KR960000987B1

KR960000987B1 - 쓰러스트 베어링

Info

Publication number: KR960000987B1
Application number: KR1019860005748A
Authority: KR
Inventors: 쇼다로 미조부찌; 요시가스 기무라; 가두스미 사사끼
Original assignee: 에바라 세이샤꾸쇼; 하다께야마 기요지
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-16
Publication date: 1996-01-15
Also published as: US4699525A; EP0209808B1; CN86105825A; EP0209808A2; KR870001417A; DE3673278D1; CN1005351B; EP0209808A3

Abstract

내용 없음.

Description

쓰러스트 베어링

제1도는 본 발명에 의한 쓰러스트 엘리먼트의 종단면도.

제2도는 제1도는 쓰러스트 베어링에 사용한 나선형 엘리먼트의 평면도.

제3도는 제1도외 쓰러스트 베어링의 응용예를 도시하는 종단면도.

제4도는 제3도는 응용예를 변경하여 도시한 종단면도.

제5도는 본 발명에 의한 쓰러스트 베어링의 다른 실시예의 종단면도.

제6도는 제5도의 쓰러스트 베어링의 응용예를 도시하는 종단면도.

제7도는 여러개의 나선형 엘리먼트와 미끄럼면 엘리먼트가 축선방향으로 교대로 적층되어 구성된 본 발명에 의한 쓰러스트 베어링의 응용예를 도시하는 종단면도.

제7a도는 제7도에서 사용된 엘리먼트들의 수정된 측면도.

제8a도, 제8b도 및 제8c도는 서로 대향하는 엘리먼트들의 표면에 형성된 요입부들의 조합을 도시하는 단 면도.

제9도는 종래기술과 본 발명에서 발생하는 동력손실에 관한 비교데이타를 나타내는 그래프.

본 발명은 쓰러스트 베어링에 관한 것으로, 특히 그 표면에 나선형 홈을 가진 부재의 회전시 발생하는 유체역학적 압력을 이용하는 쓰러스트 베어링에 관한 것이다.

나선형홈을 가진 베어링부재가 평평한 부재를 눌러서 평평한 부재와 나선형홈을 가진 표면이 서로 상대적으로 회전할때 그 두 부재 사이에 발생하는 유체 역학적 압력에 의해 쓰러스트 하중을 지지하는 형식의 쓰러스트 베어링은 공지되어 있다 이러한 한가지 예가 미합중국 특허 제4,575,264호에 개시되어 있다. 상기 미합중국 특허에 개시된 쓰러스트 베어링은 그 작동상 아주 만족스러운 것이었으며, 그 규격이 간소화 되었다는 점에서 그 뛰어남이 인정되었다. 베어링을 감싸는 유체의 존재로 인하여 특별한 냉각장치가 필요치 않았으며, 동압은 마찰손실을 최소화하도록 하며, 동력손실도 크게 감소하여 종래의 경사진 패드형 쓰러스트 베어링에서 소요되는 동력의 1/5로 감소하고, 그리고 양쪽 회전방향(정방향 및 역방향)에 대하여 쓰러스트 하중을 감당할 수 있다. 그러나, 상기 미합중국 특허에 개시된 쓰러스트 베어링은 통상 수직축에만 사용하여야하며, 동압은 물 또는 액체의 존재하에서만 발생하기 때문에 물에 잠길 수 있는 모터 및/또는 펌프즉, 물이나 액체내에서만 사용할 수 있는 장치에 제한된다. 또한, 종래 쓰러스트 베어링은 해당 장비에 조립되어 공급되었기 때문에 베어링 자체가 여러 적용예에 독립적으로 사용할 수 있는 형태로 되어있지 않았다.

또한, 대향면에 나선헝 홈을 가지고 있는 종래기술의 나선형 엘리먼트는 정지부재와 회전 부재 사이에 자유로 배열되는 구조를 가졌기 때문에 나선형 엘리먼트의 반경방향의 변위를 방지하기 위한 장치를 구비시키는 것이 필요하였다. 그러나, 이러한 반경방향의 변위를 방지하기 위한 장치를 구비시켜도, 종래기술의 쓰러스트 베어링은 수평축에서는 사용할수가 없었는데, 그 이유는 이러한 쓰러스트 베어링을 수평축에 설치하면 나선형 엘리먼트가 반경방향의 변위를 방지하기 위한 장치와 간섭을 일으키기 때문이다.

