KR20140009045A

KR20140009045A - 틸팅 인센서티브 씰 베어링 및 그 설계 방법

Info

Publication number: KR20140009045A
Application number: KR1020130080976A
Authority: KR
Inventors: 김한규; 김현재
Original assignee: 셰플러코리아(유)
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2014-01-22
Also published as: KR101483871B1

Abstract

본 발명에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링은, 내륜과 외륜 및 전동체를 구비하는 베어링본체; 및 상기 내륜과 외륜 사이에서 상기 전동체의 양측에 배치된 씰;을 포함하며, 상기 씰의 내측 단부가 접하는 상기 내륜의 씰링면은, 틸팅 시에도 상기 씰링면에 대한 상기 씰의 내측 단부의 접촉압력이 유지되도록 구성된다.
구체적으로 본 발명은, 내륜의 씰링면이 내륜의 중심을 원 중심으로 하는 원호로 이루어지거나, 원호에 대한 접선으로 이루어짐으로써, 베어링의 틸팅 시에도 씰립의 위치변화에 대응되는 형상을 취함에 따라, 내륜의 씰링면에 접하는 씰립의 변형을 차단하면서 씰립의 접촉압력을 유지시킬 수 있으며, 이에 의해 견고한 씰링이 이루어져 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있다.
아울러, 상기와 같은 원호 또는 원호에 대한 접선으로 이루어진 내륜의 씰링면은, 그 구조가 종래의 복잡한 형상을 지닌 씰링면과는 달리 단순화됨으로써, 씰링면과의 접촉에 의한 씰립의 마모 정도가 현저히 감소됨에 따라, 씰립을 구비한 씰의 사용수명을 연장시킬 수 있다.

Description

틸팅 인센서티브 씰 베어링 및 그 설계 방법{Tilting Insensitive Seal Bearing And The Design Method Thereof}

본 발명은 베어링에 작용하는 모멘트에 의하여 발생하는 틸팅 시 씰립의 접촉 압력 변화를 방지할 수 있어 틸팅 시에도 일정한 접촉력을 유지하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 및 그 설계 방법에 관한 것이다.

일반적인 베어링은 축과 하우징 사이에 구비되어, 축이나 하우징에 작용하는 하중을 지지하면서 회전 가능하게 지지하는 기계 요소이다.

이러한 베어링의 전체적인 구조를 특허 공개 제10-2010-0082544호의 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면, 볼 베어링(20)은 하우징에 삽입되는 외륜(22)과, 축이 삽입되는 내륜(21)과, 상기 외륜(22)과 내륜(21) 사이에서 외륜(22)과 내륜(21)을 회전 가능하게 지지하는 복수의 전동체인 볼(23)과, 상기 볼(23) 사이의 간격을 일정하게 유지시켜 주는 케이지(24)와, 상기 내륜(21)과 외륜(22) 사이에 설치되어 내륜(21)과 외륜(22) 사이로 이물질이 침입하는 것을 방지하고 내부에 충진되는 윤활제가 외부로 유출되는 것을 방지하는 작용을 하는 시일(25)을 포함하여 구성된다. 베어링을 축과 하우징에 설치함에 있어서 외륜(22)의 측면을 하우징에 구비되는 단턱(도시하지 않음)에 접촉하도록 하고, 내륜(21)의 측면을 축에 구비되는 턱부(도시하지 않음)에 접촉하도록 하여 양측에서 축 방향으로 지지되도록 한다.

상기에서 전동체(13)는 베어링의 종류에 따라서 볼 형상, 대략 원통 형상, 대경부와 소경부를 가지는 원추 형상 등으로 이루어질 수 있다.

상기 베어링(20)에는 내륜(21)과 외륜(22) 사이에서 전동체(23)의 양측으로 씰(25)이 구비되는데, 상기 씰(25)은 반경 방향(도 2에서 세로 방향) 외측 단부가 내향하여 오목하게 형성된 외륜(22)의 씰홈(22a)에 삽입되어 구비된다. 상기 외륜(22)의 씰홈(22a)은 축 방향(도 2에서 가로 방향)으로 외륜궤도의 양측으로 오목하게 형성되며, 내륜(21)의 씰링면은 축 방향으로 내륜궤도의 양측으로 형성된다.

상기 내륜(21)은 축 방향 전동체(23)의 양측으로 씰(25)의 반경 방향 내측이 접하는 씰링면이 형성된다. 상기 씰링면은 일반적으로 내륜(21)의 외경면에 형성된다.

씰링면은 전동체(23) 측(이하에서 '축 방향 내측' 이라 한다)으로 경사지게 형성된 경사면(21a)과, 전동체(23) 반대측(이하에서 '축 방향 외측' 이라 한다)으로 축 방향으로 연장 형성된 수평면(21b)으로 이루어진다. 상기 경사면(21a)과 수평면(21b) 사이에는 오목한 홈이 형성된다. 내륜(21)의 씰링면은 형상이 복잡하므로 선삭 바이트의 단부를 경사면(21a)과, 수평면(21b) 및 경사면(21a)과 수평면(21b) 사이에 형성된 오목한 홈을 가공할 수 있는 형상으로 가공한 후, 1회의 선삭 작업에 의하여 내륜(21)의 씰링면을 가공하게 된다.

