KR20200020891A - 틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한 방법 및 틸팅 패드 베어링 - Google Patents

틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한 방법 및 틸팅 패드 베어링 Download PDF

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안드레아스 폭트
요헨 되링
미햐엘 마이어
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 틸팅 패드 베어링(10; 10a)의 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 틸팅 패드 베어링(10; 10a)은 하나의 외부 링(12; 12a) 및 상기 외부 링(12; 12a)의 종축(3; 46)을 중심으로 바람직하게 동일한 크기의 각도 간격으로 배열된 복수의 틸팅 패드(18; 18a)를 구비하며, 이 경우 외부 면(20; 20a)을 갖는 틸팅 패드(18; 18a)는 외부 링(12; 12a)의 내부 면(16; 16a) 상에서 피치선(26; 26a) 둘레에 피벗 가능하게 배치되며, 이때 틸팅 패드 링(42)으로부터 틸팅 패드(18)를 제조하기 위해 또는 외부 링(12a)을 제조하기 위해, 일정한 벽 두께를 갖는 실린더 섹션(14) 형태의 블랭크(30; 30a)가 사용되며, 복수의 클램핑 지점(33; 33a, 34; 34a, 35; 35a)에서 실린더 섹션(14)의 외부 둘레(32; 32a)의 영역에 종축(3; 46)의 방향으로 작용하는 각각 하나의 반경방향 힘(FR)이 가해지고, 이 경우 반경방향 힘(FR)은 실린더 섹션(14)의 탄성 변형을 야기하며, 이어서 탄성 변형된 상태의 실린더 섹션(14)의 내부 면(16; 16a) 상에 둥근 횡단면을 갖는 내부 보어(38; 38a)가 생성되며, 이어서 실린더 섹션(14)의 반경방향 클램핑이 정지된다.

Description

틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한 방법 및 틸팅 패드 베어링
본 발명은, 청구항 1에 따른 틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한 방법, 그리고 외부 링 또는 틸팅 패드가 본 발명에 따른 방법으로 제조된 틸팅 패드 베어링에 관한 것이다.
특히 고속 회전 샤프트(이 경우, 예를 들어 100,000min-1 이상의 회전 속도로 회전하는 샤프트)를 지지하기 위한 틸팅 패드 베어링은 두 가지 유형의 기본 디자인으로 분류된다. 즉, 첫 번째 디자인의 경우, 외부 링과; 반경방향으로 상기 외부 링 내부에 배열되어 샤프트를 지지하기 위한 틸팅 패드들;로 구성된 틸팅 패드 베어링이 하나의 모놀리식 (미가공) 바디로부터 형성되며, 이 경우 틸팅 패드들은 리세스 등을 통해 바디로부터 제거되거나 형성되고, 특히 웨브 형상의 연결부를 통해 외부 링과 틸팅 가능하게 (일체형으로) 연결된다. 두 번째 디자인은 외부 링 및 각각 상호 별개로 제작되는 틸팅 패드들로 구성된다. 두 번째 디자인에서도 틸팅 패드들은 마찬가지로 반경방향으로 외부 링 내부에 배열되고, 이들 틸팅 패드가 반경방향으로 외부 링 쪽을 향하는 측에서는 틸팅 패드와 상호 작용하는 외부 링의 상응하는 내부 면보다 더 강한 곡률을 갖는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, 외부 링 상에 있는 피치선 둘레로의 틸팅 패드의 롤링이 가능해진다. 또한, 샤프트와 상호 작용하는 틸팅 패드의 활주 면은 지지할 샤프트의 반경보다 더 작은 곡률을 갖는다. 따라서, 요약하면, 두 번째 디자인에서는, 샤프트 또는 외부 링을 향하는 틸팅 패드의 측에서 틸팅 패드가 외부 링의 (내부) 윤곽에 또는 샤프트의 반경에 매칭되는 곡률 또는 반경을 갖는다는 점이 중요하다. 이와 같이 매칭된 틸팅 패드 또는 외부 링의 기하 구조의 제조는 실제로 윤곽 연삭 가공에 의해 구현된다. 하지만, 이와 같은 윤곽 연삭 가공은 상대적으로 복잡하거나 상대적으로 높은 비용과 결부되어 있다.
