KR20170022164A - 초저온 베어링 시험기 - Google Patents

초저온 베어링 시험기 Download PDF

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KR20170022164A
KR20170022164A KR1020150116810A KR20150116810A KR20170022164A KR 20170022164 A KR20170022164 A KR 20170022164A KR 1020150116810 A KR1020150116810 A KR 1020150116810A KR 20150116810 A KR20150116810 A KR 20150116810A KR 20170022164 A KR20170022164 A KR 20170022164A
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temperature
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KR1020150116810A
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박영일
박현섭
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제일베어링공업(주)
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Abstract

본 발명은 구동부의 구동력에 의해 회전되는 회전축 상에 장착되는 시험베어링을 파지하는 파지구를 수용하고 내부에 초저온 환경을 갖추기 위한 액체 또는 기체가 충진되는 시험 챔버와, 상기 시험 챔버의 외측에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 지지베어링 유닛과, 상기 시험 챔버와 지지베어링 유닛 사이에 구비되어 상기 시험 챔버 내의 온도가 상기 지지베어링 유닛에 최대한 전이되지 않도록 차단하는 단열재로 구성되는 시험 지그와, 상기 시험 챔버에 수용된 파지구에 수직으로 결합되어 액시얼 하중을 부여하는 제 1 유압 서보 유닛과, 상기 회전축에 결합되어 레이디얼 하중을 부여하는 제 2 유압 서보 유닛을 포함하는 초저온 베어링 시험기를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 시험 챔버의 내부에 -196℃ LN2(액화질소)를 주입하여 초저온용 베어링의 실제 사용환경과 동일한 환경조건을 갖춤으로써 초저온용 시험베어링의 내구성 및 신뢰성 시험의 정확도를 향상시킬 수 있고, 시험 챔버 내의 온도 영향이 지지베어링에 미치지 않게 됨으로써 지지베어링의 성능 및 수명을 유지시킬 수 있으며, 실린더 로드의 이동거리를 제어하여 시험에 필요한 정확한 하중을 부여함으로써 정확한 시험데이터를 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

초저온 베어링 시험기{Tester for Ultra Low Temperature Bearing}
본 발명은 초저온 베어링 시험기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 초저온의 극한 환경 및 특수 환경에서 요구하는 초저온용 베어링의 성능을 시험할 수 있는 초저온 베어링 시험기에 관한 것이다.
일반적으로 구름 베어링은 하우징에 장착된 외륜과, 그 내부에 샤프트가 끼워진 내륜 사이에서 볼 또는 롤러 등과 같은 전동체가 상대회전될 수 있도록 조립되어 회전동력전달에 관여하는 기계요소로서, 이러한 구름 베어링(이하, 베어링이라 한다)은 동작 특성상 샤프트를 매개로 소정의 하중을 받으면서 상당한 속도로 회전되게 되므로 외륜과 내륜 및 전동체 사이의 마찰에 따른 마모 및 온도상승이 발생하게 되는바, 특히 대하중·고속 회전용 베어링 경우에는 내마모 특성뿐만 아니라 내열성이 충분히 갖춰져야만 베어링으로서 제 성능을 발휘할 수 있게 되므로, 베어링의 재료라던가 가공정밀도 또는 열처리 방법 등이 베어링의 성능 및 그 수명에 주요한 관련 인자로 작용하게 된다.
종래 베어링의 재료로는 탄소 0.9%∼1.0%, 크롬 1%∼1.5%가 함유된 고탄소크롬 베어링 강이 주로 사용되는바, 이러한 고탄소크롬 베어링 강으로 제조한 일반 베어링은 담금질 후 140℃∼180℃ 정도의 온도로 뜨임 작업을 실시하게 되고, 통상 동작온도가 0℃∼120℃의 온도에서 사용되게 된다.
