지지점간 1축의 연속성에 따른 굽힘강성을 가져 회전축의 직경을 감소시킬 수 있으며, 러더의 크기에 대한 설계 구속조건을 완화하므로써 프로펠러 후방의 선박 선미 공간을 최대한으로 활용하게 되어 최고 효율의 러더 형상을 설계할 수 있는 1축 2점 고정 러더를 제공함에 있다.

일반적으로 러더는 프로펠러의 후방에 위치하여 프로펠러에 의해 발생되는 후류를 직업 받아 이를 방향전환 시켜 선박의 진행방향을 변경하도록 구성되는 것이다.

상기 러더(10)는 도 1 에서와 같이 선체에 고정되는 러더혼(20)과, 상기 러더혼(20)에 러더스톡(40) 및 핀틀(41)에 의해 축 결합되어 회전가능하도록 연결됨 으로써 선박의 방향을 제어하는 러더블레이드(30)를 포함하여 구성된다.

상기 러더혼(20)은 도면에서와 같이 선박에 고정되는 러더혼몸체(21)와, 상기 러더혼몸체(21)의 일측면 상단에 형성되고 내부에 상부베어링(23)이 구비되며 상기 러더스톡(40)이 삽입되는 상부결합부(22)와, 상기 상부결합부(22)의 하부에 위치하고 내부에 하부베어링(25)이 구비되며 상기 핀틀(41)이 삽입되는 하부결합부(24)로 구성된다.

상기 상부베어링(23)과 하부베어링(25)은 상부결합부(22) 및 하부결합부(24)에 삽입되는 러더스톡(40) 및 핀틀(41)이 원활하게 마찰되어 회전하고 지지할 수 있도록 설치되는 것이다.

한편 상기 러더블레이드(30)는 프로펠러(100) 후류력을 받아 방향을 전환하는 블레이드몸체(31)와, 상기 블레이드몸체(31) 일측단 중앙을 절개되도록 형성되는 삽입부(32)와, 상기 삽입부(32)의 상부에 형성되는 상부하우징(33)과, 상기 삽입부(32)의 하부에 형성되어 상기 러더혼(20)의 하부결합부(24)를 통해 삽입된 핀틀(41)이 고정되는 러더캐스팅(34)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 러더혼(20)과 러더블레이드(30)는 러더혼(20)의 하부결합부(24)가 상기 러더블레이드(30)의 삽입부(32)로 삽입되어 하부결합부(24)를 통해 러더캐스팅(34)에 삽입되는 핀틀(41) 및 상기 상부결합부(22)를 통해 상부하우징(33)에 결합되는 러더스톡(40)에 의해 결합된다.

상기와 같이 구성되는 러더(10)는, 프로펠러(100) 후류력을 받아 발생되는 러더(10)의 회전력은 러더스톡(40) 자체의 비틂 강성으로 조타장치에 전달하며, 또 한 러더(10)에 작용된 프로펠러(100) 후류력은 핀틀(41)과 러더스톡(40) 자체의 전단강성과 굽힘강성으로 러더혼(20)에 고정된 상부베어링(23) 및 하부베어링(25)을 통하여 선체에 전달하게 되는 것이다.

이때 상기 핀틀(41)은 러더블레이드(30) 중앙부에 위치하며 외팔보 형태로 러더캐스팅(30)에 압입식으로 고정되어 있으며, 러더스톡(40)은 핀틀(41)과 같은 중심선상에 러더블레이드(30)의 상부하우징(33)에 압입식으로 고정되어 있다.

상기와 같이 구성되는 종래의 러더(10)는 러더블레이드(30)와 러더혼(20)의 구조상 러더(10)가 받는 프로펠러(100) 후류력 대부분을 외팔보 형태의 핀틀(41)의 전단강성과 굽힘강성으로 하부베어링(25)을 통하여 러더혼(20)에 전달한다. 한편 러더(10)의 구조상 러더스톡(40)이 고정되는 러더(10) 상부와 핀틀(41)이 설치되는 러더캐스팅(34) 사이에는 러더블레이드(30)가 굽힘에 가장 취약한 부위임을 보여주고 있으며, 이 취약함에 의해 러더스톡(40)에 굽힘 영형을 전이하게 되어 러더스톡(40)의 직경이 커지게 되는 문제점이 있다.

이렇게 러더스톡(40)의 직경이 커짐으로써 러더(10)가 중량화 되어 자재비가 많이 소모되고, 프로펠러(100)의 후류력을 받는 효율 또한 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출되는 것으로,　 러더에 작용하는 프로펠러 후류력에 대한 러더블레이드의 굽힘강성을 보완함과 동시에 두개의 지지점간에 하나의 축의 연속성에 따른 굽힘강성을 갖게 됨으로써 전단강도만을 목적으로한 축 직경을 감소할 수 있으며, 러더 크기에 대한 설계 구속조건을 완화함으로써 프로펠러 후방의 선박 선미 공간을 최대한으로 활용하게 되어 최고 효율의 러더 형상을 설계할 수 있도록 하는 1축 2점 고정 러더를 제공함에 있다.

