KR100560083B1 - Composite shell journal bearing and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR100560083B1 KR1020030043672A KR20030043672A KR100560083B1 KR 100560083 B1 KR100560083 B1 KR 100560083B1 KR 1020030043672 A KR1020030043672 A KR 1020030043672A KR 20030043672 A KR20030043672 A KR 20030043672A KR 100560083 B1 KR100560083 B1 KR 100560083B1
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Abstract

본 발명은 적층각도에 따라 물성을 변화시킬 수 있는 복합재료로 제작하여 압력의 재분포 기능을 갖는 복합재료 쉘 저널베어링에 관한 것으로서, 본 발명의 복합재료 쉘 동압 저널베어링(200)은 주축이 삽입되어 회전할 수 있는 원통형으로 구성되며 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브(210)와, 이 복합재료 튜브(210)의 양 단부 부위의 둘레에 소정의 폭으로 장착되는 오링 장착부(220)로 구성된다. 따라서, 본 발명은 적층각도에 따라 물성을 변화시킬 수 있는 복합재료로 제작하여 압력의 재분포 기능을 가지므로 주축의 안정적인 고속회전을 확보하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 자체윤활 기능을 가지면서 주축보다 낮은 표면경도를 갖는 복합재료로 제작하여 주축과 저널베어링의 마찰이나 충돌시에 주축을 보호함으로 수리 및 유지보수를 위한 비용을 절감하는 효과가 있다. The present invention relates to a composite shell journal bearing having a pressure redistribution function by manufacturing a composite material capable of changing physical properties according to the lamination angle, and the composite shell dynamic pressure journal bearing 200 of the present invention has a main shaft inserted therein. It is composed of a cylindrical tube that can be rotated to be made of a composite material and an O-ring mounting portion 220 mounted at a predetermined width around both end portions of the composite tube 210. . Therefore, the present invention has the effect of ensuring a stable high-speed rotation of the main shaft because it is made of a composite material that can change the physical properties according to the lamination angle has a redistribution function of the pressure. In addition, the present invention has the effect of reducing the cost for repair and maintenance by protecting the spindle from friction or collision between the spindle and the journal bearing by making a composite material having a lower surface hardness than the spindle while self-lubricating function .

Description

복합재료 쉘 저널베어링 및 그 제조방법{Composite shell journal bearing and manufacturing method thereof} Composite shell journal bearing and manufacturing method thereof

도 1은 전형적인 포일 저널베어링(Foil journal bearing)의 형태를 도시한 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing the shape of a typical foil journal bearing (Foil journal bearing),

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재료 쉘 저널베어링의 구성관계를 각각 도시한 사시도이며, 2A and 2B are perspective views each showing the configuration of the composite shell journal bearing according to one embodiment of the present invention,

도 3a 및 도 3b는 도 2a에 도시된 복합재료 쉘 저널베어링의 제조과정을 나타낸 것으로서, 도 3a는 복합재료 프리프레그를 맨드럴에 적층하는 과정을 도시하고, 도 3b는 복합재료 프리프레그가 적층된 맨드럴을 금형으로 성형하는 과정을 도시한 제조공정도이고, 3A and 3B illustrate a manufacturing process of the composite shell journal bearing shown in FIG. 2A, FIG. 3A illustrates a process of stacking a composite prepreg on a mandrel, and FIG. 3B illustrates a process of stacking a composite prepreg. It is a manufacturing process diagram which shows the process of molding the processed mandrel into a mold,

도 4a는 도 2b에 도시된 복합재료 쉘 저널베어링을 장착한 회전체 시스템의 구성관계를 도시한 단면도이며, Figure 4a is a cross-sectional view showing the configuration of the rotor system equipped with the composite shell journal bearing shown in Figure 2b,

도 4b는 도 4a에 도시된 회전체 시스템의 "A" 부분을 확대 도시한 확대도이다. FIG. 4B is an enlarged view of part "A" of the rotating body system shown in FIG. 4A.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠  ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠

200, 200a : 복합재료 쉘 저널베어링 210 : 복합재료 튜브200, 200a: composite shell journal bearing 210: composite tube

220 : 오링 장착부 221 : 장착홈220: O-ring mounting portion 221: mounting groove

310 : 복합재료 프리프레그 320 : 맨드럴310: composite prepreg 320: mandrel

330 : 오일 장착부 형성띠 340 : 상부 금형330: oil mounting portion forming band 340: upper mold

350 : 하부 금형 351 : 수용홈350: lower mold 351: receiving groove

352 : 돌기 400 : 회전체 시스템352: projection 400: rotating body system

410 : 주축 420 : 급기통로410: spindle 420: air supply passage

430 : 오리피스 440 : 고무오링430: orifice 440: rubber O-ring

450 : 빈공간450: empty space

본 발명은 저널베어링에 관한 것이며, 특히, 적층각도에 따라 물성을 변화시킬 수 있는 복합재료로 제작하여 압력의 재분포 기능을 갖는 복합재료 쉘 저널베어링에 관한 것이다. The present invention relates to a journal bearing, and more particularly, to a composite shell journal bearing having a function of redistributing pressure by making a composite material capable of changing physical properties according to the lamination angle.