그런데 약 -160℃ 이하의 초저온인 환경에서 일반 베어링 강으로 제조한 베어링을 사용할 경우, 베어링의 조직강화가 불충분하여 동작중 온도저하 또는 온도상승에 의해 외륜의 외경이라던가 궤도 치수 또는 진원도 등에 치수변화가 발생하면서 변형, 균열, 파괴의 현상이 빈번하게 발생 되고, 경도저하로 인해 베어링의 성능이 크게 저하됨은 물론 수명이 크게 단축되는 문제점이 있었다.
특히, LNG 탱크에 LNG의 충진, 반송, 배출에 사용하는 전용의 특수펌프에 사용되는 베어링은 펌프 내에 흐르는 LNG, LN2 등의 초저온에 저점도의 액화가스를 윤활제의 대체로 사용하게 되는데 LNG 등의 액화가스의 점도는 0.2∼0.3㎟/s 정도로써 통상의 윤활제에 비하여 2단위 정도 작은 값으로 윤활 조건이 상당히 가혹하다.
따라서, 초저온의 극한 환경에서도 사용 가능하고 특수 환경에서 요구하는 베어링의 성능 및 수명에 도달할 수 있는 초저온용 베어링의 개발이 요구되고 있으며, 이에 따라 초저온의 환경에서 초저온용 베어링의 내구성 및 신뢰성을 정확히 시험할 수 있는 시험기의 개발이 요구되고 있다.
또한, 종래의 일반적인 베어링 시험기는 시험 챔버 안에서 회전축에 장착되는 시험베어링과 회전축을 지지하는 지지베어링이 함께 위치되어 있어 시험 챔버 내부를 초저온 환경조건으로 하여 시험베어링을 시험하는 경우, 일반 베어링 강으로 제조된 지지베어링은 초저온 환경의 영향을 받아 변형, 균열, 파괴의 현상이 발생하게 되고, 이로 인하여 지지 베어링의 성능이 크게 저하되며 아울러 시험기의 수명이 크게 단축되는 문제점이 있다.
한국등록실용신안: 20 - 0235880 (공고일 2001. 10. 10)
한국공개특허: 10 - 2013 - 0022047 (공개일 2013. 03. 06)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 초저온의 극한 환경에 사용되는 초저온 베어링의 실제 사용 환경과 동일한 조건에서 시험 가능하도록 하여 초저온용 베어링의 내구성 및 신뢰성 시험의 정확도를 향상시키는 초저온 베어링 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회전축에 장착되는 시험베어링은 초저온 환경의 시험 챔버 내에 위치되고, 회전축을 지지하는 지지베어링은 시험 챔버 외측에 위치되며, 시험 챔버와 지지베어링 사이에 온도 전이를 최대한 줄이기 위한 단열재가 구비되어 시험 챔버 내의 온도 영향이 지지베어링에 최대한 미치지 않게 함으로써 지지베어링의 성능을 유지시키고 아울러 수명을 증대시키는 초저온 베어링 시험기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하중을 부여하는 유압 서보 유닛에 하중인가시 실제 로드의 이동거리 즉 변위를 검출하고 검출된 변위 데이터를 유량 제어 서보 밸브에 전송하는 변위 계측기를 장착하여 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 정확한 하중을 부여할 수 있는 초저온 베어링 시험기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 초저온 베어링 시험기는 구동부의 구동력에 의해 회전되는 회전축 상에 장착되는 시험베어링을 파지하는 파지구를 수용하고 내부에 초저온 환경을 갖추기 위한 액체 또는 기체가 충진되는 시험 챔버와, 상기 시험 챔버의 외측에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 지지베어링 유닛과, 상기 시험 챔버와 지지베어링 유닛 사이에 구비되어 상기 시험 챔버 내의 온도가 상기 지지베어링 유닛에 최대한 전이되지 않도록 차단하는 단열재로 구성되는 시험 지그; 상기 시험 챔버에 수용된 파지구에 수직으로 결합되어 액시얼 하중을 부여하는 제 1 유압 서보 유닛; 및 상기 회전축에 결합되어 레이디얼 하중을 부여하는 제 2 유압 서보 유닛;을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 시험 챔버에는 초저온 환경을 갖추기 위해 -196℃ LN2(액화질소)가 주입되는 것을 특징으로 한다.
