KR20110018483A - 스페리컬 베어링 - Google Patents

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    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
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    • E01D19/041—Elastomeric bearings

Abstract

철도 교량의 상판 등의 상부구조물의 하중을 교각 등의 하부구조물로 전달하며 상부구조물로부터의 변형 및 이동을 흡수 또는 지지하는 스페리컬 베어링(spherical bearing)이 개시된다. 상기 스페리컬 베어링은 상방 또는 하방으로 볼록한 구면부를 구비하는 구면블록, 상기 구면부에 대응되며 상기 구면부가 결합되는 오목한 구면홈을 구비하고 상기 구면블록에 대하여 제1차의 회전을 허용되는 구면홈부재, 상기 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에서 상기 구면블록과 간격을 두고 배치되는 받침부재 및 상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 설치되어 상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 작용하는 수직하중을 완충하여 줌과 아울러 상기 구면블록에 작용하는 수평력을 그 수평력이 작용하는 초기부터 상기 받침부재에 지지하여 상기 구면블록이 상기 받침부재에 대해 미끄럼운동을 하는 것을 방지하며 상기 받침부재에 대한 상기 구면블록의 제2차의 회전을 허용하는 탄성부재를 포함하는 구성을 가진다.
교좌장치, 철도, 스페리컬, 스페리칼, 베어링

Description

스페리컬 베어링{Spherical bearing}
본 발명은 교좌장치에 관한 것으로, 특히 교량 상판 등의 상부구조물의 하중을 교각 등의 하부구조물로 전달하며 상부구조물로부터의 변형 및 이동을 흡수 또는 지지하는 스페리컬 베어링(spherical bearing)에 관한 것이다.
일반적으로, 교좌장치는 교량의 상판 구조물과 교각 콘크리트 구조물 사이에 설치되어 상판 구조물로부터 전달되어 오는 모든 하중을 교각 콘크리트 구조물에 전달하는 역할을 한다. 이러한 교좌장치는 단순히 하중을 전달하는 기능만 수행하는 것이 아니라 상판 구조물의 열팽창이나 수축 허용, 열차나 자동차의 시동 또는 제동 시의 동하중지지, 지진 시의 충격력 흡수 및 부반력에 의한 상부구조물의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 이러한 역할을 하는 교좌장치들 중 철도교에는 주로 스페리컬 베어링이 많이 설치되고 있다.
도 1은 종래의 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 부분 단면도이다.
도 1의 스페리컬 베어링(10)은 기초너트(11)와 볼트(12) 등을 통해 교각 등의 하부구조물에 고정되고 상면에 구면홈(13a)이 형성되어 있으며 양측 가장자리에 상방으로 돌출된 상방돌출부(13b)를 갖는 받침판(13)과 구면홈(13a)에 결합되는 구 면부(14a)와 그 반대편의 평면부(14b)를 갖는 구면블록(14)을 구비한다.
이 구면블록(14)의 가장자리를 따라서는 슬라이딩블록(15)과 구면블록(14)의 평면부(14b) 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 고무 실(rubber seal, 14c)이 설치되어 있다.
구면블록(14)의 평면부(14b) 상에는 슬라이딩블록(15)이 탑재되어 있다. 이 슬라이딩블록(15)은 교량상판 등의 상부구조물 저면에 고정되며, 구면블록(14)에 대해서는 수평이동 가능하다. 이 슬라이딩블록(15)의 양측에는 측방으로 돌출된 측면돌출부(15a)가 각각 형성되어 있다. 이 측면돌출부(15a)의 중앙부에는 상방돌출부(13b)가 삽입된 상태에서 슬라이딩블록(15)이 일정 거리 이상 이동 시 상방돌출부(13b)에 걸림으로써 슬라이딩블록(15)의 전후 이동거리를 제한하기 위한 홈이 형성되어 있는 데, 이는 오른쪽의 단면 상태와 왼쪽의 비단면 상태를 비교하면 알 수 있다. 홈의 길이는 상방돌출부(13b)의 전후 방향의 크기와 허용하고자 하는 슬라이딩블록(15)의 이동거리에 따라 조정한다.
받침판(13)의 양측 상방돌출부(13b)에는 슬라이딩블록(15)이 부반력에 의해 상방으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈방지부재(16)가 각각 설치되어 있다.