상기 씰(25)의 반경 방향 내측 단부에는 일반적으로 두 개의 씰립(26)이 구비될 수 있는데, 축 방향 내측 씰립(26)은 내륜(21)의 씰링면에서 경사면(21a)에 접하고, 축 방향 외측 씰립(26)은 씰링면에서 수평면(21b)과의 사이에 미소 틈새가 형성되도록 구비된다.

상기와 같이 구성되는 베어링(20)에는 외부로부터 가해지는 힘에 의해 모멘트가 작용하게 되고, 이러한 모멘트에 의해 틸팅(tilting)이 발생한다. 즉, 도 1에서 외륜(12)을 고정한 상태에서 내륜(11)이 중심점(C)을 중심으로 회전하게 된다(도 6의 화살표 참조). 도 1에서 중심점(C)은 베어링(10)의 반경 방향 그리고 축 방향 중심을 나타낸다.

베어링의 회전시 씰립(26)은 거친 선삭면인 경사면(21a)에 접하여 미끄럼 운동을 하게 되고, 틸팅(tilting) 시 더 큰 접촉 압력이 씰립(26)에 작용하게 된다. 따라서, 씰립(26)의 마모가 커지는 문제점이 있었으며, 장기간 사용 시 베어링(20) 내에 충진된 윤활제가 외측으로 누설되고, 이에 더하여 외부로부터 이물질이 침입하여, 베어링의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허청 등록실용신안 제20-0156109호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 베어링의 틸팅 시에도 씰링면에 대한 씰의 접촉 압력이 유지되며, 씰립의 마모를 억제하며, 따라서 씰립의 마모로 인한 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 및 그 설계 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 외륜(130)의 반경 방향 내측으로 이격되어 구비되는 링 형상의 내륜과, 링 형상의 외륜과, 내륜과 외륜 사이에 구비되는 복수의 전동체와, 상기 내륜과 외륜 사이에서 축 방향으로 상기 전동체의 양측에 구비되며 반경 방향 내측으로 씰립을 구비하는 씰을 포함하며; 상기 씰립이 접촉하는 내륜의 씰링면은 틸팅 시에도 씰링면에 대한 상기 씰립의 접촉압력이 유지되도록 구성되는 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 제공한다.

상기에서, 씰링면의 축 방향 형상은 상기 베어링의 중심을 원의 중심으로 하는 원호로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서, 씰링면은 상기 베어링의 중심을 원 중심으로 하는 원호에 대한 접선으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서, 씰은 금속으로 이루어지며 반경 방향으로 연장되는 환영부와 상기 환영부의 반경 방향 내측 단부에서 상기 축 방향 내측 연장된 씰립지지부를 가지는 지지대와, 상기 지지대에 결합되며 씰립지지부의 반경 방향 내측을 덮도록 구비되고 외측 단부가 상기 외륜에 반경 방향으로 내향하며 오목하게 형성되는 씰홈에 삽입되는 씰몸체로 이루어지며; 상기 씰립은 씰립지지부를 덮는 상기 씰몸체 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되어 상기 내륜의 씰링면과 접하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 씰은 금속으로 이루어지며 반경 방향으로 연장되는 환영부와 상기 환영부의 반경 방향 내측 단부에서 상기 전동체 측으로 연장된 씰립지지부를 가지는 지지대와, 상기 지지대에 결합되며 씰립지지부의 반경 방향 내측을 덮도록 구비되고 외측 단부가 상기 외륜에 반경 방향으로 내향하며 오목하게 형성되는 씰홈에 삽입되는 씰몸체로 이루어지며; 상기 씰립은 씰립지지부를 덮는 상기 씰몸체 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되어 상기 내륜의 씰링면과 접하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 지지대는 반경 방향으로 연장되는 환영부와, 상기 환영부의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 씰립지지부와, 상기 환영부의 반경 방향 외측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 압입지지부로 이루어지며; 상기 씰몸체는 환영부의 반경 방향 내측 단부 일부와 씰립지지부를 덮도록 구비되며, 상기 씰홈은 내륜을 향하는 압입면로 형성되며 상기 압입지지부의 반경 방향 외측면이 상기 압입면에 억지끼워맞춤 되면서 상기 씰이 내륜과 외륜 사이에 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 씰립은 씰몸체로부터 분기 연장되어 복수로 구비되며, 상기 내륜의 씰링면과 원호의 접점은 축 방향으로 두 개의 상기 씰립 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 내륜의 씰링면은 연삭 가공되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 씰립은 씰몸체로부터 분기 연장되어 복수로 구비되며, 이중 내측으로 구비되는 씰립은 씰립지지부의 축 방향 내측 단부를 덮는 씰몸체 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설계하는 방법으로서, 베어링 중심을 원의 중심으로 하며 전동체의 폭방향 일측으로 원호 상의 두점이 선정되는 기준점 선정단계와, 원호 상의 두점과 베어링의 중심을 꼭지점으로 하는 삼각형이 형성되는 삼각형 형성단계와, 외측점으로부터 베어링 중심과 축방향 내측에 위치하는 원호 상의 점을 연결하는 변에 수직으로 연결된 수직기준선을 연결하는 수직기준선 연결단계와, 수직기준선과 제1 변이 만나는 점인 교차점으로부터 제1 변을 따라 내 측점까지의 거리인 기준거리가 결정되는 기준거리 결정단계와, 수직기준선을 기준으로 제1 변를 따라 내측 및 외측으로 기준거리의 배수로 하여 거리를 가지는 내향 경사각과 외향 경사각을 결정하는 경사각 결정단계와, 수직기준선에 대한 상기 내 향 경사각과 외향 경사각을 수직기준선을 기준선으로 하여 씰링면의 경사 각도 범위로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법을 제공한다.

