KR100443955B1 - 차량의 휠에 대한 허브 베어링 유닛 제작 방법 - Google Patents

Abstract

허브 베어리 유닛은 휠을 장착하기 위한 회전 고리 요소(11), 차량에 장착되는 고정 고리 요소(13)로 구성되는 회전 요소(11)에 대한 회전축(x)을 형성하는 것으로 구성된다. 회전 요소는 브레이크 회전자(16)에 축방향으로 지지하기 위한 방사형 표면(11c)을 갖는 방사형 플랜지(11b)를 포함하고, 고정 요소(13)는 회전축(x)을 정해진 방향으로 향하게 하기 위한 가공장치의 비회전 유지 수단(120,121)으로 정해진 위치에 고정된다. 그런다음 회전 요소(11)는 회전축(x)의 고정 요소(13)에 대해 회전하고, 동시에 회전축(x)에 수직한 방향의 완성된 표면을 얻도록 하기 위해 방사형 표면(11c)을 가공한다.

Description

차량의 휠에 대한 허브 베어링 유닛 제작 방법{A METHOD OF MACHINING A HUB BEARING UNIT FOR A WHEEL OF A MOTOR VEHICLE}

차량의 휠 허브에 브레이크 회전자를 장착하는 것에 대한 기술적인 문제점과 해결 방안의 좀더 나은 이해를 위해서, 첨부된 도면 도 1을 참고하여 휠 유닛의 종래 설계에 대해 간략히 설명할 것이다.

도 1시 도시된 바와 같이, 휠(10)은 내부 변부(10b)를 형성하는 방사형 플랜지(10a)를 형성하는데, 상기 변부는 허브(11)에서 바깥쪽으로 축 방향을 따라 확장된 원통 영역(11a)에 휠을 가운데에 놓을 수 있도록 한다.

허브(11)는 바깥쪽으로 뻗은 방사형 플랜지(11b)와 중앙의 원통형 영역(11k)을 형성하는데, 상기 중앙의 원통형 영역은 두 쌍의 롤링(rolling)요소(12a,12b)를 갖는 롤링 베어링의 방사형 내부 경로(raceway) 중 하나를 형성한다. 분리 레이스(race) 요소(19)는 쌍으로 된 롤링요소(12b)에 대한 방사형 내부 경로를 형성한다. 또한 베어링은 고정 외부 레이스(13)로 구성되는데, 상기 레이스는 외부로 뻗은 방사형 플랜지(13a)를 형성하고 베어링을 완충대(suspension standard)(17)에 고정하기 위해 볼트(14)를 수용하도록 하는 축방향 보어(bore)(13b)가 생긴다.

허브의 방사형 플랜지(11b)는 휠(10)을 장착하기 위해 볼트(15)를 수용하는 여러개의 축방향 보어(11d) 및 축방향 외부 방사형 표면(11c)을 갖는다.

브레이크 회전자(16)는 허브 플랜지(11)의 보어(11d)에 정렬된 축방향 보어(16d)를 갖고 고정 볼트(15)가 통과하도록 휠(10)에 생긴 축방향 보어(10d)를 갖는 내부로 뻗은 방사형 플랜지(16a)를 형성한다. 볼트(15) 조임은 가장자리 플랜지(10a), 회전 플랜지(16a), 허브 플랜지(11b)를 함께 고정시킨다. 허브(11)의 중앙을 통해, 휠을 회전 구동시키는 쐐기형 샤프트(18)를 수용하기에 적합한 쐐기형 보어(11e)가 형성된다.

종래의 기술에 따르면, 전술된 휠 조립체로 구성된 요소를 장착시키고 제조하는 방법은 우선 이미 완성된 허브 베어링이 완충대(17)에 장착되도록 한다. 특히 최종 작동은 브레이크 플랜지(16a)에 대한 축방향 지지부 역할을 하는 허브 플랜지 표면(11c)에 정밀해야 한다. 그런다음 플랜지(16a)와 반대 측면을 갖고, 그 반대 브레이크 표면(161,162)이 이미 정밀하게 만들어진 브레이크 회전자(16)는 허브의 원통형 부분(11a)으로 삽입된다. 그런다음 횔 가장자리는 영역(11a)으로 삽입되고, 마지막으로 볼트(15)는 정렬된 보어(10d,16d,11d)를 통해 조여진다.

