KR20150005926A - 토로이달 롤러 베어링 - Google Patents

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KR20150005926A KR20147029430A KR20147029430A KR20150005926A KR 20150005926 A KR20150005926 A KR 20150005926A KR 20147029430 A KR20147029430 A KR 20147029430A KR 20147029430 A KR20147029430 A KR 20147029430A KR 20150005926 A KR20150005926 A KR 20150005926A
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한스 벤더베르그
리누스 에프라임손
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명은 토로이달 롤러 베어링(1)에 관한 것으로, 상기 베어링은 외부 링(2), 내부 링(3), 내부 링(3)과 외부 링(2) 사이에 배열된 복수의 롤러 요소 - 토로이달 롤러 베어링(11)은 상기 외부 링(2)와 내부 링(3) 사이의 각방향 및 축방향 이동을 허용함 - , 및 롤러 요소(4)를 고정 및 분리하기 위한 케이지(5)를 포함하고, 케이지(5)는 외부 링(2), 내부 링(3) 또는 토로이달 롤러 베어링(1)의 외측에 배열된 개별적인 요소(7)들 중 하나 이상에 대해 롤러 요소를 축방향으로 유도하기 위한 수단을 포함한다.

Description

토로이달 롤러 베어링{TOROIDAL ROLLER BEARING}
본 발명은 토로이달 롤러 베어링에 관한 것이다. 토로이달 롤러 베어링은 베어링 링의 축방향 및 각방향 이동을 허용하는 능력을 갖는 것으로 알려졌다. 제1 양태에 따라서, 본 발명은 토로이달 롤러 베어링에 관한 것이다. 제2 양태에 따라서, 본 발명은 베어링이 장착되는 샤프트 및 토로이달 롤러 베어링을 포함하는 베어링 장치에 관한 것이다.
토로이달 롤러 베어링은 이의 베어링 링(외부 링과 내부 링) 사이에 축방향 및 각방향 상대 이동을 허용하는 능력을 갖는 것으로 공지되었고 오랫 동안 사용되었다. 토로이달 롤러 베어링의 기능과 일반적인 설계는 예를 들어, 제EP 0175858호에 기재된다. 베어링의 기능은 롤러 요소의 만곡된 형상과 일치되도록 내부 및 외부 레이스웨이의 만곡된 구성에 의해 구현된다. 게다가, 토로이달 롤러 베어링은 상당한 축방향 이동 능력과 자가-정렬 능력을 조합한다.
이의 능력으로 인해, 토로이달 롤러 베어링은 다양한 베어링 장치 설계에서 폭 넓은 적용가능성을 제공한다. 특히, 토로이달 롤러 베어링은 예를 들어, 온도 변화와 굽힘에 노출될 수 있는 긴 샤프트를 포함한 설계를 단순화시킨다. 게다가, 토로이달 롤러 베어링의 구조는 낮은 마찰 구동뿐만 아니라 적합한 하중 분포를 허용한다.
토로이달 롤러 베어링을 사용할 때, 발명자는 다양한 응용에서 발생될 수 있는 일부 문제점을 발견하였다. 이들 문제점은 예를 들어, 베어링 내의 케이지에 의해 야기되는 것으로 보인다. 비하중 구역에 있는 롤러 요소는 부정적인 방식으로 케이지에 의해 영향을 받을 수 있다. 비하중 구역에 있을 때, 롤러는 예를 들어, 케이지에 의해 제공될 수 있으며, 이는 롤러 슬립을 야기할 것이다. 롤러 슬립은 슬립이 너무 클 때 베어링의 레이스웨이가 교란되거나 심지어 고장나며 롤러 요소들 사이에 필요한 윤활 막으로 인해 방지되어야 할 것이다. 이는 수명의 감소를 야기할 수 있다. 비하중 구역에서 롤러에 대해 야기될 수 있는 또 다른 효과는 예를 들어, 케이지에 의해 야기되는 롤러 스큐(roller skew)이며, 이는 베어링의 마찰 증가를 야기하고 베어링 구성요소의 증가된 마모 또는 케이지 상에서 원치 않는 힘의 증가를 야기할 수 있다. 비하중 구역에서 롤러에 대해 발생될 수 있는 또 다른 효과는 롤러가 이의 축방향으로 이동하는 것이다. 이는 레이스웨이 및 롤러의 표면에 대해 소음과 손상을 야기할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 하나 이상의 문제점을 극복하는 데 있다.
