KR20160150220A - 크로스헤드 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크로스헤드 베어링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대형엔진의 크로스헤드에 설치되어 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환시 마찰을 감소시켜 원활한 동작을 도모하기 위한 크로스헤드 베어링에 관한 것이다.
이를 위해, 크로스헤드 엔진에 설치되고 크로스헤드핀과 접하도록 설치되는 크로스헤드 베어링에 있어서, 크로스헤드핀의 하측에 설치되는 하부베어링; 상기 하부베어링과 체결되어 크로스헤드핀 상측에 설치되는 상부베어링; 상기 하부베어링과 상부베어링의 내측으로 윤활유가 공급될 수 있도록 외주면에 복수개가 관통 형성된 오일홀; 및 상기 하부베어링과 상부베어링의 외주면 중심부분이 주변부에 비해 두께가 얇게 형성되도록 가공된 홈부;를 포함하여 구성되는 크로스헤드 베어링을 제공한다.

Description

크로스헤드 베어링{Crosshead bearing}

본 발명은 크로스헤드 베어링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대형엔진의 크로스헤드에 설치되어 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환시 마찰을 감소시켜 원활한 동작을 도모하기 위한 크로스헤드 베어링에 관한 것이다.

일반적으로, 저속 디젤엔진은 대형 선박, 컨테이너선, 벌크선, VLCC 및 ULCC와 같은 원유 수송선 등의 추진기관으로 사용되고 10,000 ~ 110,0000마력에 달하며, 높이와 길이가 각각 20~30미터에 달한다.

이렇게 규모가 큰 디젤엔진의 경우 피스톤 동력을 커넥팅로드로 전달하기 위해 피스톤과 커넥팅로드 사이에 크로스헤드가 설치된다.

또한, 크로스헤드 내부에는 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환시 마찰을 감소시켜 크랭크축의 회전시 원활하게 커넥팅로드가 안내되어 회동할 수 있도록 하기 위해 크로스헤드 베어링이 설치된다.

도 1은 일반적인 크로스헤드 엔진을 나타낸 도면이고, 도 2는 크로스헤드 엔진의 피스톤 부분의 구성을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 크로스헤드 엔진(1)은 엔진블록(10) 내부 실린더(20)에 피스톤(60)이 삽입된 상태로 커넥팅로드(40)와 피스톤(60)을 연결하는 크로스헤드(30)가 설치된다.

이에 따라, 엔진의 폭발 압력이 발생하면 피스톤(60)과 피스톤로드(61)를 거쳐 크로스헤드(30)로 전달되고 크로스헤드(30)와 연결된 커넥팅로드(40)까지 전달되게 되어 최종적으로 크랭크축(50)을 회전시키게 된다.

한편, 상기 크로스헤드(30)는 커넥팅로드(40) 상부에 크로스헤드핀(31)이 설치되고, 상기 크로스헤드핀(31) 둘레를 감싸도록 크로스헤드 베어링(32)이 설치된며, 상기 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(32)이 이탈되지 못하도록 크로스헤드 베어링(32) 상측으로 헤드핀고정부(33)가 커넥팅로드(40)에 체결되어 고정된다.

또한, 상기 크로스헤드핀(31)의 양측으로 커넥팅로드(40)가 실린더(20) 내부에서 안정적으로 안내되어 동작할 수 있도록 가이드슈(34)가 설치된다.

이렇게 상기 크로스헤드 베어링(32)은 크로스헤드핀(31) 주위를 감싸듯 설치되어 피스톤(60)의 왕복운동에 의해 크로스헤드핀(31)을 기준으로 커넥팅로드(40)가 회동될 경우 마찰 저항을 감소시켜 커넥팅로드(40)가 원활하게 회동될 수 있도록 하는 부분이다.

하지만, 종래의 크로스헤드 베어링(32)은 피스톤(60)으로부터 전달되는 폭발 압력에 의해 하중이 중심부에 집중되어 전달됨으로써 크로스헤드 베어링(32)과 크로스헤드핀(31)의 접촉이 발생하게 되어 크로스헤드 베어링(32)의 중심부분의 마모가 발생하게 되는 문제가 있다.

이렇게 크로스헤드 베어링(32)이 손상되게 되면 엔진(1) 구동에 문제가 발생하게 됨에 따라, 종래에는 엔진(1) 내부에 크로스헤드 베어링(32)의 마모 상태를 모니터링 하여 크로스헤드 베어링(32)이 사용불가 상태라고 판단되면 교체작업을 실시하고 있는 실정이다.