본원에서 외부 링 또는 틸팅 패드 베어링의 틸팅 패드를 의미하는, 틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한, 청구항 1의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 방법은, 부품의 상대적으로 간단한 그리고 이로써 비용 효율적인 제조를 가능하게 한다는 장점이 있다. 이는, 틸팅 패드 상에서 또는 틸팅 패드와 상호 작용하는 외부 링 상의 기하 구조에서 특별한 기하 구조를 형성하기 위해 종래 기술에서 통상적으로 사용되던 윤곽 연삭 가공이 생략될 수 있음으로써, 그리고 그 대신 둥근 윤곽 또는 표면만이 생성되어야 하는 간단한 드릴링 공정 또는 연삭 가공 공정에 의해 관련 기하학적 구조가 생성될 수 있음으로써 가능해진다.
본 발명은, 클램핑 지점에서 (환형) 블랭크 상에 블랭크의 탄성 변형을 야기하는 반경방향 힘이 생성되도록, 외부 링 또는 틸팅 패드의 제조 또는 생성을 위해 이용되는 블랭크를 성형 또는 기계 가공 전에 외부 둘레 상의 복수의 지점에서 클램핑한다는 사상에 기초한다. 이어서, 블랭크의 탄성 변형 상태에서, 원형의 보어 또는 윤곽이 생성된다. 이어서, 블랭크의 반경방향 클램핑이 중지되는데, 이는 블랭크가 자신의 외부 둘레에서 재차 자신의 원래의 원형 윤곽을 취하게 하는 한편, 처음에 원형으로 생성된 (내부) 윤곽은 원래의 (원형) 윤곽에서 벗어나는 새로운 윤곽을 취하게 한다. 이렇게 제조된 또는 가공된 블랭크는, 이 블랭크가 틸팅 패드 베어링을 위한 외부 링으로서 사용될 수 있게 하거나, 블랭크의 반경방향 분할에 의해 블랭크로부터 틸팅 패드 베어링의 외부 링 내에 사용 또는 배열하기 위해 이용될 수 있는 복수의 틸팅 패드를 생성할 수 있게 한다. 특히, 본 발명에 따른 방법은, 블랭크로부터 외부 링 또는 틸팅 패드들이 생성될지의 여부에 따라, 간단한 둥근 활주 면들 또는 기하 구조들을 가질 수 있는 부품들을 틸팅 패드 또는 외부 링을 위해 상보적 부품으로서 사용할 수 있게 한다. 이 경우, 바람직하게는, 역시 표준 부품이고, 매우 상이한 기하 구조 또는 직경으로 저렴하게 이용 가능한 원통형 블랭크들로 구성된 부품이 고려된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 방법은, 틸팅 패드 링으로부터 틸팅 패드를 제조하기 위해 또는 외부 링을 제조하기 위해 일정한 벽 두께를 갖는 실린더 섹션 형태의 블랭크가 사용되며, 복수의 클램핑 지점에서 실린더 섹션의 외부 둘레의 영역에 블랭크의 종축의 방향으로 작용하는 각각 하나의 반경방향 힘이 가해지고, 상기 반경방향 힘은 실린더 섹션의 탄성 변형을 야기하며, 이어서 탄성 변형된 상태의 실린더 섹션의 내부 면 상에 둥근 횡단면을 갖는 내부 보어가 생성되며, 이어서 실린더 섹션의 반경방향 클램핑이 정지되는 방식을 제안한다.
틸팅 패드 베어링의 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다.