이러한 구성의 종래의 스페리컬 베어링(10)에서 슬라이딩블록(15)은 구면블록(14)과 함께 상부구조물의 회전을 허용할 수 있어야 하기 때문에 측면돌출부(15a)는 상방돌출부(13b)와 간격(gap)을 두고 설치된다. 통상 좌측과 우측에 각각 5㎜ 정도씩 간격을 두고 있다.
본 발명자는 위에서 설명한 바와 같은 종래의 스페리컬 베어링에는 다음과 같은 문제점들이 있음을 발견하였다.
첫째, 종래의 스페리컬 베어링은 상하방향의 충격을 완충하여주지 못하기 때문에 상하방향으로 충격력이 작용 시 슬라이딩블록 등이 파손될 우려가 있다.
둘째, 종래의 스페리컬 베어링은 측면돌출부(15a)와 상방돌출부(13b) 사이의 간격으로 인해 초기에 수평력을 받아주지 못하기 때문에 정확한 수평력 전달이 어렵다. 통상 철도 시방서에는 시동 또는 제동 시의 레일의 수평변위를 4㎜ 이내로 제한하고 있는 데, 측면돌출부(15a)와 상방돌출부(13b) 간의 간격이 좌, 우로 각각 5㎜ 정도이기 때문에 종래의 스페리컬 베어링은 최대 10㎜ 정도까지 레일의 변위를 허용할 수 있는 문제점이 있다. 즉, 종래의 스페리컬 베어링은 레일의 수평변위를 4㎜ 범위 내로 지지하여주지 못한다. 레일이 자갈도상에 설치된 경우에는 레일의 수평변위를 어느 정도 탄력적으로 받아주지만, 레일이 콘크리트 도상에 설치된 경우에는 레일의 수평변위를 탄력적으로 받아주지 못하기 때문에 레일을 지지하고 있는 콘크리트가 파손되는 등의 심각한 문제가 생길 수 있다.
셋째, 슬라이딩블록이 가속된 상태에서 상방돌출부 등에 부딪히기 때문에 상호간에 작용하는 충격력이 크다.
넷째, 받침판의 구면홈에 물과 이물질이 들어가서 구면블록이 구면홈에 고착되어 스페리컬 베어링 본래의 기능인 회전기능이 저하 또는 상실되는 문제점이 있다.
그 외에 슬라이딩블록과 구면블록 사이의 내부로 이물질이 들어가지 못하도록 구면블록 가장자리를 따라 고무 실을 설치하데, 슬라이딩블록의 수평이동 시 고무 실이 두 부재 사이로 물려 들어가서 찢어지는 등의 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상하방향의 충격력을 완충하여줄 수 있는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열차의 시동 또는 제동 등에 의한 수평방향의 상시하중을 수평력이 작용하는 초기부터 그 수평력을 지지하여줌으로써 회전허용을 위한 구성요소들 간의 간격에 상관없이 레일의 변위를 4㎜ 이내로 보장할 수 있는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상부구조물의 회전허용을 위한 베어링 구성요소들 간의 갭을 줄임으로써 레일의 변위를 4㎜ 이내로 보장할 수 있는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 지진 등에 의한 큰 수평력이 작용 시에도 안정적으로 상부구조물이 측방으로 이탈되는 것을 방지할 수 있는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구면홈에 물이 고이는 것을 방지함으로써 구면블록이 구면홈에 고착되어 회전기능을 상실할 우려가 없는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상부구조물의 회전을 2중으로 허용할 수 있는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 이물질이 베어링 내부로 유입되는 것을 방지하면서도 고무 실이 찢어지는 등의 파손의 염려가 없는 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 마찰부위의 마모가 적은 스페리컬 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상방 또는 하방으로 볼록한 구면부를 구비하는 구면블록, 상기 구면부에 대응되며 상기 구면부가 결합되는 오목한 구면홈을 구비하고 상기 구면블록에 대하여 제1차의 회전을 허용되는 구면홈부재, 상기 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에서 상기 구면블록과 간격을 두고 배치되는 받침부재 및 상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 설치되어 상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 작용하는 수직하중을 완충하여 줌과 아울러 상기 구면블록에 작용하는 수평력을 그 수평력이 작용하는 초기부터 상기 받침부재에 지지하여 상기 구면블록이 상기 받침부재에 대해 미끄럼운동을 하는 것을 방지하며 상기 받침부재에 대한 상기 구면블록의 제2차의 회전을 허용하는 탄성부재를 포함하는 구성을 가진다.