상기 시험 챔버는 하부에 LN2의 주입량을 제어하는 솔레노이드 메뉴얼 밸브가 구비되는 주입구와 상부에 LN2의 배출량을 제어하는 서보 밸브가 구비되는 배출구가 구비되고, 상기 배출구 측에는 시험 챔버 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서에 측정된 온도를 통해 압력 출력 값을 검출하고 상기 주입구의 솔레노이드 메뉴얼 밸브 및 배출구의 서보 밸브와 전기적으로 연결되어 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 LN2의 배출과 주입을 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 시험 챔버에는 상기 회전축이 관통되는 내벽에 상기 회전축의 외면과 접촉되어 내부에 충전되는 LN2의 누출을 방지하는 오일 시일이 장착되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 오일 시일은 불소수지 테프론 계열의 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)재료로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오일 시일은 LN2의 압력 작용 방향으로 요입된 형태를 이루고, 하단부의 립이 시험 챔버의 내측을 향해 접혀져 회전축의 외면에 접촉되는 것을 특징으로 한다.
상기 시험 챔버 및 파지구는 마르텐사이트 계열의 스텐레스 재료로 제조되고, 극저온 환경에서 재료의 저온 취성 및 잔류오스테나이트에 의한 치수변형을 막기 위해 심냉(sub-zero) 처리된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 유압 서보 유닛은 유량을 공급받아 상기 시험 챔버에 수용된 파지구에는 수직으로 결합되는 하중축에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛과, 상기 유압실린더 유닛에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브와, 상기 유압실린더 유닛의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하고 상기 검출된 변위 데이터를 상기 서보 밸브에 전송하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 하는 변위 계측기와, 상기 유압실린더 유닛에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 유압 서보 유닛은 유량을 공급받아 상기 회전축에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛과, 상기 유압실린더 유닛에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브와, 상기 유압실린더 유닛의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하고 상기 검출된 변위 데이터를 상기 서보 밸브에 전송하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 하는 변위 계측기와, 상기 유압실린더 유닛에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동부에는 회전축의 토오크를 측정하기 위한 토크미터가 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 시험 챔버의 내부에 -196℃ LN2(액화질소)를 주입하여 초저온용 베어링의 실제 사용환경과 동일한 환경조건을 갖춤으로써 초저온용 시험베어링의 내구성 및 신뢰성 시험의 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 회전축에 장착되는 시험베어링은 초저온 환경의 시험 챔버 내에 위치되고, 회전축을 지지하는 지지베어링은 시험 챔버 외측에 위치되며, 시험 챔버와 지지베어링 사이에 온도 전이를 최대한 줄이기 위한 단열재가 구비되어 시험 챔버 내의 온도 영향이 지지베어링에 미치지 않게 됨으로써 지지베어링의 성능을 유지시키고 아울러 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1, 제 2 유압 서보 유닛의 하중인가시 실제 실린더 로드의 이동거리 즉, 실린더 로드의 변위를 검출하고 검출된 변위 데이터를 유량 제어 서보 밸브에 전송하는 변위 계측기를 장착하여 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 시험에 필요한 정확한 하중을 부여하게 되고 이로 인하여 정확한 시험데이터를 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 시험 지그를 확대 도시한 요부 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 시험 챔버 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 LN2의 주입과 배출을 컨트롤하는 시험 챔버의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 축 방향 및 반경 방향으로 하중이 작용하는 것을 설명하기 위한 모식도.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 초저온 베어링 시험기를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 시험 지그를 확대 도시한 요부 확대도이며, 도 3은 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 시험 챔버 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 LN2의 주입과 배출을 컨트롤하는 시험 챔버의 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실 시 예에 따른 초저온 베어링 시험기에서 축 방향 및 반경 방향으로 하중이 작용하는 것을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 초저온 베어링 시험기는 시험 지그(100)와, 구동부(200)와, 제 1 유압 서보 유닛(300)과, 제 2 유압 서보 유닛(400)을 포함하여 구성된다.
