KR0155666B1

KR0155666B1 - 두께가 불균일한 휘일디스크

Info

Publication number: KR0155666B1
Application number: KR1019950030207A
Authority: KR
Inventors: 키시로오 아베; 미츠루 이토오
Original assignee: 코오타니 토모카츠; 토피 코오교오 카부시키가이샤
Priority date: 1995-09-15
Filing date: 1995-09-15
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR970015055A

Abstract

끝부분의 두께가 허브 연결부의 두께보다 작고, 하트부의 두께가 끝부분의 두께보다 작은 두께가 불균일한 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그 결과, 하트부(15)의 강성이 감소하여, 디스크에서의 응력분포가 균일하며, 용접부에 대한 과도한 응력집중의 영향을 방지한다. 또, 두께가 감소하기 때문에 종래의 디스크와 비교하여, 디스크의 중량이 감소된다.

Description

두께가 불균일한 휘일디스크

제1도는 본 발명의 한 실시예에 의한 두께가 불균일한 디스크의 휘일부분의 일부를 절단한 단면도이다.

제2도는 제1도에 표시한 두께가 불균일한 디스크의 각 부의 위치를 표시하는 디스크의 부분 단면도이다.

제3도는 제2도에 표시한 두께가 불균일한 디스크의 두께의 분포를 표시한 그래프이다.

제4도는 제1도에 표시한 두께가 불균일한 디스크의 각 부의 위치를 표시하는 휘일의 부분 단면도이다.

제5도는 제4도에 표시한 두께가 불균일한 디스크의 응력분포를 표시하는 그래프이다.

제6도는 본 발명의 두께가 불균일한 디스크를 냉간 스피닝에 의해 제작하는 경우의 공정도이다.

제7도는 두께가 일정한 종래의 디스크의 일부를 절단한 단면도이다.

제8도는 두께가 일정한 종래의 디스크의 제작순서를 표시하는 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 휘일 11 : 디스크

12 : 림 13 : 허브 연결부

14 : 곡선부 15 : 하트부

16 : 끝부분 17 : 허브구멍

18 : 장식구멍 19 : 용접부

20 : 정사각형 평판 21 : 원형 평판

23 : 너트구멍

본 발명은 자동차용 휘일디스크에 관한 것이다.

휘일은 제7도에 표시된 바와 같이, 접시 형상의 디스크(1)와 환 형상의 림(2)을 용접한 조립체이다. 버스나 트럭용 차량의 대형 휘일에 사용되는 디스크는 제8도에 표시하는 바와 같이, 정사각형 평판(3)으로부터 원형 블랭크(4)를 프레스로 타발가공하는 공정(2공정)과, 프레스가공에 의해 블랭크(4)를 디스크 형상으로 성형하는 공정(3공정)과, 프레스가공에 의해 허브구멍과 장식구멍을 타발하는 공정(4공정)과, 멀티플드릴에 의해 너트구멍을 천공하고 너트시이트를 가공하는 공정(5공정)에 의해 제조된다. 그러므로, 평판으로부터 만들어지는 구조의 디스크는 제7도에 표시한 바와 같이, 두께가 일정하다.

또, 허브 연결부로부터 디스크의 끝부분으로 갈수록 두께가 감소되도록 하기 위해서, 냉간 스피닝(cold spinning)하여 디스크를 성형하는 경우도 있다. 두께를 변화시키는 경우에는 디스크 끝부분의 두께를 소재 원판의 두께의 1/2까지 감소시키는 것도 가능하다.

그러나, 유한요소법을 사용하여 응력해석을 한 결과, 두께가 일정한 종래의 디스크와, 두께가 감소하는 종래의 디스크의 응력 분포는 이상적이 아니라는 것을 알게 되었다. 그 결과, 디스크의 끝부분과 림의 연결부인 용접부에서 큰 응력집중을 발생하며, 디스크부분의 두께는 중량의 증가에 의해 필요한 두께보다도 더 두꺼워야 한다.

본 발명의 목적은 디스크의 피로강도를 개선하고, 디스크의 중량을 감소시켜서 응력분포를 개선한 디스크를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 디스크는 디스크의 축심에 대해 직각으로 배치된 허브 연결부가 있다. 허브 연결부는 끝부분과 연결되며 번갈아서 하트부(hat portion)와 연결되는 곡선부에 연결된다. 끝부분의 두께는 하트부보다는 두껍고, 허브 연결부보다는 얇게 형성된다.