현재 대부분의 회전체 시스템에는 유체 저널베어링이 사용되고 있다. 이러한 유체 저널베어링이 장착된 회전체 시스템에서 불안정 구동은 구동 회전속도가 회전체 시스템의 고유진동수와 일치할 때와, 주축 회전속도의 1/2로 축이 선회 회전하는 훨(Whirl) 현상에 의해 발생한다. 이와 같은 저널베어링의 불안정 구동은 주축의 비강성을 높여 회전체 시스템의 고유진동수를 높이거나, 비대칭 형상의 베어링을 사용하여 훨링(Whirling)을 억제하는 방법으로 해결할 수 있다. Currently, fluid journal bearings are used in most rotating systems. In a rotor system equipped with such a fluid journal bearing, unstable driving is caused by the rotational rotation of the shaft at half the spindle speed as well as when the rotational speed matches the natural frequency of the rotor system. Occurs. Such unstable driving of the journal bearing can be solved by increasing the specific rigidity of the main shaft to increase the natural frequency of the rotating system or by suppressing whirling using an asymmetrical bearing.

그리고, 유체 저널베어링에서는 주축의 회전시에 주축을 지지하는 비대칭압 력이 발생하고, 이러한 비대칭압력에 의한 압력불균형에 의해 훨링이 발생하게 된다. 이러한 압력불균형을 해소하기 위한 방법으로는 단면이 타원 형상인 베어링, 여러 개의 대칭 및 비대칭 로브(Lobe)를 내면에 가지는 베어링, 변형이 가능한 탄성체에 지지된 베어링, 압전구동기를 이용한 능동베어링, 자체변형에 의해 베어링 내부의 압력을 재분포 시키는 컴플라이언트(Compliant) 베어링 등이 제안되어 왔다. 그러나, 현재까지 제안된 비대칭 저널베어링은 가공형상의 복잡성 때문에 높은 가공단가가 요구되거나, 압전구동기와 같은 부가적인 장치가 요구되는 단점을 가지고 있다.In the fluid journal bearing, an asymmetrical pressure supporting the main shaft is generated during rotation of the main shaft, and whirling occurs due to the pressure imbalance caused by the asymmetrical pressure. To solve this pressure imbalance, bearings with elliptical cross sections, bearings with multiple symmetrical and asymmetric lobes on the inner surface, bearings supported by deformable elastic bodies, active bearings using piezoelectric actuators, and self-straining Has been proposed such as a compliant bearing for redistributing the pressure inside the bearing. However, the asymmetric journal bearings proposed to date have the disadvantage of requiring high processing cost or additional devices such as piezoelectric actuators due to the complexity of the processing shape.

또한, 통상적인 저널베어링이 장착된 회전체 시스템에서는 주축의 회전에 의해 저널베어링의 내부 위치에 따라 압력구배가 다른 비대칭형상의 압력분포가 발생하며, 이러한 압력분포의 합력이 저널에 가해진 하중과 동일선상에 작용하지 않기 때문에 저널의 훨링 현상이 발생하게 된다. 즉, 주축의 회전속도가 증가함에 따라 저널베어링의 내부에 발생하는 압력구배의 차이도 증가하기 때문에, 회전속도가 증가함에 따라 주축은 더욱 불안정한 상태에서 회전하게 된다. In addition, in a rotary system equipped with a conventional journal bearing, the rotation of the main shaft causes an asymmetric pressure distribution with different pressure gradients depending on the internal position of the journal bearing, and the force distribution of the pressure distribution is equal to the load applied to the journal. Since it does not act on the ship, the whirling of the journal occurs. That is, as the rotation speed of the main shaft increases, the difference in the pressure gradient generated inside the journal bearing also increases, so that the main shaft rotates in a more unstable state as the rotation speed increases.

하지만, 상기와 같이 큰 압력구배가 저널베어링의 내부에서 발생함에도 불구하고 압력이 큰 부분의 저널베어링의 내면이 국부적으로 변형한다면, 이러한 변형에 의해 압력이 재분포되어 주축의 회전이 불안정한 회전속도에서도 안정적으로 회전할 수가 있게 된다. 이러한 압력의 재분포 개념을 이용한 베어링을 쉘 베어링(Shell bearing), 유연 베어링(Flexible bearing) 혹은 컴플라이언트 베어링(Compliant bearing)이라 부르며, 고속 회전체를 위한 베어링의 한 분야로 제안되고 있다. However, even if a large pressure gradient occurs inside the journal bearing as described above, if the inner surface of the journal bearing with a large pressure portion is locally deformed, the pressure is redistributed by such deformation, so that the rotation of the main shaft is unstable at a rotational speed. It is possible to rotate stably. Bearings using this pressure redistribution concept are called shell bearings, flexible bearings, or compliant bearings, and have been proposed as a field of bearings for high-speed rotors.

