KR20180018901A - 저 토크 테이퍼 롤러 베어링 - Google Patents

저 토크 테이퍼 롤러 베어링 Download PDF

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Abstract

테이퍼 롤러 베어링이 개시된다. 외륜; 상기 외륜에 축방향으로 끼워지는 내륜; 상기 외륜과 상기 내륜 사이에 개재된 하나 이상의 테이퍼 롤러; 및 상기 하나 이상의 테이퍼 롤러를 수용하는 하나 이상의 포켓을 구비한 케이지를 포함하고; 상기 포켓의 상단 모서리에는 윤활유 유동 촉진홈이 형성되고; 상기 윤활유 유동 촉진홈은 하나의 원호와, 하나 이상의 선분들에 의해 형성되어, 테이퍼 롤러 베어링의 저항 토크가 저감될 수 있다.

Description

저 토크 테이퍼 롤러 베어링{A LOW TORQUE TAPER ROLLER BEARING}
본 발명은 테이퍼 롤러 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케이지의 포켓 상단 모서리에 윤활유의 유동을 촉진시키는 윤활유 유동 촉진홈을 형성하여, 구동 토크의 저감을 도모할 수 있는 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.
구름 베어링은 회전하는 축을 볼 혹은 롤러와 같은 전동체를 사용하여 지지하는 것으로, 전동체의 형상에 따라 볼 베어링과 원통형 롤러 베어링, 테이퍼 롤러 베어링 및 니들 베어링 등이 있다.
테이퍼 롤러 베어링은 회전축 방향 및 반경 방향 하중을 동시에 지지하는 곳에 주로 사용되는 것으로, 차량에서 트랜스미션 혹은 액슬과 같은 동력전달장치의 축을 지지하는 경우 등에 사용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 일례를 도시한 것으로, 내륜(10)과, 외륜(20), 내륜(10)과 외륜(20) 사이에 개재된 전동체로서의 테이퍼 롤러(30) 및, 테이퍼 롤러(30)를 수용하여 회전 가능하게 지지하는 리테이너 혹은 케이지(40)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 케이지(40)는 내측링(42)과, 이 내측링(42)보다 상대적으로 큰 직경을 가지고 내측링(42)에 대해 축방향으로 이격된 외측링(44) 및, 내측링(42)과 외측링(44)을 축방향으로 연결하고, 원주 방향으로 소정 간격을 두고 이격되게 배치된 다수 개의 격벽(46) 및, 서로 인접한 2개의 격벽(46)에 의해 형성되고 테이퍼 롤러(30)가 삽입되어 회전 가능하게 지지되는 다수 개의 포켓(48)을 각각 포함한다.
테이퍼 롤러(30)는 케이지(40)의 각 포켓(48)에 삽입되어 자전 및/또는 공전 운동을 함에 따라 적절한 윤활이 필요하고, 이를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 윤활유(50)가 통상적으로 내측링(42) 쪽으로부터 공급되어 외측링(44)을 통과하여 배출되게 된다.
이러한 윤활유의 유동 과정에 내륜(10)과 인접한 테이퍼 롤러(30)의 반경 방향 내측부위의 주위에 윤활유의 원활한 유동을 저해하는 교반 저항(60)이 과도하게 발생되어, 테이퍼 롤러 베어링의 저항 토크가 증가하고, 테이퍼 롤러 베어링을 차량의 변속기나 액슬에 적용할 경우에 테이퍼 롤러 베어링의 저항 토크로 인한 동력 손실이 발생되어 차량의 연비를 저하시키게 되므로, 적절한 대책이 필요하게 되었다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 케이지의 포켓 상단 모서리에 윤활유의 유동을 촉진시키는 윤활유 유동 촉진홈을 형성하여, 베어링의 저항 토크를 저감할 수 있는 테이퍼 롤러 베어링을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 롤러 베어링은, 외륜; 상기 외륜에 축방향으로 끼워지는 내륜; 상기 외륜과 상기 내륜 사이에 개재된 하나 이상의 테이퍼 롤러; 및 상기 하나 이상의 테이퍼 롤러를 수용하는 하나 이상의 포켓을 구비한 케이지를 포함하고; 상기 포켓의 상단 모서리에는 윤활유 유동 촉진홈이 형성되고; 상기 윤활유 유동 촉진홈은 하나의 원호와, 하나 이상의 선분들에 의해 형성될 수 있다.
상기 케이지는, 원형 링 형상을 이루는 소경 내측링과, 상기 소경 내측링보다 상대적으로 큰 직경을 가지도록 형성됨과 더불어 축방향으로 상기 소경 내측링에 대해 이격되게 배치되는 원형 링 형상의 대경 외측링 및, 원주 방향으로 소정 간격을 두고 배치됨과 더불어 상기 소경 내측링과 상기 대경 외측링을 축방향으로 연결하는 다수 개의 격벽을 각각 포함하고, 서로 인접한 상기 2개의 격벽과 상기 내측링 및 상기 외측링에 의해 상기 하나 이상의 포켓이 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성될 수 있다.