상기에서, 내향 경사각은 제1 변을 따라 기준거리의 1.5배가 되는 점과, 외측점과 , 수직기준선에 제1 변과 만나는 점에 의하여 형성되는 사이각으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 외향 경사각은 제1 변을 따라 기준거리의 3배가 되는 점과, 외측점과 , 수직기준선에 제1 변과 만나는 점에 의하여 형성되는 사이각으로 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 한편으로, 본 발명은 상기에서 씰립이 접촉하는 내륜의 씰링면은 수직기준선을 기준선으로 하여 외향 경사각과 내향 경사각의 각도 범위로 형성된 틸 팅 인센서티브 씰 베어링을 제공한다.

본 발명에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링은, 내륜의 씰링면이 내륜의 중심을 원 중심으로 하는 원호로 이루어지거나, 상기 원호에 대한 접선으로 이루어짐으로써, 형상이 단순하여 연삭 가공이 가능하며, 베어링의 틸팅 시에도 씰립의 접촉 압력이 일정하게 유지되며, 이에 의해 신뢰성 있는 씰링이 이루어져 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

구체적으로 상기와 같은 원호 또는 원호에 대한 접선으로 이루어진 내륜의 씰링면은 그 구조가 종래의 복잡한 형상을 지닌 씰링면과는 달리 단순화됨으로써, 가공이 용이하여 씰링면의 거칠기를 향상시키기가 용이하므로 씰링면과의 마찰접촉에 의한 씰립의 마모 정도가 현저히 감소됨에 따라 씰의 사용수명을 연장시킬 수 있는 장점을 지니며, 씰의 지지대에서 씰립지지부가 환영부의 내측 단부에서 전동체 측으로 수직연장되는 구조를 지님으로써 베어링의 틸팅 시 탄성적으로 변형하려는 씰립을 지지대가 적정 정도의 힘으로 압박지지함에 따라 내륜의 씰링면에 대한 씰립의 접촉압력을 유지시켜 견고한 씰링 상태가 유지되도록 할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법에 의하면, 상기와 같은 효과를 가지는 씰링면(122)의 경사범위에 대한 기준이 마련되므로, 간단하고 용이하게 베어링의 틸팅 시에도 씰립의 접촉 압력이 일정하게 유지되며 신뢰성 있는 씰링이 이루어져 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있는 베어링의 설계 및 제조가 가능하게 되는 효과가 있다.

도 1은 베어링 구조를 설명하기 위하여 도시한 절개 사시도이다.
도 2는 다른 종래기술에 의한 베어링의 일부 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부를 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 일부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 일부 단면도이다.
도 7은 도 6의 'X'부를 확대 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따르는 틸팅 인센서티브 씰 베어링의 변형 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 도 5의 ' A' 부를 확대 도시한 것이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따르는 틸팅 인센서티브 씰 베어링에서 씰링면 경사각 범위 결정 방법을 설명하기 위하여 도시한 개요도이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 일부 단면도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 개략적인 단면도이며, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설명하기 위하여 도시한 일부 단면도이며, 도 7은 도 6의 'X'부를 확대 도시한 것이며, 도 8은 본 발명에 따르는 틸팅 인센서티브 씰 베어링의 변형 예를 도시한 단면도이며, 도 9는 도 5의 ' A' 부를 확대 도시한 것이며, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따르는 틸팅 인센서티브 씰 베어링에서 씰링면 경사각 범위 결정 방법을 설명하기 위하여 도시한 개요도이다.

이하의 설명에서 도 5의 가로 방향을 ' 축방향 ' 또는 ' 폭방향 '이라고 하고, 세로 방향을 '반경 방향'이라고 한다. 그리고 축방향 (또는 폭방향 ), 반경 방향에서 중심(C)을 향하는 방향을 '내측;이라고 하고, 중심에서 멀어지는 방향을 ' 외측 '이라고 한다.

본 발명 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100)은 링상의 내륜(120)과, 링상의 외륜(130)과, 반경 방향으로 상기 내륜(120)과 외륜(130) 사이에 구비되는 복수의 전동체(140)로 이루어진다. 상기 전동체(140)는 리테이너(142)에 의해 감싸져서 복수 개가 원주 방향으로 서로 간격을 두고 이격되어 위치할 수 있다. 씰(150)은 내륜(120)과 외륜(130) 사이에서 폭방향으로 전동체(140)의 양측으로 구비된다.

일반적인 베어링 치수 설계에 대하여 간단하게 설명한다. 베어링이 설치되는 사용 환경 조건, 베어링이 설치되는 공간(예, 축 지름, 하우징 내경 등) 그리고 베어링에 대하여 요구되는 수명 등에 따라 베어링이 설계되고 선정된다. 베어링을 나타내는 대표적인 치수로는 도 5에 도시된 바와 같이 폭(W), 내륜(120)의 내륜내경( Di ), 외륜(130)의 외륜외경 ( Do ), 그리고 전동체(140)의 지름, 전동체(140)의 피치원 지름( Dm )을 예로 들 수 있다. 전동체(140)의 피치원 지름( Dm )은 전동체의 중심을 지나는 가상원의 지름이다.