그러나, 쉘 베어링은 소성변형이 없고 탄성이 좋으면서 강성이 낮은 조건으로 인해, 반경 방향으로는 유연하나 축방향으로는 높은 강성과 높은 고유진동수가 요구되기 때문에, 기존의 등방성 재료로는 실제로 구현하기가 어렵다. 따라서, 현재 사용되는 쉘 베어링은 도 1에 도시된 바와 같이 얇은 포일을 겹쳐서 사용하는 포일 저널베어링(Foil journal bearing)의 형태로 사용하고 있다. 하지만, 포일 저널베어링은 제작이 복잡하고 설치가 어려워 그 사용범위가 제한되고 있는 실정이다. However, because shell bearings have no plastic deformation, good elasticity, and low rigidity, they are flexible in the radial direction but require high rigidity and high natural frequency in the axial direction. Is difficult. Therefore, currently used shell bearings are used in the form of foil journal bearings using thin foils as shown in FIG. 1. However, foil journal bearings are complicated to manufacture and difficult to install, which limits their use.

또한, 종래의 저널베어링은 황동과 같이 윤활특성이 우수한 금속으로 제작되거나, 주축의 고속회전 안정성을 높이기 위해 어려운 가공기술이 요구되거나 여러 가지 복잡한 부가장치가 요구되는 비구면 저널베어링이나 압전소자구동 저널베어링이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 저널베어링은 구동을 위한 고가의 부가장치가 필요하거나, 높은 제조단가와 고정밀도의 가공이 요구되기 때문에 제한적으로 일부 회전체 시스템에만 적용되고 있다. 또한, 이러한 저널베어링은 주축과의 마찰 및 충돌시에 주축과 베어링이 모두 손상을 입어 고정밀 가공 및 고속 밸런싱이 요구되는 주축의 재가공으로 수리 및 유지보수비가 높아지는 원인이 되고 있다. In addition, conventional journal bearings are aspherical journal bearings or piezoelectric element driven journal bearings, which are made of metal having excellent lubricating properties, such as brass, which require difficult processing techniques to increase the high-speed rotational stability of the spindle, or require various complicated additional devices. This has been proposed. However, such journal bearings are limited to some rotary body systems because they require expensive additional devices for driving or high manufacturing cost and high precision machining. In addition, such journal bearings cause damages to both the spindle and the bearing during friction and collision with the spindle, resulting in high repair and maintenance costs due to the rework of the spindle, which requires high precision machining and high speed balancing.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 적층각도에 따라 물성을 변화시킬 수 있는 복합재료로 제작하여 압력의 재분포 기능을 갖도록 함으로써 주축의 안정적인 고속회전을 확보하는 복합재료 쉘 저널베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by making a composite material capable of changing the physical properties according to the lamination angle to have a redistribution function of the pressure to ensure a stable high-speed rotation of the spindle It is an object of the present invention to provide a composite shell journal bearing and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명은 자체윤활 기능을 가지면서 주축보다 낮은 표면경도를 갖는 복합재료로 제작함으로써 주축과 저널베어링의 마찰이나 충돌시에 주축을 보호하는 복합재료 쉘 저널베어링 및 그 제조방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention provides a composite shell journal bearing having a self-lubricating function and having a surface hardness lower than that of the main shaft to protect the main shaft during friction or collision between the main shaft and the journal bearing, and a method of manufacturing the same. There is another purpose.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은, 주축이 삽입되어 회전할 수 있는 원통형으로 구성되며 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브와, 상기 복합재료 튜브의 양 단부 부위의 둘레에 각각 장착되는 오링 장착부를 포함하는 것을 특징으로 한다. Composite shell journal bearing of the present invention for achieving the above object is composed of a cylindrical cylinder that can be rotated by the main shaft is made of a composite material and the circumference of both ends of the composite tube, respectively It characterized in that it comprises an O-ring mounting portion to be mounted.

또한, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링의 제조방법은, 적정 적층각도와 적층두께를 갖는 복합재료 프리프레그를 이형제가 도포된 맨드럴의 외면에 감아 적층하는 단계와, 상기 복합재료 프리프레그의 양 단부 부위 둘레에 일정 폭을 갖는 오링 장착부 형성띠를 감아 적층하는 단계와, 상기와 같이 적층된 맨드럴을 상기 복합재료 프리프레그가 적층된 부위에 대응하는 직경을 가지며 상기와 같이 적층된 오링 장착부 형성띠를 수용하는 수용홈과 상기 수용홈내에 상기 오링 장착부 형성띠의 중앙 원주를 따라 고무오링이 장착될 장착홈을 형성하는 돌기가 각각 형성된 상하부 금형내에 장착하는 단계와, 상기 상하부 금형을 오토클레이브에 넣고 경화시킨 후 꺼내 상기 상하부 금형 및 상기 맨드럴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for producing a composite shell journal bearing of the present invention comprises the steps of laminating a composite prepreg having an appropriate lamination angle and a lamination thickness to the outer surface of the mandrel to which the release agent is applied, and the amount of the composite prepreg Winding the O-ring mounting bands having a predetermined width around the end portion and laminating them, and forming the stacked O-ring mounting parts having the diameters corresponding to the areas in which the composite prepregs are stacked as described above. Mounting the upper and lower molds in the upper and lower molds, each of which has a receiving groove for receiving a belt and protrusions forming a mounting groove for mounting a rubber O-ring along the central circumference of the O-ring mounting portion forming band in the receiving groove, respectively; After putting and curing, it is characterized in that it comprises the step of removing the upper and lower molds and the mandrel.