이러한 접근으로 베어링 회전축에 대한 브레이크 회전자의 브레이크 표면 방향은 여러 가지 조립체 요소를 만들 때의 공차 및 장착시 발생될 수 있는 에러에 영향을 받는다. 그러므로 휠 조립체가 장착될 때, 브레이크 표면은 베어링 회전축에 수직 방향으로 정밀하게 향하지 않는다. 사실 허브와 브레이크 회전자의 마주보는 플랜지의 구조적 평면 에러에 영향을 받는 것 외에, 허브 플랜지의 평면, 특히브레이크 플랜지의 평면은 상기 방사형 표면에 파동을 일으키는 볼트(15) 조임의 영양으로 변형이 생겨 위험스럽게 된다.

평면 에러와 수직하지 않은 브레이크 표면과 베어링 회전축에 대한 플랜지 표면은 브레이크의 소위 축방향 흔들림을 결정하는데, 이는 매우 심한 진동, 브레이크 떨림, 브레이크 패드의 불규칙적인 혹은 조기 마모를 일으키기 때문에 바람직하지 않다. 현 기술로 축방향 흔들림은 약 90에서 100㎛ 사의 범위에 있다.

미국 특히 5,430,926에 브레이크 회전자 및 베어링 조립체를 만드는 방법이 공지되었는데, 여기서 브레이크 표면과 허브 영역을 포함하는 브레이크 회전자는 허브 구멍에 우선적으로 제조된다. 그 다음에 베어링 유닛은 허브 영역 보어에 설치된다. 베어링 유닛은 보어 및 회전 가능한 내부 레이스를 연결하는 외부 레이스를 포함한다. 그런다음 브레이크 회전자 및 베어링 유닛으로 구성된 조립체는 베어링 유닛의 내부 레이스로 조립체를 지지하는 기계 장치에 장착된다. 상기 기계 장치를 사용하여, 브레이크 회전자의 브레이크 표면이 만들어진다.

미국 특허 5,842,388에 볼트로 연결되는 브레이크 요소와 휠 허브를 만드는 방법이 공지되었다. 브레이크 표면은 베어링을 장착하기 위해서 허브의 원통형 표면과 함께 제작된다.

국체 특허 출원 WO-A-98/38436에 차량 허브의 플랜지에 브레이크 디스크를 고정시키고, 허브, 베어링 및 브레이크로 구성된 조립체를 기계장치에 장착하는 것이 공지되었다. 상기 기계장치는 브레이크 디스크의 브레이크 표면을 가공하도록 사용되는데, 베어링의 외부 레이스에 대한 정해진 방향을 향하게 한다.

전술된 종래의 해결방안은 최소의 축방향 흔들림을 갖는 브레이크 표면을 제공하는데도 불구하고 전술된 공정으로 제조된 기존의 브레이크 회전자가 새로운 브레이크 회전자로 교체되어야 하는 결점을 갖고 있으며, 새로운 브레이크 회전자는 상당한 축방향 흔들림을 갖는 브레이크 표면을 갖는데, 이러한 흔들림은 허브, 베어링 그리고 브레이크로 구성된 전체적인 조립체가 브레이크 표면 가공을 반복하기 위한 기계장치에 놓일 경우에만 적합한 값으로 줄어들 수 있다.

본 발명은 차량의 휠에 대한 허브 베어링 유닛 제작 방법에 관련된다.