본 발명의 다른 목적과 장점, 특징 등은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에 의해 분명하게 알 수 있을 것이다.

(실시예)

제1도에 표시된 바와 같이 휘일(10)은 림을 형성하는 환 형상의 림(12)과 그 끝부분이 림(12)에 삽입되어 림(12)에 용접되는 디스크 형상의 디스크(11)를 포함하고 있다. 디스크(11)는 허부 연결부(13), 곡선부(14), 하트부(hat portion)(15) 및 끝부분(16)을 포함하고 있다. 허브 연결부(13)는 디스크의 축심(즉, 바퀴의 축심)에 대해 수직으로 연장된다. 곡선부(14)는 허브 연결부(13)와 일체로 연결되며, 반경 방향으로 따라 외측으로 또, 축방향을 따라 내측으로 일정한 반경으로 굴곡된다. 하트부(15)는 곡선부(14)와 일체로 연결되며, 반경 방향을 따라 외측으로, 또, 축 방향을 따라 내측으로, 곡선부(4)의 반경보다는 큰 반경으로 굴곡된다. 끝부분(16)은 하트부(15)와 일체로 연결되며, 디스크의 축심선과 평행한 상태로 축 방향을 따라 내측으로 연장된다. 림(12)과 디스크(11)는 디스크의 끝부분에서 서로 용접된다. 참조부호(19)는 용접부를 표시한다.

디스크(11)의 두께의 분포는 제3도에서의 X축을 따라 배치된 위치를 각각 표시하는 참조부호 A, B, C,…J에 대응하여 제2도에서 위치를 표시하는 참조부호 A, B, C,…J로 표시한, 제2도와 제3도와 같이 설정된다. 제2도와 제3도에 표시한 바와 같이, 허브 연결부(13)의 두께는 허브 연결부(13)의 반경 방향의 길이 전체에 걸쳐서 균일하다. 끝부분(16)의 두께는 끝부분(16)의 축 방향의 전체 길이에 걸쳐서 균일하지만, 허브 연결부(13)의 두께보다는 얇다. 하트부(15)의 두께는 끝부분(16)의 두께보다 얇다.

더욱 상세하게 설명하면, 허브 연결부(13)의 두께를 1로 가정하면, 끝부분(16)의 두께는 0.8∼0.65이며, 0.71∼0.74의 범위가 더욱 바람직하다. 또, 허브 연결부(13)의 두께를 1로 가정하면, 하트부(15)의 두께는 0.5∼0.7이며, 0.59∼0.65의 범위가 더욱 바람직하다. 끝부분(16)에 인접한 하트부(15)는 끝부분(16)을 향하여 두께가 증가하여, 끝부분(16)과 원활하게 연결된다. 곡선부(14)는 허브 연결부(13)의 측면으로부터 하트부(15)의 측면을 향하여 두께가 감소하여, 하트부(15)와 원활하게 연결된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 디스크(11)는 그 두께가 불균일하다.

제1도에 표시된 바와 같이, 허브구멍(17)은 허브 연결부(13)의 중심부에 형성되며, 복수의 장식구멍(18)이 디스크(11)의 원주 방향을 따라 일정한 간격으로 하트부(15)에 형성되어 있다. 휘일(10)은 허브구멍에서 차량의 액슬축에 고정되어, 액슬에 고정된다. 튜브가 없는 타이어는 림(12)에 고정된다.

제6도에 표시된 바와 같이, 두께가 불균일한 디스크(11)는 냉간 스피닝에 의해 제조된다. 더욱 상세하게 설명하면, 원형 평판(21)은 두께가 일정한 정사각형 평판(20)으로부터 타발가공되며(2공정), 두께의 분포가 상술한 바와 같은 디스크로 형성하기 위해서 원형 평판(21)을 냉간 스피닝(cold spinning) 가공하여 디스크 형상으로 성형한다(3공정). 그리고, 타발가공에 의해 허브구멍(17), 너트구멍(23) 및 장식구멍(18)을 성형하며(4공정), 멀티플드릴에 의해 너트구멍에 너트시이트를 가공한다(5공정). 종래의 냉간 스피닝가공에서는 끝부분을 향하여 두께가 감소하도록 디스크가 형성되었는데, 본 발명에서는 하트부(15)에서 디스크의 두께가 최소이며, 두께가 최소인 부분으로부터 끝부분(16)을 향하여 증가한다. 이러한 방법에 의한 디스크의 성형은 냉간 스피닝가공이기 때문에 가능하다.