상기 하나 이상의 선분은 4개의 제1,2,3,4선분을 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 포켓은, 하단변과, 상기 하단변에 평행한 상단변 및, 상기 하단변과 상단변을 연결하는 2개의 경사 측변을 각각 포함하고, 상기 하단변과 상기 상단변의 각 중심을 연결하는 중심 축선에 대해 상기 2개의 경사 측변이 소정 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 윤활유 유동 촉진홈은 상기 모서리에서 원주 방향 및 축방향으로 확장되게 형성될 수 있다.
상기 제1선분은, 상기 포켓의 길이 방향 중심으로부터 상기 포켓의 길이 대비 20% 이상의 이격된 시작지점에서 상기 측변에 대해 원주 방향 및 축방향으로 소정 각도(A1)로 경사지게 형성되고, 상기 제2선분은 상기 제1선분으로부터 상기 측변에 평행하게 형성되며, 상기 제3선분은 상기 포켓의 폭 방향 중심으로부터 상기 포켓의 폭 대비 25% 이상 이격된 시작지점으로부터 원주 방향 및 축방향으로 상기 상단변에 대해 소정 각도(A2)로 경사지게 형성되며, 상기 제4선분은 상기 제3선분으로부터 상기 상단변에 평행하게 형성될 수 있다.
상기 소정 각도(A1)의 범위는 5 ~ 15° 이고, 상기 소정 각도(A2)의 범위는
15 ~ 25° 이다.
상기 측변과 상기 제2선분 사이의 치수(D1)는, 상기 윤활유 유동 촉진홈에 의해 형성되는 상기 격벽의 최소 두께(W)가 상기 케이지의 두께 대비 120% 이상을 만족하도록 결정될 수 있다.
상기 상단변과 상기 제 4선분 사이의 치수(D2)는 상기 측변과 상기 제 2선분 사이의 치수(D1) 이상일 수 있다.
상기 원호의 중심은 상기 포켓을 벗어나서 상기 상단변보다 축방향 외측에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 측변은 상기 테이퍼 롤러의 길이 대비 70% 이상으로 상기 테이퍼 롤러의 원주면과 접촉되고, 상기 상단변도 상기 테이퍼 롤러의 폭 대비 50% 이상으로 상기 테이퍼 롤러의 대단면과 접촉될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 롤러 베어링에 의하면, 케이지의 포켓 상단 모서리에 윤활유의 유동을 촉진하는 윤활유 유동 촉진홈이 형성되고, 상기 윤활유 유동 촉진홈은 포켓 상단 모서리에 원주 방향 및 축방향으로 포켓의 면적을 확장하는 형태로 형성되어, 상기 윤활유 유동 촉진홈을 통한 윤활유의 유동이 한층 원활해질 수 있다.
즉, 윤활유가 테이퍼 롤러 베어링의 내측링 쪽으로부터 외측링 쪽으로 유동할 때에, 상기 윤활유 유동 촉진홈을 통한 윤활유의 유동이 원활해짐으로써, 내륜과 인접한 테이퍼 롤러의 반경 방향 내측부위의 주위에 윤활유의 유동을 저해하는 교반 저항이 최소한으로 발생되어, 윤활유에 의한 테이퍼 롤러 베어링의 저항 토크가 효과적으로 저감될 수 있고, 이러한 테이퍼 롤러 베어링을 차량의 변속기나 액슬에 적용할 경우에 테이퍼 롤러 베어링의 저항 토크로 인한 동력 손실을 줄여서 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 케이지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 케이지의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 케이지에 형성된 포켓의 확대 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 테이퍼 롤러 베어링과 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 마찰 토크의 비교 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 테이퍼 롤러 베어링은, 내륜(10)과, 이 내륜(10)을 축방향으로 끼워서 회전 가능하게 지지하는 외륜(20), 내륜(10)과 외륜(20) 사이에 개재되어 외륜(20)과 내륜(10) 사이의 상대 회전이 가능하도록 하는 전동체로서 하나 이상의 테이퍼 롤러(30), 및 테이퍼 롤러(30)를 수용하여 회전 가능하게 지지하는 리테이너 혹은 케이지(70)를 각각 포함한다.