도 1은 종래 기술에 따라 장착되고 만들어진 휠 조립체의 부분 축방향 횡단면도;

도 2는 본 발명의 첫 번째 실시예를 따라 허브 베어링 유닛의 플랜지 표면을 제조에 대한 축방향 횡단면도;

도 3에서 도 6은 본 발명의 추가 실시예를 도시하는데 도 2와 비슷한 축방향 횡단면도;

* 부호 설명 *

11......허브 11b......허브 플랜지

13......외부 레이스 13a......방사형 플랜지

13c......내부 방사형 표면 17a......방사형 표면

본 발명의 목적은 브레이크 회전자 플랜지 및 휠 역할을 하는 허브 플랜지의 외부 표면의 축방향 흔들림을 줄일 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 특히 휠 조립체 구성요소의 가공 공차 및 베어링 장착시 발생되는 에러에 관계없이 축방향 흔들림을 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 것과 새 것 모두다 브레이크 디스크의 브레이크 표면의 낮은 흔들림 값을 유지하도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 제 1항에 정의된 방법으로 본 발명에 따라 이루어진다.

본 발명의 또 다른 목적은 휠 장착 스터드의 강제 삽입으로 인한 변형에 관계없이 흔들림을 최소화 시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 또 다른 목적은 청구항 제 2항에 정의된 방법으로 본 발명에 따라 이루어진다.

본 발명의 선호되는 실시예들은 다른 종속항에 정의된다.

본 발명의 특징 및 이점은 예를 드는 방식으로 첨부된 도면을 참고로 하여 몇가지 실시예에 대한 자세한 설명으로 주어질 것이다.

도 2에 대해서, 본 명세서의 서두에 공지된 바와 같이 고정 외부 레이스(13)를 갖는 형식의 구동 휠에 대한 허브 베어링 유닛이 도시되었다.

도 2에 도시된 유닛의 일반적인 구조는 통상적으로 알려진 대로이다. 본 발명의 구현 목적에 대한 중요성 및 관심 요소는 하기 설명될 것이다. 자세히 도시되지 않은 부품과 요소의 구조에 대해서 도 1에 도시된 것에 같이 알려진 종류의 휠 허브 유닛을 참고로 할 수 있으며, 혹은 참조로 사용된 명세서 서문에 인용된 종래문건에 공지된 것을 참고로 할 수 있다.

외부 레이스(13)는 차량의 현가장치(도 1에 도시안됨)에 장착하기 위한 외부 방사형 플랜지(13a) 및 두 쌍의 롤링 요소(롤러 혹은 볼)(12a,12b)에 대한 외부 경로를 형성한다. 내부 경로는 허브의 축방향 내부 가장자리(11f)를 냉각 형성에 의한 것과 같이 허브에 축방향으로 고정된 한 쌍의 분리 환상 요소(19a, 19b) 및 허브(11)에 의해 형성된다. 가장자리(11f)의 냉각 형성은 축방향으로 예비 하중이 가해진 허브-베어링 유닛을 얻기 위해 환상의 내부 요소(19a,19b)에 축방향 하중을 가하여 수행된다.

외부 레이스(13)의 방사형 플랜지(13a)는 사용시 현가장치의 방사형 표면(17a)과 접촉하는 축방향의 내부 방사형 표면(13c)을 제공한다(도 1 참조).

플랜지(13a)에 근접하여, 외부 레이스(13)는 도 1에서 (17b)로 표시된 바와 같이 현가장치의 안착용 보어에 꼭 맞는 외부 원통형 표면(13d)을 제공한다.

허브(11)는 축방향의 외부 측면(11c)을 갖는 외부로 뻗은 방사형 플랜지(11b) 및 관상의 중앙 영역(11k)을 형성한다. 허브는 또한 축방향으로 외부로 돌출된 원통형 영역(11a)을 형성한다.

허브 플랜지(11b)의 방사형 표면(11c)은 도 1에 도시된 바와 같이 브레이크 회전자(16)의 방사형 플랜지(16a)에 대한 축방향 지지표면 역할을 한다. 그러므로 표면(11c)은 본 명세서의 서두 부분에 언급된 불편한 점을 최소한으로 줄이거나 피하기 위해 평면 에러가 거의 없는 표면을 형성해야 한다.

축방향 보어(11d)는 휠과 브레이크 디스크에 허브를 장착하기 위해스터드(15)(도 1)를 수용하기 위한 허브 플랜지(11b)에 형성된다.