아래에서, 본 발명에 따른 복합재료 쉘 저널베어링 및 그 제조방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다. In the following, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the composite shell journal bearing and its manufacturing method according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 저널베어링의 자체변형을 이용하여 비대칭형태로 발생하는 저널베어링의 내부압력을 재분포시키기 위해, 적층각도에 따라 물성설계가 가능한 복합재료를 사용하여 복합재료 쉘 저널베어링을 구성하고 제조하는 것이다. 즉, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은 기존에 통상 황동으로 제작되던 것을 복합재료로 제작한 것이다. 이러한 복합재료 쉘 저널베어링은 주축의 회전시에 저널베어링의 내부에서 발생하는 비대칭 압력분포에 의해 저널베어링에 국부변형이 발생하도록 복합재료의 재질, 적층각도, 적층두께가 결정된다. The present invention is to construct and manufacture a composite shell journal bearing using a composite material capable of designing properties according to the lamination angle in order to redistribute the internal pressure of the journal bearing occurring in an asymmetric shape using the self-deformation of the journal bearing. will be. That is, the composite shell journal bearing of the present invention is made of a composite material that was conventionally made of brass. In the composite shell journal bearing, the material, lamination angle, and lamination thickness of the composite material are determined so that local deformation occurs in the journal bearing by asymmetrical pressure distribution generated inside the journal bearing when the main shaft rotates.

즉, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은 여러 종류의 섬유와 여러 종류의 수지로 구성된 복합재료를 사용하여 제작할 수가 있다. 예를 들어, 복합재료로는 탄소 섬유와 폴리머(페놀 수지, 에폭시 수지 등등)로 구성된 탄소섬유 폴리머 복합재료, 유리 섬유와 에폭시 수지로 구성된 유리섬유 에폭시 복합재료, 유리 섬유와 폴리에스터 수지로 구성된 유리섬유 폴리에스터 복합재료 등을 사용할 수 있다. That is, the composite shell journal bearing of the present invention can be produced using a composite material composed of various kinds of fibers and various kinds of resins. For example, composite materials include carbon fiber polymer composites composed of carbon fibers and polymers (phenolic resins, epoxy resins, etc.), glass fiber epoxy composites composed of glass fibers and epoxy resins, and glass fibers composed of polyester resins. Fiber polyester composite materials and the like can be used.

본 발명은 상기 복합재료 중에서 탄소[혹은 흑연 (Graphite)]섬유와 폴리머로 구성된 탄소섬유 폴리머 복합재료를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 탄소섬유 폴리머 복합재료는 윤활특성이 우수한 탄소섬유를 함유하고 있기 때문에 주축과의 마찰이 발생하는 경우에 주축에서 발생하는 손상을 방지할 수가 있다. 즉, 탄소섬유 폴리머 복합재료는 주축이 회전을 시작하거나 정지시 또는 주축의 외부충격으로 인해 발생하는 주축과의 접촉시에 주축의 마모 및 손상을 줄어들게 한다. 그리고, 탄소섬유는 일반적으로 많이 이용되는 유리섬유보다 열전도율이 높아 주축의 회전시에 발생하는 열을 회전체 시스템에 전달함으로 저널베어링 전체의 열전도성을 향상시키게 된다. In the present invention, it is most preferable to use a carbon fiber polymer composite material composed of carbon (or graphite) fibers and a polymer. Since the carbon fiber polymer composite material contains carbon fiber having excellent lubricating properties, damage to the main shaft can be prevented when friction with the main shaft occurs. That is, the carbon fiber polymer composite reduces the wear and damage of the spindle when it starts or stops spinning or when it comes in contact with the spindle that occurs due to the external impact of the spindle. In addition, carbon fibers have a higher thermal conductivity than glass fibers which are generally used, thereby improving heat conductivity of the entire journal bearing by transferring heat generated during rotation of the main shaft to the rotor system.

그리고, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은 회전체 시스템에 따라 상기와 같은 복합재료의 재질, 복합재료의 적층각도(0°, ±30°, ±45°, ±60°, 90°) 및 적층두께를 결정하여 구성된다. In addition, the composite shell journal bearing of the present invention is the material of the composite material as described above, the lamination angle of the composite material (0 °, ± 30 °, ± 45 °, ± 60 °, 90 °) and the lamination according to the rotating system It is configured by determining the thickness.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재료 쉘 저널베어링의 구성관계를 각각 도시한 사시도로서, 도 2a는 주축의 회전에 의해 발생하는 압력으로 주축이 부상하는 복합재료 쉘 동압 저널베어링을 도시한 것이고, 도 2b는 저널베어링에 일정한 압력의 유체를 공급하여 주축을 부상시키는 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(Hybrid journal bearing)을 도시한 것이다. Figure 2a and Figure 2b is a perspective view each showing the configuration of the composite shell journal bearing according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a composite shell dynamic pressure journal in which the main shaft rises by the pressure generated by the rotation of the main shaft 2B shows a composite shell hybrid journal bearing that floats the main shaft by supplying a constant pressure fluid to the journal bearing.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합재료 쉘 동압 저널베어링(200)은 주축이 삽입되어 회전할 수 있는 원통형으로 구성되며 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브(210)와, 이 복합재료 튜브(210)의 양 단부 부위의 둘레에 소정의 폭으로 장착되는 오링 장착부(220)로 구성된다. As shown in Figure 2a, the composite shell dynamic pressure journal bearing 200 of the present invention is composed of a cylindrical tube that can be rotated by the main shaft is inserted into a composite tube 210 made of a composite material, the composite tube It is composed of an O-ring mounting portion 220 which is mounted at a predetermined width around both end portions of the 210.