베어링이 설치되는 장소의 하우징 내경에 의하여 외륜(130)의 외륜외경(Do)이 결정되고, 축 지름에 의하여 내륜(120)의 내륜내경(Di)이 결정되고, 하우징과 축의 설치 공간에 여유에 따라 베어링의 폭(W)이 결정된다. 그리고 베어링에 대하여 요구되는 수명, 회전 속도, 베어링에 작용되는 하중의 크기와, 하중의 종류 등에 따라서 베어링의 종류(볼 베어링, 롤러 베어링)가 결정되고, 전동체의 지름과 전동체 갯수가 결정되어 설계가 이루어진다. 그리고 리테이너와 씰 등 베어링을 이루는 다른 부품에 대한 설계가 이루어진다. 그리고 한편, 위와 같은 사용조건에 맞추어 대량 생산되어 있는 다양한 형번의 규격화된 베어링 중 적합한 베어링 형번의 선택해서 설치하는 경우도 있다.

상기 외륜(130)에는 외륜궤도(138)의 양측으로 위치하고, 반경 방향으로 내향하는 오목한 씰홈(130a)이 형성되며, 상기 내륜(120)에는 내륜궤도(128)의 양측으로 위치하고 반경 방향으로 외향하는 씰링면(122)이 형성된다. 상기 씰홈(130a)은 외륜(130)의 내경면에 외향 오목하게 형성되고, 상기 씰링면(122)은 내륜(120)의 외경면에 형성된다.

베어링에서 외륜(130)의 외륜외경 ( Do ), 내륜(120)의 내륜내경 ( Di ), 폭(W), 전동체( 140)의 지름이 결정되면, 전동체(140)의 양측으로 형성되어 씰(150)이 설치되는 내륜 (120) 외경과 외륜 (130) 내경 사이의 간격이 결정되고 씰(150)이 설계되어 장착된다.

상기 씰(150)은 내륜(120)과 외륜(130) 사이에 구비되는데, 축 방향으로 전동체(140)의 양측에 구비되어 내륜(120)과 외륜(130) 사이 투입된 윤활유가 외부로 누설되는 것을 방지하는 역할을 하며, 나아가 외부로부터 이물질이 내부로 침입하는 것을 차단하는 역할을 한다.

상기 씰(150)은 링 형태로 이루어지며, 지지대(153)와, 상기 지지대(153)에 결합되어 구비되는 씰몸체(151)와, 상기 씰몸체(151)의 반경 방향 내측으로 구비되는 씰립(152)으로 이루어진다. 상기 씰(150)에서 씰몸체(151)와 씰립(152)은 고무재질로 이루어지고, 지지대(153)는 금속 재질로 이루어진다.

상기 지지대(153)는 반경 방향으로 연장된 환영부(153a)와, 상기 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 내측으로 연장된 씰립지지부(153b)로 이루어진다. 상기 지지대(153)는 환영부(153a)의 반경 방향 외측 단부에서 축 방향 내측으로 연장된 또 하나의 지지부를 구비하는 것도 가능하여, 단면이 'ㄷ'자 형태로 형성될 수 있다.

상기 씰몸체(151)는 지지대(153)의 일부를 감싸는 형태로 지지대(153)에 결합된다. 도 4에서 도면번호 151a는 씰몸체(151)와 지지대(153)가 접합된 접합부를 나타낸 것이다. 상기 씰몸체(151)는 지지대(153)의 외측을 감싸는 형태로 지지대(153)에 결합된다. 따라서 씰몸체(151)는 환영부(153a)의 축 방향 외측과, 씰립지지부(153b)의 반경 방향 내측을 감싸게 되고, 환영부(153a)의 반경 방향 외측을 감싸게 된다. 상기 지지대(153)가 환영부(153a)의 반경 방향 외측 단부에 축 방향으로 내측으로 연장된 지지부를 갖는 경우, 씰몸체(151)는 지지부의 반경 방향 외측을 감싸게 된다. 지지대(153)의 반경 방향 외측을 감싸는 씰몸체(151) 부분이 상기 씰홈(130a)에 삽입된다. 상기 씰립(152)은 씰립지지부(153b)를 감싸는 씰몸체(151)로부터 반경 방향으로 내향 연장되어 구비된다.

상기 씰립(152)은 씰몸체(151)로부터 분기 연장되어 복수로 구비되며, 이중 축 방향 내측으로 구비되는 씰립(152)은 씰립지지부(153b)의 축 방향 내측 단부를 덮는 씰몸체(151) 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장될 수 있다.

상기 씰립지지부(153b)가 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 전동체(140)를 향하여 축 방향 내측으로 연장된 형상을 지님으로써, 베어링의 틸팅 시 탄성적으로 변형하려는 씰립(152)을 지지대(153)가 지지함에 따라, 씰링면(122)에 대한 씰립(152)의 견고한 씰링구조가 유지되도록 한다.