미리 조립되고 축방향으로 하중이 가해진 허브-베어링 유닛은 여러개의 고정 방사형 턱(jaw)(120), 축방향 위치지정기(121), 회전 콜릿(collet)(122)으로 구성된 기계장치에 놓인다.

방사형 턱(120) - 도면을 간단히 하기 위해 도 2에 하나만 도시됨 - 은 세 개이며, 그 사이는 각도가 120도씩 떨어져 있다. 방사형 턱(120)은 콜릿(122)의 회전축에 대해서 허브-베어링 유닛이 중앙에 놓이도록 외부 레이스(13)의 외부 원통형 표면(13d)에 대해 작동한다. 턱(120)은 차량의 현가장치의 원통형 안장부(17b)의 기준을 나타내도록 하기 위해 외부 베어링 레이스(13)를 결합하기 위한 축방향 결합 표면(120a)을 갖으며, 그 다음에 유닛이 장착될 것이다.

도 2에 도시된 실시예에서, 세 개의 축방향 위치 지정기(121)가 있는데(도면에만 도시됨) 이것들은 콜릿(112)의 회전축에 대해서 서로 120도 각도로 떨어져 있고, 방사형 턱(120)에 대해서는 60도 각도로 오프셋되어 있다. 사용시 현가장치의 축방향 표면(17a)(도 1)에 의해 제공되는 기준을 나타도록 하기 위해 외부 베어링 레이스(13)의 방사형 플랜지(13a)의 축방향 내부(혹은 내측) 표면에 대한 x 축 주위로 몇가지 안정적인 축 지지 포인트를 제공하는 한 축방향 위치 지정기(121)는 도 3에 도시된 것과 다른 형상과 다른 개수로 배열될 수 있다.

도 2의 예에서, 내부 경로는 쌍으로 된 내부 레이스 요소(19a,19b)로 형성된다. 본 발명은 모든 가능한 실시예에서 방사형 내부 경로중 하나가 허브 위에 직접적으로 위치하는(도 3 및 도 5 참조) 허브 베어링 유닛 및 내부 경로가 따로따로만들어지는 레이스 요소로 형성되고 허브에 꼭 들어맞는(도 4 참조) 유닛에 동일하게 적용될 수 있다.

회전 콜릿(122)은 절단 도구(23)가 허브 플랜지(11b)의 축방향 외부 표면(11c)을 마무리 할 수 있도록 외부 레이스(13) 대해 회전하는 내부 레이스 요소(19a,19b) 및 허브(11)를 구동시키는 역할을 한다.

허브 베어링 유닛의 회전가능한 부분에 회전 운동을 가하기 위해, 콜릿(122)은 허브를 연결하기 위한, 예를 들어 환상의 돌출된 허브 영역(11a)을 연결하여, 낮은 헤드 영역(122a)을 제공한다. 결합 헤드(122a)는 전술된 실시예와 다른 형식으로 형성될 수 있다. 어떠한 경우에서나 콜릿 헤드(122a)는 허브에서 플랜지(11b)의 상당한 탄성변형을 일으키는 응력을 발생시키지 않도록 하기 위해 상기와 같은 방법이나 적당한 힘으로 허브를 맞물어야 한다. 그렇지 않으면, 절단 도구(23)는 일단 헤드(122a)가 제조되는 유닛으로부터 제거되면 평평하게 되지 않는 표면을 갖는 허브 플랜지 측면(11c)을 마무리한다.

그래서, 표면(11c)은 외부 레이스(13)의 위치로 형성되는 회전축에 대해 허브를 회전시켜 가동되며, 여기서 표면은 일단 마무리 되면 사용시 허브가 회전할 기하학적인 축에 대해 수직이 된다.

콜릿(122)이 플랜지 된 허브(11)에 상당한 응력을 x 회전축과 일치하지 않는 기하학적 축 방향으로 전달하지 않도록 하기 위해, 선호적으로 콜릿의 회전축은 유동적인데, 예를 들어 콜릿을 유동 커플링 혹은 볼 조인트에 장착하며 (122b)로 표시된다. 선택적으로 콜릿은 가요성 재료로 만들어 질 수 있다.