상기 복합재료 튜브(210)는 앞서 언급한 바와 같은 복합재료로 제작되는 것으로서, 사용되는 회전체 시스템에 따라 재질, 적층각도 및 적층두께를 달리하여 구성하면 된다. 그리고, 오링 장착부(220)는 저널베어링을 회전체 시스템에 고정하는 역할을 하는 고무오링(O-ring)을 장착하기 위한 것으로서, 고무오링이 삽입 장착될 수 있도록 중앙 원주둘레를 따라 장착홈(221)이 형성되어 있다. 이러한 오링 장착부(220)는 폴리머 등을 비롯한 합성수지로 제작된다. The composite tube 210 is made of a composite material as described above, and may be configured by varying the material, the lamination angle and the lamination thickness according to the rotating system used. In addition, the O-ring mounting portion 220 is for mounting a rubber O-ring (O-ring) that serves to secure the journal bearing to the rotating body system, the mounting groove 221 along the center circumference so that the rubber O-ring can be inserted ) Is formed. The O-ring mounting portion 220 is made of a synthetic resin, including a polymer.

그리고, 하이브리드 저널베어링은 동압 저널베어링과는 달리 일정한 압력의 윤활유체 공급을 위한 급기구가 요구된다. 따라서, 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)은 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 복합재료 튜브(210)에 다수의 급기구(230)를 형성하고, 이러한 복합재료 튜브(210)의 양 단부 부위의 둘레에 상기 오링 장착부(220)를 장착하여 구성한 것이다. In addition, unlike a dynamic journal bearing, a hybrid journal bearing requires an air supply for supplying a lubricating fluid at a constant pressure. Accordingly, the composite shell hybrid journal bearing 200a of the present invention forms a plurality of air supply 230 in the composite tube 210 as shown in Figure 2b, the amount of such composite tube 210 The O-ring mounting portion 220 is mounted around the end portion.

따라서, 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)을 회전체 시스템에 장착하여 사용함에 있어, 주축의 회전 초기에는 급기구(230)를 통해 공급되는 일정한 압력의 윤활유체에 의해 주축을 부상시키는 정압 저널베어링의 역할을 하고, 주축이 고속으로 회전하는 경우에는 주축회전으로 발생한 압력에 의해 주축을 지지하는 동압 저널베어링의 역할을 한다. 즉, 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)은 큰 압력발생을 위한 포켓(공기배출구)이 저널베어링의 내부에 위치하기 때문에 주축의 고속회전이 어려운 정압 저널베어링과는 달리 포켓대신에 작은 급기구(230)를 통해 윤활유체가 공급되기 때문에 주축의 고속회전에 유리한 장점이 있다. Therefore, in mounting and using the composite shell hybrid journal bearing 200a of the present invention in the rotating body system, the main shaft is floated by a constant pressure lubricating fluid supplied through the air supply unit 230 at the initial stage of rotation of the main shaft. It acts as a static pressure journal bearing, and when the main shaft rotates at a high speed, it serves as a dynamic pressure journal bearing for supporting the main shaft by the pressure generated by the main shaft rotation. That is, the composite shell hybrid journal bearing 200a of the present invention has a small pocket instead of a pocket, unlike a hydrostatic journal bearing in which a high speed rotation of the main shaft is difficult because a pocket (air outlet) for generating a large pressure is located inside the journal bearing. Since the lubricating fluid is supplied through the air supply port 230, there is an advantage in the high speed rotation of the main shaft.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링(200, 200a)은 기존의 황동과 같은 금속재질의 저널베어링에서 발생하는 주축과 저널베어링의 접촉으로 인한 주축과 저널베어링의 고착현상이 방지된다. 또한, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링(200, 200a)은 금속 주축과 접촉이 발생하는 경우에도 복합재료 튜브(210)의 자체윤활 특성에 의해 어느 정도 운전이 가능할 뿐만 아니라, 주축보다 경도가 낮은 복합재료 튜브(210)의 표면이 손상되기 때문에 회전체 시스템의 수 리 및 보수에 유리하다. Composite shell journal bearings (200, 200a) of the present invention configured as described above is prevented from sticking phenomenon of the main shaft and the journal bearing due to the contact between the main shaft and the journal bearing occurring in the journal bearing made of metal such as conventional brass. . In addition, the composite shell journal bearing (200, 200a) of the present invention can be operated to some extent by the self-lubrication characteristics of the composite tube 210, even when the contact with the metal spindle, the hardness is lower than the spindle Damage to the surface of the composite tube 210 is advantageous for the repair and repair of the rotating system.