도 4를 참조하면, 케이지(70)는 원형 링 형상을 이루는 소경 내측링(72)와, 소경 내측링(72)보다 상대적으로 큰 직경을 가지도록 형성됨과 더불어 축방향으로 소경 내측링(42)에 대해 이격되게 배치되는 원형 링 형상의 대경 외측링(74) 및, 원주 방향으로 소정 간격을 두고 배치됨과 더불어 상기 소경 내측링(72)와 대경 외측링(74)를 축방향으로 연결하는 다수 개의 격벽(76)을 각각 포함한다.
2개의 서로 인접한 격벽(76)과 내측링(72) 및 외측링(74)에 의해 다수 개의 포켓(78)이 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성되어, 테이퍼 롤러(30)는 각 포켓(78)에 삽입되어, 각 포켓(78)을 이탈하지 않는 제위치를 유지하면서 자전 및/또는 공전 운동을 하게 된다.
각 포켓(78)은 테이퍼 롤러(30)의 단면 형상과 유사하게 대체로 사다리꼴 형상을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로는 도 5에 도시된 바와 같이, 포켓(78)은 하단변(781)과, 이 하단변(781)에 평행한 상단변(782) 및, 하단변(781)과 상단변(782)을 연결하는 2개의 경사 측변(783)을 각각 포함할 수 있다.
하단변(781)과 상단변(782)의 각 중심을 연결하는 중심 축선(K)에 대해 2개의 경사 측변(783)이 소정 각도로 경사지게 형성된다.
상단변(782)과 2개의 측변(783)이 만나는 2개의 모서리에는 윤활 유동 촉진홈(80)이 형성된다.
윤활유 유동 촉진홈(80)은 2개의 모서리에서 원주 방향 및 축방향으로 확장되게 형성될 수 있다.
윤활유 유동 촉진홈(80)의 프로파일은, 4개의 제1,2,3,4선분(L1, L2, L3, L4)과, 2개의 제2선분(L2) 및 제4선분(L4)을 연결하는 원호(R)를 포함하여 형성될 수 있다.
제1선분(L1)은, 상기 포켓(78)의 길이 방향 중심으로부터 상기 포켓의 길이 대비 20% 이상의 이격된 시작지점에서 상기 측변(783)에 대해 원주 방향 및 축방향으로 소정 각도(A1)로 경사지게 형성된다.
상기 소정 각도(A1)는 측변(783)에 대해 5 ~ 15°가 바람직하다.
제2선분(L2)은 제1선분(L1)으로부터 상기 측변에 평행하게 형성된다.
제3선분(L3)은 상기 포켓(78)의 폭 방향 중심으로부터 상기 포켓의 폭 대비 25% 이상 이격된 시작지점으로부터 원주 방향 및 축방향으로 상기 상단변(782)에 대해 소정 각도(A2)로 경사지게 형성되며, 제4선분(L4)은 제3선분(L3)으로부터 상기 상단변(782)에 평행하게 형성된다.
상기 테이퍼 롤러(30)가 케이지의 포켓(78) 내에 삽입된 상태에서, 테이퍼 롤러(30)가 포켓(78)에 의해 적절한 자세를 유지하도록 지지되지 못하고 기울어지거나 어긋날 경우 테이퍼 롤러 베어링의 수명저하를 일으킬 수 있는 데, 이를 방지하기 위해서는 포켓(78)의 측변(783)은 통상적으로 테이퍼 롤러(30)의 길이 대비 70% 이상으로 테이퍼 롤러(30)의 원주면과 접촉하는 것이 바람직하고, 상단변(782)도 테이퍼 롤러(30)의 폭 대비 50% 이상으로 테이퍼 롤러(30)의 대단면과 접촉되는 것이 바람직하다.
상기 소정 각도(A2)는 상단변(782)에 대해 15 ~25°가 바람직하다.
한편, 상기 윤활유 유동 촉진홈(80)에 의해 형성된 격벽(76)의 최소 두께(W)는 상기 케이지의 두께 대비 120% 이상이 만족하도록 치수(D1)을 결정하는 것이 바람직하다.
상기 상단변과 상기 제 4선분 사이의 치수(D2)는 상기 측변과 상기 제 2선분 사이의 치수(D1)와 동등수준 이상으로 가져가는 것이 바람직하다.
상기 원호의 중심은 상기 포켓을 벗어나서 상기 상단변보다 축방향 외측에 위치하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 포켓(78)의 상단부에 윤활유 유동 촉진홈(80)을 형성하면, 도 3에 도시된 바와 같이 윤활유(50)가 윤활유 유동 촉진홈(80)을 통해 원활하게 유동하게 되어, 테이퍼 롤러(30)의 주위에 형성되었던 윤활유(50)의 교반 저항(60)이 종래 기술에 따른 테이퍼 롤러 베어링에 비해 현저하게 감소되었고, 이에 따라 본 발명에 따른 테이퍼 롤러 베어링의 마찰 토크(저항 토크)가 도 6에 도시된 바와 같이 윤활유 유동 촉진홈(80)이 없는 종래 기술에 비해 약 15% 이상 감소됨을 확인할 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 내륜
20: 외륜
30: 테이퍼 롤러
40: 케이지
50: 윤활유
60: 교반 저항
70: 케이지
72: 내측링
74: 외측링
76: 격벽
78: 포켓
80: 윤활유 유동 촉진홈

