KR20210029204A - 플레인 베어링 - Google Patents

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KR20210029204A
KR20210029204A KR1020217001505A KR20217001505A KR20210029204A KR 20210029204 A KR20210029204 A KR 20210029204A KR 1020217001505 A KR1020217001505 A KR 1020217001505A KR 20217001505 A KR20217001505 A KR 20217001505A KR 20210029204 A KR20210029204 A KR 20210029204A
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데트레프 해머스미츠
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에스케이에프 마린 게엠베하
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Abstract

본 발명은 종방향 중심 축을 갖는 중공 원통형 몸체를 포함하고 원통형 샤프트를 지지하기 위한 플레인 베어링에 관한 것으로, 샤프트는 반경방향 간격을 따라 기저 몸체의 베어링 보어 내에 수용된다. 본 발명에 따라서, 하나 이상의 작은 표면 종방향 리세스는 베어링 보어의 하중 구역의 영역에 배열되고, 플레인 베어링의 마모 감소를 위해 하나 이상의 종방향 리세스가 압력 하에서 유체를 갖는 외부 유체 공급원에 의해 작용될 수 있다. 플레인 베어링은 최대 90%로 마모가 감소된다.

Description

플레인 베어링
본 발명은 특히 종방향 중심 축을 갖는 실질적으로 중공 원통형 기저 몸체를 포함하고 원통형 샤프트를 지지하기 위한 플레인 베어링에 관한 것으로, 샤프트는 반경방향 간격을 따라 기저 몸체의 베어링 보어 내에 수용된다.
이 기술에서, 물 또는 다른 유체와 함께 작동하는 유체 정역학적 또는 유체 역학적 플레인 베어링은 유지 보수가 적고 유체 막이 발생하여 기계 부품의 마찰이 거의 없는 지지를 위해 널리 사용된다.
특히 선박 및 펌프 구조에서 샤프트 지지용 고무 샤프트 베어링은 DD 285 157 A5에서 공지된다. 윤활 및 플러싱 요홈의 개수는 최소로 감소되어야 하며, 요홈의 배열은 최대 압력 피크를 형성하는 데 필요한 영역 외부에 제공된다. 플레인 베어링의 베어링 슬리브에 윤활제 또는 플러싱 제의 정해진 공급은 제공되지 않는다. 알려진 플레인 베어링을 구동하는 동안 마모가 더 많이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 예를 들어 물과 같은 저 점성도 유체에 의해 구동될 수 있고 실질적으로 유체역학적으로 작동하지 않는 방식으로 기능하는 가능한 한 많이 마모 감소된 플레인 베어링을 특정하는 것이다.
상기 언급된 목적은 특허 청구항 1의 특징을 포함하는 플레인 베어링에 의해 달성되며, 이에 따라 베어링 보어의 하중 구역 영역에 하나 이상의 작은 표면 종방향 리세스가 배치되고 하나 이상의 종방향 리세스를 지지하는 플레인 베어링은 압력 하에서 유체와 함께 외부 유체 공급에 의해 작용할 수 있다. 따라서 본 발명의 (하이브리드) 플레인 베어링은 유체 정역학적 플레인 베어링의 장점과 유체역학적 플레인 베어링의 장점을 조합한다. 정상 작동 시, 유체 역학 및 유체 정역학 플레인 베어링은 마모가 없고 마찰이 적다. 본 발명의 플레인 베어링은 예를 들어 물과 같은 저점도 유체로 작동될 때에도 이러한 선호되는 특성을 달성하고 실질적으로 유체역학적으로 기능하지 않는다. 중간 압력 펌프가 하나만 필요하기 때문에 종래의 순수 정압식 플레인 베어링에서 필요로 하는 높은 구조 비용(유체용 고압 펌프 하나 이상)이 감소될 수 있다. 본 발명의 플레인 베어링에서, 마모 거동은 또한 지지된 샤프트와 플레인 베어링의 기저 몸체의 베어링 보어 사이의 상대 속도와 독립적이다. 해양 응용 분야에서, 최대 0.6MPa의 플레인 베어링 하중 또는 표면 하중이 구현될 될 수 있으며, 이는 오일 윤활의 최대 달성가능한 하중 지지 용량의 크기로 이동한다. 최종 분석에서 최대 0.8 MPa의 다소 더 높은 평면 베어링 하중만이 오일 윤활에 의해 지원될 수 있다. 여기서 하중 구역의 종방향 리세스의 표면은 바람직하게는 하중 구역의 50% 미만, 가장 바람직하게는 하중 구역의 30% 미만, 또는 전체 내부 표면의 10% 미만에 해당한다. 또한, 10:1 이상의 작은 표면 종방향 리세스의 길이 대 폭 비율이 바람직하게 제공된다. 따라서 종방향 리세스는 베어링 보어의 전체 내부 표면에 비해 작은 표면이다.