아래에서는, 앞서 설명한 바와 같이 구성되는 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링의 제조방법에 대해 상세히 설명하겠다. In the following, the manufacturing method of the composite shell journal bearing of the present invention configured as described above will be described in detail.

도 3a 및 도 3b는 도 2a에 도시된 복합재료 쉘 저널베어링의 제조과정을 나타낸 것으로서, 도 3a는 복합재료 프리프레그를 맨드럴에 적층하는 과정을 도시하고, 도 3b는 복합재료 프리프레그가 적층된 맨드럴을 금형으로 성형하는 과정을 도시한 제조공정도이다. 3A and 3B illustrate a manufacturing process of the composite shell journal bearing shown in FIG. 2A, FIG. 3A illustrates a process of stacking a composite prepreg on a mandrel, and FIG. 3B illustrates a process of stacking a composite prepreg. It is a manufacturing process drawing which shows the process of shape | molding the old mandrel with a metal mold | die.

먼저, 도 2a 내지 도 3a에 도시된 바와 같이, 적절한 적층각도(0°, ±30°, ±45°, ±60°, 90°) 및 적층두께를 갖는 복합재료 프리프레그(310)를 이형제가 도포된 맨드럴(320)의 외면에 감아 적층한다. 이러한 복합재료 프리프레그(310)는 복합재료 튜브(210)를 형성하기 위한 것으로서, 앞서 설명한 바와 같은 복합재료로 구성된다. 그런 다음, 복합재료 프리프레그(310)의 양 단부 부위 둘레에 소정의 폭을 갖는 오링 장착부 형성띠(330)를 감아 적층한다. 이 때, 오링 장착부 형성띠(330)는 폴리머 등을 비롯한 합성수지 재질로 구성된다. First, as shown in FIGS. 2A to 3A, the composite prepreg 310 having a suitable stacking angle (0 °, ± 30 °, ± 45 °, ± 60 °, 90 °) and stacking thickness may be used. The outer surface of the applied mandrel 320 is wound and laminated. The composite prepreg 310 is for forming the composite tube 210, and is composed of a composite material as described above. Then, the O-ring mounting portion forming band 330 having a predetermined width is wound around the both end portions of the composite material prepreg 310 and laminated. At this time, the O-ring mounting portion forming band 330 is made of a synthetic resin material, including a polymer.

그런 다음, 도 3b에 도시된 바와 같은 상하부 금형(340, 350)내에 복합재료 프리프레그(310) 및 오링 장착부 형성띠(330)가 감겨 적층된 맨드럴(320)을 장착한다. 이 때, 상기 상하부 금형(340, 350)은 맨드럴(320)에 대응하는 길이와, 복합재료 프리프레그(310)가 적층된 부위에 대응하는 직경을 갖도록 구성된다. 또한, 상하부 금형(340, 350)에는 복합재료 프리프레그(310)의 양 단부 부위 둘레에 적층된 오링 장착부 형성띠(330)를 수용하는 수용홈(351)이 형성될 뿐만 아니라, 이러 한 수용홈(351)에는 오링 장착부 형성띠(330)의 중앙 원주를 따라 고무오링이 장착될 장착홈(221)을 형성하는 돌기(352)가 형성된다. Next, the composite mandrel 320 is wound on the upper and lower molds 340 and 350 to which the composite prepreg 310 and the O-ring mounting band 330 are wound. In this case, the upper and lower molds 340 and 350 are configured to have a length corresponding to the mandrel 320 and a diameter corresponding to a portion where the composite prepreg 310 is stacked. In addition, the upper and lower molds 340 and 350 are provided with a receiving groove 351 for receiving the O-ring mounting portion forming band 330 stacked around both end portions of the composite material prepreg 310, as well as such a receiving groove. A protrusion 352 is formed at 351 to form a mounting groove 221 on which the rubber O-ring is to be mounted along the central circumference of the O-ring mounting portion forming band 330.

상기와 같은 상하부 금형(340, 350)내에 상기와 같은 맨드럴(320)이 장착되면, 이 상하부 금형(340, 350)을 오토클레이브에 넣고 일정 시간동안 경화시킨 후 꺼내 상하부 금형(340, 350) 및 맨드럴(320)을 제거한다. 그로 인해, 원통형 복합재료 튜브(210)의 양 단부 부위 둘레에 오링 장착부(220)가 각각 장착된 본 발명의 복합재료 쉘 동압 저널베어링(200)이 제작된다(도 2a 참고). When the mandrel 320 is mounted in the upper and lower molds 340 and 350 as described above, the upper and lower molds 340 and 350 are placed in an autoclave and cured for a predetermined time, and then the upper and lower molds 340 and 350 are removed. And remove the mandrel 320. As a result, the composite shell dynamic pressure journal bearing 200 of the present invention, each having an O-ring mounting portion 220 mounted around both end portions of the cylindrical composite tube 210, is manufactured (see FIG. 2A).

상기와 같은 방법으로 복합재료 쉘 동압 저널베어링(200)이 완성되면, 복합재료 튜브(210)에 다수개의 급기구(230)를 드릴 등을 사용하여 천공함으로써, 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)이 제작된다(도 2b 참고). When the composite shell dynamic pressure journal bearing 200 is completed by the above method, the composite shell hybrid journal bearing of the present invention is drilled by drilling a plurality of air supply holes 230 in the composite tube 210 using a drill or the like. 200a is produced (see FIG. 2B).