블랭크가 틸팅 패드 베어링을 위한 외부 링으로서 사용되는 경우, 블랭크에 반경방향 힘이 가해지는 지점의 수가, 외부 링 내에 지지된 틸팅 패드의 수에 상응하는 구성이 제안된다.
또한, 블랭크가 틸팅 패드의 제조를 위해 사용되는 경우, 블랭크에 반경방향 힘이 가해지는 지점의 수가, 블랭크로부터 블랭크를 반경방향으로 분리함으로써 형성되는 틸팅 패드의 수에 상응한다. 이로 인해, 전체 블랭크를 틸팅 패드의 형성을 위해 이용하는 것이 가능해진다.
또한, 틸팅 패드 베어링의 부품들을 지지된 샤프트를 기준으로 대칭으로 배열 또는 형성할 수 있도록 하기 위하여, 블랭크에 반경방향 힘이 가해지는 지점들이 원통형 블랭크의 종축을 중심으로 균일한 각도 간격으로 배열되는 구성도 제안된다.
또한, 틸팅 패드 베어링의 작동 또는 사용 중에, 틸팅 패드 내에서의 샤프트의 회전 및 그로 인한 마찰 열에 의해 야기되는 열팽창을 보상하기 위해, 또는 보어 내에 외부 링이 장착된 상태에서 틸팅 패드와 샤프트 사이의 고착을 방지하기 위해, 블랭크가 틸팅 패드 베어링의 외부 링으로서 사용되는 경우에는, 틸팅 패드가 외부 링과 접촉된 상태로 배치되어 있는 피치선의 영역에서 블랭크의 벽 두께가 감소하는 구성도 제안된다. 외부 링 또는 블랭크의 이러한 벽 두께 감소는, 블랭크의 외부 둘레에 평탄부들을 형성함으로써 매우 간단한 방식으로 구현된다.
본 발명은 외부 링 및 틸팅 패드를 구비한 틸팅 패드 베어링도 포함하며, 이 경우 외부 링 또는 틸팅 패드는 지금까지 기술한 본 발명에 따른 방법으로 제조된다.
외부 링이 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 경우, 특히 바람직하게는 틸팅 패드가 일정한 벽 두께를 갖는 구성이 제안된다. 이 경우, 틸팅 패드를 위해, 일정한 내부 직경 및 외부 직경을 가지며, 상대적으로 저렴하게 제조 가능하거나 사용 가능하고, 제조와 관련하여 높은 정확도를 갖는 실린더 튜브 섹션이 사용될 수 있다. 그에 비해, 틸팅 패드가 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 경우에는, 외부 링으로서 일정한 내부 직경 및 외부 직경을 갖는 실린더 섹션이 사용되는 구성이 제안된다. 이 경우, 외부 링은 매우 저렴하거나 간단하게 제조 가능하며, 높은 정확도를 갖는다.
바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 그리고 도면을 참조해서, 본 발명의 또 다른 장점들, 특징들 및 세부 사항을 기술한다.
도 1은 샤프트를 지지하기 위한 틸팅 패드 베어링의 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 틸팅 패드 베어링을 위한 틸팅 패드를 제조하기 위해 이용되는 블랭크의, 반경방향 힘이 가해질 때의 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 반경방향 힘의 감소 이후의 도 2에 따른 블랭크의 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 비해 변형된, 샤프트를 지지하기 위한 틸팅 패드 베어링의 개략도이다.
도 5는 반경방향 힘의 감소 이후, 도 4에 따른 틸팅 패드 베어링의 외부 링을 위해 사용될 블랭크를 도시한 도면이다.
각각의 도면에서, 동일한 요소 또는 동일한 기능을 갖는 요소에는 동일한 참조 번호가 부여되어 있다.