제1 양태에 따라서, 이 목적은 신규한 토로이달 롤러 베어링 설계를 제공함으로써 구현된다. 토로이달 롤러 베어링은 외부 링, 내부 링, 내부 링과 외부 링 사이에 배열된 복수의 롤러 요소를 포함하고, 토로이달 롤러 베어링은 상기 외부 링과 내부 링 사이의 각방향 및 축방향 이동을 허용한다. 게다가, 베어링은 롤러 요소를 고정 및 분리하기 위한 케이지를 포함하고, 케이지는 외부 링, 내부 링 또는 토로이달 롤러 베어링의 외측에 배열된 개별적인 요소들 중 하나 이상에 대해 롤러 요소를 축방향으로 유도하기 위한 수단을 포함한다.
이 설계로 인해, 롤러는 베어링의 작동 중에 하중 및 비하중 구역에서 롤러를 축방향으로 유도하고 이를 제 위치에 보유한다. 롤러 요소의 크기와 중량이 클 경우, 특히 바람직하게는 베어링 링들 중 하나의 베어링 링에 대해 케이지에 의해 축방향으로 롤러 요소를 유도한다. 특히, 베어링은 롤러 요소가 축방향 힘에 노출될 때 주변에 또는 비-수평 샤프트 상에 장착되는 경우, 하중 및 비하중 조건에 있을 때 롤러 요소를 제 위치에 유지하는 방식으로 이들을 유도할 필요가 있는 것으로 밝혀졌다. 대안의 실시 형태에서, 링과 같은 개별 요소가 케이지에 대한 대응 가이드 요소로서 사용될 수 있다. 링은 예를 들어, 베어링의 외측에서 축방향으로 배열될 수 있다.
이 문헌에서, 용어 축방향 및 반경방향이 사용된다. 본 발명의 임의의 제시된 실시 형태의 경우 상이하게 언급되지 않는다면, 이는 토로이달 롤러 베어링과 케이지의 기하학적 형상에 관한 것이다. 축방향은 케이지와 베어링의 반경방향에 대해 수직이고 케이지와 롤러 베어링의 중심점을 교차하는 가상선을 따르는 방향을 의미한다. 반경방향은 케이지와 베어링의 중심점으로부터 기인되는 케이지와 베어링의 반경 방향을 의미한다.
토로이달 롤러 베어링의 실시 형태에서, 수단은 외부 링, 내부 링 또는 개별 요소들 중 하나 이상을 향하여 반경방향으로 연장되는 케이지 상에서의 적어도 하나의 부분을 의미한다. 부분은 또한 케이지의 주변의 일부를 따라 연장될 수 있다. 대안의 실시 형태에서, 부분은 케이지의 전체 주변을 따라 연장된다. 또한, 케이지의 주변 주위에 위치된 몇몇의 반경방향으로 연장되는 부분이 있을 수 있다.
토로이달 롤러 베어링의 실시 형태에서, 외부 링, 내부 링 또는 개별 요소 중 하나 이상은 외부 링, 내부 링 또는 개별 요소의 주변 방향으로 연장되는 하나 이상의 표면이 제공되고, 표면은 롤러 요소를 축방향으로 유도하기 위하여 수단을 수용할 수 있다. 수단이 적어도 반경방향으로 연장되는 부분일 때, 부분은 표면과 접촉할 수 있도록 구성되며, 케이지는 롤러 요소를 축방향으로 유도할 수 있다. 하나 이상의 표면은 내부 링 및/또는 외부 링의 하나 이상의 축방향 단부 상에 배열된다. 게다가 부분은 케이지의 축방향 단부 상에 배치될 수 있고, 이에 따라 대응 위치에 배치되어 부분과 표면이 서로 접촉할 수 있다. 토로이달 롤러 베어링의 실시 형태에서, 하나 이상의 표면이 이의 축방향 신장부가 기울어지거나, 계단형이거나, 오목형이거나, 또는 볼록형이다. 기울어지거나 또는 유사한 형상의 표면은 표면이 표면과 접촉하는 또 다른 요소에 대해 축방향으로 저항력을 형성할 수 있도록 형성된다. 축방향 저항력은 케이지 상의 부분과 같은 수단에 대해 작용하여 롤러 요소가 케이지에 의해 축방향으로 유도될 것이다. 표면은 임의의 축방향으로 축방향 저항력을 생성할 수 있는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다.