먼저, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 시험 지그(100)는 구동부(200)의 구동력에 의해 회전되는 회전축(210) 상에 장착되는 시험베어링(B)을 파지하는 파지구(110)를 수용하고 내부의 공간에 초저온 환경을 갖추기 위한 액체 또는 기체가 충진되는 시험 챔버(120)와, 시험 챔버(120)의 외측에 구비되어 회전축(210)을 지지하는 지지베어링 유닛(130)과, 시험 챔버(120)와 지지베어링 유닛(130) 사이에 구비되어 시험 챔버(120) 내의 온도가 지지베어링 유닛(130)에 최대한 전이되지 않도록 차단하는 단열재(140)를 포함하여 구성된다.
시험 챔버(120)는 양 측벽에 회전축(210)이 관통하는 관통공(121)이 형성되고, 회전축(210) 상에 장착되는 시험베어링(B)을 파지하는 파지구(110)를 수용한다. 여기서, 파지구(110)에는 하중축(111)이 수직으로 결합되고, 하중축(111)은 시험 챔버(120)의 상부를 관통하여 제 1 유압 서보 유닛(300)과 결합된다. 그리고, 시험 챔버(120)의 내부 공간은 초저온 환경을 갖추기 위해 -196℃ LN2(액화질소)가 주입되어 충진된다. 그리고, 시험베어링(B)은 LN2를 이용하여 윤활한다.
도 3에 도시된 바와 같이 시험 챔버(120)의 하부에는 LN2를 주입하는 주입구(122)가 구비되고, 주입구(122)에는 LN2의 주입량을 제어하는 솔레노이드 메뉴얼 밸브가(123) 구비된다.
그리고, 시험 챔버(120)의 상부에는 시험 챔버(120)의 내부에 일정 압력이 발생하면 내부 압력을 배출시키는 배출구(124)가 구비되며, 배출구(124)에는 LN2의 배출량을 제어하는 서보 밸브(125)가 구비된다.
또한, 배출구(124) 측에는 시험 챔버(120) 내부의 온도를 측정하는 온도센서(126)가 구비되고, 온도센서(126)에 측정된 온도를 통해 압력 출력 값을 검출하는 제어부(127)가 구비된다.
제어부(127)는 주입구(122)의 솔레노이드 메뉴얼 밸브(123) 및 배출구(124)의 서보 밸브(125)와 전기적으로 연결되어 있으며, 검출된 압력 출력 값을 이용하여 시험 챔버(120) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 주입구의 솔레노이드 메뉴얼 밸브(123) 및 배출구의 서보 밸브(124)의 작동을 제어하여 LN2의 주입과 배출을 제어한다.
그리고, 시험 챔버(120)의 내부로 주입된 LN2는 온도가 올라가서 기화되고 내부의 압력이 상승하게 된다. 이때, 압력이 상승하면서 LN2의 누출이 발생할 수 있기 때문에 시험 챔버(120)에서 관통공(121)이 형성된 내벽에는 회전축(210)과 관통공(121) 사이를 폐쇄하는 오일 시일(128)이 장착된다.
도 2에서 요부 확대되어 도시된 바와 같이 오일 시일(128)은 기화된 LN2의 압력 작용 방향으로 요입된 형태를 이루고 하단부의 립이 시험 챔버(120)의 내측을 향해 접혀지면서 회전축(210)의 외면에 접촉되어 시험 챔버(120) 내부의 압력을 유지할 수 있는 구조를 갖는다.
여기서, 오일 시일(128)은 불소수지 테프론 계열의 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE) 재료로 제조된다.