도 1에는, 샤프트(1)를 반경방향으로 지지하기 위한 틸팅 패드 베어링(10)이 도시되어 있으며, 이 경우 샤프트(1)는 틸팅 패드 베어링(10) 내에서 회전축(2)을 중심으로 회전 가능하다. 샤프트(1)는 바람직하게, 그러나 한정되지는 않는 조건에서, 고속 기계의 부품이며, 이 경우 틸팅 패드 베어링(10) 또는 베어링의 영역에서 샤프트(1)의 원주 속도가 예를 들어, 그리고 역시 한정되지는 않는 조건에서, 100m/s 이상일 수 있거나, 샤프트(1)의 회전 속도가 100,000min-1 이상일 수 있다.
틸팅 패드 베어링(10)은, 예를 들어 강으로 형성된 외부 링(12)을 구비하며, 이 경우 외부 링(12)은 바람직하게 표준 치수를 갖는 표준 튜브 등으로부터 일정 길이로 절단되어 형성되고, 도 1의 투영면에 대해 수직으로 연장된다. 특히, 외부 링(12)은, 샤프트(1)의 장착 상태에서 샤프트(1)의 회전축(2)과 일직선상에 놓인 종축(3)을 갖는 실린더 섹션(14)이다.
원주 방향으로 볼 때, 외부 링(12)은 일정한 내부 직경(Di) 및 일정한 외부 직경(Da)을 갖는다.
외부 링(12)의 내부 면(16)은 실시예에서 낫 형상의 틸팅 패드(18)를 위한 설치 영역을 형성한다. 도 1의 도해에는, 더 나은 이해를 돕기 위해, 단 하나의 틸팅 패드(18)만 도시되어 있다. 하지만, 통상적으로는 이와 같은 틸팅 패드 베어링(10)의 경우, 상기와 같은 복수개의 틸팅 패드(18), 예를 들어 3개 또는 4개의 동일하게 형성된 틸팅 패드(18)가 사용되며, 이들 틸팅 패드는 외부 링(12)의 원주 방향으로 볼 때 바람직하게 종축(3)을 중심으로 균일한 각도 간격으로 배열된다.
예를 들어 마찬가지로 강으로 이루어진 틸팅 패드(18)는, 종축(3)으로부터 시작하여, 내부 면(16) 쪽을 향하는 측에 반경(Ra)을 갖는 외부 면(20)을 구비하며, 이 경우 반경(Ra)은 Di/2보다 작다. 또한, 틸팅 패드(18)는, 샤프트(1) 쪽을 향하는 측에, 반경(Ri)을 갖는 둥근 활주 면(22)으로서 형성된 활주 면(22)을 구비한다. 또한, 도 1을 토대로, 샤프트(1)의 반경(r)이 활주 면(22)의 반경(Ri)보다 작다는 점을 알 수 있다.
기술한 기하 구조로 인해, 샤프트(1)는 라인(24)을 따라서 도 1의 투영면에 대해 수직으로 연장되는 방향으로 틸팅 패드(18)에 접하는 한편, 다시 틸팅 패드(18)는 피치선(26)을 따라 외부 링(12)의 내부 면(16)에 접하며, 이 경우 틸팅 패드(18)는 피치선(26)을 중심으로 기울어질 수 있다.
외부 링(12)뿐만 아니라 틸팅 패드 베어링(10)의 틸팅 패드(18)도 틸팅 패드 베어링(10)의 부품이다. 이하에서는, 먼저 하나의 환형 블랭크(30)로부터 틸팅 패드들(18)을 제조하는 과정을 논의할 것이다. 이를 위해 먼저 도 2를 참조하면, 도면에 도시되지 않은 클램핑 장치 내에서 블랭크(30)의 종축(37)을 중심으로 균일한 각도 간격으로 배열된 3개 클램핑 지점(33 내지 35)의 영역에서 자신의 외부 둘레(32)가 고정되어 있는 블랭크(30)가 도시되어 있다. 이로 인해, 클램핑 지점(33 내지 35)의 영역에서는, 클램핑 지점(33 내지 35) 사이에 배치된 블랭크(30)의 영역들이 종축(37)에 대해 반경방향 외부로 변형됨으로써, 블랭크(30)의 탄성 변형을 야기하고 종축(37)의 방향으로 반경방향으로 작용하는 힘(FR)이 작용하게 된다. 이와 같은 블랭크(30)의 상태에서는, 블랭크(30) 내에서 (원형의) 내부 보어(38)가 생성된다. 바람직하게, 내부 보어(38)는 원하는 치수 공차를 생성하기 위해 연삭 가공된다.