적어도 하나의 종방향 리세스는 바람직하게는 적어도 하나의 유체 채널에 의해 유체 공급원에 연결된다. 결과적으로 유체는 적어도 하나의 종방향 리세스에 직접 공급될 수 있다.
기술적으로 선호되는 하나의 설계에서, 하나 이상의 종방향 리세스의 입구 개구 영역에서 유체의 압력은 플레인 베어링에 작용하는 플레인 베어링 하중이 최대 부분적으로 보상되도록 유체 공급부에 의해 설정된다. 따라서 플레인 베어링은 유체 정역학 및 유체 역학적 플레인 베어링 사이의 혼합된 형태를 나타낸다. 입구 개구 영역의 압력은 플레인 베어링 하중이 약 40%로 보상되도록 치수가 지정되는 것이 바람직하다. 결과적으로 마모가 약 90% 감소한다.
적어도 하나의 종방향 리세스는 바람직하게는 반경방향 내측으로 개방된다. 이에 의해 적어도 하나의 종방향 리세스 내부의 유체의 정해진 압력 형성이 가능하다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 적어도 하나의 종방향 리세스는 적어도 양쪽 측면에서 축방향으로 폐쇄되어 형성된다.
하나의 선호되는 추가 개발에서, 적어도 하나의 종방향 리세스는 연장되고 좁고 뿐만 아니라 대략 타원형 원주 윤곽을 포함한다. 큰 표면의 유체 정역학적 윤활 포켓과는 대조적으로, 적어도 하나의 종방향 리세스는 좁고 연장된 기하학적 형상을 갖는다. 좁은 윤곽은 축방향으로 연장되어 유체 역학적 효과를 가능한 한 적게 방해한다. 또한, 예를 들어 종래의 기계 가공 방법, 특히 밀링에 의해 적어도 하나의 종방향 리세스의 간단한 제조가 가능하다.
바람직하게는 기저 몸체의 종방향 중심 축과 샤프트의 종방향 중심 축 사이에 반경 방향 오프셋이 있다. 기저 몸체 내부에서 충분히 큰 반경방향 간격이 샤프트에 부여된다.
하나의 선호되는 설계에서, 기저 몸체는 플라스틱 재료를 사용하여 형성되고 샤프트는 금속 재료를 사용하여 형성된다. 결과적으로 샤프트와 베어링 보어 사이에 직접 유체가 없는 기계적 접촉("건식 구동")의 경우 마모 증가(소위 "프레팅")가 방지된다. 열가소성 폴리우레탄은 특히 플라스틱 재료로 적합하다. 또한 다양한 플라스틱에 대한 광범위한 실제 실험을 통해 플라스틱의 선택이 결정적인 의미를 갖는 것으로 나타냈다. 결과적으로 원하는 마모 감소 효과는 베어링 재료로 특히 적합한 플라스틱으로만 달성할 수 있다.
기술적으로 선호되는 추가 개발에 따르면, 유체는 낮은 점성도를 갖는 액체 매질, 특히 물이다. 이에 따라 선박용 및 바람직하게는 조선에서 본 발명의 플레인 베어링을 문제 없이 사용할 수 있다.