또한, 다른 형식의 쓰러스트 베어링(소위“합성 형”)이 있는데 이것도 나선형홈이 있는 엘리먼트와 평평한 엘리먼트 사이의 상대적 회전에 생기는 동압을 이용하는 것이다. 이와같은 개선된 합성형의 나선형홈을 가진 쓰러스트 베어링의 실예는 일본국 특허공보 제74132/82호에 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 합성형의 나선형홈의 쓰러스트 베어링은 나선형홈 엘리먼트에 강철볼을 끼워넣어 이 강철볼은 나선형 엘리먼트의 표면위에 약간 튀어나와 있다. 볼의 이 돌출한 부위는 베어링이 회전할때 피봇의 역항를 한다. 이러한 형식의 베어링은 의도한대로 기능을 다할 것이다. 그러나, 그 돌출부의 극히 작은 규격으로 인하여 정밀하게 제어될 필요가 있어 이와같이 돌출된 길이는 나선형 엘리먼트와 대향표면 사이의 상대회전중에 유체역학적 압력이 발생될때의 나선형 엘리먼트와 대향표면 사이의 간격보다 작다. 그러므로, 이러한 형식의 베어링을 제작하는 것은 매우 어렵다. 또한, 이러한 형식의 베어링은 나선형 엘리먼트의 반경방형의 변위를 방지할 수 없다. 또한, 강철볼은 정지할때와 회전방향을 바꿀때에 반복하여 충격을 받기 때문에, 강출볼의 돌출부위가 파손당하여 피봇기능이 쉽게 손상된다.

전술한 미합중국 특허에 제안된 쓰러스트 베어링이 다른 형식의 쓰러스트 베어링에 비하여 현저한 장점을 가진다는 것이 안정되고, 또 상기 공보에 개시된 합성형 쓰러스트 베어링이 가지는 문제점으로 인하여, 다음과 같은 필요성이 대두하였다. 즉, 상기 미합중국 특허에 개시된 형식에 의해 제안된 거의 모든 장점을 가지지만 물에 잠긴 상태에서 수직축에만 사용할수 있는 제한성 및 제작상의 문제점이 없는 쓰러스트 베어링에 대한 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 유체 역학적 압력을 이용하기 위한 나선형 엘리먼트로 구성되며 수평축 뿐만아니라 수직축에서도 자유로이 사용할 수 있는 쓰러스트 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 쓰러스트 베어링을 한 단위로 사용할 수 있게 공급하여 어떤 종류의 축에도, 즉 수평이건 수직이건 다 사용할 수 있게 하며 또 베어링을 액체내에서나 밖에서나 다 사용할 수 있게 하는 것이다.

상기 목적들은 본 발명에 의하여 달성된다.

본 발명의 한 양호한 실시에에서는 디스크 형태로 만든 나선형 엘리먼트와 그에 대향하는 평행한 표면들로 구성되며 나선형의 홈이 각 표면에 형성되고 한 표면에 있는 나선의 방향은 그 대향 표면에 있는 나선의 방향과 역방향이 되게한다.

디스크 형태로 만든 미끄럼면 엘리먼트는 평평하고 평행하는 대향 표면들을 구비시키며, 미끄럼면 엘리먼트는 나선형 엘리먼트의 표면과 그 표면이 짝을 이루며, 이 두 엘리먼트는 그 각 표면의 중앙에 요입부를 두어 두짝을 합칠때 작은 공간을 형성하게 한다.

상기 요입부에 의해 형성된 작은 공간에는 코어부재 또는 구형체가 들어있으며, 이 코어부재의 크기는 코어부재와 반대면 요입부의 표면사이에 작은 간격을 형성하여 상기 대향하는 엘리먼트들이 그들 사이에 면접촉을 하며, 따라서 상대적인 반경방향의 이동을 억제한다.