내부 보어(38)의 형성 후에는, 도 3의 도시에 상응하게 블랭크(30)가 도시되지 않은 클램핑 공구로부터 인출되며, 다시 말해 후속하여 클램핑 지점(33 내지 35)에서 블랭크(30)에 반경방향 힘(FR)이 작용하지 않는다. 그 결과, 블랭크(30)의 외부 둘레(32)는 재차 자신의 원래의 둥근 형상을 취하게 되고, 그와 동시에 내부 보어(38)가 형성된 영역은 이제 원호형으로 형성된 3개의 섹션(40)을 갖게 되며, 이들 섹션의 벽 두께(w)는 원주 방향으로 변하고, 이들 섹션은 각각 블랭크(30)의 종축(41)에 대해 반경(Ri)을 갖는다. 이 상태에서 블랭크(30)는, 분리 지점(44, 45)의 영역에서 반경방향 분리에 의해 예를 들어 3개의 틸팅 패드(18)가 생성될 수 있는 틸팅 패드 링(42)을 형성한다.
도 4에는, 틸팅 패드(18a)가 각각 일정한 두께(d)와 일정한 내부 반경(Ri) 그리고 외부 면(20a)을 형성하기 위한 일정한 외부 반경(Ra)을 갖는다는 점에서 틸팅 패드 베어링(10)과 구별되는 또 다른 틸팅 패드 베어링(10a)이 도시되어 있다. 또한, 외부 링(12a)은 외부 링(12)과 유사하게 원형의 외부 둘레를 갖는다. 그에 비해, 외부 링(12a)의 내부 면(16a)은 각각 반경(R)을 갖는 3개의 섹션(47 내지 49)을 구비하며, 이들 섹션은 원주 방향으로 볼 때 내측에 꺾임부를 형성하면서 3개의 전이 지점(50)에서 서로 연결된다. 외부 링(12a)의 벽 두께(w)는 섹션들(47 내지 49)을 따라 변한다.
또한, 도 6을 토대로, 이와 같은 외부 링(12a)이 원형 수용 보어(52)의 영역에 삽입되어 있거나 압입 끼워맞춤부의 형성 하에 배치되는 점, 그리고 수용 보어(52)와 외부 링(12a)의 외부 면(20a) 사이에 종축(46)을 중심으로 균일한 각도 간격으로 배열된 3개의 평탄부(54)가 제공되며, 이들 평탄부의 영역에서는 외부 링(12a)의 벽 두께(w)가 감소되며, 이 경우 피치선(26a)의 영역에서 벽 두께(w)의 최소값이 존재한다는 점을 알 수 있다. 이로 인해, 평탄부(54)와 수용 보어(52) 사이에, 외부 링(12a)의 열적 변형을 보상하기 위한 갭(56)이 각각 형성된다.
지금까지 기술된 외부 링(12a)의 제조는, 틸팅 패드 베어링(10)에서 틸팅 패드(18)의 형성을 위해 도 2 및 도 3과 관련하여 기술된 틸팅 패드 링(42)의 형성에 적어도 실질적으로 상응한다. 이는, 본 실시예에서도 도 5의 도시에 상응하게 하나의 환형 블랭크(30a)가 3개의 클램핑 지점(33a 내지 35a)의 영역에 클램핑되고, 힘(FR)에 의해 탄성 변형된다는 것을 의미한다. 이어서, 내부 보어(38a)가 생성되고, 블랭크(30a)의 클램핑이 해제된다. 필요한 경우, 후속하여 평탄부(54)가 제조된다.