상기 구면홈부재와 상기 받침부재 중 어느 하나에 설치되고 다른 하나가 부반력에 의해 이탈되는 것을 방지하도록 다른 하나의 일부분에 걸릴 수 있는 걸림부를 갖는 이탈방지부를 더 포함하는 것을 바람직하다.
상기 받침부재와 상기 구면홈부재 중 하나는 가장자리를 따라 배치되고 상방 으로 돌출된 상방돌출부를 구비하고, 다른 하나의 단부는 마주보는 상방돌출부 사이의 내부로 삽입되어 있는 것이 좋다.
경우에 따라, 상기 받침부재와 구면블록 중 하나에는 핀구멍이 형성되어 있고, 다른 하나에는 상기 탄성부재를 관통하여 상기 핀구멍에 삽입되는 핀이 설치되어 있을 수 있다.
상기 구면홈 반대편의 상기 구면홈부재에는 상기 구면홈부재에 대해 일 방향으로 수평이동 가능하고 상기 걸림부에 걸리는 걸림턱이 형성되어 있는 슬라이딩블록이 더 구비될 수 있다.
상기 슬라이딩블록에는 간격을 두고 안쪽 또는 바깥쪽으로 각각 돌출되거나 상기 슬라이딩블록의 수평이동방향의 홈으로 형성되어 상기 구면홈부재, 상기 걸림부 또는 상기 받침부재의 대응부위에 걸림으로써 상기 슬라이딩블록의 수평이동거리를 제한하고 상기 슬라이딩블록이 수평방향으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈방지턱이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구면블록의 구면부는 상방으로 볼록하게 배치되고, 상기 구면홈부재는 상기 구면블록 위에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구면블록과 상기 구면홈부재의 마찰면에는 내마모성 금속소결층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 받침부재와 상기 구면홈부재 사이에는 이물질이 내부로 들어가는 것을 방지하기 위한 고무로 된 밀봉재가 설치되어 있는 것을 좋다.
상기 탄성부재는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 80A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 65D 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 기존의 스페리컬 베어링의 기능을 향상시킨 것으로, 스페리컬 베어링에서 상하방향의 충격을 완충하여줄 수 있고, 상부구조물의 회전을 2중으로 허용할 수 있다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상부구조물에 작용하는 상시의 수평력에 대해 구성요소들 간의 미끄럼운동 없이 초기부터 상시의 수평하중을 지지하여 줄 수 있고, 이에 따라 철도 교량에 적용 시 열차의 시동 또는 제동 시의 철도 레일의 변위를 4㎜ 이내로 보장할 수 있다.
경우에 따라, 본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상부구조물의 회전허용을 위한 베어링 구성요소들 간의 갭을 감소시켜 열차의 시동 또는 제동 시의 철도 레일의 변위를 4㎜ 이내로 보장할 수 있고, 구면홈부재의 양단이 받침부재의 상방돌출부 사이에 결합됨으로써 구면홈부재의 이탈을 안정적으로 방지할 수 있다.
경우에 따라, 본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 구면블록의 구면을 상방으로 볼록하게 배치하고 여기에 구면홈을 결합하여 구면홈이 하방으로 개방되어 있도록 함으로써 물이나 이물질이 구면홈에 유입되지 않아서 구면블록이 구면홈에 고착되어 회전기능이 저하되는 일이 발생되지 않고 수명이 길다.
또한, 본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상호간의 수평이동이 없는 받침부재와 구면부재 사이에 고무링을 설치함으로써 고무링이 찢어지거나 파손될 염려 가 없다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 고정단에 사용하기 위한 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 부분횡단면도이고, 도 3은 도 2 스페리컬 베어링의 평면도, 도 4는 도 2 스페리컬 베어링의 우측면도, 도 5는 도 2 구면홈부재의 저면도, 도 6은 도 2 받침부재의 평면도이다.