표면(11c)을 제작하는 정밀도는 허브-베어링 유닛으로 구성된 요소의 설치 및 제작 공차에 의존하지 않는다. 표면(11c)의 축방향 흔들림은 10㎛을 넘지 않는 값을 유지하며, 종래 기술보다 훨씬 낮다.

또한 기존의 브레이크 회전자를 새 것으로 교체할 필요가 있을 때, 새것은 베어링의 회전축에 대해서 수직한 브레이크 표면을 갖을 것이며, 매우 낮은 축방향 흔들림을 갖는 방사형 표면에 놓일 것인데, 다시 말해 베어링의 외부 레이스로 형성된 회전축에 대해 완벽하게 수직이다.

본 발명을 따르는 방법의 또 다른 실시예는 도 3에 도시되었다. 이러한 변형에서 방사형 표면(11c)은 플랜지(11b)의 보어(11d)에 강제로 삽입된 스터드(15)와 함께 제작된다. 결과적으로 여러개의 마무리된 표면(11c)은 스터드의 강제 삽입으로 발생되는 변형에 영향을 받지 않을 것이다. 표면(11c)을 제작하기 위해 이러한 변형에서 가늘고 길며 얇은 절단 도구(23a)가 원통형 영역(11a)과 보어(11d) 영역 사이에 구성된 표면(11c) 영역에 도달하도록 사용된다.

절단 도구(23a)는 얇긴 하지만 스터드가 삽입될 때 보어(11d)가 표면(11c)에 열리는 영역까지 표면(11c)에 쉽게 다다를 수 없고, 표면의 나머지 부분으로부터 제조되고 돌출되지 않는 표면(11c) 영역을 남기지 않기 위해서, 플랜지(11b)는 보어(11d)가 표면(11c)으로 솟아오르는 영역을 둘러쌓는 원형 고리모양의 리세스된 영역(11m)으로 형성된다. 절단 도구(23a)는 리세스된 고리(11m)에 내,외부로 표면(11c)의 일부를 가공하는데, (11c',11c")로 표시된다. 이러한 가공된 표면의 일부는 브레이크 회전자가 축방향으로 놓일 곳을 향한다.

일반적으로 본 발명은 회전 플랜지된 고리 요소를 갖는 아무 종류의 허브 베어링 유닛에 적용가능하다. 도 4 및 도 5에서 본 발명의 방법은 고정 외부 레이스(13)가 플랜지되지 않고 방사형 턱(120)에 의해서만 고정되는 허브 베어링 유닛에 실행된다. 이러한 응용과 다른 응용에서 레이스(13)의 외부 원통형 표면(13d)은 현가장치의 안장부에 방사형으로 방해하며 강제적으로 장착되어야 하며, 가공하는 동안에 외부 레이스에 방사형으로 미리 하중을 가하는 것이 바람직하며, 전술된 강제 장착을 시뮬레이트 한다. 예를 들어 이러한 방사형 하중은 동일한 방사형 턱(120)으로 가해진다.

비슷하게, 본 발명은 도 6에 도시된 형식의 허브 베어링 유닛에 동일하게 적용 가능하며, 여기서 회전 플랜지된 레이스(11)는 외부 경로를 형성하고, 내부 경로는 한 쌍의 축방향으로 인접한 고정 베어링 링(13)으로 형성된다. 내부 경로는 한 쌍의 축방향으로 인접한 고정 베어링 링(13)으로 형성되는 경우에서, 일반적으로 모든 이러한 응용에 대해서 허브 베어링 유닛은 미리 하중이 가해진 상태에서 가공장치에 계속 사용된다. 가공 중에 내,외부 경로 사이의 축 간격이 아무런 역할을 하지 못하도록 하기 위해 축방향 예비 하중(P)을 적용하는 것이 바람직하다.