본 발명의 또다른 목적과 이점은 첨부도면을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

제1도는 쓰러스트 베어링(10)이 도시되어 있는데, 이것은 나선형 엘리먼트(1), 미끄럼면 엘리먼트(4) 및 작은 구형체 또는 코어부재(6)로 구성된다. 나선형 엘리먼트(1)는 디스크 형태로 이루어지며, 대향하는 표면들에는 나선형홈(제2도에 도시됨)이 여러개 구비되어있다. 또한 나선형 엘리먼트(1)는 미끄럼면 엘리먼트 (4)를 대면하는 쪽의 표면 중앙에 요입부(7)를 구비하며, 이것은 코어부재(6)를 작은 공간에 보존하기 위한 것으로, 이 작은 공간이란 미끄럼면 엘리먼트(4)의 대향 표면에 구비된 유사한 요입부(8)와 결합하여 형성된 작은 공간을 가리킨다. 나선형홈(2)은 3 내지 50 범위의 깊이로 형성시켜 미끄럼면 부위(3)를 지나갈 수 있게 하며, 이 후자의 폭은 나선형 홈(2)의 폭보다 넓게한다. 미끄럼면 부위(3)의 표면 및 미끄럼면 엘리먼트(4)의 미끄럼면은 가장 우수한 표면가공 처리로 마무리 즉, 소위 경면처리(mirror finish)에 의해 평탄도가 약 1㎛이며 거칠기가 약 0.3㎛가 되게한다. 그러나, 용도에 따라 미끄럼면(4)의 양 표면들중 하나에는 정밀 표면가공을 생각할 수 있다.

제1도에 도시한 바와 같이, 나선형 엘리먼트(1)와 미끄럼면 엘리먼트(4)가 결합되고 그 사이에 코어부재(6)를 가지고 있을때, 코어부재(6)와 요입부(7 및 8)의 표면들 사이에는 미소한 간격이 남거나 또는 간격이 전혀 생기지 않도록 코어부재(6)의 규격을 결정한다. 어떤 경우에는 나선형 엘리먼트(1)와 미끄럼면 엘리먼트(4) 사이에 윤활제를 사용하여 윤활제가 코어부재(6)를 덮도록 얇은 윤활제(9)의 막을 형성시키는 것이 바람직하다. 이러한 윤활제를 이용하지 않을 경우에는 윤활제 대신에 공기를 이용할 수 있다.

나선형 엘리먼트(1)의 평면도가 제2도에 도시되어 있다. 제2도에 도시한 나선형홈(2)의 모양은 제1도의 나선형 엘리먼트(1)의 상부 표면에 홈모양에 대항한다. 중앙에는 침강부(5)가 구비되는데, 이것은 나선형홈(2)과 동일 평면상에 있다. 이 엘리먼트에서 가장 중요한 점은 다음과 같은 것이다. 즉, 반대표면에 있는 나선형의 모양은 제2도 에 도시된 것에 대해 역방향으로 제공되며, 따라서 만약 나선헝 엘리먼트(1)가 투명하다고 가정하면 한쪽면에서 볼때 대향한 표면들상의 나선형 홈(2)의 모양들이 서로 비슷한 방향으로 향하여지도록 되어있다는 것이다. 나선헝 홈의 방향은 유체 또는 윤활제가 주변부위에서 중앙의 침강부(5) 쪽으로 향하도록 결정된다. 나선형 엘리먼트가 제2도에 도시된 나선방향을 가지는 경우, 나선형 엘리먼트가 제2도의 “A”방항으로 회전되고 정지상태의 미끄럼면 엘리먼트(4)에 대향하여 회전될때, 유체는 주변부위에서 중앙의 침강부(5)족으로 향해질 것이다. 중앙의 침강부(5) 쪽으로 이동하여 흐르는 유체 또는 윤활제는 상기 두 엘리먼트들 사이에 유체역학적인 압력을 발생하며, 이것에 의래 하중이 쓰러스트 베어링(10)에 의해 지지될 수 있다.

나선형 엘리먼트(1)는 열전도성이 좋고, 압축강도가 크며, 정밀한 표면 상태로 가공될 수 있는 재료로 만드는 것이 바람직하다. 양호한 재료의 예를 들면, 탄화규소(SiC), 질화규소(Si₃N₄) 등으로서, 다공성이거나 밀도가 높거나 관게없다. 미끄럼면 엘리먼트(4)는 탄화규소(SiC), 알루미나 세라믹(A12O3), 초경금속, 주철, 13% 크롬-스테인레스강 및 연함유 청동 등과 같은 경도가 높은 재료로 만들어지는 것이 바람직하다. 코어부재(6)는 예를 들면 로을러 베어링에 사용하는 베타형 탄화규소(β-SiC) 또는 강을 함유하는 탄화규소,

질화규소(Si₃N₄)와 같은 세라믹과 같은 경도가 높은 재료로 만드는 것이 바람직하다. 코어부재(6)도 다공성(porous)이거나 무공성(dense)일수 있다.

위에서 다공성과 무공성에 대하여 언급하였는데, 이와관련하여 다공성 조건만이 나선형 엘리먼트(1)와 코어부재(6)에 적용될수도 있으며, 아래의 표 1에는 재료의 적절한 조합이 표시되어 있다.