실시 형태에서, 표면은 케이지의 부분과 표면 사이에 효과적인 윤활 막을 형성하기에 적합한 형상을 갖는다. 예를 들어, 표면이 계단형 표면인 경우, 케이지의 부분과 표면 사이의 윤활막이 향상될 수 있다. 이에 따라 표면과의 접촉을 의미하는 부분의 일부와 표면 사이의 마찰 계수가 감소된다. 개선된 윤활 막을 형성할 수 있는 표면의 다른 예시는 거친 표면, 오목부(dimple)가 있는 표면, 등이다.
토로이달 롤러 베어링의 실시 형태에서, 표면은 상기 수단과 표면 사이에 매끄러운 미끄럼 접촉을 허용하기 위하여 0.20 미만의 마찰 계수를 갖는다. 표면은 표면 상에 저-마찰 코팅을 제공하거나 또는 스틸 표면 상에 매끄러운 표면 조도를 제공함으로써 저마찰 계수를 수득할 수 있다.
본 발명의 토로이달 베어링은 윈드 터빈, 페이퍼 밀, 스틸 제조 산업, 해양 응용, 예컨대 포드 추진 시스템(pod propulsion system), 등과 같은 다양한 응용에서 사용될 수 있다.
제2 양태에 따라서, 본 발명의 목적은 베어링 장치에 의해 구현되는데, 베어링 장치는 제1 양태의 임의의 실시 형태에 따르는 토로이달 롤러 베어링, 및 샤프트 - 베어링이 샤프트 상에 장착됨 - , 를 포함한다. 게다가, 작동 중에 샤프트는 이의 축방향으로 진동하거나 또는 샤프트는 (90-y)의 각도로 배치되며, 여기서 y는 0 내지 89 사이이며, 작동 중에 롤링 요소는 축방향 힘(F)에 노출된다.
제1 양태의 모든 실시 형태는 제2 양태의 모든 실시 형태에 적용될 수 있고, 역으로도 가능하다. 신규한 토로이달 베어링은 특히 롤러 요소에 축방향 힘이 작용하는 경우에 특히 선호될 것이다. 축방향 힘은 베어링이 비-수평 샤프트 상에 장착되는 경우에 롤러 요소에 대해 작용할 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 토로이달 롤러 베어링의 단면도.
도 2는 본 발명에 따르는 토로이달 롤러 베어링의 단면도.
도 3은 본 발명에 따르는 베어링 장치의 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따르는 내부 링의 일부의 단면도.
도 1에서, 본 발명에 따르는 토로이달 롤러 베어링(toroidal roller bearing, 1)의 축방향 단면도가 개시된다. 단면은 평면의 단면이고, 베어링(1)의 축방향 선은 평면 내에 있다. 토로이달 롤러 베어링(1)은 외부 링(2), 내부 링(3), 복수의 롤러 요소(4) 및 케이지(5)를 포함한다. 토로이달 롤러 베어링(1)은 내부 링(3)에 대한 외부 링(2)의 축방향 및 각방향 변위를 허용한다. 이는 롤러 요소(4) 및 링(2, 3)의 구성으로 인하여 가능하다. 내부 링(3)과 외부 링(2)은 각각 오목한 레이스웨이(31, 21)가 존재하며, 롤러 요소(4)는 대응 볼록한 형상을 갖는다. 롤러 요소(4)와 레이스웨이(21, 31)의 곡률 반경은 레이스웨이의 표면(21, 31)과 중심 축 사이의 최대 거리보다 실질적으로 크다. 케이지(5)는 롤러(4)를 서로 분리하기 위하여 롤러가 위치되는 다수의 롤러 포켓(도시되지 않음)을 갖는다. 