상기 씰몸체(151)는 외륜(130)으로부터 내륜(120) 측으로 반경 방향으로 연장된 구조를 취하며, 반경 방향 외측 단부가 외륜(130)에 형성된 씰홈(130a)에 끼워져서 구비된다.

상기 씰립(152)은 씰몸체(151)의 내측 단부에서 적어도 두 개로 분기 연장되어 상기 내륜(120)의 씰링면(122)에 접촉하게 된다.

본 발명에서 내륜(120)의 씰링면(122)의 축 방향 형상은 도 4에 도시한 바와 같이, 베어링(100)의 중심(C)을 원의 중심으로 하는 원의 일부인 원호(A)로 이루어진 것이 바람직하다. 베어링(100)의 중심(C)을 중심으로 하는 원이 반경 방향은 축 방향과 수직하게 된다.

상기 씰링면(122)은 축방향으로 수평면과 같은 형상이 아닌, 내륜(120)의 중심(C)을 원의 중심으로 하는 원호(A)와 일치하는 만곡된 굴곡면으로 형성된다.

이와 같은 내륜(120)의 씰링면(122)을 가진 본 발명의 베어링(100)에서, 외력이 작용하여 틸팅 되는 경우, 내륜(120)이 외륜(130)에 대하여 내륜(120)의 중심(C)을 회전 중심으로 도 5에서 화살표로 도시한 바와 같은 방향으로 상대 회전할 것이므로, 씰링면(122)은 반경 방향으로 높이가 변하지 않게 되며, 틸팅 시 씰(150)의 씰립(152)이 내륜(120)의 씰링면(122)을 따라 이동하는 과정에서 상기 씰링면(122)에 대한 씰립(152)의 접촉 압력이 감소하거나 증가하는 것이 방지된다.

상기 내륜(120)의 씰링면(122)은 베어링의 틸팅 시 씰립(152)의 위치 변화에 대응되는 원호 형상을 취함으로써 틸팅에 의하여 씰립(152)이 추가 변형되지 않도록 하며, 이에 의해 씰링면(122)에 대한 씰립(152)의 접촉압력이 유지되어 일정한 씰링이 이루어질 수 있다.

상기 씰링면(122)은 축 방향으로 원호 형상으로 이루어지므로, 틸팅 시 접촉 압력이 일정하게 유지되며, 보다 용이한 가공을 위하여 내륜(120)의 씰링면(122)은 베어링(100)의 중심(C)을 원의 중심으로 하는 원호(A)에 대한 접선으로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 내륜(120)의 씰링면(122)과 원호(A)의 접점(122a)은 상기 씰립(152)이 두 개인 경우 두 개의 씰립(152) 사이에 위치되는 것이 더욱 바람직하다.

둘 중 하나의 씰립(152)은 상기 접점(122a)에 대해 전동체(140) 측인 축 방향 내측에서 씰링면(122)에 접촉하도록 구비되고, 나머지 하나의 씰립(152)은 상기 접점(122a)에 대해 전동체(140)의 반대 측인 축 방향 외측에서 씰링면(122)에 접촉하도록 구비될 수 있다. 두 개의 씰립(152)은 접점(122a)에 대하여 축 방향 내측과 외측으로 서로 이격된 위치에서 씰링면(122)에 접촉하도록 구비될 수 있다.

이에 의해, 베어링에 대한 틸팅의 정도의 따라 두 개의 씰립(152)이 서로 상쇄되는 변형을 보임으로써, 씰링면(122)에 대한 둘 중 하나의 씰립(152) 접촉압력이 감소되더라도 다른 하나의 씰립(152)에 의한 접촉압력이 높아짐으로써 전체적으로 일정한 접촉압력을 유지할 수 있다.

상기와 같이 원호(A)에 대한 접선으로 이루어진 씰링면(122)은, 베어링의 틸팅 시 씰립(152)의 변형을 최소화함으로써, 씰링면(122)에 대한 씰립(152)의 접촉압력이 거의 변하지 않음에 따라, 일정한 씰링을 이루게 하여 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 본 발명의 씰링면(122)은 내륜(120)의 씰링면(122)이 원호(A)로 이루어지거나, 상기 원호(A)에 대한 접선으로 이루어짐으로써, 종래의 복잡한 형상을 지닌 씰링면과는 달리 그 형상이 단순화된다. 따라서 내륜(120)의 궤도 연삭과 같이 용이하게 시간과 비용이 추가되지 않으면서 씰링면(122)을 연삭할 수 있게 된다.

이에 의해, 씰링면(122)과의 마찰접촉에 의한 씰립(152)의 마모 정도가 현저히 감소됨에 따라, 씰(150)의 사용수명이 늘어나는 장점을 지닌다.

또한, 본 발명에서 상기 씰립(152)은 씰몸체(151)로부터 연장되어 내륜(120)과 접하는데, 이때 전동체(140)의 반대 측으로 경사져서 연장되는 구조를 취한다.

이와 같이 전동체(140)의 반대 측으로 경사진 씰립(152)은, 외부로부터 이물질이 침입하는 것을 보다 효율적으로 차단할 수 있다. 그러나 상기 씰립(152)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 씰립(152)이 서로 멀어지는 방향으로 경사지게 형성되어 "ㅅ'자를 형성할 수도 있다.