[표 1]

조합

다공성 물질을 사용할 경우에는 윤활제가 그곳에 함침될 수 있다.

제1도의 쓰러스트 베어링(10)이 적용된 실예가 제3도에 도시되어있다. 제3도에서, 미끄럼며 엘리먼트(4)는 레벨링 블록(leveling block)(13)에 접착제와 같은 적절한 수단에 의해 견고히 부착되는데, 레벨링블록(13)은 정지부(18)에 나사 고정시킨 조정가능한 스크류(11)의 반구(semispherical)형 머리위에 그 중앙의 요입면(12)이 지지되어 있다. 레벨링 블록(13)의 하부 주변부에는 하나의 막힌 구멍(19)이 제공되어 정지부 (18)에 설치한 회전방지용 핀(14)이 상기 막힌 구멍(19)속에 헐겁게 끼워져 미끄럼면 엘리먼트(4)의 회전을 방지한다. 나선형 엘리먼트(1)의 상부 표면에는 그 아래쪽이 평평한 표면으로 된 디스크(17)가 배치되어 나선형 엘리먼트(1)에 대향하도록 배치되며, 디스크(17)에는 키(16)에 의해 회전축(15)에 연결되어 있다. 디스크(17)의 재료는 미끄럼면 엘리먼트(4)에 적용되는 기준들을 감안하여 선택하는 것이 바람직하며, 나선형 엘리먼트(1)에 대향하는 표면은 미끄럼면 엘리먼트(4)의 표면과 동일한 성질을 갖도록 가공해야 한다.

회전축(15) 및 디스크(17)가 제2도에 도시한 바와 같이 나선형 엘리먼트(1)에 대하여 반시계방향, 즉“B”방향으로 회전할때, 디스크(17)와 나선형 엘리먼트(1) 사이의 유체는 나선형 홈(2)을 통하여 중앙의 침강부(5) 쪽으로 밀리게되어 유체역학적 압력을 발생시키며, 이 압력은 주변부위보다 중앙부위에서 더 높으며, 이것에 의해 쓰러스트 하중을 지지하는데, 그 이유는 나선형 엘리먼트(1)와 미끄럼면 엘리먼트(4) 사이에 흐르는 유체의 방향으로 인하여 이 간격내에 생기는 진공효과에 의하여 나선형 엘리먼트(1)가 미끄럼 엘리먼트(4)에 접착하게 되기 때문이며, 이 유체의 방향은 나선형 홈(2)을 통하여 중앙의 침강부(5)로부터 바깥쪽 반경 방향으로 향한다.

회전축(15)의 회전방향을 역전시키면, 나선형 엘리먼트(1)는 디스크(17)와 함께 회전하여, 나선형 엘리먼트(1)와 미끄럼면 엘리먼트(4) 사이에 유체역학적 압력이 발생된다. 제3도에 도시한 배열은 회전축(15)의 추력이 아래쪽으로 향하는 경우에 관련하여 설명하였다. 그러나, 회전축(15)이 위로 떠 받치는 힘을 받도록 제3도의 회전축(15)의 쓰러스트 하중이 윗쪽으로 향할때에도 쓰런스트 베어링(10)은 추력을 지지한다. 이러한 경우에서, 회전축(15)의 회전방향에 따라 나선형 엘리먼트(1)와 디스크(17) 사이, 또는 나선형 엘리먼트(1)와 미끄럼면 엘리먼트(4) 사이에 있는 간격에 진공에 의한 부착력이 발생한다.

또한, 제3도에 도시된 배열은 회전중 방향 전환의 어떤 경향에 대해서도 그것을 감당하는 능력을 발휘한다. 즉, 회전축(15)의 회전방향이 갑자기 바뀌면, 나선형 엘리먼트(1)는 반경방향으로 불안정한 상태가 될수 있다. 그러나, 코어부재(6)가 나선형 엘리먼트(1)의 반경방향 위치를 안정화시키는 역할을 한다.

제3도에 도시된 실시예에 있어서 레벨링블록(13)이 사용되었다. 그러나 미끄럼면 엘리먼트(4)가 막힌구멍(19')을 구비한 제4도에 도시된 미끄럼면 엘리먼트(4')로 만들어진다면, 레벨링 블록(13)은 제거해도 좋다.