게다가, 케이지(5)는 내부 링(2)에 대해 롤러 요소(4)를 축방향으로 유도하기 위한 수단(6)이 존재한다. 축방향 유도는 또한 도 2에 도시된 바와 같이 개별 요소(7)에 대해 또는 외부 링(2)에 대해 수행될 수 있다. 이 실시 형태에서, 수단(6)은 케이지(5) 상의 일부(6)이다. 부분(6)은 내부 링 상의 표면(8)에 대해 반경방향으로 연장된다. 이 실시 형태에서 표면(8)은 기울어진다. 도 1에서 베어링(1)의 좌측으로부터 임의의 롤러 요소에 축방향 력이 작용할 때, 부분(6)은 최종적으로 기울어진 표면(8)과 접촉할 것이며, 이에 따라 롤러 요소(4)를 축방향으로 유도한다. 베어링(1) 상에 부분(6)이 없고 베어링(1) 상에 작용하는 축방향 력이 있는 경우, 롤러(4)는 힘의 방향으로 움직일 것이며, 최종적으로 베어링(1)의 기능은 감소되어 증가된 롤링 마찰을 야기하는 베어링(1) 내에서 제동력이 발생된다. 이 실시 형태에서, 내부 링(3)의 표면(8)에 대해 유도되고 베어링(1)의 일 측면에 위치된 하나의 부분(6)이 제공된다. 베어링(1)의 축방향 측면에 위치되고 및/또는 예를 들어, 외부 링(2)에 대해 유도되는 다른 부분(6)이 있을 수 있다. 이 도면에서, 부분(6)은 외부 링(2) 외측의 축방향 위치에 위치된다. 부분(6)은 또 다른 실시 형태에서 외부 링(3)의 축방향 폭 내에서 축방향으로 배치될 수 있다. 추가로, 표면(8)은 다른 형상을 가질 수 있다. 표면(8)의 기울어진 형상이 있는 경우, 표면(8)은 일 방향으로 축방향 력을 흡수할 수 있을 것이다. 그러나, 표면(8)은 부분(6)이 부분적으로 요홈 내에 배치되어 양 방향으로의 축방향 힘이 처리될 수 있는 베어링 링들 중 하나의 베어링 링 상에서 요홈과 같이 양 방향으로 축방향 힘을 흡수할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시 형태의 단면도이다. 토로이달 롤러 베어링(1)은 외부 링(2), 내부 링(3), 복수의 롤러 요소(4) 및 케이지(5)를 포함하는 것으로 개시된다. 단면은 평면의 단면이고, 베어링(1)의 축방향 선은 평면 내에 있다. 게다가, 케이지는 개별 요소(7)에 대해 롤러 요소를 축방향으로 유도하기 위한 수단(6)이 제공되며, 이는 케이지(5)의 부분(6)과 같이 수단(6)이 접촉하는 기울어진 표면(8)을 갖는다. 이 실시 형태에서, 개별 요소(7)는 내부 링(3)의 축방향 측면들 중 하나의 측면 상에 배치되지만 요소(7)는 다른 위치에 위치될 수 있거나 또는 외부 링(2)의 축방향 측면들 중 임의의 측면 또는 내부 링(3)의 다른 축방향 측면 상에 배치된 하나 초과의 개별 요소(7)가 있을 수 있다. 게다가, 표면(8)은 임의의 또는 양 방향으로의 축방향 힘이 처리될 수 있는 임의의 형상을 가질 수 있다. 이 도면에서, 부분(6)은 외부 링(2) 외측에서 축방향 위치에 배치된다. 다른 실시 형태에서 부분(6)은 외부 링(3)의 축방향 폭 내측에서 축방향으로 배치될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서 부분(6)은 외부 링(3)의 축방향 폭 내에서 축방향으로 배치될 수 있는 것으로 인식된다.