상기와 같은 방법으로 제작되는 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은 정밀가공을 통해 제작되는 금속재질의 저널베어링과는 달리 정밀가공된 맨드럴을 이용하여 제작하기 때문에 금속재질의 저널베어링에 비해 제작단가가 낮으며, 대량생산이 가능하다. 또한, 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링은 윤활유체 및 공급압력의 변경에 따라 저널베어링의 내부압력의 크기가 변화하는 경우에도 복합재료의 재질, 적층각도 및 적층두께를 변경하여 저널베어링의 국부변형을 조절할 수 있기 때문에 회전체 시스템의 구동조건 및 사양변화에 따라 유연하게 설계사양을 변화시킬 수 있다. The composite shell journal bearing of the present invention produced by the above method is manufactured by using a precision processed mandrel, unlike the journal bearing made of metal, which is manufactured through precision machining, and thus, compared to the journal bearing made of metal, It is low and mass production is possible. In addition, the composite shell journal bearing of the present invention is a local deformation of the journal bearing by changing the material, the lamination angle and the thickness of the composite material even when the internal pressure of the journal bearing changes according to the change in the lubricating fluid and the supply pressure Because of this, the design specification can be flexibly changed according to the change of driving conditions and specifications of the rotor system.

아래에서는, 상기와 같이 구성되고 제조되는 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링 중에서 하이브리드 타입을 회전체 시스템에 장착한 일례에 대해 설명하겠다. In the following, an example in which the hybrid type is mounted on the rotating system among the composite shell journal bearings of the present invention constructed and manufactured as described above will be described.

도 4a는 도 2b에 도시된 복합재료 쉘 저널베어링(하이브리드 타입)을 장착한 회전체 시스템의 구성관계를 도시한 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 회전체 시스템의 "A" 부분을 확대 도시한 확대도이다. FIG. 4A is a cross-sectional view showing the configuration of the rotor system equipped with the composite shell journal bearing (hybrid type) shown in FIG. 2B, and FIG. 4B is an enlarged portion "A" of the rotor system shown in FIG. 4A. It is an enlarged view shown.

도 4a에 도시된 바와 같이, 주축(410)은 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)에 의해 부상되며, 에어터빈(460)에 의해 구동된다. 그리고, 윤활유체는 도 4b에 상세히 도시된 바와 같이 회전체 시스템(400)에 형성된 급기통로(420)를 통해 외부로부터 공급되며, 오리피스(430)를 지나면서 압력강하가 된 후에 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)의 급기구(230)를 통과하여 주축(410)과 저널베어링(200a)의 표면을 따라 이동하게 된다. As shown in FIG. 4A, the spindle 410 is lifted by the composite shell hybrid journal bearing 200a of the present invention and driven by an air turbine 460. Then, the lubricating fluid is supplied from the outside through the air supply passage 420 formed in the rotor system 400 as shown in detail in Figure 4b, after the pressure drop through the orifice 430 composite material of the present invention Passing through the air supply 230 of the shell hybrid journal bearing 200a is moved along the surface of the main shaft 410 and the journal bearing 200a.

그리고, 도 2b 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)의 상부둘레에는 복합재료 튜브(210)와 오링 장착부(220)간의 높이차이 및, 오링 장착부(220)의 장착홈(221)에 끼워져 회전체 시스템(400)의 일측에 밀착되는 고무오링(440)의 돌출높이로 인해 빈공간(450)이 형성된다. 이러한 빈공간(450)은 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)의 국부변형을 위해 필요하며, 부가적으로 주축(410)의 진동을 상쇄시키기 위한 유체댐퍼의 역할을 수행한다. 또한, 오리피스(430)는 주축(410)이 하중을 받아 주축(410)과 복합재료 쉘 하이브리드 저널베어링(200a)의 간극이 좁아지는 경우에 간극이 좁아진 부분의 공급압력을 증가시켜 주축(410)을 원상태로 복원시키기 위한 압력 보상기의 역할을 수행하게 된다. 2B and 4B, the height difference between the composite tube 210 and the O-ring mounting portion 220 and the O-ring mounting portion 220 are disposed on the upper circumference of the composite shell hybrid journal bearing 200a of the present invention. The empty space 450 is formed due to the height of the protrusion of the rubber O-ring 440 that is fitted into the mounting groove 221 of the) and is in close contact with one side of the rotor system 400. The empty space 450 is required for local deformation of the composite shell hybrid journal bearing 200a and additionally serves as a fluid damper to cancel the vibration of the main shaft 410. In addition, the orifice 430 increases the supply pressure of the portion where the gap is narrowed when the gap between the main shaft 410 and the composite shell hybrid journal bearing 200a is narrowed due to the load of the main shaft 410. It will act as a pressure compensator to restore the original condition.