도 2 내지 4에 나타낸 스페리컬 베어링(100)은 교량의 고정단에 사용하기 위한 것으로, 상방으로 볼록한 구면부(112)를 갖는 구면블록(110)을 구비한다. 이 구면블록(110)의 구면부(112) 반대면은 바람직하게 평면부(114)를 이루고 있다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 구면블록(110)과 결합되는 구면홈부재(130)를 구비한다. 이 구면홈부재(130)는 그 저면에 구면부(112)에 대응되며 오목한 구면홈(132)을 가진다. 이 구면홈부재(130)는 교량의 상부구조물 저면에 직접 결합될 수 있다. 이 구면홈부재(130)는 결합된 구면블록(110)에 대하여 제1차의 회전을 허용한다. 도 2와 3 및 도 5를 참조하면 구면홈부재(130)는 사각판 형상을 하고 있고, 그 저면에 구면홈(132)이 형성된다.
도 2와 3에 도시된 바와 같이 구면홈부재(130)의 양 측면에는 바깥쪽으로 돌출된 측면돌출부(134)가 형성되어 있다. 이 측면돌출부(134)는 뒤에서 설명되는 이탈방지부(150)의 걸림부(152)에 걸려서 부반력에 의해 상방으로 이탈되는 것을 방 지하는 역할을 한다.
또한, 측면돌출부(134)의 하부는 뒤에서 설명되는 받침부재(170)의 상방돌출부(172) 내부로 삽입되어 있어 지진 등에 의한 수평력 작용 시 구면홈부재(130)의 수평이동을 제한함으로써 그 위에 지지된 교량상부구조물의 수평이동을 안정적으로 제한할 수 있다.
구면부(112) 또는 구면홈(132)에는 상호간의 마찰력을 줄이기 위해 그 표면에 작은 홈들을 형성하고 흑연을 채워둘 수 있다.
바람직하게, 본 발명에서는 구면블록(110)의 구면부(112)와 구면홈부재(130)의 구면홈(132)의 표면 중 적어도 일면에, 바람직하게는 양면 모두에 내마모성의 금속소결층을 형성한다. 금속소결층은 미끄럼성과 내하중성 및 내마모성이 뛰어나 최근 들어 오일레스 베어링 기술로 많이 개발되어 있다. 본 발명에 사용되는 금속소결층으로는 Cu, Fe, Ni, Sn, MoS2 및 흑연첨가제 혼합물 분말을 가압, 소결하여서 된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 받침부재(170)를 구비하고 있다. 이 받침부재(170)는 교각 등 교량의 하부구조물에 고정되는 부분으로 그 가장자리에 상방으로 돌출된 상방돌출부(172)가 형성되어 있고, 마주보는 상방돌출부(172) 사이로 구면홈부재(130)의 하단이 삽입되어 있다. 하지만, 경우에 따라서는 구면홈부재(130)의 폭을 크게 형성하여 상방돌출부(172)가 구면홈부재(130)의 마주보며 하방으로 돌출된 부분 사이의 내부로 삽입되도록 할 수 있고, 이 경우 이탈방지 부(150)는 바람직하게 구면홈부재(130)에 설치되고 측면돌출부(134)는 받침부재(170)의 측면에 형성될 수 있다.
도 2와 3에 도시된 바와 같이 받침부재(170)의 양측의 상방돌출부(172)에는 이탈방지부(150)가 각각 설치되어 있다. 이 이탈방지부(150)는 측면돌출부(134)에 걸리는 걸림부(152)를 구비한다. 이 실시예에서 이탈방지부(150)는 받침부재(170)에 설치된 것을 도시하였지만, 이탈방지부(150)는 구면홈부재(130)에 설치되고 받침부재(170)에 걸림턱 등을 형성하여 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)을 구성할 수 있음은 물론이다. 이러한 받침부재(170)는 구면블록(110)을 사이에 두고 구면홈부재(130) 반대편에서 구면블록(110)과 간격을 두고 배치되어 있다.
도 2와 6을 참조하면, 받침부재(170)의 중앙부에는 탄성부재(190)가 안착되는 탄성부재장착부(174)가 형성되어 있다. 이 탄성부재장착부(174)에는 동심원의 홈(174a)들을 형성하여 탄성부재(190)가 옆으로 밀리지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 때 홈(174a)의 깊이는 약 1㎜ 정도가 좋고, 이웃하는 홈(174a)들 간의 간격은 2㎜ 정도로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 홈(174a)의 모양과 깊이 및 개수는 바뀔 수 있음은 물론이다.