불소수지(테프론)는 일반 플라스틱에 비하여 내열성, 내약품성, 내저온성, 전기절연성, 고주파 특성 등이 매우 뛰어나며, 특이한 비점착성과 저마찰 특성도 갖추고 있다. 불소수지는 이러한 특성 때문에 화학공업, 전기 및 전자공업, 기계공업은 물론 우주개발이나 항공기 산업에서부터 가정용품에 이르기까지 매우 다양한 분야에서 적용되고 있다.
불소수지는 C-C결합으로 이루어지는 폴리올레핀과 같은 결합인데 폴리올레핀의 수소의 일부 또는 전부가 불소원자로 대치된 구조를 가진 합성수지이다. 시판되고 있는 것으로 8종류의 불소(Fluorine)수지가 있는데 그 중에서 70%인 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE-Polytetrafluoroethylene)이 대표적이다.
Figure pat00001
< 불소수지계열인 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)의 화학식 >
폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)은 용점 327℃의 결정성 폴리머로 연속사용온도는 260℃이며 저온(-268℃)에서 고온(290℃)까지 넓은 온도범위에서 사용 가능하다. 내약품성은 유기 재료 중에서는 가장 우수하고, 산 및 알칼리 등 용제에는 전혀 침해되지 않으며, 불소, 3불호염소 등 특수한 약품에는 침해된다. 기계적 특성에서 최대 특징은 불소수지 중에서 마찰계수가 가장 작으며, 무급유 슬라이딩재의 베어링 등에 사용된다. 또한 비점착성이 우수하여 코팅재로 많이 사용되고, 유전특성이 우수하며, 내마모성, 내윤활성이 우수하다.
그리고, 시험 챔버(120) 및 파지구(110)는 마르텐사이트 계열의 스텐레스 재료로 제조되고, 극저온 환경에서 재료의 저온 취성 및 잔류 오스테나이트에 의한 치수변형을 막기 위해 심냉(sub-zero) 처리된다.
심냉(sub-zero)처리는 -120℃∼-200℃의 온도를 적용하여 시험 챔버(120)와 파지구(110)의 조직내 잔류 오스테나이트가 0%를 유지하게 한다.
이처럼 시험 챔버(120) 및 파지구(110)는 내식성이 있는 마르텐사이트 계열의 스텐레스(stainless steel 440C) 재료를 적용하여 제조하고, 심냉 처리를 통해 잔류 오스테나이트가 존재하지 않도록 함으로써 초저온 환경에서도 치수안전성이 높고, 재료의 균열 및 파손이 발생하지 않으며, 경도의 저하를 방지하여 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
지지베어링 유닛(130)은 시험 챔버(120)의 양측에 구비되어 회전축(210)을 지지하되, 시험 챔버(120)의 외측면으로부터 일정거리 이격되는 위치에 구비된다.
그리고, 단열재(140)가 지지베어링 유닛(130)과 시험 챔버(120)의 이격 공간에 개재되어 시험 챔버(120) 내의 온도가 지지베어링 유닛(130)에 최대한 전이되지 않도록 차단한다.
그리고, 지지베어링 유닛(130)은 단열재(140)에 의해 시험 챔버(120) 내의 온도 영향을 받지 않게 됨으로써 지지베어링의 성능을 유지시키게 되고 아울러 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
한편, 회전축(210)의 일측에는 회전축(210)에 회전력을 제공하는 구동부(200)가 구비되고, 구동부(200)와 회전축(210) 사이에는 구동부(200)의 구동축과 회전축(210)을 연결하여 구동부(200)의 구동력을 회전축(210)에 전달함과 동시에 회전축(210)의 토오크를 측정하는 토크미터(220)가 결합된다.
여기서, 토크미터(220)는 회전축(210)의 토오크를 측정하여 회전축(210)의 부하를 체크한다.
제 1 유압 서보 유닛(300)은 유량을 공급받아 파지구(110)에 수직으로 결합되는 하중축(111)에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛(310)과, 유압실린더 유닛(310)에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브(320)와, 유압실린더 유닛(310)의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하여 서보 밸브(320)에 전송하는 변위 계측기(330)와, 유압실린더 유닛(310)에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀(340)을 포함하여 구성된다.