나아가, 상기 씰립(152)은 베어링의 틸팅에 의해 위치변화되는 경우에도, 경사진 구조에 의한 탄성 작용으로 인하여 씰링면(122)에 대한 접촉압력을 유지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100)은 틸팅 시에도 내부의 충진된 윤활유가 누설되거나 외부의 이물질이 침입되는 것을 방지하도록, 내륜(120)의 씰링면(122)이 구성되는 것을 기술적 특징을 지닌다.

즉, 외부로부터 베어링에 힘이 가해지면 모멘트가 작용되어 전체적인 구조가 일측으로 경사진, 즉 틸팅(tilting)된 구조를 취하게 되는데, 이때 상기 씰(150)의 내측 단부가 접하는 내륜(120)의 씰링면(122)은, 틸팅 시에도 상기 씰링면(122)에 대한 씰(150)의 내측 단부의 접촉 압력이 유지되도록 구성될 수 있다.

다시 말해, 베어링이 틸팅시, 내륜의 씰링면에 접하는 씰립의 접촉압력에 변화가 발생함에 따라, 씰링구조가 견고해지 않을 수 있으며, 이에 의해 베어링 내에 충진된 윤활제가 외측으로 누설되고, 이에 더하여 외부로부터 이물질이 침입할 수 있는데, 이러한 문제점을 해소하기 위해 내륜(120)의 씰링면(122)은, 틸팅 시에도 상기 씰링면(122)에 대한 씰(150)의 내측 단부의 접촉압력이 유지되도록 구성된다.

결과적으로, 상기와 같이 구성되는 본 발명은, 내륜(120)의 씰링면(122)이 베어링(100)의 중심(C)을 원 중심으로 하는 원호(A)로 이루어지거나, 상기 원호(A)에 대한 접선으로 이루어짐으로써, 베어링의 틸팅 시에도 씰립(152)과 씰링면(122) 사이의 접촉 압력이 일정하게 유지되고, 씰링면(122)에 접하는 씰립(152)의 틸팅에 의한 추가 변형을 방지하면서 씰립(152)의 접촉압력을 유지시킬 수 있으며, 이에 의해 일정한 씰링이 이루어져 윤활제의 누설이나 이물질의 침입을 방지할 수 있다.

아울러, 상기와 같은 원호(A) 또는 상기 원호(A)에 대한 접선으로 이루어진 내륜(120)의 씰링면(122)은 그 구조가 종래의 복잡한 형상을 지닌 씰링면과는 달리 단순화됨으로써, 연마 공정에 의한 가공이 가능해지고 씰링면(122)과의 마찰접촉에 의한 씰립(152)의 마모 정도가 현저히 감소됨에 따라, 씰(150)의 사용수명을 연장시킬 수 있다.

그리고, 씰(150)의 지지대(153)에서 씰립지지부(153b)가, 환영부(153a)의 내측 단부에서 전동체(140) 측으로 수직연장되는 구조를 지님으로써, 베어링의 틸팅 시 탄성적으로 변형하려는 씰립(152)을 지지대(153)가 적정 정도의 힘으로 압박지지함에 따라, 씰링면(122)에 대한 씰립(152)의 접촉압력을 일정하게 유지시켜 견고한 씰링구조가 유지되도록 할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 지지대(153)는 반경 방향으로 연장되는 환영부(153a)와, 상기 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 씰립지지부(153b)와, 상기 환영부(153a)의 반경 방향 외측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 압입지지부(153c)로 형성하여 단면이 'ㄷ'자 형태로 형성하는 것이 가능하다.

상기 압입지지부(153c)는 축방향 원통형으로 형성될 수 있으며, 축방향 내측 또는 외측의 지름이 감소하는 테이진 원추 형태로 형성되는 것도 가능하다.

상기 씰몸체(151)는 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부 일부와 씰립지지부(153b)를 덮도록 구비된다. 상기 환영부(153a)의 반경 방향 외측 부분과 압입지지부(153c)는 씰몸체(151)에 덮이지 않고 노출된 구조로 된다.

그리고 상기 씰홈(130a)은 오목한 형태로 형성할 필요는 없으며, 내륜(120)을 향하는 압입면(130b)으로 형성된다. 상기 압입면(130b)은 외륜(130)의 축방향 양측으로 원통형으로 형성될 수 있으며, 축방향으로 경사진 형태로 형성되는 것도 가능하다.

상기 압입지지부(153c)의 반경 방향 외측면이 상기 압입면(130b)에 억지끼워맞춤되면서 상기 씰(150)이 내륜(120)과 외륜(130) 사이에 구비된다.

한편, 씰립(152)이 접촉하는 내륜(120)의 씰링면(122)을 경사지게 형성하는 방법에 있어서, 축방향에 대한 각도 범위를 한정함으로써 틸팅 시 틸팅에 의하여 씰링면( 122)에 작용하는 씰립(152)의 접촉 압력을 변화를 작게 하여야 한다.

도 9에서 도면부호 ' CR' 은 내륜(120)과 외륜(130)에 형성된 면취부이며 , 'SW'는 내륜(120)의 씰링면(122)에 씰립(152)이 접촉하는 범위인 축방향 접촉범위이며, A1과 A2는 베어링 중심(C)을 원의 중심으로 하는 원호 상의 두 점(이하에서 각각 ' 내측점 '과 ' 외측점 '이라고 한다)이다. 씰(150)의 설계 시 씰립(152)이 씰링면(122)에 접촉되는 축방향 접촉범위가 결정되고, 틸팅 영향을 포함한 축방향 접촉범위가 결정된다.