제5도에는 다른 쓰러스트 베어링 유니트(20)가 도시되어 있는데, 여기서는 한쌍의 미끄럼면 엘리먼트(4a및 4b)가 나선형 엘리먼트(1')의 대향면에 배치되고 그들 사이에는 코어부재(6a 및 6b)가 요입부(8a 및 7a,7b 및 8b)들에 의해 형성된 공간에 각각 배치되어 있으며, 요입부(8a,8b,7a 및 7b)들은 제1도의 요입부(8및 7)와 유사한 방법으로 중앙에 위치한다. 베어링 유니트(20)는 제3도에 도시한 것과 유사한 방법으로 설치할 수 있다.

이 설치방법은 제6도에 도시되어 있으며, 이 경우, 상부 미끄럼면 엘리먼트(4a)는 디스크(17)에 견고히 부착되고, 한편 하부 미끄럼면 엘리먼트(4b)는 레벨링블록(13)에 견고히 부착되어 있다. 두개의 구형체 즉 코어부재(6a 및 6b)가 존재하기 때문에 미끄럼면 엘리먼트(4a 및 4b)는 대향하는 나선형 엘리먼트(1')상에서 반경방향으로 이동하는 것이 제한되어 있으며, 이 배열은 다소의 레이디얼 하중을 지지하는 능력이 있다.

이 능력은 크지는 않지만, 엘리먼트들의 반경방향 이동을 방지하기에 충분한다.

제5도 및 제6도에 도시된 실시예에, 중앙의 요입부(8a 및 8b)는 미끄럼면 엘리먼트(4a 및 4b)의 대향한 측면들상에 각각 구비된 것이다. 이 부가적인 요입부들은 미끄럼면 엘리먼트의 상호교환을 가능하게 한다. 물론, 이 요입부들은 한쪽 표면에만 구비될수도 있다. 또한, 요입부(8a,8b)들을 부가적으로 구비시키면 여러개의 미끄럼면 엘리먼트와 나선형 엘리먼트를 축방향으로 교대로 적층시킬 수 있게 하며 그 구체적인 방법은 아래에서 설명될 것이다.

제7도를 참조하면, 여기에 도시된 실시예에는 여러개의 쓰러스트 베어링 유니트가 다음과 같은 방법으로 적층되어 있다. 즉 나선형 엘리먼트와 미끄럼면 엘리먼트는 교대로 배열되고, 그들 사이에는 코어부재가 삽입되어 있다. 회전축(25)의 하단 표면은 제4도에 도시한 디스크(17)의 하부표면에 해당하며, 표면 가공도 디스크(17)와 유사하게 하였다. 회전축(25)의 하단부 아래에는 제1나선형 엘리먼트(21-1)가 위치한다. 제5도의 미끄럼면 엘리먼트(4a 또는 4b)와 유사한 제1미끄럼면 엘리먼트(24-1)는 제1나선형 엘리먼트(21-1)의 아래에 위치하며, 이들 두 엘리먼트 사이에 제1코어부재(26-1)가 삽입되어 있다. 제1미끄럼면 엘리먼트(24-1)의 아래에는 제2코어부재(26-2), 제2나선형 엘리먼트(21-2), 제3코어부재(26-3) 및 제2미끄럼면 엘리먼트(24')는 제4도에 도시한 미끄럼면 엘리먼트(4')와 유사한 방법으로 수용되어 있다. 이 실시예에서 나선형 엘리먼트(21-1 및 21-2)의 나선형홈의 방향은 위에서 볼때 제2도에 도시된 것과 훤칙적으로 같아야 한다.

위에서 설명한 구조에서 분명해진 바와 같이, 회전측(25)이 제2도에 도시한 “B”방향, 즉 반시계방향으로 회전하면 두개의 접촉면이 생겨서, 즉 회전축(25)의 하단부와 제1나선형 엘리먼트(21-1) 사이, 및 제1미끄럼면 엘리먼트(24-1)와 제2나선형 엘리먼트(21-2) 사이에 유체역학적 압력이 발생할 가능성이 있다. 그러나, 회전축(25)이 “B”방향으로 구동될때, 유체역학적 압력을 발생시킬 수 있는 두개의 접촉면중 하나가 먼저 압력을 발생시키고, 이 접촉면의 위와 아래에 있는 엘리먼트들은 상호 상대회전을 하는 한편, 다른 하나의 접촉면에 관련된 엘리먼트들은 관성에 의하여 회전하거나 거의 정지상태로 있을 것이며, 그 접촉면에는 정적 마찰과 동적 마찰이 발생할 것이다.