하지만, 대형 엔진의 경우 부피가 큰 크로스헤드 베어링(32)을 주기적으로 교체작업을 실시하는데 많은 비용과 인력이 필요하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 피스톤의 왕복 운동시 크로스헤드 베어링으로 전달되는 압력이 어느 한 지점으로 집중되지 않고 고르게 분포되어 전달되도록 하여 크로스헤드핀과의 접촉에 의한 마모를 방지할 수 있는 크로스헤드 베어링을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 크로스헤드 엔진에 설치되고 크로스헤드핀과 접하도록 설치되는 크로스헤드 베어링에 있어서, 크로스헤드핀의 하측에 설치되는 하부베어링; 상기 하부베어링과 체결되어 크로스헤드핀 상측에 설치되는 상부베어링; 상기 하부베어링과 상부베어링의 내측으로 윤활유가 공급될 수 있도록 외주면에 복수개가 관통 형성된 오일홀; 및 상기 하부베어링과 상부베어링의 외주면 중심부분이 주변부에 비해 두께가 얇게 형성되도록 가공된 홈부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 홈부는, 양측에서부터 중심부로 갈수록 곡률의 변화가 점차적으로 커지고 완만한 곡선을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 홈부는, 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 홈부는, 양측이 일부가 경사지고 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성되어 사다리꼴 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링은 다음과 같은 효과가 있다.

크로스헤드 베어링의 외주면 중심부 두께를 측면부분에 비해 얇게 형성되도록 홈부를 형성함으로써, 피스톤의 왕복운동에 의해 발생된 압력이 크로스헤드 베어링으로 전달시 크로스헤드핀의 중심부에 집중되어 가해지더라도 크로스헤드 베어링의 전체 면적으로 고르게 분포되어 접촉될 수 있어 크로스헤드 베어링의 부분적으로 발생되는 마모를 방지할 수 있게 된다.

이에 따라, 크로스헤드 베어링의 수명을 연장할 수 있어 비용 및 인력 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 크로스헤드 엔진을 나타낸 도면.
도 2는 크로스헤드 엔진의 피스톤 부분의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제1실시예 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제2실시예 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제3실시예 단면도.
도 7은 본 발명의 크로스헤드 베어링의 작동 전 상태를 나타낸 작동상태도.
도 8은 본 발명의 크로스헤드 베어링의 작동 후 상태를 나타낸 작동상태도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도 3 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제1실시예 단면도, 도 5는 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제2실시예 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링의 제3실시예 단면도, 도 7은 본 발명의 크로스헤드 베어링의 작동 전 상태를 나타낸 작동상태도, 도 8은 본 발명의 크로스헤드 베어링의 작동 후 상태를 나타낸 작동상태도이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링(100)은 크게, 하부베어링(110), 상부베어링(120), 오일홀(130), 홈부(140)를 포함하여 구성된다.

상기 본 발명에 따른 크로스헤드 베어링(100)은 대형 엔진(1)의 크로스헤드(30)에 설치되고 크로스헤드핀(31)을 감싸 듯 설치되어 피스톤(60)의 왕복운동을 커넥팅로드(40)의 회전운동으로 전환 시 마찰을 감소시키기 위해 설치되는 부분이다.

즉, 상기 크로스헤드 베어링(100)은 통해 실린더(20) 내부를 따라 이동되는 가이드슈(34)에 고정된 크로스헤드핀(31)과 접하도록 설치되어 피스톤(60)으로부터 전달되는 압력을 커넥팅로드(40)로 전달 시 마찰을 감소시켜 원활한 회전운동을 구현할 수 있도록 하게 된다.

먼저, 하부베어링(110)은 크로스헤드핀(31)의 하측에 설치된다.

상기 하부베어링(110)은 크로스헤드핀(31)의 외주면의 곡률에 대응하여 곡률을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 하부베어링(110)은 최초 평평한 철판을 이용하여 밴딩작업을 통해 특정 곡률을 갖도록 절곡하여 제작된다.

또한, 상기 하부베어링(110)은 크로스헤드핀(31)의 외주면 중간지점까지 감쌀 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.

따라서, 하부베어링(110)은 커넥팅로드(40)의 상부와 크로스헤드핀(31) 사이에 배치되도록 설치된다.

다음으로, 상부베어링(120)은 크로스헤드핀(31)의 상측에 설치되는 부분이다.

상기 상부베어링(120)은 상기 하부베어링(110)과 체결되어 크로스헤드핀(31) 외주면을 감싸도록 설치된다.

즉, 상기 하부베어링(110)과 상부베어링(120)이 체결되어 크로스헤드핀(31)의 외주면 전체를 감싸 듯 설치되는 것이다.

또한, 상기 상부베어링(120)은 크로스헤드핀(31)의 외주면의 곡률에 대응하여 곡률을 갖도록 형성된다.