Claims (11)

  1. 외륜;
    상기 외륜에 축방향으로 끼워지는 내륜;
    상기 외륜과 상기 내륜 사이에 개재된 하나 이상의 테이퍼 롤러; 및
    상기 하나 이상의 테이퍼 롤러를 수용하는 하나 이상의 포켓을 구비한 케이지를 포함하고;
    상기 포켓의 상단 모서리에는 윤활유 유동 촉진홈이 형성되고;
    상기 윤활유 유동 촉진홈은
    하나의 원호와, 하나 이상의 선분들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이지는,
    원형 링 형상을 이루는 소경 내측링과,
    상기 소경 내측링보다 상대적으로 큰 직경을 가지도록 형성됨과 더불어 축방향으로 상기 소경 내측링에 대해 이격되게 배치되는 원형 링 형상의 대경 외측링 및,
    원주 방향으로 소정 간격을 두고 배치됨과 더불어 상기 소경 내측링과 상기 대경 외측링을 축방향으로 연결하는 다수 개의 격벽을 각각 포함하고,
    서로 인접한 상기 2개의 격벽과 상기 내측링 및 상기 외측링에 의해 상기 하나 이상의 포켓이 원주 방향으로 소정 간격을 두고 형성된 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 선분은 4개의 제1,2,3,4선분을 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 포켓은,
    하단변과,
    상기 하단변에 평행한 상단변 및,
    상기 하단변과 상단변을 연결하는 2개의 경사 측변을 각각 포함하고,
    상기 하단변과 상기 상단변의 각 중심을 연결하는 중심 축선에 대해 상기 2개의 경사 측변이 소정 각도로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윤활유 유동 촉진홈은 상기 모서리에서 원주 방향 및 축방향으로 확장되게 형성된 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1선분은, 상기 포켓의 길이 방향 중심으로부터 상기 포켓의 길이 대비 20% 이상의 이격된 시작지점에서 상기 측변에 대해 원주 방향 및 축방향으로 소정 각도(A1)로 경사지게 형성되고,
    상기 제2선분은 상기 제1선분으로부터 상기 측변에 평행하게 형성되며,
    상기 제3선분은 상기 포켓의 폭 방향 중심으로부터 상기 포켓의 폭 대비 25% 이상 이격된 시작지점으로부터 원주 방향 및 축방향으로 상기 상단변에 대해 소정 각도(A2)로 경사지게 형성되며,
    상기 제4선분은 상기 제3선분으로부터 상기 상단변에 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소정 각도(A1)는 5 ~ 15° 사이이고, 상기 소정 각도(A2)는 15 ~ 25°인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 측변과 상기 제2선분 사이의 치수(D1)는, 상기 윤활유 유동 촉진홈에 의해 형성되는 상기 격벽의 최소 두께(W)가 상기 케이지의 두께 대비 120% 이상을 만족하도록 결정되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 상단변과 상기 제4선분 사이의 치수(D2)는 상기 측변과 상기 제2선분 사이의 치수(D1) 이상인 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 원호의 중심은 상기 포켓을 벗어나서 상기 상단변보다 축방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 측변은 상기 테이퍼 롤러의 길이 대비 70% 이상으로 상기 테이퍼 롤러의 원주면과 접촉되고,
    상기 상단변도 상기 테이퍼 롤러의 폭 대비 50% 이상으로 상기 테이퍼 롤러의 대단면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 롤러 베어링.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001012477A (ja) * 1999-04-28 2001-01-16 Nsk Ltd 転がり軸受用保持器
JP2002235752A (ja) * 2001-02-07 2002-08-23 Nsk Ltd ころ軸受用保持器

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