선체에 고정되는 러더혼몸체와, 상기 러더혼몸체 일측면 상,하부에 돌출되도록 형성되는 상부결합부 및 하부결합부와, 상기 상부결합부의 내부에 구비되는 상부베어링, 하부결합부의 내부에 구비되는 하부베어링으로 이루어진 러더혼; 상기 하부결합부가 끼워질 수 있도록 일측면 삽입부가 형성되어 있는 러더블레이드몸체와, 상기 삽입부의 상부에 형성되는 상부하우징과, 상기 삽입부의 하부에 형성되는 러더캐스팅으로 이루어진 러더블레이드; 상기 러더혼의 상부결합부와, 러더블레이드의 상부하우징, 및 러더혼의 하부결합부를 차례대로 관통하여 상기 러더캐스팅에 압입 고정되는 회전축을 포함하여 구성되어, 상기 회전축의 끝단은 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅에 타이트피팅 되도록 결합되고 상기 상부하우징 내부에서는 루즈피팅 되도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 선체에 고정되는 러더혼몸체와, 상기 러더혼몸체 일측면 하부에 돌출되도록 형성되는 하부결합부 및 상기 하부결합부의 내부에 구비되는 하부 베어링으로 이루어진 러더혼; 상기 하부결합부가 끼워질 수 있도록 일측면에 삽입부가 형성되어 있는 러더블레이드몸체와, 상기 삽입부의 상부에 형성되는 상부하우징과, 상기 삽입부의 하부에 형성되는 러더캐스팅으로 이루어진 러더블레이드; 상기 러더블레이드의 상부하우징과, 러더혼의 하부결합부를 관통하여 상기 러더캐스팅에 압입 고정되는 회전축을 포함하여 구성되어, 상기 회전축의 끝단은 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅에 타이트피팅 되도록 결합되고 상기 상부하우징 내부에서는 루즈피팅 되도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성 및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는,

러더혼과 러더블레이드가 하나의 회전축에 의해서 결합되고, 2개의 지점에서 연결됨으로써 러더블레이드의 굽힘강성이 강화되며, 회전축은 양단 지지방식이 되어 그 자체만으로 굽힘강성이 크게 되어 회전축의 직경을 감소할 수 있으며, 이로 인해 러더 크기에 대한 설계 구속조건을 완화함으로써 프로펠러 후방의 선박 선미 공간을 최대한으로 활용하게 되어 높은 효율의 러더 형상을 설계할 수 있고 원가를 절감할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

이하, 본 발명에 대하여 구성 및 작용을 첨부도면과 연계하여 상세히 설명한 다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 의한 러더의 설치구조를 나타낸 예시도로서, 본 발명의 러더(10)는 선체에 고정되는 러더혼(20)과, 상기 러더혼(20)에 결합되는 러더블레이드(30)와, 상기 러더혼(20)에 러더블레이드(30)가 회전가능하도록 연결해주는 회전축(50)을 포함하여 구성된다.

상기 러더혼(20)은 선체에 결합되는 러더혼몸체(21)와, 상기 러더혼몸체(21)의 일측면 상부에 돌출되도록 형성되는 상부결합부(22)와, 상기 러더혼몸체(21)의 일측면 하부에 돌출되도록 형성되고 상기 상부결합부(22)와 동일축상에 위치하는 하부결합부(24)와, 상기 상부결합부(22)의 내부에 구비되는 상부베어링(23) 및 하부결합부(24)의 내부에 구비되는 하부베어링(25)으로 구성된다.

한편 상기 러더블레이드(30)는 상기 러더혼(20)의 하부결합부가 삽입될 수 있도록 일측단 중심에 절개되도록 삽입부(32)가 형성되어 있는 블레이드몸체(31)와, 상기 삽입부(32)의 상부에 형성되는 상부하우징(33)과, 상기 삽입부(32)의 하부에 형성되는 러더캐스팅(34)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 러더혼(20)에 러더블레이드(30)가 결합될 경우 상기 러더블레이드(30)의 삽입홈(32)의 내부로 러더혼(20)의 하부결합부(24)가 삽입되고, 상부결합부(22)는 러더블레이드(30)의 상부하우징(33)의 상부에 위치하게 된다.

이렇게 러더혼(20)과 러더블레이드(30)가 위치하면 회전축(50)이 러더혼(20)의 상부결합부(22), 러더블레이드(30)의 상부하우징(33), 러더혼(20)의 하부결합 부(24)를 차례대로 관통하여 러더캐스팅(34)에 압입 고정됨으로써 러더혼(20)에 러더블레이드(30)가 회전가능하도록 연결되는 것이다..

