KR20170084958A - 테이퍼 롤러 베어링 - Google Patents

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Abstract

테이퍼 롤러 베어링이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링은 외륜 궤도면을 구비하며, 상기 외륜 궤도면이 프로파일 P를 가지도록 형성되는 외륜; 내륜 궤도면을 구비하며, 상기 내륜 궤도면이 상기 외륜 궤도면을 향해 상기 프로파일 P를 가지도록 형성되는 내륜; 및 상기 외륜 궤도면과 상기 내륜 궤도면에 접촉하는 원주면을 구비하며, 상기 원주면이 프로파일 R을 가지도록 형성되는 테이퍼 롤러를 포함한다.

Description

테이퍼 롤러 베어링{TAPERED ROLLER BEARING}
본 발명은 테이퍼 롤러 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외륜 내륜, 및 테이퍼 롤러에 적절한 곡선을 적용하여 테이퍼 롤러의 엣지 부위에서 응력을 최소화시키도록 하는 테이퍼 롤러 베어링에 관한 것이다.
일반적으로 베어링은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 함께 축에 걸리는 하중을 지탱하며, 축이 원활하게 회전할 수 있도록 지지하는 기계요소로서, 베어링과 축이 접촉하는 상태에 따라 미끄럼 베어링과 구름 베어링으로 분류됨과 더불어 하중을 지지하는 방향에 따라 레이디얼 베어링과 스러스트 베어링으로 분류된다.
상기 구름베어링은 회전하는 축을 볼 혹은 롤러와 같은 전동체를 사용하여 지지하는 것으로, 롤러의 형상에 따라 원통형 롤러 베어링과 테이퍼 롤러 베어링 및 니들 베어링 등이 있다.
상기 테이퍼 롤러 베어링은 회전축 방향 및 반경 방향 하중을 동시에 지지하는 곳에 주로 사용되는 것으로, 차량에서 트랜스퍼 케이스와 같은 동력전달장치의 피니언 기어 등에 사용되고 있다.
종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내륜(10)과, 외륜(20), 상기 내륜(10)과 외륜(20) 사이에 개재된 전동체로서의 테이퍼 롤러(30) 및, 상기 테이퍼 롤러(30)를 수용하여 회전 가능하게 지지하는 케이지 혹은 리테이너(40)를 포함한다.
상기 내륜(10)에는 상기 테이퍼 롤러(30)의 일부를 수용하여 회전 가능하게 지지하는 내륜 궤도가 형성된다.
상기와 같이 구성된 테이퍼 롤러 베어링에 하중이 가해질 때에 하중을 지지하는 상기 테이퍼 롤러(30)에서 엣지 응력을 저감하기 위해 도 2에 도시한 바와 같이 테이퍼 롤러(30)의 외주면에 적절한 프로파일 량을 가지도록 대수곡선(LP; Logarithm profile)을 적용하고 있다.
그러나 테이퍼 롤러 베어링에 모멘트 하중이 크게 작용할 경우에 테이퍼 롤러의 엣지 응력을 저감시키는 데에는 한계가 있었다.
즉, 테이퍼 롤러(30)의 엣지 부위에서 응력이 크게 발생함에 따라, 테이퍼 롤러 베어링의 내구성 및 수명을 향상시키는 데에 한계가 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외륜, 내륜, 및 테이퍼 롤러에 적절한 곡선을 적용하여 테이퍼 롤러의 엣지에 집중되는 응력을 최소화시켜 테이퍼 롤러의 내구성을 향상시킴으로써, 베어링의 수명 연장을 도모하여 상품성을 향상시키도록 하는 테이퍼 롤러 베어링을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링은 외륜 궤도면을 구비하며, 상기 외륜 궤도면이 프로파일 P를 가지도록 형성되는 외륜; 내륜 궤도면을 구비하며, 상기 내륜 궤도면이 상기 외륜 궤도면을 향해 상기 프로파일 P를 가지도록 형성되는 내륜; 및 상기 외륜 궤도면과 상기 내륜 궤도면에 접촉하는 원주면을 구비하며, 상기 원주면이 프로파일 R을 가지도록 형성되는 테이퍼 롤러를 포함한다.
상기 프로파일 P는 상기 프로파일 P는 ISO/TS 16281에 정의된 대수함수 프로파일 P로서,
Figure pat00001
(
Figure pat00002
는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 좌표,
Figure pat00003
는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 중간 부위의 직경,
Figure pat00004
는 테이퍼 롤러의 유효 길이, f는 0.5 ~ 2.5)에 의해 결정될 수 있다.
상기 프로파일 R은
Figure pat00005
(
Figure pat00006
는 프로파일 량,
Figure pat00007
는 테이퍼 롤러의 길이)에 의해 결정될 수 있다.
상기 k는 0.013 보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
상기 외륜 궤도면의 프로파일 P는 상기 내륜 궤도면을 향하여 형성될 수 있다.
상기 외륜 궤도면의 길이(D1)는 상기 내륜 궤도면의 길이(D2)와 같고, 상기 외륜 궤도면의 길이(D1)와 상기 내륜 궤도면의 길이(D2)는 상기 테이퍼 롤러의 원주면 접촉길이(D3)보다 0.9 내지 0.99 범위 내에서 작게 설정될 수 있다.
상기 외륜은 상기 외륜 궤도면보다 큰 직경을 가지도록 형성된 외측 원주면, 및 상기 외측 원주면과 상기 외륜 궤도면을 이어주도록 직경 방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함하는 링 형상으로 형성될 수 있다.
상기 내륜은 상기 내륜 궤도면보다 작은 직경을 가지도록 형성된 내측 원주면, 및 상기 내측 원주면과 상기 내륜 궤도면을 이어주도록 직경방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함하는 링 형상으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링에 의하면, 테이퍼 롤러 베어링이 접촉하는 외륜의 외륜 궤도면과 내륜의 내륜 궤도면에 ISO/TS 16281에 정의된 대수함수 형태의 프로파일을 적용함과 더불어 테이퍼 롤러의 원주면에는 적절한 곡률을 가진 곡선의 프로파일을 적용하고, 외륜과 내륜의 궤도면 길이를 테이퍼 롤러 원주면의 접촉길이보다 짧게 설정함으로써, 테이퍼 롤러 베어링에 모멘트 하중이 걸릴 때에 테이퍼 롤러의 엣지 응력을 최소화시킬 수 있다.