경우에 따라 받침부재(170)에 탄성부재(190) 전체가 삽입될 수 있는 원형홈을 형성하여 탄성부재(190)를 그 원형홈에 장착할 수 있다. 이는 구면블록(110)의 저면에 대해서도 마찬가지이다.
이 받침부재(170)에는 물이 빠지고 공기가 출입할 수 있도록 구멍(176)을 형성하여두는 것이 바람직하다.
도 2에 나타낸 바와 같이 구면홈부재(130)와 받침부재(170) 사이에는 가장자리를 따라 밀봉재(200)가 개재되어 있다. 이 밀봉재(200)는 받침부재(170)와 구면홈부재(130) 사이로 이물질이 내부로 들어가는 것을 방지하기 위한 것으로 고무로 된 것이 바람직하다. 받침부재(170)는 교각 등의 하부구조물에 고정되고, 구면홈부재(130)는 구면블록(110)에 탑재된 상태에서 회전만 할뿐 수평이동은 하지 않으므로 밀봉재(200)가 찢어져서 파손되는 등의 일은 발생되지 않는다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 탄성부재(190)를 구비한다. 이 탄성부재(190)는 구면블록(110)과 받침부재(170) 사이에 설치되고 구면블록(110)과 받침부재(170) 사이에 작용하는 수직하중을 완충하여 준다. 또한, 이 탄성부재(190)는 구면부재(110)가 수평력을 받더라도 이를 지지하여 구면부재(110)가 받침부재(170)에 대해 수평이동을 하지 못하도록 한다. 즉, 구면홈부재(130)에 도 2의 큰 화살표로 나타낸 방향으로 수평력이 작용하는 즉시 탄성부재(190)는 그 수평력이 작용하는 초기부터 구면부재(110)를 그 반대방향으로 지지하여 구면부재(110)가 작은 화살표로 나타낸 방향으로 저항력을 작용하도록 한다. 또한, 탄성부재(190)는 받침부재(170)에 대한 구면블록(110)의 제2차의 회전을 허용한다. 이에 따라 구면홈부재(130)는 받침부재(170)에 대해 2차의 회전이 허용된다.
위와 같이 구면부재(110)의 수평력을 초기부터 충분히 지지할 수 있으면서도 상하방향의 충격력을 완충하여 주기 위해서는 탄성부재(190)는 탄성은 가짐은 물론이고 적당한 강도를 가져야 한다.
이러한 탄성부재(190)로는 폴리우레탄 디스크가 적당하다. 폴리우레탄 디스 크로는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 80A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 65D 이하인 것을 사용하면 되고, 바람직하기로는 폴리우레탄 디스크의 경도는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 90A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 62D 이하인 것이 좋다.
이러한 폴리우레탄 디스크는 압력을 받더라도 전체 부피는 거의 줄어들지 않으며 형상만 바뀐다.
폴리우레탄 디스크는 통상 형상계수 2정도를 기준으로 사용되며, A타입 인 경우 허용압축응력이 4,000psi(D타입인 경우 5,000psi)를 초과하는 경우, 내구성이 저하되고, 크리프가 크게 발생하고, 압축강성이 떨어지는 등의 문제가 생기기 때문에 그 이하의 압축응력을 받도록 설계하여야 한다.
도 2 내지 6을 통해 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 구면홈부재(130)의 하단부가 받침부재(170)의 상방돌출부(172) 내부로 삽입되어 있어 구면홈부재(130)의 수평이동을 제한할 수 있고, 구면블록(110)의 평면부(114)가 받침부재(170)에 대해 미끄러지는 것이 방지됨에 따라 상시에 열차의 시동 또는 제동 등에 의해 구면블록(110)에 작용하는 수평력을 그 힘이 작용하는 즉시 이를 지지하여 줄 수 있어 레일 등의 변위를 4㎜ 이내로 유지할 수 있다.