이때 상기 회전축(50)은 끝단이 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅(34)에 타이트피팅(61) 되도록 결합되고, 상기 상부하우징(33) 내부에서는 루즈피팅(60)되도록 결합된다.

러더(10)와 회전축(50)을 일체화 결합하기 위해 쐐기 기능을 하는 원뿔형태를 취하는 것이며, 기계결합의 통상적 방법중의 하나임. 상부하우징(33) 내부에서 루즈피팅을 하는 이유는, 우선 첫째로 회전축(50)을 러더(10) 상부에서 부터 즉, 회전축(50)이 상부하우징(33)을 관통해서 통과한 후 아래쪽 러더캐스팅(34)의 원뿔형 구멍에 삽입되므로 상부하우징(33) 구멍은 회전축(50)보다 약간 커야한다. 둘째로 상부하우징(33) 구멍이 너무크면 회전축(50)과의 기계적 접촉관계가 없어진다. 즉 고정 결합이라 할 수 없다.

상기와 같이 구성되는 러더(10)는 프로펠러(100) 후류력에 의해 러더블레이드(31)가 작동될 경우 회전축(50)에 의해 축 강성에 따른 러더블레이드(30)의 굽힘강성이 증대되고, 인장강성이 생성되어 기존의 핀틀(41) 기능의 굽힘강성을 보완해주게 되는 것이다.

상기와 같이 굽힘강성이 보강됨으로써 러더블레이드(30)는 더 강해지며 회전축(50)자체의 직경을 축소할 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 러더(10)는 상부베어링(23)과 하부베어링(25)을 통해 집중하중을 받는 양단 지지보 형식이며, 아래와 같이 고정단(51) 및 하부베어 링(25)에서의 회전축(50)의 굽힘모멘트가 추정된다. 여기서 고정단(51)은 러더캐스팅(34)에 원뿔형으로 타이트피팅된 회전축(50) 원뿔부 위쪽 끝단을 나타내는 것이다.

고정단 굽힘모멘트(Mb)

Mb = R1×Lb×LB/{2(Lb+LB)²}×(2Lb+LB)+ (0.25~0.33)×Mp

하부베어링 지점 굽힘모멘트(Mc)

Mc = R1× Lb× LB/{2(Lb+LB)³}× (3Lb+2LB)+ (0.25~0.33)×Mp

여기서,

R1 : 하부베어링의 반력　　　

Mp : 하부베어링 지점 부위에서의 하부 러더블레이드에 작용한 러더포스에 의한 굽힘모멘트

Lb: 러더 상부 끝단에서 하부베어링 반력부까지 거리

LB: 하부베어링 반력부에서 러더캐스팅 콘 상부 끝단까지 거리

아룰러 상기 하부베어링 반력은 프로펠러 후류력이 러더블레이드를 밀어내는 힘으로 작용하는 것으로 이는 하부베어링과 상부베어링을 통해 선체로 전달됨. 이때 하부베어링을 통해 전달되는 힘임.

한편 도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 러더의 설치구조를 나타낸 예시도로서, 본 발명의 러더(10)는 선체에 고정되는 러더혼(20)과, 상기 러더혼(20)에 결합되는 러더블레이드(30)와, 상기 러더혼(20)에 러더블레이드(30)가 회전가능하도록 연결해주는 회전축(50)을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 러더혼(20)은 선체에 결합되는 러더혼몸체(21)와, 상기 러더혼몸체(21)의 일측면 하부에 돌출되도록 형성되는 하부결합부(24)와, 상기 하부결합부(24)의 내부에 구비되는 하부베어링(25)으로 구성된다.

한편 상기 러더블레이드(30)는 상기 러더혼(20)의 하부결합부(24)가 삽입될 수 있도록 일측단 중심에 절개되도록 삽입부(32)가 형성되어 있는 블레이드몸체(31)와, 상기 삽입부(32)의 상부에 형성되는 상부하우징(33)과, 상기 삽입부(32)의 하부에 형성되는 러더캐스팅(34)으로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 러더혼(20)과 러더블레이드(30)는 러더블레이드(30)의 상부하우징(33) 및 러더혼(20)의 하부결합부(24)를 관통하고 러더블레이드(30)의 러더캐스팅(34)에 압입 고정되는 회전축(50)에 의해 결합된다.

즉 러더혼(20)의 상부결합부(22) 및 상부베어링(23)이 없이 러더혼(20)의 하부결합부(24) 및 하부베어링(25)을 이용하여 러더혼(20)과 러더블레이드(30)가 결합되어 있는 것으로, 프로펠러(100)에 의해 가해지는 대부분의 후류력을 하부베어링(25) 만을 통해서 러더혼(20)에 전달 할 수 있도록 회전축(50)이 하부결합부(24)의 하부베어링(25)을 관통해서 러더블레이드(30)에 결합되어 있는 것이다.