여기서, 유압실린더 유닛(310)은 공급되는 유량에 따라 실린더 로드의 이동거리가 달라지고, 변위 계측기(330)는 실린더 로드의 이동거리를 검출하여 서보 밸브(320)에 전송하며, 서보 밸브(320)는 변위 계측기(330)로부터 전송된 변위 데이터를 이용하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 유량을 공급하여 실린더 로드의 이동거리를 제어한다.
그리고, 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 하중 작용시 오차를 최소화할 수 있게 되며 시험에 필요한 정확한 하중을 부여 함으로서 보다 정확한 시험데이터를 확보할 수 있게 된다.
제 2 유압 서보 유닛(400)은 유량을 공급받아 회전축에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛(410)과, 유압실린더 유닛(410)에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브(420)와, 유압실린더 유닛(410)의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하고 검출된 변위 데이터를 서보 밸브(420)에 전송하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 하는 변위 계측기(430)와, 유압실린더 유닛(410)에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀(440)을 포함하여 구성된다.
여기서도, 유압실린더 유닛(410)은 공급되는 유량에 따라 실린더 로드의 이동거리가 달라지고, 변위 계측기(430)는 실린더 로드의 이동거리를 검출하여 서보 밸브(420)에 전송하며, 서보 밸브(420)는 변위 계측기(430)로부터 전송된 변위 데이터를 이용하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 유량을 공급하여 실린더 로드의 이동거리를 제어한다. 그리고, 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 하중 작용시 오차를 최소화할 수 있게 되고 시험에 필요한 정확한 하중을 부여할 수 있게 된다.
도 4는 초저온 베어링 시험기를 이용한 내륜 회전용 볼베어링은 축 방향 및 반경 방향으로 하중이 작용하는 것을 설명하기 위한 모식도이다.
회전축에 고정된 내륜 회전용 볼베어링은 외륜을 고정하고 내륜을 회전시키면서 축 방향 및 반경 방향으로 하중을 인가하는 방식으로 시험한다.
여기서, 반경 방향의 하중은 제 1 유압 서보 유닛(300)을 이용하여 하중을 부여하고, 축 방향의 하중은 제 2 유압 서보 유닛(400)을 이용하여 하중을 부여한다. 이때, 제 1, 제 2 유압 서보 유닛(300,400)은 변위 계측기(330,430)를 이용하여 하중 인가시 실제 실린더 로드의 이동 거리(변위)를 검출하고 검출된 변위 데이터를 서보 밸브(320,420)에 전송하며, 서보 밸브(320,440)의 유량제어로 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 시험에 필요한 정확한 하중을 부여하게 되고 이로 인하여 정확한 시험데이터를 확보하게 된다.
이와 같이 본 발명은 시험 챔버의 내부에 -196℃ LN2(액화질소)를 주입하여 초저온용 베어링의 실제 사용환경과 동일한 환경조건을 갖춤으로서 초저온용 시험베어링의 내구성 및 신뢰성 시험의 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 회전축에 장착되는 시험베어링은 초저온 환경의 시험 챔버 내에 위치되고, 회전축을 지지하는 지지베어링은 시험 챔버 외측에 위치되며, 시험 챔버와 지지베어링 사이에 온도 전이를 최대한 줄이기 위한 단열재가 구비되어 시험 챔버 내의 온도 영향이 지지베어링에 최대한 미치지 않게 함으로써 지지베어링의 성능을 유지시키고 아울러 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 하중을 부여하는 제 1, 제 2 유압 서보 유닛의 하중인가시 실제 실린더 로드의 이동거리 즉 변위를 검출하고 검출된 변위 데이터를 유량 제어 서보 밸브에 전송하는 변위 계측기를 장착하여 실린더 로드의 이동거리를 제어함으로써 시험에 필요한 정확한 하중을 부여함에 따라 정확한 시험데이터를 확보할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
100: 시험 지그 110: 파지구
111: 하중축 120: 시험 챔버
121: 관통공 122: 주입구
123: 솔레노이드 메뉴얼 밸브 124: 배출구
125: 서보 밸브 126: 온도센서