또 다른 설계에서, 기저 몸체는 특히 금속 재료를 사용하여 형성된 베어링 하우징에 배치된다. 결과적으로 미리결정된 기계 부분에 플레인 베어링의 구조적으로 더 간단한 통합이 보장되며, 여기서 샤프트는 플레인 베어링에 의해 지지된다.
도 1은 본 발명의 플레인 베어링의 종단면도.
도 2는 도 1의 플레인 베어링의 기저 몸체의 도식적인 부분도.
도 1은 본 발명의 플레인 베어링의 종방향 단면을 도시한다. 원통형 샤프트(12)를 회전 가능하게 지지하기 위한 플레인 베어링(10)은 종방향 중심 축(16)을 갖는 실질적으로 중공 원통형 기저 몸체(14)를 포함한다. 샤프트(12)가 고정될 때, 반경방향 오프셋(RV)은 2개의 종방향 중심 축(16, 18) 사이에 존재하여 샤프트(12)는 플레인 베어링(10)의 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20)에 반경방향 간격으로 또는 편심으로 회전가능하게 배열된다. 비-회전 샤프트(12)와 함께, 샤프트(12)와 원통형 베어링 보어 내부 표면(22) 사이에 결과적으로 중력(g)의 방향 벡터에 대해 상향으로 배열된 초승달 형상의 반경방향 간격(24)이 제공된다. 여기서 플레인 베어링(10)의 중공-원통형 기저 몸체(14)는 단지 예로서, 예를 들어 필로우 블록 베어링 하우징 등일 수 있는 중실 베어링 하우징(26)에 수용된다. 상징적으로 도시된 플레인 베어링 하중(F)은 소위 표면 하중으로서 플레인 베어링(12)에 작용한다. 플레인 베어링(10)은 바람직하게는 큰 직경을 갖는 샤프트(12)에 대해 제공된다.
적어도 하나의 본 발명의 작은 표면 종방향 리세스(32)가 기계적(주) 하중 구역(30) 또는 유체 리프트 구역의 영역에 제공되며, 여기서 샤프트(12)는 내부 보어(20) 상에 적어도 국부적으로 안착된다. 외부 유체 사용 공급부(40)를 사용하여, 적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 플레인 베어링(10)을 윤활하기 위한 유체(42)에 의해 작용될 수 있으며, 유체(42)는 압력(p) 하에 있다. 적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 적어도 플레인 베어링(10)의 하부(주) 하중 구역(30)의 영역에서 유체(42)를 분배한다.
압력 형성을 위해, 적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 반경방향 내측으로 개방되고 양측에서 축방향으로 밀폐되어 형성된다. 적어도 하나의 작은 표면 종방향 리세스(32)는 예를 들어 대략 요홈 형상, 실질적으로 약간 타원형 또는 대략 직사각형 원주 윤곽(50)을 가질 수 있다. 회전 샤프트(12) 및 적어도 하나의 종방향 리세스(32)가 압력(p) 하에서 유체와 충돌함에 따라, 외부 유체 공급부(40)의 도움으로 접촉 영역(30)은 최적으로 윤활되고 냉각된다.
유체(42)는 낮은 점도를 가질 수 있으므로, 예를 들어 물이 사용될 수 있다. 고정 샤프트(12) 및 유체(42)가 부족한 경우, 하중 구역(30)은 원통형으로 만곡된 접합 표면(44) 또는 샤프트(12)와 베어링 보어 내부 표면(20) 사이의 직접 접촉 또는 접촉 구역과 실질적으로 일치한다. 유체 공급부(40)에 유입되기 전에 유체(42)는 실질적으로 압력이 없다.