도 3은 본 발명에 따르는 베어링 장치(10)의 단면도를 도시한다. 단면도는 평면의 단면이며, 베어링(1)의 축방향 선은 평면 내에 있다. 베어링 장치(10)는 외부 링(2), 내부 링(3), 복수의 롤러 요소(4) 및 케이지(5)를 포함하는 토로이달 롤러 베어링(1)이 제공된다. 게다가, 장치는 샤프트(9)를 포함하고, 베어링(1)은 베어링(1)의 내부 링(3)에 의해 샤프트 상에 장착된다. 이 실시 형태에서, 샤프트는 롤러 요소(4)에 작용하는 축방향 힘 성분을 야기하는 비-수평 각도로 배열된다. 케이지(5)는 베어링(1)의 반경방향으로 연장되는 부분(6)을 포함하고 내부 링(3)은 기울어진 표면(8)을 포함한다. 부분(6)은 샤프트(9)의 표면을 통해 롤러 요소(4)를 축방향으로 안내할 것이다. 롤러 요소 상에 작용하는 힘은 롤러 요소(4)가 표면(8)과 부분을 서로 접촉시키기 위해 링(2, 3)에 대해 축방향으로 이동하도록 하는 크기로 형성될 필요가 있다.
도 4a 내지 도 4d는 표면(8)의 실시 형태의 단면도를 도시한다. 이 실시 형태에서, 표면(8)은 토로이달 롤러 베어링의 내부 링(3) 상에 배치된다. 도 4a는 오목한 표면(8)의 예시이다. 도 4b는 계단형 표면(8)의 예시를 도시한다. 계단형 표면(8)은 하나 초과의 계단을 포함할 수 있다. 도 4c는 기울어진 표면의 예시를 도시하고, 도 4d는 볼록한 표면의 예시를 도시한다.

Claims (8)

  1. 토로이달 롤러 베어링(1)으로서,
    외부 링(2),
    내부 링(3),
    내부 링(3)과 외부 링(2) 사이에 배열된 복수의 롤러 요소 - 토로이달 롤러 베어링(11)은 상기 외부 링(2)과 내부 링(3) 사이의 각방향 및 축방향 이동을 허용함 - , 및
    롤러 요소(4)를 고정 및 분리하기 위한 케이지(5)를 포함하고,
    케이지(5)는 외부 링(2), 내부 링(3) 또는 토로이달 롤러 베어링(1)의 외측에 배열된 개별적인 요소(7)들 중 하나 이상에 대해 롤러 요소를 축방향으로 유도하기 위한 수단을 포함하는 토로이달 롤러 베어링(1).
  2. 제1항에 있어서, 수단(6)은 개별 요소(7), 내부 링(3) 또는 외부 링(2) 중 하나 이상을 향하여 반경방향으로 연장되는 케이지(5) 상에 하나 이상의 부분(6)인 토로이달 롤러 베어링(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 개별 요소(7)는 링인 토로이달 롤러 베어링(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 링(2), 내부 링(3) 또는 개별 요소(7) 중 하나 이상은 외부 링(2), 내부 링(3) 또는 개별 요소(7)의 주변 방향으로 연장되는 하나 이상의 표면(8)이 제공되고, 표면(8)은 롤러 요소(4)를 축방향으로 유도하기 위하여 수단(6)을 수용할 수 있는 토로이달 롤러 베어링(1).
  5. 제3항에 있어서, 하나 이상의 표면(8)은 내부 링(3) 및/또는 외부 링(2)의 하나 이상의 축방향 단부 상에 배열되는 토로이달 롤러 베어링(1).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 하나 이상의 표면(8)은 이의 축방향 신장부가 기울어지거나, 계단형이거나, 오목형이거나, 또는 볼록형인 토로이달 롤러 베어링(1).
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 표면(8)은 상기 수단과 표면 사이에 매끄러운 미끄럼 접촉을 허용하기 위하여 0.20 미만의 마찰 계수를 갖는 토로이달 롤러 베어링(1).
  8. 베어링 장치로서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따르는 토로이달 롤러 베어링(1), 및
    샤프트(9) - 베어링(1)이 샤프트(9) 상에 장착됨 - , 를 포함하고,
    작동 중에 샤프트(9)는 이의 축방향으로 진동하거나 또는 샤프트(9)는 (90-y)의 각도(α)로 배치되며, 여기서 y는 0 내지 89 사이이며, 작동 중에 롤링 요소(4)는 축방향 힘(F)에 노출되는 베어링 장치.
KR20147029430A 2012-04-23 2013-04-17 토로이달 롤러 베어링 KR20150005926A (ko)

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