또한, 구면홈부재(130)는 구면블록(110) 및 탄성부재(190)에 대해 각각 회전이 허용되므로 2중의 회전이 허용된다. 또한 구면블록(110)과 받침부재(170) 사이에 탄성부재(190)가 개재되어 있어 상하방향의 충격을 완충하여줄 수 있어 특히 지진에 의한 베어링 파손을 예방할 수 있고, 밀봉재(200)가 파손될 우려도 없다.
도 2 내지 6을 통해 설명한 스페리컬 베어링(100)은 상하로 뒤집힌 상태로 설치될 수 있음은 당업자라면 알 수 있다. 이는 이하의 실시예에서도 마찬가지이다.
하지만, 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)은 도 2에 나타낸 바와 같이 구면블록(110)의 구면부(112)가 상방으로 볼록하게 배치되고 그 위에 구면홈부재(130)가 결합된 상태로 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)이 도 2에 나타낸 바와 같이 설치되는 경우, 구면블록(110)과 구면홈부재(130) 사이에 물이 스며들지 않고 이물질도 유입되지 않아 구면블록(110)이 구면홈부재(130)에 고착되어 구면홈부재(130)와 구면블록(110) 상호간의 회전기능이 저하되는 일이 발생되지 않는다.
도 7은 도 2의 변형예를 나타낸 단면도이다.
경우에 따라서는 구면블록(110)의 저면에 핀(116)을 설치하고, 받침부재(170)의 대응 위치에 핀구멍(178)을 형성하여 핀(116)이 탄성부재(190)를 통과하여 핀구멍(178)에 삽입되도록 하여 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)을 구성할 수 있다. 이렇게 하는 경우, 핀(116)과 핀구멍(178), 구면홈부재(130)의 하단과 상방돌출부(172) 및 구면부(112)와 구면홈(132)에서 각각 수평력을 지지하여줄 수 있으므로 구면홈부재(130)가 측방으로 이탈되는 것을 3중으로 방지할 수 있다. 경우에 따라 핀(116)과 핀구멍(178)의 설치위치는 서로 바뀔 수 있다.
나머지 사항은 도 2 내지 6을 통해 설명한 바와 같다.
도 8은 도 2 스페리컬 베어링의 변형예를 나타낸 부분 단면도이다.
경우에 따라서는, 구면홈부재(130)의 하단부 외면을 측방으로 볼록하게 형성하여 구면홈부재(130)의 회전을 방해하지 않으면서 상방돌출부(172)와의 간격을 최대한 줄일 수 있다. 이 경우 구면홈부재(130)가 측방으로 가속되는 것을 허용하지 않으므로 구면부재(110)와 받침부재(170) 상호간의 충격력을 최소화할 수 있다.
더 나아가, 도 8과는 반대로 상방돌출부(172)의 내주면을 내측으로 볼록하게 형성하고 구면홈부재(130) 하단부 외면을 평면형태로 형성하여도 된다.
또, 어떤 경우에는 마주보는 면의 양측 모두를 서로를 향해 볼록하게 형성하여도 된다. 이 원리는 도 7에서 설명한 핀(116)과 핀구멍(178)에도 그대로 적용될 수 있고, 핀(116)과 핀구멍(178) 및 구면홈부재(130)의 하단부 외면과 상방돌출부(172)의 내면 모두에 동시에 적용될 수도 있다.
나머지는 도 2 내지 6을 통해 설명한 바와 같다.
도 9는 가동단에 사용하기 위한 본 발명에 따른 스페리컬 베어링을 나타낸 부분 단면도, 도 10은 도 9 스페리컬 베어링의 평면도, 도 11은 도 9의 받침부재의 정면도이다.
도 9에 나타낸 스페리컬 베어링(100)에서, 받침부재(170), 탄성부재(190), 구면블록(110), 핀(116) 및 핀구멍(178)은 도 7에서 설명한 바와 같다.
도 9 내지 11에 나타낸 바와 같이 구면홈부재(130)는 앞 실시예의 고정단에 사용하기 위한 스페리컬 베어링(100)과는 달리 측면돌출부가 필요치 않다. 이 구면홈부재(130)의 상면에는 슬라이딩블록(210)이 결합되어 있다. 이 슬라이딩블 록(210)은 교량 상판 등의 상부구조물의 저면에 고정되는 것으로 구면홈부재(130)에 대해서 일 방향으로 수평이동 가능케 설치되어 있다. 이 슬라이딩블록(210)은 저면에 구면홈부재(130)의 외주면에 결합되는 안내홈(212)을 구비한다. 이 슬라이딩블록(210)에는 양 측면으로 돌출되어 걸림부(152)에 걸리는 걸림턱(214)이 형성되어 있다. 이는 부반력에 의해 슬라이딩블록(210)이 상방으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 것이다.