본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링(200, 200a)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같은 회전체 시스템을 비롯한 여러 타입의 회전체 시스템에 장착하여 사용할 수 있다. Composite shell journal bearings 200 and 200a of the present invention can be mounted and used in various types of rotor systems, including rotor systems as shown in FIGS. 4A and 4B.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 적층각도에 따라 물성을 변화시킬 수 있는 복합재료로 제작하여 압력의 재분포 기능을 가지므로 주축의 안정적인 고속회전을 확보하는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has a function of redistributing pressure by manufacturing a composite material capable of changing physical properties according to the stacking angle, thereby securing a stable high speed rotation of the main shaft.

또한, 본 발명은 자체윤활 기능을 가지면서 주축보다 낮은 표면경도를 갖는 복합재료로 제작하여 주축과 저널베어링의 마찰이나 충돌시에 주축을 보호함으로 수리 및 유지보수를 위한 비용을 절감하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of reducing the cost for repair and maintenance by protecting the spindle from friction or collision between the spindle and the journal bearing by making a composite material having a lower surface hardness than the spindle while self-lubricating function .

또한, 본 발명은 정밀가공된 맨드럴을 이용하여 제조하기 때문에 부가적인 가공이 요구되지 않을 뿐만 아니라, 맨드럴을 이용하여 동일한 치수의 저널베어링을 정확하게 제조할 수 있으므로 가공오차에 따른 정밀도 변화를 고려할 필요가 없는 장점이 있다.In addition, the present invention does not require additional processing because it is manufactured by using a precision machined mandrel, and since the journal bearing of the same dimension can be manufactured accurately by using the mandrel, the variation of precision according to the machining error may be considered. There is an advantage that does not need to.

이상에서 본 발명의 복합재료 쉘 저널베어링 및 그 제조방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. Although the technical details of the composite shell journal bearing of the present invention and a method of manufacturing the same have been described with the accompanying drawings, this is for illustrative purposes only and is not intended to limit the present invention.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구의 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims (6)

주축이 삽입되어 회전할 수 있는 원통형으로 구성되며 복합재료로 제작되는 복합재료 튜브를 구비한 복합재료 쉘 저널베어링에 있어서,In the composite shell journal bearing having a composite tube made of a composite material and composed of a cylindrical cylinder that can be rotated by the main shaft, 상기 복합재료 튜브와 다른 높이차를 갖도록 상기 복합재료 튜브의 양 단부 부위의 외측 둘레에 각각 장착되는 오링 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링.And an O-ring mounting portion each mounted around an outer circumference of both end portions of the composite tube to have a height difference different from that of the composite tube. 제1항에 있어서, 상기 복합재료 튜브는 탄소 섬유와 폴리머로 구성된 탄소섬유 폴리머 복합재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링. The composite shell journal bearing according to claim 1, wherein the composite tube is made of carbon fiber polymer composite composed of carbon fiber and polymer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복합재료 튜브에는 윤활유체 공급을 위한 다수의 급기구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링.The composite shell journal bearing according to claim 1 or 2, wherein the composite tube is provided with a plurality of air supply ports for lubricating fluid. 제3항에 있어서, 상기 오링 장착부는 폴리머로 제작되는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링.4. A composite shell journal bearing according to claim 3, wherein said O-ring mount is made of a polymer. 적정 적층각도와 적층두께를 갖는 복합재료 프리프레그를 이형제가 도포된 맨드럴의 외면에 감아 적층하는 단계와, 상기 복합재료 프리프레그의 양 단부 부위 둘레에 일정 폭을 갖는 오링 장착부 형성띠를 감아 적층하는 단계와, 상기와 같이 적층된 맨드럴을 상기 복합재료 프리프레그가 적층된 부위에 대응하는 직경을 가지며 상기와 같이 적층된 오링 장착부 형성띠를 수용하는 수용홈과 상기 수용홈내에 상기 오링 장착부 형성띠의 중앙 원주를 따라 고무오링이 장착될 장착홈을 형성하는 돌기가 각각 형성된 상하부 금형내에 장착하는 단계와, 상기 상하부 금형을 오토클레이브에 넣고 경화시킨 후 꺼내 상기 상하부 금형 및 상기 맨드럴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링의 제조방법. Laminating a composite prepreg having an appropriate lamination angle and a lamination thickness to an outer surface of a mandrel to which a release agent is applied, and laminating an O-ring mounting band having a predetermined width around both end portions of the composite prepreg. And the receiving mandrel having a diameter corresponding to a portion where the composite material prepreg is laminated and receiving the stacked o-ring mounting part forming band and the o-ring mounting part in the receiving groove. Mounting the upper and lower molds each having protrusions forming mounting grooves for mounting the rubber O-rings along the central circumference of the belt, and placing the upper and lower molds in an autoclave, curing them, and removing the upper and lower molds and the mandrel. Method of producing a composite shell journal bearing comprising the step. 제5항에 있어서, 상기 상하부 금형 및 상기 맨드럴을 제거하는 단계 이후에 상기 복합재료 프리프레그에 의해 형성되는 복합재료 튜브에 다수개의 급기구를 천공하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 복합재료 쉘 저널베어링의 제조방법. The composite material according to claim 5, further comprising the step of drilling a plurality of air supply holes in the composite tube formed by the composite prepreg after removing the upper and lower molds and the mandrel. Method for manufacturing shell journal bearings.
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