씰링면(122)을 경사면으로 형성하는 각도 범위가 결정되는 방법은 아래와 같다. 베어링의 중심(C)을 원의 중심으로 하며, 전동체(140)의 폭방향 일측에 위치하 는 원호 상의 두점(A1, A2)이 선정된다(기준점 결정단계). 상기 내측점(A1)과 외측점( A2)은 각각 축방향으로 접촉범위( SW )보다 내측 및 외측에 위치하는 점으로 선정할 수 있다. 원호 상의 두점(A1, A2)이 결정되면 원호 상의 2점과 베어링 중심(C)을 꼭지점으로 하는 삼각형이 형성된다(삼각형 형성 단계).

이하에서 삼각형을 이루는 베어링 중심(C)과 축방향 내측에 위치하는 원호 상의 내측점(A1)을 연결하는 변을 '제1 변'( S1 )이라고 하고, 베어링이 중심(C)과 축방향 외측에 위치하는 원호 상의 외측점(A2)을 연결하는 변을 '제2 변'( S2 )이라고 하고 , 축방향 내측에 위치하는 원호 상의 내측점(A1)과 축방향 외측에 위치하는 원호 상의 외측점(A2)을 연결하는 변을 '제3 변'( S3 )이라고 한다.

베어링이 중심(C), 내측점 (A1), 외측점(A2)을 꼭지점으로 하는 삼각형이 형성되면, 외측점(A2)으로부터 제1 변( S1 )에 수직으로 선(이하에서 '수직기준선'이라 한다)을 연결한다(수직기준선 연결단계). 그리고 수직기준선과 제1 변( S1 )이 만나는 점인 교차점(A3)으로부터 제1 변(S1)을 따라 내측점(A1)까지의 거리인 기준거리(L)가 결정된다(기준거리 결정단계).

제1 변( S1 )을 따라 외측(베어링 중심(C)으로부터 멀어지는 방향)으로 교차점(A3)으로부터 기준거리(L)의 3배가 되는 점(A4, 제1 경사기준점)을 설정하고, 제1 변( S1 )을 따라 내측(베어링 중심(C)을 향하는 방향)으로 교차점(A3)으로부터 기준거리( L)의 1.5배가 되는 점(A5, 제2 경사기준점)을 설정한다(경사기준점 결정단계).

제1 경사기준점(A4)과 제2 경사기준점(A5)이 결정되면, 외측점(A2)과 제1 경사기준점( A4)을 연결하는 선(제1 경사선 )과 수직기준선 사이의 각도(θ1, 이하에서 '외향 경사각'이라 한다)가 결정되며, 외측점(A2)과 제2 경사기준점(A5)을 연결하는 선(제1 경사선 )과 수직기준선 사이의 각도(θ2,이하에서 ' 내향 경사각'이라 한다)가 결정된다(경사각 결정단계).

상기에서와 같이 원호 상의 두 점으로부터 수직기준선, 외향 경사각 및 내향 경사각이 연결되고 결정되면, 씰링면(122)은 수직기준선을 기준으로 외측으로 외향 경사각(θ1)과 내측으로 내향 경사각(θ2) 범위 내에서 경사를 가지도록 형성한다.

상기와 같은 각도 범위를 가지도록 씰링면(122)을 형성함으로써, 씰링 면(122)의 경사각 범위 기준이 마련되는 한편, 틸팅에 의한 씰립(152)의 접촉 압력 변화가 크게 일어 나지 않게 되는 효과가 있다. 시뮬레이션과 연산을 통하여 확인한 결과 상기와 같이 연산된 각도 범위보다 크거나 작게 설계되었을 때, 씰립(152) 의 접촉 압력 변화가 크게 일어나는 것이 확인되었다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 누설방지 베어링 120 : 내륜
122 : 씰링면 122a : 접점
C : 중심 A : 원호
130 : 외륜 130a : 씰홈
140 : 전동체 142 : 리테이너
150 : 씰 151 : 씰몸체
151a : 지지홈 152 : 씰립
153 : 지지대 153a : 환영부
153b : 씰립지지부 153c : 압입지지부(153c)