그러므로, 회전축(25)의 회전이 반시계 방향인“B”방향으로 시작되고, 회전축(25)의 하단부와 제1나선형 엘리먼트(21-1) 사이의 접촉면에 유체역학적 압력이 발생할때에는 상대적 미끄럼 동작은 다만 이 접촉면에서만 발생하며, 다른 엘리먼트들(24-1,21-2 및 24')은 정지상태를 유지한다. 반면에 제1미끄럼면 엘리먼트(24-1)와 제2나선형 엘리먼트(21-2) 사이의 접촉면에 유체역학적 압력이 발생한다면 엘리먼트들(21-1 및 24-1)은 회전축(25)과 함께 회전할 것이며, 엘리먼트(21-2 및 24')은 정지상태를 유지할 것이다. 이상의 배열로서, 예를 들어 상기 회전축의 하단부표면이 제1나선형 엘리먼트(21-1) 상에서 미끄럼 운동을 할 경우, 회전축의 하부표면과 제1나선형 엘리먼트가 긁힌자국등에 의하여 서로 붙어버린다면 다른 접촉면, 즉 말하자면 제1미끄럼면 엘리먼트(24-1)와 제2나선형 엘리먼트(21-2) 사이의 접촉면이 유체역학적 압력을 발생시키는 곳이 되며, 이에 의해 회전축(25)은 엘리먼트(21-1 및 24-1)과 함께 제2나선형 엘리먼트(21-2)상에서 회전을 계속한다. 따라서, 제7도를 참조하여 설명한 구성은 안전수단을 제공하는 것이 되며, 이 안전수단에 의해 미끄럼면 엘리먼트와 나선형 엘리먼트 사이의 접촉면들중 어느 하나에 문제가 발생하더라도 회전동작을 정지시키지 않는다. 만약 축의 회전방향이 시계방향이면 유체역학적 압력이 발생하는 접촉면은 제1나선형 엘리먼트(21-1)와 제1미끄럼면 엘리먼트(24'), 사이의 것이며, 이 접촉면들은 회전이 반시계방향인 경우에는 설명한 것과 같은 기능을 발휘한다.

제7도에 도시한 배열은 다른 작동방식을 보여주는데 그 내용은 아래에서 설명할 것이다. 만약 회전축(25)의 회전속도가 비교적 높다면, 회전 엘리먼트와 정지엘리먼트 사이의 상대회전은 나선형 엘리먼트상에 회전을 저지하기 위한 소정의 수단을 제공함으로서 완화될수 있다. 나선형 엘리먼트중의 하나의 회전이 저항을 받으면, 접촉면중 하나에 있어서는 상대회전이 회전축(25)의 회전을 따를만큼 충분치 못하며, 이때는 상대회전이 다른 접촉면에서 발생되며, 이에 의해 상대회전속도는 각 접촉면에서 감소된다.

이것을 달성하는 수단은 예를 들면 여러개의 요입부(28)로 이루어지는데, 이 요입부(28)들은 제7a도에 도시한 바와 같이 나선형 엘리먼트 및 미끄럼면 엘리먼트의 바깥주변 표면에 구비된다. 주위의 유체(공기,액체 또는 윤활제등)는 여러개의 주변 요입부를 구비한 엘리먼트들을 회전시키면 이 엘리먼트들의 회전에 제한을 가한다 물론, 축 방향으로 적층된 엘리먼트의 수가 증가될 수 있다.

상기 설명에는 코어부재는 한 형태의 구형체로서 설명되었고, 이러한 코어부재를 수납하는 요입부는 반원형의 요입부로서 도시되었다. 그러나, 이 요입부들은 다른 형태를 취할 수 있으며, 몇가지 대용적 모형이 제8a도 내지 제8c도에 도시되어 있는데 그러나 이 모형의 가능성은 여기서 도시하는 것에 한정되지 않는다. 이 도면들에 있어서도 참조번호 제1도에 있어서와 마찬가지인데, 다만“a”,“b”, 및 “c” 등의 접미어를 붙였다. 제8a도에서, 작은 코어부재(6a)는 요입부(7a 및 8a)에 수납되며, 요입부(7a 및 8a)의 각각은 콘형으로 이루어져 있다. 이러한 모양일때, 코어부재(6a)의 직경은 코어부재(6a)와 요입부(7a 및 8a) 사이의 간격이 조정되어 맞게끔 결정하며, 이 사실은 다른 실시예에도 적용할 수 있다. 제8b도에서, 요입부(7b 및 8b)는 실린더형의 막힌 구멍으로 형성된다. 여기서 요입부의 실린더형 벽 표면은 연마하여 높은 정밀도를 갖도록 한다. 제8c도에 있어서 요입부(7c) 및 요입부(8c)는 타원형태로, 요입부(7c 및 8c)들 사이에 간격을 구비하여 코어부재가 수납될 수 있게 한다.