127: 제어부 128: 오일 시일
130: 지지베어링 유닛 140: 단열재
200: 구동부 210: 회전축
220: 토크미터 300,400: 제 1, 제 2 유압 서보 유닛
310,410: 유압실린더 유닛 320,420: 서보 밸브
330,430: 변위 계측기 340,440: 로드셀

Claims (10)

  1. 구동부의 구동력에 의해 회전되는 회전축 상에 장착되는 시험베어링을 파지하는 파지구를 수용하고 내부에 초저온 환경을 갖추기 위한 액체 또는 기체가 충진되는 시험 챔버와, 상기 시험 챔버의 외측에 구비되어 상기 회전축을 지지하는 지지베어링 유닛과, 상기 시험 챔버와 지지베어링 유닛 사이에 구비되어 상기 시험 챔버 내의 온도가 상기 지지베어링 유닛에 최대한 전이되지 않도록 차단하는 단열재로 구성되는 시험 지그;
    상기 시험 챔버에 수용된 파지구에 수직으로 결합되어 액시얼 하중을 부여하는 제 1 유압 서보 유닛; 및
    상기 회전축에 결합되어 레이디얼 하중을 부여하는 제 2 유압 서보 유닛;
    을 포함하는 초저온 베어링 시험기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시험 챔버에는 초저온 환경을 갖추기 위해 -196℃ LN2(액화질소)가 주입되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시험 챔버는 하부에 LN2의 주입량을 제어하는 솔레노이드 메뉴얼 밸브가 구비되는 주입구와, 상부에 LN2의 배출량을 제어하는 서보 밸브가 구비되는 배출구가 구비되고, 상기 배출구 측에는 챔버 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구비되며, 상기 온도센서에 측정된 온도를 통해 압력 출력 값을 검출하고 상기 주입구의 솔레노이드 메뉴얼 밸브 및 배출구의 서보 밸브와 전기적으로 연결되어 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 LN2의 배출과 주입을 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 시험 챔버에는 상기 회전축이 관통되는 내벽에 상기 회전축의 외면과 접촉되어 내부에 충전되는 LN2의 누출을 방지하는 오일 시일이 장착되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 오일시일은 불소수지 테프론 계열의 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 오일 시일은 LN2의 압력 작용 방향으로 요입된 형태를 이루고, 하단부의 립이 시험 챔버의 내측을 향해 접혀져 회전축의 외면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 시험 챔버 및 파지구는 마르텐사이트 계열의 스텐레스 재료로 제조되고, 극저온 환경에서 재료의 저온 취성 및 잔류오스테나이트에 의한 치수변형을 막기 위해 심냉(sub-zero) 처리된 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유압 서보 유닛은 유량을 공급받아 상기 시험 챔버에 수용된 파지구에는 수직으로 결합되는 하중축에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛과, 상기 유압실린더 유닛에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브와, 상기 유압실린더 유닛의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하고 상기 검출된 변위 데이터를 상기 서보 밸브에 전송하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 하는 변위 계측기와, 상기 유압실린더 유닛에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유압 서보 유닛은 유량을 공급받아 상기 회전축에 하중을 부여하는 유압실린더 유닛과, 상기 유압실린더 유닛에 공급되는 유량을 제어하는 서보 밸브와, 상기 유압실린더 유닛의 로드에 장착되어 하중 인가시 실제 로드의 이동거리를 검출하고 상기 검출된 변위 데이터를 상기 서보 밸브에 전송하여 시험에 필요한 정확한 하중이 부여되도록 하는 변위 계측기와, 상기 유압실린더 유닛에서 출력되는 하중값을 검출하여 디스플레이하는 로드셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부에는 회전축의 토오크를 측정하기 위한 토크미터가 결합되는 것을 특징으로 하는 초저온 베어링 시험기.
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