Claims

외륜(130)의 반경 방향 내측으로 이격되어 구비되는 링 형상의 내륜(120)과, 링 형상의 외륜(130)과, 내륜(120)과 외륜(130) 사이에 구비되는 복수의 전동체(140)와, 상기 내륜(120)과 외륜(130) 사이에서 축 방향으로 상기 전동체(140)의 양측에 구비되며 반경 방향 내측으로 씰립(152)을 구비하는 씰(150)을 포함하며; 상기 씰립(152)이 접촉하는 내륜(120)의 씰링면(122)은 틸팅 시에도 씰링면(122)에 대한 상기 씰립(152)의 접촉압력이 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제1 항에 있어서, 상기 씰링면(122)의 축 방향 형상은 베어링(100)의 중심(C)을 원의 중심으로 하는 원호(A)로 이루어진 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제1 항에 있어서, 상기 씰링면(122)은 베어링(100)의 중심(C)을 원 중심으로 하는 원호(A)에 대한 접선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제2 항에 있어서, 상기 씰(150)은 금속으로 이루어지며 반경 방향으로 연장되는 환영부(153a)와 상기 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 내측으로 연장된 씰립지지부(153b)를 가지는 지지대(153)와, 상기 지지대(153)에 결합되며 씰립지지부(153b)의 반경 방향 내측을 덮도록 구비되고 외측 단부가 상기 외륜(130)에 반경 방향으로 내향하며 오목하게 형성되는 씰홈(130a)에 삽입되는 씰몸체(151)로 이루어지며; 상기 씰립(152)은 씰립지지부(153b)를 덮는 상기 씰몸체(151) 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되어 상기 내륜(120)의 씰링면(122)과 접하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제3 항에 있어서, 상기 씰(150)은 금속으로 이루어지며 반경 방향으로 연장되는 환영부(153a)와 상기 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 내측으로 연장된 씰립지지부(153b)를 가지는 지지대(153)와, 상기 지지대(153)에 결합되며 씰립지지부(153b)의 반경 방향 내측을 덮도록 구비되고 외측 단부가 상기 외륜(130)에 반경 방향으로 내향하며 오목하게 형성되는 씰홈(130a)에 삽입되는 씰몸체(151)로 이루어지며; 상기 씰립(152)은 씰립지지부(153b)를 덮는 상기 씰몸체(151) 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되어 상기 내륜(120)의 씰링면(122)과 접하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제4 항 또는 제5 항에 있어서, 상기 지지대(153)는 반경 방향으로 연장되는 환영부(153a)와, 상기 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 씰립지지부(153b)와, 상기 환영부(153a)의 반경 방향 외측 단부에서 축 방향 외측으로 연장된 압입지지부(153c)로 이루어지며; 상기 씰몸체(151)는 환영부(153a)의 반경 방향 내측 단부 일부와 씰립지지부(153b)를 덮도록 구비되며, 상기 씰홈(130a)는 내륜(120)을 향하는 압입면(130b)로 형성되며 상기 압입지지부(153c)의 반경 방향 외측면이 상기 압입면(130b)에 억지끼워맞춤되면서 상기 씰(150)이 내륜(120)과 외륜(130) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제5 항에 있어서, 상기 씰립(152)은 씰몸체(151)로부터 분기 연장되어 복수로 구비되며, 상기 내륜(120)의 씰링면(122)과 원호(A)의 접점(122a)은 축 방향으로 두 개의 상기 씰립(152) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제2 항 또는 제3 항에 있어서, 상기 내륜(120)의 씰링면(122)은 연삭 가공되는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
제4 항 또는 제5 항에 있어서, 상기 씰립(152)은 씰몸체(151)로부터 분기 연장되어 복수로 구비되며, 이중 내측으로 구비되는 씰립(152)은 씰립지지부(153b)의 축 방향 내측 단부를 덮는 씰몸체(151) 부분으로부터 반경 방향으로 내향 연장되는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).
틸팅 인센서티브 씰 베어링을 설계하는 방법에 있어서, 베어링 중심(C)을 원의 중심으로 하며 전동체(140)의 폭방향 일측으로 원호 상의 두점(A1, A2)이 선정되는 기준점 선정단계와, 원호 상의 두점(A1, A2)과 베어링의 중심(C)을 꼭지점으로 하는 삼각형이 형성되는 삼각형 형성단계와, 외측점(A2)으로부터 베어링 중심(C)과 축방향 내측에 위치하는 원호 상의 점(A1)을 연결하는 변(S1, 제1 변)에 수직으로 연결된 수직기준선을 연결하는 수직기준선 연결단계와, 수직기준선과 제1 변(S1)이 만나는 점인 교차점(A3)으로부터 제1 변(S1)을 따라 내측점(A1)까지의 거리인 기준거리(L)가 결정되는 기준거리 결정단계와, 수직기준선을 기준으로 제1 변(S1)를 따라 내측 및 외측으로 기준거리(L)의 배수로 하여 거리를 가지는 내향 경사각과 외향 경사각을 결정하는 경사각 결정단계와, 수직기준선에 대한 상기 내향 경사각과 외향 경사각을 수직기준선을 기준선으로 하여 씰링면(122)의 경사 각도 범위로 하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법.
제10 항에 있어서, 내향 경사각은 제1 변(S1)을 따라 기준거리(L)의 1.5배가 되는 점과, 외측점(A2)과, 수직기준선에 제1 변(S1)과 만나는 점에 의하여 형성되는 사이각으로 하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법.
제10 항에 있어서, 외향 경사각은 제1 변(S1)을 따라 기준거리(L)의 3배가 되는 점과, 외측점(A2)과, 수직기준선에 제1 변과 만나는 점에 의하여 형성되는 사이각으로 하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법.
제11 항에 있어서, 외향 경사각은 제1 변(S1)을 따라 기준거리(L)의 3배가 되는 점과, 외측점(A2)과, 수직기준선에 제1 변과 만나는 점에 의하여 형성되는 사이각으로 하는 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링 설계 방법.
제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서, 씰립(152)이 접촉하는 내륜(120)의 씰링면(122)은 수직기준선을 기준선으로 하여 외향 경사각과 내향 경사각의 각도 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 틸팅 인센서티브 씰 베어링(100).