이와 같은 본 발명은 회전축(50)이 러더캐스팅(34)에 결합되고 하부베어 링(25)을 통해 하중을 전달하는 집중하중을 받는 양단 지지보(일단고정, 타단 자유단) 형식이며, 아래와 같이 고정단 및 하부베어링 반력 지점에서의 회전축의 굽힘모멘트가 추정된다.

고정단 굽힘모멘트(Mb )

Mb = R1× Lb× LB/{2(Lb+LB)²}× (2Lb+LB)+ (0.25~0.33)× Mp

하부베어링 지점 굽힘모멘트(Mc)

Mc = R1× Lb× LB/{2(Lb+LB)³}× (3Lb+2LB)+ (0.25~0.33)× Mp

여기서,

R1 : 하부베어링의 반력　　　　　　　

Mp : 하부베어링 반력 지점 부위에서의 하부 러더블레이드에 작용한 러더포스에 의한 굽힘모멘트

Lb: 러더 상부 끝단에서 하부베어링 반력 지점까지 거리

LB: 하부베어링 반력 지점에서 러더캐스팅 콘 상부 끝단까지 거리

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 일반적인 러더의 설치구조를 나타낸 예시도,

도 2 는 본 발명의 일실시예에 의한 러더의 설치구조를 나타낸 예시도,

도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 의한 러더의 설치구조를 나타낸 예시도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 러더　　　　　　　　　　　　　　　 (20) : 러더혼

(21) : 러더혼몸체　　　　　　　　　 (22) : 상부결합부

(23) : 상부베어링　　　　　　　　　 (24) : 하부결합부

(25) : 하부베어링　　　　　　　　　 (30) : 러더블레이드

(31) : 블레이드몸체　　　　　　　 (32) : 삽입부

(33) : 상부하우징　　　　　　　　　 (34) : 러더캐스팅

(40) : 러더스톡　　　　　　　　　　　 (41) : 핀틀

(50) : 회전축　　　　　　　　　　　　　 (51) : 고정단

(60) : 루즈피팅 (61) : 타이트피팅

(100) : 프로펠러

Claims

선체에 고정되는 러더혼몸체와, 상기 러더혼몸체 일측면 상,하부에 돌출되도록 형성되는 상부결합부 및 하부결합부와, 상기 상부결합부의 내부에 구비되는 상부베어링, 하부결합부의 내부에 구비되는 하부베어링으로 이루어진 러더혼;

상기 하부결합부가 끼워질 수 있도록 일측면 삽입부가 형성되어 있는 러더블레이드몸체와, 상기 삽입부의 상부에 형성되는 상부하우징과, 상기 삽입부의 하부에 형성되는 러더캐스팅으로 이루어진 러더블레이드;

상기 러더혼의 상부결합부와, 러더블레이드의 상부하우징, 및 러더혼의 하부결합부를 차례대로 관통하여 상기 러더캐스팅에 압입 고정되는 회전축을 포함하여 구성되어,

상기 회전축의 끝단은 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅에 타이트피팅 되도록 결합되고 상기 상부하우징 내부에서는 루즈피팅 되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 1축 2점 고정 러더.
선체에 고정되는 러더혼몸체와, 상기 러더혼몸체 일측면 하부에 돌출되도록 형성되는 하부결합부 및 상기 하부결합부의 내부에 구비되는 하부베어링으로 이루 어진 러더혼;

상기 하부결합부가 끼워질 수 있도록 일측면에 삽입부가 형성되어 있는 러더블레이드몸체와, 상기 삽입부의 상부에 형성되는 상부하우징과, 상기 삽입부의 하부에 형성되는 러더캐스팅으로 이루어진 러더블레이드;

상기 러더블레이드의 상부하우징과, 러더혼의 하부결합부를 관통하여 상기 러더캐스팅에 압입 고정되는 회전축을 포함하여 구성되어,

상기 회전축의 끝단은 원뿔형태로 형성되어 상기 러더캐스팅에 타이트피팅 되도록 결합되고 상기 상부하우징 내부에서는 루즈피팅 되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 1축 2점 고정 러더.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전축 고정단(고정단의 위치 표시)의 굽힘모멘트 Mb 는

Mb = R1× Lb× LB/{2(Lb+LB)²}× (2Lb+LB)+ (0.25~0.33)× Mp 이고,

또한 상기 회전축 하부베어링 지점 의 굽힘모멘트 Mc 는

Mc = R1× Lb× LB/{2(Lb+LB)³}× (3Lb+2LB)+ (0.25~0.33)× Mp

인 것을 특징으로 하는 1축 2점 고정 러더.