슬라이딩블록(210)의 원활한 이동을 위해 안내홈(212)의 내주면에는 스테인리스 스틸판(212a)이 부착되어 있고, 구면홈부재(130)의 상면과 양 측면에는 PTFE와 같은 미끄럼판(135)이 각각 부착되어 있다.
도 9에 나타낸 실시예의 스페리컬 베어링(100)은 슬라이딩블록(210)이 구면홈부재(130)에 대해 일 방향으로 이동될 수 있는 점에서 앞 실시예에서와 차이가 있다.
이 실시예의 스페리컬 베어링(100) 역시 도 2 내지 6을 통해 설명한 바와 같이 수평력이 작용함과 동시에 탄성부재(190)가 구면블록(110)을 잡아주어 구면블록(110)의 수평이동을 방지하여주므로 구면부(112)와 구면홈(132)에서 상시의 수평력을 받아 줄 수 있고, 이에 따라 구면홈부재(130)가 가속된 상태에서 상방돌출부(172)에 충돌하는 일은 발생되지 않는다.
또한, 구면홈부재(130)의 하단부가 받침부재(170)의 상방돌출부(172) 내부로 삽입되어 있기 때문에, 지진 등에 의한 수평력이 너무 커서 탄성부재(190)의 수평방향의 지지력만으로 구면홈부재(130)의 수평이동을 저지하지 못하더라도 구면홈 부재(130)의 수평이동을 일정 범위 내로 제한할 수 있다.
아울러, 구면홈부재(130)는 구면블록(110) 및 탄성부재(190)에 대해 각각 회전할 수 있으므로 2중의 회전이 허용되며, 구면블록(110)과 받침부재(170) 사이에 탄성부재(190)가 개재되어 있어 상하방향의 충격을 완충하여줄 수 있어 특히 지진에 의한 베어링 파손을 예방할 수 있다는 효과를 그대로 가지고 있고, 이에 더하여 핀(116)에 의한 수평방향의 지지효과를 더 가진다.
도 12는 도 11의 슬라이딩블록의 변형예를 나타낸 저면도이다.
도 9의 실시예에서 슬라이딩블록(210)의 이동거리에 제한을 두고자 하는 경우에는 안내홈(212)의 전후방향 양단 내면에 이탈방지턱(216)을 각각 설치하여 구면홈부재(130)의 전단 또는 후단에 걸리도록 할 수 있다. 이 때 이탈방지턱(216)은 볼트(217)로 체결하여 스페리컬 베어링(100)을 교체하고자 할 때 볼트(217)를 통해 이탈방지턱(216)을 분해하여 슬라이딩블록(210)과 구면홈부재(130)를 쉽게 분해하도록 할 수 있다.
경우에 따라 이탈방지턱(216)은 바깥쪽으로 돌출되도록 하거나 슬라이딩블록(210)의 수평이동 방향의 홈을 형성하여 이탈방지부재(150) 또는 받침부재(170)의 대응부위에 걸림으로써 슬라이딩블록(210)의 수평이동거리를 제한하고 슬라이딩블록(210)이 수평방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 13은 도 9의 변형예를 나타낸 부분 단면도이다.
경우에 따라서는 도 9의 핀(116) 없이 본 발명에 따른 스페리컬 베어링(100)을 구성할 수 있다.
그리고 받침부재(170)에는 내부 바닥에서 하방으로 구멍(177)을 형성하여 물이 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
나머지는 도 9에서 설명한 것과 같다.
본 발명에 따른 스페리컬 베어링은 상부구조물의 회전을 충분히 허용하면서 수평방향의 변위를 최소화할 수 있어 일반 교량에는 물론이고 특히 레일의 변위를 4㎜ 이하로 보장하여야 하는 철도 교량에 적합하게 이용될 수 있다.