앞에서 설명한 두께의 상태를 만족할 수 있으면, 디스크는 냉간 스피닝이 아닌 다른 방법에 의해 성형하는 것도 가능하다. 예를 들어서, 진동 단조에 의해 디스크를 성형할 수도 있으며, 또, 두께가 불균일한 원형 평판을 준비하고, 그 원형 평판을 프레스를 사용하는 드로잉가공에 의해 디스크로 성형한다.

제4도와 제5도에는 디스크에서의 응력분포를 표시하고 있다. 제4도에서의 위치를 표시하는 참조부호 a, b, c,…o에 대응하는 부분이 제5도에서의 X축에 표시되어 있다. 비교를 위하여, 끝부분을 향하여 두께가 감소하는 종래의 디스크의 응력분포를 제5도에 표시하고 있다.

제5도에서 분명하게 알 수 있듯이 본 발명에 의하면, 끝부분(16)에 있어서의 응력은 두께가 일정한 디스크나 끝부분을 향하여 두께가 감소하는 디스크로부터 크게 감소한다. 또, 본 발명에서는 응력분포가 디스크 전체에 걸쳐서 균일하다. 본 발명에 의한 디스크의 끝부분에 있어서의 응력은 두께가 일정한 종래의 디스크의 1/3정도이다. 그 결과, 용접부에서의 응력집중이 감소되어, 용접부에서의 크랙이 발생되지 않으며, 크랙의 진행이 극히 억제된다. 그러므로, 디스크의 피로강도와 수명이 개선된다. 이것은 굴곡에 의해 강성이 증가하는 하트부(15)의 강성이 하트부(15)의 두께의 감소에 의해 감소하기 때문이며, 따라서, 하트부(15)가 종래의 디스크보다 더욱 쉽게 변형되어, 용접부에서의 응력집중과 변형을 방지할 수 있다.

하트부(15)는 끝부분(16)의 길이보다 길고, 또, 곡선부(14)의 길이보다 길기 때문에 하트부(15)는 디스크 전체 중량에 영향을 준다. 하트부(15)의 두께가 원판의 0.5∼0.7의 범위로 감소하므로써, 디스크의 두께는 11%정도 감소한다. 이것은 즉, 본 발명의 디스크를 사용하는 차량의 연료 소모율을 개선하는 역할을 한다.

본 발명에 의하면, 하트부(15)의 두께가 허브 연결부(13)의 두께 및 끝부분(16)의 두께보다 작기 때문에 하트부(15)가 비교적 쉽게 변형할 수 있으며, 이에 의해서, 용접부에 대한 큰 응력집중을 방지할 수 있음은 물론, 휘일의 피로강도와 수명을 개선할 수 있다. 또, 하트부(15)의 두께의 감소에 의해, 휘일디스크의 중량을 11%정도 감소시킬 수 있다.

본 발명에 대해서 한 실시예를 참고로 하여 설명했는데, 이 분야에서의 숙련된 기술자이면, 본 발명의 특징과 새로운 기술로부터 벗어남이 없이, 다양한 변형예와 실시예를 만들 수 있을 것이다. 그러므로, 첨부된 청구의 범위에서와 같이 본 발명의 취지로부터 벗어남이 없이 다양한 변형예를 실시할 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims

디스크(11)의 축심에 대해 직각으로 연장되는 허브 연결부(13)와, 허브 연결부(13)와 일체로 연결되며, 반경 방향을 따라 외측으로, 또, 축 방향을 따라 내측으로 허브 연결부(13) 두께에 대한 끝부분(16) 두께의 비로 굴곡되는 곡선부(14)와, 곡선부(14)와 일체로 연결되며, 반경 방향을 따라 외측으로, 또, 축 방향을 따라 내측으로, 허브 연결부(13) 두께에 대한 끝부분(16) 두께의 비보다는 허브 연결부(13) 두께에 대한 하트부(hat portion)(15) 두께의 비로 크게 굴곡되는 하트부(15)와, 하트부(15)와 일체로 연결되며, 축 방향을 따라 내측으로 연장되는 끝부분(16)으로 구성되며, 끝부분(16)의 두께가 허브 연결부(13)의 두께보다는 작고, 하트부(15)의 두께가 끝부분(16)의 두께보다도 작은 것을 특징으로 하는 차륜용 디스크.
제1항에 있어서, 허브 연결부(13) 두께에 대한 끝부분(16) 두께의 비가 0.65∼0.8의 범위이며, 허브 연결부(13) 두께에 대한 하트부(15) 두께의 비가 0.5∼0.7의 범위인 것을 특징으로 하는 차륜용 디스크.
제2항에 있어서, 상기한 허브 연결부(13) 두께에 대한 끝부분(16) 두께의 비가 0.71∼0.74의 범위이며, 상기한 허브 연결부(13) 두께에 대한 하트부(15) 두께의 비가 0.59∼0.65의 범위인 것을 특징으로 하는 차륜용 디스크.
제1항에 있어서, 곡선부(14)의 두께가 허브 연결부(13) 쪽으로부터 하트부(15) 쪽을 향하여 감소하는 것을 특징으로 하는 차륜용 디스크.
응력분포가 균일한 차륜용 디스크에 있어서, 상기한 디스크는 상기한 디스크(11)의 축심에 대해 직각으로 배치되며 두께가 제1두께인 허브 연결부(13)와, 상기한 허브 연결부(13)와 연결되며, 상기한 허브 연결부(13)로부터 멀어지면서 그 두께가 상기한 제1두께로부터 감소하는 곡선부(14)와, 상기한 곡선부(14)와 연결되며, 상기한 곡선부(14)로부터 멀어지면서 그 두께가 상기한 제1두께보다 작은 제2두께로 증가하는 하트부(15)와, 상기한 하트부(15)와 연결되며, 두께가 제2두께인 끝부분(16)으로 구성된 것을 특징으로 하는 차륜용 디스크.
허브 연결부, 상기한 허브 연결부와 연결되는 곡선부, 상기한 곡선부와 연결되는 하트부 및 상기한 하트부와 연결되는 끝부분을 포함하는 차륜용 두께가 불균일한 디스크의 성형방법에 있어서, 상기한 성형방법이 두께가 일정한 평판으로부터 원형 평판(21)을 절단하는 공정과, 상기한 끝부분(16)의 두께가 상기한 하트부(15)의 두께보다는 크고, 상기한 허브 연결부(13)의 두께보다는 작게 되도록 상기한 원형 평판(21)을 디스크 형상 제품으로 성형하는 공정과, 이와 같이, 두께가 불균일한 상기한 디스크로 성형하고, 상기한 디스크 형상 제품에 대해 필요한 구멍을 형성하기 위하여 상기한 디스크 형상 제품을 절단가공하여 상기한 디스크 형상 제품을 서브젝팅(subjecting)하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 두께가 불균일한 디스크의 성형방법.
제6항에 있어서, 상기한 성형공정이 상기한 원형 평판(21)을 냉간 스피닝(cold spinning)하는 공정인 것을 특징으로 하는 두께가 불균일한 디스크의 성형방법.
제6항에 있어서, 상기한 성형공정이 상기한 원형 평판(21)을 진동 단조하는 공정인 것을 특징으로 하는 두께가 불균일한 디스크의 성형방법.
허브 연결부, 상기한 허브 연결부와 연결되는 곡선부, 상기한 곡선부와 연결되는 하트부 및 상기한 하트부와 연결되는 끝부분을 포함하는 차륜용 두께가 불균일한 디스크의 성형방법에 있어서, 상기한 성형방법이 두께가 불균일한 판으로부터 원형 평판(21)을 준비하는 공정과, 상기한 끝부분(16)의 두께가 상기한 하트부(15)의 두께보다는 크고, 상기한 허브 연결부(13)의 두께보다는 작게 되도록 상기한 원형 평판(21)을 디스크 형상 제품으로 프레스가공하는 공정과, 상기한 디스크 형상 제품에 대해 필요한 구멍을 형성하기 위하여 상기한 디스크 형상 제품을 절단가공하여, 두께가 불균일한 상기한 디스크로 성형하는 공정으로 구성된 것을 특징으로 하는 두께가 불균일한 디스크의 성형방법.