적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 관형 유체 채널(46)에 의해 유체 공급부(40)에 유압적으로 연결된다. 유체 채널(46)은 바람직하게는 플레인 베어링 하중(F)에 반대되는 기저 몸체(14) 상에 위치된다. 하나 이상의 종방향 리세스(32) 내로의 입구 개구(48)의 영역에서, 유체(42)의 압력(p)은 샤프트(12) 또는 플레인 베어링(10)에 작용하는 플레인 베어링 하중(F) 또는 표면 하중이 대부분 부분적으로 보상되도록 외부 유체 공급에 의해 설정된다. 여기서, 플레인 베어링 하중(F)은 주로 베어링 보어(20) 내부의 하중 구역(30) 영역에서 작용한다. 특히 입구 개구(48)의 영역에서, 압력(p)은 바람직하게는 외부 유체 공급부(40)에 의해 설정되어 플레인 베어링 하중(F)는 약 40%로 보상되고 베어링 마모가 최대 90%까지 감소된다. 최종 분석에서 압력(p)의 수준은 플레인 베어링(10)의 하나의 유체역학과 유체 정역학적 유체 공급 사이에 있는 수준이다.
적어도 하나의 작은 표면 종방향 리세스(32) 내부의 유체(42)의 압력(p)과 종방향 리세스(32)의 바로 근처에 있는 유체(42)로 인해, 플레인 베어링 하중(F)의 최대 부분 보상이 야기된다. 샤프트(12) 및 플레인 베어링(10)의 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20)의 형태인 슬라이딩 파트너(sliding partner)들 사이의 마모 거동은 결과적으로 상당한 마모 감소가 발생하도록 변화한다.
하중 구역(30)의 영역에서 적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 플레인 베어링(10)의 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20)에서 기계적 플레인 베어링 하중(F)과 실질적으로 반대쪽에 공간적으로 위치한다.
적어도 하나의 종방향 리세스(32)는 또한 기저 몸체(14)의 전체 축방향 길이(L)에 걸쳐 연장하지 않는다. 게다가, 기저 몸체(14)의 제1 및 제2 축방향 단부(60, 62)에서 제1 및 제2 환형 랜드(56, 58)는 적어도 하나의 종방향 리세스(32)로부터 자유롭다.
플레인 베어링(10)의 중공-원통형 기저 몸체(14)는 바람직하게는 가능한 저 마찰성이고 중간 저항성이지만 충분히 기계적으로 로딩가능한 적절한 플라스틱 재료로 형성된다. 한편, 플레인 베어링(10)의 샤프트(12) 및 베어링 하우징(26)은 바람직하게는 금속 재료를 사용하여 제조된다.
도 2는 도 1의 플레인 베어링의 기저 몸체의 개략적인 부분 사시도를 도시한다.
플레인 베어링(10)의 기저 몸체(14)는 축방향 길이(L)를 갖는 실질적으로 중공-원통형 형상을 갖는다. 여기서 단지 예로서 직사각형 또는 약간 타원형인 타원형 원주 윤곽(50)을 갖는 종방향 리세스(32)는 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20)의 베어링 보어 내부 표면(22)에서 오목하게 형성된다. 종방향 리세스(32)는 바람직하게는 결합 플레인 베어링 하중(F)에 반대되는 베어링 보어(20)에 배치된다.
양쪽 측면에서 및 종방향 리세스(32)로부터 평행하고 균일하고 약간 이격되어 있는, 단지 예로서 중심 종방향 리세스(32)와 구조적으로 동일한 2개의 추가의 작은 표면 종방향 리세스(70, 72)는 도시되지 않은 샤프트 아래의 유체의 대규모 분배를 위해 플레인 베어링(10)의 (주) 하중 구역(30)의 영역에서 연장된다. 3개의 종방향 리세스(32, 70, 72)는 바람직하게는 최대 120°의 베어링 보어 내부 표면(22)의 비교적 작은 원주방향 각도에 걸쳐 연장된다. 3개의 종방향 리세스(32, 70, 72)가 배치된 베어링 보어 내부 표면(22)의 원주 각도의 이 영역에서, 이들은 베어링 보어 내부 표면(22)의 최대 절반, 바람직하게는 30% 미만의 표면을 점유한다. 따라서 전체 내부 베어링 보어 표면(22)의 10% 미만을 점유한다.