또한, 테이퍼 롤러의 엣지 응력을 최소화시킴으로써, 테이퍼 롤러와 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있고, 베어링의 내마모성의 향상으로 수명 연장을 도모할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 수명을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링은, 외륜(100)과, 이 외륜(100)이 형성하는 내부 공간에 축 방향으로 삽입되는 내륜(110) 및, 상기 내륜(110)과 외륜(100) 사이에 개재되어 상기 외륜(100)과 내륜(110) 사이의 상대 회전이 가능하도록 하는 전동체로서 하나 이상의 테이퍼 롤러(120)를 각각 포함한다.
상기 외륜(100)은 대체로 링 형상으로 형성되어, 외측 원주면(101)과, 이 외측 원주면(101)보다 작은 직경으로 형성되는 외륜 궤도면(102), 상기 외측 원주면(101)과 상기 외륜 궤도면(102)을 이어주도록 직경방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함한다.
여기서, 상기 외륜 궤도면(102)은 하기의 내륜 궤도면(112)을 향해 프로파일 P를 가지도록 형성된다.
상기 프로파일 P는 ISO/TS 16281에 정의된 대수함수 프로파일 P로서, 후술될 상기 내륜(110)을 설명한 후에 상세히 설명한다.
본 실시예에서, 상기 내륜(110)은 대체로 링 형상으로 형성되어, 내측 원주면(111)과, 이 내측 원주면(111)보다 큰 직경으로 형성됨과 더불어 상기 외륜 궤도면을 향하는 내륜 궤도면(112), 상기 내측 원주면(111)과 상기 내륜 궤도면(112)을 이어주도록 직경방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함한다.
상기 내륜 궤도면(112)은 상기 외륜 궤도면(102)을 향해 상기 대수함수 프로파일 P를 가지도록 형성된다.
즉, 상기 외륜 궤도면(102)과 상기 내륜 궤도면(112)은 동일한 프로파일을 가지도록 형성된다.
여기서, 상기 대수함수 프로파일 P는 다음과 같이 결정된다.
Figure pat00008
여기서, 상기
Figure pat00009
는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 좌표이며, 상기
Figure pat00010
는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 중간 부위의 직경이고, 상기
Figure pat00011
는 테이퍼 롤러의 유효 길이이며, 상기 f는 0.5 ~ 2.5의 값을 가지도록 적절히 설정된다.
그리고 상기 테이퍼 롤러(120)는 상기 외륜 궤도면(102)과 상기 내륜 궤도면(112)에 접촉하는 원주면(121)을 구비하며, 상기 원주면(121)이 프로파일 R을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 프로파일 R은 다음과 같이 결정된다.
Figure pat00012
여기서,
Figure pat00013
는 테이퍼 롤러의 길이이고, 상기
Figure pat00014
는 프로파일 량으로서, 0.013 보다 작은 값을 갖도록 적절히 설정된다.
즉, 상기 외륜 궤도면(102)과 상기 내륜 궤도면(112)은 각각의 궤도면을 향하여 라운드 진 대수함수 프로파일 P를 가지도록 형성된다. 그리고 상기 테이퍼 롤러(120)의 원주면(121)은 제작이 용이하게 완만한 곡선을 가지며, 상기 외륜 궤도면(102)과 상기 내륜 궤도면(112)에 대응하여 반대 방향으로 라운드 진 프로파일 R을 가지도록 형성된다.
여기서, 상기 외륜 궤도면(102)의 길이(D1)는 상기 내륜 궤도면(112)의 길이(D2)와 같고(D1=D2), 상기 외륜 궤도면(102)의 길이(D1)와 상기 내륜 궤도면(112)의 길이(D2)는 상기 테이퍼 롤러(120)에서 상기 원주면(121)의 접촉길이(D3)보다 0.9 내지 0.99 범위 내에서 작게(D1, D2＜D3) 설정될 수 있다.
이에 따라, 상기 외륜 궤도면(102)과 내륜 궤도면(112)은 상기 테이퍼 롤러(120)의 각 모서리와 접촉이 최소화됨으로써, 테이퍼 롤러(120)의 모서리에서 발생되는 엣지 응력을 최소화시킬 수 있다.
이와 같이 구성되는 테이퍼 롤러 베어링의 수명을 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 수명과 비교하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 수명을 종래 기술과 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 본 발명과 같이 프로파일이 적용되지 않은 종래의 테이퍼 롤러 베어링의 수명은 약 400시간 이하인 것을 알 수 있다.
반면에, 본 발명의 테이퍼 롤러 베어링의 수명은 각 궤도면(102, 112)의 길이(D1, D2)가 상기 원주면(121) 접촉길이(D3)보다 짧고, 대수함수의 프로파일 P가 적용된 상기 외륜 궤도면(102), 및 상기 내륜 궤도면(112)과, 제작이 용이하도록 프로파일 R이 적용된 상기 원주면(121)을 통하여 테이퍼 롤러 베어링의 엣지 응력을 최소화시킴으로써, 종래 기술에 비해 1.3배 정도가 증가된 약 500시간 이상인 것을 알 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼 롤러 베어링을 적용하면, 테이퍼 롤러 베어링이 접촉하는 외륜(100)의 외륜 궤도면(102)과 내륜(110)의 내륜 궤도면(112)에 ISO/TS 16281에 정의된 대수함수 형태의 프로파일 P를 적용함과 더불어 테이퍼 롤러(120)의 원주면(121)에는 적절한 곡률을 가진 곡선의 프로파일 R을 적용하고, 외륜(100)과 내륜(110)의 궤도면(102, 112) 길이(D1, D2)를 테이퍼 롤러(120) 원주면(121)의 접촉길이(D3)보다 짧게 설정함으로써, 테이퍼 롤러 베어링에 모멘트 하중이 걸릴 때에 테이퍼 롤러(120)의 엣지 응력을 최소화시킬 수 있다.
또한, 테이퍼 롤러(120)의 엣지 응력을 최소화시킴으로써, 테이퍼 롤러(120)와 베어링의 내구성을 향상시킬 수 있고, 베어링의 내마모성의 향상으로 수명 연장을 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 외륜
101: 외측 원주면
102: 외륜 궤도면
110: 내륜
111: 내측 원주면
112: 내륜 궤도면
120: 테이퍼 롤러
121: 원주면