도 1은 종래의 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 부분 단면도,
도 2는 고정단에 사용하기 위한 본 발명에 따른 스페리컬 베어링의 일례를 나타낸 부분횡단면도,
도 3은 도 2 스페리컬 베어링의 평면도,
도 4는 도 2 스페리컬 베어링의 우측면도,
도 5는 도 2 구면홈부재의 저면도,
도 6은 도 2 받침부재의 평면도,
도 7은 도 2의 변형예를 나타낸 단면도,
도 8은 도 2 스페리컬 베어링의 변형예를 나타낸 부분 단면도,
도 9는 가동단에 사용하기 위한 본 발명에 따른 스페리컬 베어링을 나타낸 부분 단면도,
도 10은 도 9 스페리컬 베어링의 평면도,
도 11은 도 9 받침부재의 정면도,
도 12는 도 11의 슬라이딩블록의 변형예를 나타낸 저면도,
도 13은 도 9의 변형예를 나타낸 부분 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 스페리컬 베어링 110 : 구면블록
112 : 구면부 114 : 평면부
116 : 핀 130 : 구면홈부재
132 : 구면홈 134 : 측면돌출부
150 : 이탈방지부 170 : 받침부재
172 : 상방돌출부 178 : 핀구멍
190 : 탄성부재 200 : 밀봉재
210 : 슬라이딩블록

Claims (10)

  1. 상방 또는 하방으로 볼록한 구면부를 구비하는 구면블록;
    상기 구면부에 대응되며 상기 구면부가 결합되는 오목한 구면홈을 구비하고 상기 구면블록에 대하여 제1차의 회전을 허용되는 구면홈부재;
    상기 구면블록을 사이에 두고 상기 구면홈부재 반대편에서 상기 구면블록과 간격을 두고 배치되는 받침부재; 및
    상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 설치되어 상기 구면블록과 상기 받침부재 사이에 작용하는 수직하중을 완충하여 줌과 아울러 상기 구면블록에 작용하는 수평력을 그 수평력이 작용하는 초기부터 상기 받침부재에 지지하여 상기 구면블록이 상기 받침부재에 대해 미끄럼운동을 하는 것을 방지하며 상기 받침부재에 대한 상기 구면블록의 제2차의 회전을 허용하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구면홈부재와 상기 받침부재 중 어느 하나에 설치되고 다른 하나가 부반력에 의해 이탈되는 것을 방지하도록 다른 하나의 일부분에 걸릴 수 있는 걸림부를 갖는 이탈방지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  3. 제1항에 있어서, 상기 받침부재와 상기 구면홈부재 중 하나는 가장자리를 따 라 배치되고 상방으로 돌출된 상방돌출부를 구비하고, 다른 하나의 단부는 마주보는 상방돌출부 사이의 내부로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  4. 제1항에 있어서, 상기 받침부재와 구면블록 중 하나에는 핀구멍이 형성되어 있고, 다른 하나에는 상기 탄성부재를 관통하여 상기 핀구멍에 삽입되는 핀이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  5. 제2항에 있어서, 상기 구면홈 반대편의 상기 구면홈부재에는 상기 구면홈부재에 대해 일 방향으로 수평이동 가능하고 상기 걸림부에 걸리는 걸림턱이 형성되어 있는 슬라이딩블록이 더 구비된 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  6. 제5항에 있어서, 상기 슬라이딩블록에는 간격을 두고 안쪽 또는 바깥쪽으로 각각 돌출되거나 상기 슬라이딩블록의 수평이동방향의 홈으로 형성되어 상기 구면홈부재, 상기 걸림부 또는 상기 받침부재의 대응부위에 걸림으로써 상기 슬라이딩블록의 수평이동거리를 제한하고 상기 슬라이딩블록이 수평방향으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈방지턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면블록의 구면부는 상방으로 볼록하게 배치되고, 상기 구면홈부재는 상기 구면블록 위에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구면블록과 상기 구면홈부재의 마찰면에는 내마모성 금속소결층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 받침부재와 상기 구면홈부재 사이에는 이물질이 내부로 들어가는 것을 방지하기 위한 고무로 된 밀봉재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부재는 A 타입 듀로미터 경도(HAD, type A durometer hardness) 80A이상이고 D 타입 듀로미터 경도(HDD, type D durometer hardness) 65D 이하인 것임을 특징으로 하는 스페리컬 베어링.
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