본 발명에 의한 쓰러스트 베어링에 대하여 몇가지 부하시험을 수행하였다.

I. 부하시험

제3도에 도시한 것에 해당하는 장치를 다음 조건하에서 시험하였다. 쓰러스트 베어링 부분을 실내온도의 물속에 담궜다.

나선형 엘리먼트(1) 및 미끄럼면 엘리먼트(4)는 모두 알루미나 세라믹으로 만들었다.

추력하중은 3,500kgf이고 회전속도는 3,000rpm일때, 동력 손실은 반시계방향 및 시계방향 회전의 어느 경우나 모두 350와트였다.

여기서 관찰되는 것은 회전방향에 좌우되는 유체역학적 압력이 발생하지 않는 곳의 대향표면에 대해 나선형 엘리먼트는 상대적인 회전을 하지 않았다. 이것은 다음과 같은 이유에서이다 즉, 유체역학적 압력이 발생하는 경우에는 나선형 홈을 가진 표면의 마찰계수가 0.003이었고, 한편 유체 역학적 압력이 발생하지 않는 경우에는 그 마찰계수는 약 0.3이기 때문이다. 이와같은 토오크 값의 차이는 나선형 엘리먼트의 대향 표면들 사이에서 100배 이상의 차이가 나타나며, 이 차이는 관찰된 엘리먼트의 기능 또는 작동 모드에 기인한다.

II. 비교시험

이 시험은 본 발명에 의한 쓰러스트 베어링의 마찰손실과 종래의 경사진 패드형 쓰러스트 베어링의 마찰손실을 비교하기 위하여 수행하였다.

이 시험은 75% 프로필렌 글리콜을 함유하는 액체내에 베어링들을 담궈서 수행하였다.

본 말명에 의한 쓰러스트 베어링에 있어서는 나선형 엘리먼트와 미끄럼면 엘리먼트를 모두 SiC로 만들었으며, 디스크(디스크(17)에 해당하는 것)는 주철(FC 20)로 만들었다. 경사진 패드형 쓰러스트 베어링에 있어서는 회전 엘리먼트를 탄소로 만들고 정지 엘리먼트는 13% Cr-스테인레스 강으로 만들었다.

이 시험결과치는 제9도에 나타나 있다. 종래기술의 베어링, 즉 경사진 패드형 쓰러스트 베어링은 추력하중 1,800kgf에서 경련을 일으켰으며 이때의 동력손실은 1,200와트였다. 그러나, 븐 발명에 의한 쓰러스트 베어링은 10,000kgf의 높은 부하에서도 경련의 징후를 보이지 않았으며, 이때의 동력손실은 매우 낮은 280와트에 불과하였다.

또한, 본 발명에 의한 쓰러스트 베어링을 슬러리 내에서 구동시킬때, 엘리먼트들 사이의 간격 내로 슬러리가 침투하는 것도 발견되지 않았다.

본 발명의 특징은 위에서 설명하였다. 여기서 특기할것은 본 발명에 의한 나선형 엘리먼트는 위에서 설명한 바와 같은 세라믹으로 대개 만들어진다 이러한 재료는 다음과 같은 특징을 가진다. 즉, 종래의 성형 장치로서는 그 재료 표면에 나선형 홈을 형성시키기가 어려운 것이다.

그러나, 이 홈은 광 저항식 방법에 의하여 그 표면에 적절한 마스크를 붙여 쇼트 블라스팅 방법을 사용하므로서 만족스럽게 형성시킬 수 있다. 이러한 홈의 성형에 관해서는 예를 들면 미합중국 특허출원 제627,731호에 개시되어 있다.

본 발명에 의한 쓰러스트 베어링은 액체내에서 엘리먼트들 사이에 윤환제가 존재하는 상태에서나, 또는 건조한 상태(이러한 경우에는 공기가 액체를 대신하여 작용함)등의 여러가지 조건하에서 사용할 수 있다. 윤활제를 사용할 경우에 있어서, 엘리먼트들 사이의 공간 및 구형체의 표면에 윤활제를 사용하는 것으로 충분한데 그 이유는 액체(즉 윤활제)가 유체역학적 압력을 발생시키게끔 작용하기는 하나 윤활제의 막 사이에서 생겨나는 동압으로 인해 충분히 흘러나가지 못하기 때문이다.