Claims (8)

  1. 외륜 궤도면을 구비하며, 상기 외륜 궤도면이 프로파일 P를 가지도록 형성되는 외륜;
    내륜 궤도면을 구비하며, 상기 내륜 궤도면이 상기 외륜 궤도면을 향해 상기 프로파일 P를 가지도록 형성되는 내륜; 및
    상기 외륜 궤도면과 상기 내륜 궤도면에 접촉하는 원주면을 구비하며, 상기 원주면이 프로파일 R을 가지도록 형성되는 테이퍼 롤러;
    를 포함하는 테이퍼 롤러 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 P는
    상기 프로파일 P는 ISO/TS 16281에 정의된 대수함수 프로파일 P로서,
    Figure pat00015

    (
    Figure pat00016
    는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 좌표,
    Figure pat00017
    는 테이퍼 롤러의 길이 방향을 따른 중간 부위의 직경,
    Figure pat00018
    는 테이퍼 롤러의 유효 길이, f는 0.5 ~ 2.5)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일 R은
    Figure pat00019

    (
    Figure pat00020
    는 프로파일 량,
    Figure pat00021
    는 테이퍼 롤러의 길이)
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 k는 0.013 보다 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외륜 궤도면의 프로파일 P는
    상기 내륜 궤도면을 향하여 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외륜 궤도면의 길이(D1)는 상기 내륜 궤도면의 길이(D2)와 같고, 상기 외륜 궤도면의 길이(D1)와 상기 내륜 궤도면의 길이(D2)는 상기 테이퍼 롤러에서 상기 원주면의 접촉길이(D3)보다 0.9 내지 0.99 범위 내에서 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  7. 상기 외륜은
    상기 외륜 궤도면보다 큰 직경을 가지도록 형성된 외측 원주면, 및 상기 외측 원주면과 상기 외륜 궤도면을 이어주도록 직경 방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함하는 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내륜은
    상기 내륜 궤도면보다 작은 직경을 가지도록 형성된 내측 원주면, 및 상기 내측 원주면과 상기 내륜 궤도면을 이어주도록 직경방향으로 연장되게 형성됨과 더불어 축 방향을 따라 내측 및 외측에 위치되는 양측 가장자리를 포함하는 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
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