여기서, 상기 상부베어링(120)은 최초 평평한 철판을 이용하여 밴딩작업을 통해 특정 곡률을 갖도록 절곡하여 제작된다.

또한, 상기 상부베어링(120)은 크로스헤드핀(31)의 외주면 중간지점까지 감쌀 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 상부베어링(120)의 상부에는 일부가 개방된 로드홀(121)이 형성된다.

상기 로드홀(121)은 피스톤(60)에 연결된 피스톤로드(61)가 크로스헤드핀(31)에 설치될 수 있도록 개방된 공간을 제공하기 위한 것이다.

따라서, 상기 로드홀(121)을 통해 피스톤로드(61)가 크로스헤드핀(31)에 설치될 수 있게 된다.

즉, 하측으로 커넥팅로드(40)가 배치되고, 크로스헤드핀(31)과 커넥팅로드(40) 사이에 크로스헤드 베어링(100)이 설치되며, 크로스헤드핀(31) 상측으로 헤드핀고정부(33)가 커넥팅로드(40)에 고정됨으로써 조립이 완료된다.

그리고 상기 로드홀(121)을 통해 피스톤로드(61)가 크로스헤드핀(31)에 설치될 수 있게 된다.

다음으로, 오일홀(130)은 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 내측으로 윤활유가 공급될 수 있도록 하는 부분이다.

상기 오일홀(130)은 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면에 복수개가 관통 형성된다.

이때, 상기 오일홀(130)은 하부베어링(110) 또는 상부베어링(120) 중 어느 한 부분에 선택적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 오일홀(130)은 일부가 길이방향으로 연장된 장공 형태로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 오일홀(130)과 연통되도록 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 내측면에 오일유로(131)가 형성된다.

상기 오일유로(131)는 오일홀(130)을 통해 유입된 윤활유가 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100) 사이로 유입되어 크로스헤드 베어링(100) 내측면 전체로 고르게 분포되어 윤활작용을 하기 위한 것이다.

이렇게 상기 오일홀(130)을 통해 윤활유가 유입된 후 오일유로(131)로 보내지면서 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100) 사이에 고르게 분포되어 윤활작용을 통해 마찰력을 감소시킬 수 있게 된다.

다음으로, 홈부(140)는 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면에 형성되는 부분이다.

상기 홈부(140)는 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면 중심부부분을 주변부에 비해 두께를 얇게 형성될 수 있도록 홈가공 되는 부분이다.

여기서, 상기 홈부(140)는 최초 하부베어링(110)과 상부베어링(120) 제작시 평평한 철판형태에서 홈가공을 실시하는 것이 바람직하다.

이렇게 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면의 중심부분에 홈부(140)를 형성함으로써, 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면 주변부에 비해 중심부의 두께가 얇게 형성될 수 있게 된다.

이와 같이, 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면 중심부 두께를 얇게 형성함으로써 피스톤(60)으로부터 전달된 엔진(1)의 폭발 압력이 크로스헤드 베어링(100)의 하측 중심부에 집중되어 하중이 발생하더라도 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100)과 접촉되는 면적은 어느 한 부분에 집중되지 않고 전체면적으로 고르게 분포되어 전달될 수 있게 된다.

상기 홈부(140)에 의한 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100)의 접촉에 따른 작용은 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술하도록 한다.

한편, 상기 홈부(140)는 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면에 홈가공을 하는데 있어 다양한 형태로 형성할 수 있다.

도 4를 참조하여 설명하면, 상기 홈부(140)는 양측에서부터 중심부로 갈수록 곡률의 변화가 점차적으로 커지고 완만한 곡선을 가지도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 홈부(140)의 주변부에서부터 중심부까지 곡률의 변화가 점차적으로 커지도록 형성되어 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면 중심부의 두께가 감소되도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 홈부(140)가 형성된 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면은 커넥팅로드(40) 상부와 밀착되지 않고 소정 간격을 유지한 상태가 된다.

도 5를 참조하여 설명하면, 상기 홈부(140)는 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성될 수도 있다.

즉, 상기 홈부(140)의 주변부에서부터 중심부까지 동일한 홈의 깊이가 형성되도록 하여 홈부(140)의 주변부 지점부터 중심부까지에 해당하는 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면의 두께가 일정하게 얇은 형태로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 홈부(140)가 형성된 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면은 커넥팅로드(40) 상부와 밀착되지 않고 일정 간격을 유지한 상태가 된다.

도 6을 참조하여 설명하면, 상기 홈부(140)는, 양측이 일부가 경사지고 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성되어 사다리꼴 형상으로 형성될 수도 있다.