또한, 유체역학적 압력을 발생시키기 위하여 나선형 형태의 홈을 사용하는 종래기술의 쓰러스트 베어링에 비하면, 본 발명에 의한 쓰러스트 베어링은 레이디얼 하중을 지지할 수 있고, 엘리먼트들의 반경방향의 변위를 방지할 수 있다. 또한, 코어부재 즉 구형체가 삽입되어 있어서 수직축이나 수평측에 다 사용할 수 있다.

위에서 본 발명을 특정 실시에를 참조하여 상세히 설명하였다. 그러나, 여기서 이해해야 할 것은 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 이 분야에 통상의 지식을 가진 사람들은 아래의 청구범위에서 정의한 본 발명의 사상과 범위 내에서 변경과 수정을 가할 수 있을 것이다.

Claims

쓰러스트 베어링에 있어서, 대향표면들이 평평하고 평행한 디스크 형태의 높은 경도의 재료로 만들어지고, 상기 평평한 표면의 각각에 나선헝의 홈(2)이 형성되어 있고 한쪽 표면에 있는 나선형 홈의 방향은 다른쪽면에 있는 홈의 방향에 반대이며, 상기 표면들중 적어도 하나의 중앙에는 요입부(7)가 형성되어 있는 나선형 엘리먼트(1), 높은 경도의 재료로 만들어지고, 요입부(7)를 가진 평평한 표면들이 서로 만날때 상기 나선형 엘리먼트(1)의 상기 요입부(7)와 결합하여 작은 공간을 형성하도록 중앙의 요입부(8)를 가진 평평한면을 가진 디스크 형태로 형성된 미끄럼면 엘리먼트(4), 및 상기 요입부(7,8)의 결합에 의해 형성된 상기 작은 공간내에 배치되며, 상기 작은 공간내에 헐겁게 수납되어 두 평면을 밀접하게 짝지을 수 있도록 하는 코어부재(6)를 구비함을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제1항에 있어서, 상기 높은 경도의 재료가 세라믹인 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제2항에 있어서, 상기 세라믹은 탄화규소나 질화규소인 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제1항에 있어서, 상기 코어부재(6)는 구형체인 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제4항에 있어서, 상기 요입부(7,8)가 반 구형체의 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제4항에 있어서, 상기 요입부(7,8)가 콘형으로 형성된 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제4항에 있어서, 상기 요입부(7,9)가 실린더형의 막힌 구멍으로 형성된 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
쓰러스트 베어링에 있어서, 대향표면들이 평평하고 평행한 디스크 형태의 높은 경도의 재료로 만들어지고, 상기 평평한 표면의 각각에 나선형홈(2)이 형성되어 있고 한쪽표면에 있는 나선형홈(2)의 방향은 다른쪽면에 있는 홈(2)의 방향에 반대이며, 상기 표면에는 요입부(7a,7b)가 형성되어있는 여러개의 나선형 엘리먼트(21-1,21-2)를 구비하며, 높은 경도의 재료로 만들어지고, 평평하고 평행한 표면들 및 대향 표면들위에 요입부(8a,8b)들을 구비한 여러개의 미끄럼면 엘리먼트(4a,4b,24-1,24')로 구성되며 상기 나선형 엘리먼트(21-1,21-2)와 미끄럼면 얼리먼트(4a,4b,24-1,24')는 축선방향으로 서로 교대로 적층되어 있어서 서로 만나는 각각 평평한 면들을 가진 상기 엘리먼트들 상에 상기 요입부(7a,7b,8a,8b)에 의해 상기 엘리먼트들 사이에 접촉면에 작은 공간이 형성되며, 상기 작은 공간의 표면과 코어부재 사이에 소정의 간격이 유지되고 대향하는 엘리먼트들 사이의 상대적인 반경방향 이동이 방지되도록 상기 작은 공간들의 각각에 코어부재(26-1,26-2,26-3)가 배치되는 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제8항에 있어서, 상기 적층된 엘리먼트(21-1,21-2,24-1,24')들의 축방향 양쪽 끝 표면에는 요입부가 구비되지 않고 완전히 평평한 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제8항에 있어서, 상기 높은 경도의 재료가 세라믹인 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.
제10항에 있어서, 상기 세라믹은 탄화규소 또는 질화규소인 것을 특징으로 하는 쓰러스트 베어링.