지금까지 기술한 틸팅 패드 베어링(10, 10a)은, 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 다양한 유형 및 방식으로 변형될 수 있다.

Claims (10)

  1. 틸팅 패드 베어링(10; 10a)의 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    틸팅 패드 베어링(10; 10a)이 하나의 외부 링(12; 12a) 및 상기 외부 링(12; 12a)의 종축(3; 46)을 중심으로 바람직하게 동일한 크기의 각도 간격으로 배열된 복수의 틸팅 패드(18; 18a)를 구비하며, 외부 면(20; 20a)을 갖는 틸팅 패드(18; 18a)가 외부 링(12; 12a)의 내부 면(16; 16a) 상에서 피치선(26; 26a) 둘레에 피벗 가능하게 배치되며, 이때 틸팅 패드 링(42)으로부터 틸팅 패드(18)를 제조하기 위해 또는 외부 링(12a)을 제조하기 위해, 일정한 벽 두께를 갖는 실린더 섹션(14) 형태의 블랭크(30; 30a)가 사용되며, 복수의 클램핑 지점(33; 33a, 34; 34a, 35; 35a)에서 실린더 섹션(14)의 외부 둘레(32; 32a)의 영역에 종축(3; 46)의 방향으로 작용하는 각각 하나의 반경방향 힘(FR)이 가해지고, 상기 반경방향 힘(FR)은 실린더 섹션(14)의 탄성 변형을 야기하며, 이어서 탄성 변형된 상태의 실린더 섹션(14)의 내부 면(16; 16a) 상에 둥근 횡단면을 갖는 내부 보어(38; 38a)가 생성되며, 이어서 실린더 섹션(14)의 반경방향 클램핑이 정지되는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 블랭크(30a)가 외부 링(12a)의 제조를 위해 사용되는 경우, 블랭크(30a)에 반경방향 힘(FR)이 가해지는 클램핑 지점(33a, 34a, 35a)의 수가, 외부 링(12a) 내에 지지된 틸팅 패드(18a)의 수에 상응하는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 블랭크(30)가 틸팅 패드(18)의 제조를 위해 사용되는 경우, 블랭크(30)에 반경방향 힘(FR)이 가해지는 클램핑 지점(33, 34, 35)의 수는, 블랭크(30)로부터의 분리 지점(44, 45)의 영역에서 블랭크(30)의 반경방향 분리에 의해 형성되는 틸팅 패드(18)의 수에 상응하는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크(30; 30a)에 반경방향 힘(FR)이 가해지는 클램핑 지점(33; 33a, 34; 34a, 35; 35a)이 상기 블랭크(30; 30a)의 종축(37)을 중심으로 균일한 각도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  5. 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크(30a)가 외부 링(12a)으로서 사용되는 경우에는, 상기 블랭크(30a)의 벽 두께(w)가 피치선(26a)의 영역에서 감소되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 벽 두께(w)의 감소는, 블랭크(30a)의 외부 둘레(32a) 상에 평탄부들(54)이 형성됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링의 부품 제조 방법.
  7. 외부 링(12a) 및 틸팅 패드(18)를 구비하며, 상기 외부 링(12a) 또는 틸팅 패드(18)가 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된, 틸팅 패드 베어링(10; 10a).
  8. 제7항에 있어서, 외부 링(12a)이 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되며, 틸팅 패드(18a)가 일정한 벽 두께(w)를 갖는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링.
  9. 제8항에 있어서, 틸팅 패드(18)가, 일정한 내부 직경(Di) 및 외부 직경(Da)을 갖는 실린더 튜브 섹션으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링.
  10. 제7항에 있어서, 틸팅 패드(18)가 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되며, 외부 링(12)으로서 일정한 내부 직경(Di) 및 외부 직경(Da)을 갖는 실린더 섹션(14)이 형성되는 것을 특징으로 하는, 틸팅 패드 베어링.
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