플레인 베어링(10)에 대한 타겟 적용의 각각의 요구 사항에 따라, 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20)에서 종방향 리세스(32, 70, 72)의 개수, 공간 기하학적 구조, 축방향 길이 및/또는 원주 측 위치는 단지 예로서 여기에 도시된 위치로부터 선택적으로 벗어날 수 있다.
본 발명은 특히 원통형 샤프트를 지지하기 위한 플레인 베어링에 관한 것으로, 이는 종방향 중심 축을 갖는 실질적으로 중공-원통형 기저 몸체를 포함하며, 샤프트는 기저 몸체의 베어링 보어에서 반경방향 간격에 수용된다. 본 발명에 따르면, 베어링 보어의 하중 구역 영역에 적어도 하나의 작은 표면 종방향 리세스가 배치되고, 플레인 베어링의 마모 감소를 위해 적어도 하나의 종방향 리세스가 압력 하의 유체로 외부 유체 공급에 의해 작용할 수 있다. 플레인 베어링의 마모가 최대 90% 감소한다.
10 플레인 베어링
12 원통형 샤프트
14 중공 원통형 기저 몸체
16 종방향 중심 축(기저 몸체)
18 종방향 중심 축(샤프트)
20 베어링 보어
22 베어링 보어 내부 표면
24 반경방향 간격
26 베어링 하우징
30 하중 구역
32 작은 표면 종방향 리세스
40 외부 유체 공급부
42 유체
44 하부 접합 표면
46 유체 채널
48 입구 개구
50 원주 윤곽
56 제1 환형 랜드
58 제2 환형 랜드
60 제1 축방향 단부
62 제2 축방향 단부
70 작은 표면 종방향 리세스
72 작은 표면 종방향 리세스
F 플레인 베어링 하중
g 중력
L 축방향 길이
p 압력
RV 반경방향 오프셋

Claims (9)

  1. 종방향 중심 축(16)을 갖는 중공 원통형 기저 몸체(14)를 포함하고 원통형 샤프트(12)를 지지하기 위한 플레인 베어링(10)으로서,
    샤프트(12)는 반경방향 간격을 따라 기저 몸체(14)의 베어링 보어(20) 내에 수용되고, 작은 표면 종방향 리세스(32, 70, 72)는 베어링 보어(20)의 하중 구역(30)의 영역에 배열되고, 플레인 베어링(10)의 마모 감소를 위해 하나 이상의 종방향 리세스(32)가 압력(p) 하에서 유체(42)를 갖는 외부 유체 공급원(40)에 의해 작용될 수 있는 플레인 베어링(10).
  2. 제1항에 있어서, 하나 이상의 종방향 리세스(32, 70, 72)는 하나 이상의 유체 채널(46)에 의해 유체 공급부(40)에 연결되는 플레인 베어링(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 종방향 리세스(32, 70, 72)의 입구 개구(48)의 영역에서 유체(42)의 압력(p)이 유체 공급부(40)에 의해 설정되어 플레인 베어링(10)에 작용하는 플레인 베어링 하중(F)이 부분적으로 보상되는 플레인 베어링(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 종방향 리세스(32, 70, 72)는 반경방향의 내측으로 개방되는 플레인 베어링(10).
  5. 제4항에 있어서, 하나 이상의 종방향 리세스(32, 70, 72)는 연장되고 좁고, 대략 타원형의 원주 윤곽(50)을 갖는 플레인 베어링(10).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트(12)의 종방향 중심 축(18)과 기저 몸체(14)의 종방향 중심 축(16) 사이에 반경방향 오프셋(RV)이 제공되는 플레인 베어링(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기저 몸체(14)가 플라스틱 재료를 사용하여 형성되고, 샤프트(12)가 금속 재료를 사용하여 형성되는 플레인 베어링(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 유체(42)는 저 점성도를 갖는 액체 매체, 특히 물인 플레인 베어링(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 기저 몸체(12)는 금속 재료를 사용하여 형성되는 베어링 하우징(26) 내에 배열되는 플레인 베어링(10).
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