여기서, 상기 홈부(140)를 형성할 때 홈의 깊이, 즉 홈부(140)에 해당하는 하부베어링(110)과 상부베어링(120)의 외주면 두께를 설정할 때에는 피스톤(60)으로부터 전달되는 압력에 의해 크로스헤드 베어링(100)의 탄성변형이 발생시 홈부(140)의 면적이 커넥팅로드(40)에 밀착될 수 있는 정도로 설정하는 것이 바람직하다.

즉, 최초 피스톤(60)의 압력이 발생하지 않은 때에는 홈부(140)가 커넥팅로드(40)와 이격된 상태로 위치되고, 피스톤(60) 압력이 발생한 후에는 탄성변형에 의해 홈부(140)가 커넥팅로드(40)와 밀착될 수 있는 정도로 홈부(140)의 홈의 깊이를 설정하는 것이다.

이하에서는 도 7 내지 도 8을 참조하여 상기 설명한 크로스헤드 베어링의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 엔진(1)의 구동되어 실린더(20) 내부에서 폭발 압력이 발생하면 피스톤(60)은 커넥팅로드(40)를 향해 왕복운동을 하게 된다.

그 다음, 피스톤로드(61)와 연결된 크로스헤드핀(31)은 커넥팅로드(40)측으로 하중을 전달하게 된다.

이때, 크로스헤드핀(31)을 감싸 듯 설치되는 크로스헤드 베어링(100)은 윤활유의 윤활작용에 의해 크로스헤드핀(31)과 유막이 형성된 간격만큼 이격된 상태로 커넥팅로드(40)로 하중을 전달하게 된다.

그 다음, 크로스헤드핀(31)의 하측 중심부로 하중이 집중되어 크로스헤드 베어링(100)으로 전달되면 크로스헤드 베어링(100)의 중심부로 하중이 집중되고 크로스헤드 베어링(100)은 탄성변형을 일어나게 되어 하중이 분산되어 전달되게 된다.

그 다음, 커넥팅로드(40)와 소정 간격으로 이격된 홈부(140)는 탄성변형에 의해 커넥팅로드(40)와 밀착된 상태로 되면서 윤활유의 유막의 압력에 의해 커넥팅로드(40)를 하측으로 하중을 전달하고 커넥팅로드(40)가 크랭크축(50)을 회전시킬 수 있게 된다.

즉, 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100) 사이에 형성된 윤활유의 유막의 압력을 고르게 분포하여 가할 수 있게 되면서 크로스헤드핀(31)과 크로스헤드 베어링(100)간에 접촉되는 면적이 어느 한 곳에 집중되지 않아 크로스헤드 베어링(100)의 편마모를 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 설명한 바와 같이, 크로스헤드 베어링(100)의 외주면 중심부 두께를 측면부분에 비해 얇게 형성되도록 홈부(140)를 형성함으로써, 피스톤(60)의 왕복운동에 의해 발생된 압력이 크로스헤드 베어링(140)으로 전달시 크로스헤드핀(100)의 중심부에 집중되어 가해지더라도 크로스헤드 베어링(100)의 전체 면적으로 고르게 분포되어 접촉될 수 있어 크로스헤드 베어링(100)의 부분적으로 발생되는 마모를 방지할 수 있게 된다.

이에 따라, 크로스헤드 베어링(100)의 수명을 연장할 수 있어 비용 및 인력 손실을 줄일 수 있는 특징이 있는 것이다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

1: 엔진 10: 엔진블록
20: 실린더 30: 크로스헤드
40: 커넥팅로드 50: 크랭크축
60: 피스톤 100: 크로스헤드 베어링
110: 하부베어링 120: 상부베어링
121: 로드홀 130: 오일홀
131: 오일유로 140: 홈부

Claims (4)

1. 크로스헤드 엔진에 설치되고 크로스헤드핀과 접하도록 설치되는 크로스헤드 베어링에 있어서,
   크로스헤드핀의 하측에 설치되는 하부베어링;
   상기 하부베어링과 체결되어 크로스헤드핀 상측에 설치되는 상부베어링;
   상기 하부베어링과 상부베어링의 내측으로 윤활유가 공급될 수 있도록 외주면에 복수개가 관통 형성된 오일홀; 및
   상기 하부베어링과 상부베어링의 외주면 중심부분이 주변부에 비해 두께가 얇게 형성되도록 가공된 홈부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드 베어링.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 홈부는, 양측에서부터 중심부로 갈수록 곡률의 변화가 점차적으로 커지고 완만한 곡선을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드 베어링.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 홈부는, 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드 베어링.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 홈부는, 양측이 일부가 경사지고 양측에서부터 중심부까지 홈의 깊이가 동일하게 형성되어 사다리꼴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드 베어링.

Images