Claims (14)

1. 차량의 휠에 대한 허브 베어링 유닛을 가공하는 방법은,

   (a) 허브 베어링을 제공하는데, 상기 허브 베어링은

   - 휠을 장착하기 위한 회전 환상 요소(11), 사기 회전 요소는 브레이크 회전자(16)에 축방향으로 지지하기 위한 방사형 표면(11c,11c',11c")의 최소부분을 갖는 방사형 플랜지(11b)을 갖으며,

   - 회전 요소(11)에 대한 회전축을 형성하고 차량에 장착되는 적어도 하나의 고정 환상 요소(13)로 구성되며,

   (b) 회전축(x)을 정해진 방향으로 향하게 하기 위해 가공장치의 비회전 유지 수단(120,121)으로 정해진 위치에 고정 요소(13)를 고정시키고,

   (c) 회전축(x)의 고정 요소(13)에 대한 회전요소(11)를 회전시키며,

   (d) 동시에 상기 방사형 표면 영역(11c,11c',11c")을 가공하여, 회전축(x)에 대해 수직방향인 완성된 표면을 얻는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 단계(c) 및 단계(d)는

   (a1) 회전 요소(11)의 방사형 플랜지(11b)에 형성되는 축방향으로 정렬된 보어(11d)를 통해 스터드(15)를 장착하고 강제적으로 휠을 삽입하는 단계로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 단계(a)는

   (a2) 플랜지(11b)에서 상기 방사형 표면 일부(11c,11c',11c")에 대해 리세스되고 축방향 보어(11d)의 영역을 둘러쌓는 원형 고리 모양으로 영역(11m)을 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 단계(d)는

   (d1) 리세스된 영역(11m)에 내부(11c') 및 외부(11c")로 인접한 방사형 표면(11c)의 두 영역(11c',11c")을 가공하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   고정 요소(13)는 외부 경로를 형성하는 외부 베어링 레이스이고, 회전 요소(11)는 내부 경로를 갖는 회전에 대한 플랜지된 허브 패스트(fast)이며,

   상기 단계(b)는

   (b1) 외부 레이스(13)의 외부 원통형 표면(13d)을 연결하는 방사형 유지 수단(120)으로 고정 외부 베어링 레이스(13)를 고정시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 외부 레이스(13)의 외부 원통형 표면(13d)은 차량의 현가장치(17)의 안장부에 방사형으로 간섭하여 강제로 장착되는데 적합하며, 상기단계(b),(d)는 외부 레이스(13)에 가공하고, 상기 강제 장착을 시뮬레이트 하는 동안에 방사형으로 예비 하중을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 단계(b)는

   (b2) 외부 레이스(13)의 방사형 표면(13c)을 결합하는 축방향 유지수단으로 고정 외부 베어링 레이스(13)를 공시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 방사형 표면(13c)은 외부 레이스(13)의 방사형 플랜지(13a)로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   - 회전 고리 요소(11)는 외부 경로를 형성하는 방사형 외부 베어링 요소이고,

   - 허브 베어링 유닛은 내부 경로를 형성하는 한 쌍의 축방향으로 인접한 고정 레이스(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    - 유닛의 내부 및 외부 경로 사이의 축방향 간격을 무시하기 위해서 가공하는 동안 허브 베어링 유닛에 축방향 예비 하중(P)을 가하는 단계로 구성되는 것을특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항에 있어서,

    회전 요소(11)는 외부로 축방향 돌출된 원통형 영역(11a)으로 구성되며, 회전 요소는 돌출 영역(11a)을 결합하기에 적합한 결합 영역(122a)를 갖는 회전 요소소 상기 단계(c),(d)에서 회전되고; 상기 결합 영역(122a)은 플랜지(11b)의 상당한 정도의 탄성 변형을 일으키는 긴장을 그 안에 발생시키지 않도록 회전 요소(11)를 결합하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 회전 요소(122)는 회전 유동축을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서, 회전 요소(122)는 볼 조인트(122b) 혹은 유동 커플링에 장착되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 11 항에 있어서, 회전 요소(122)는 탄성 항복 재료로 만들어진 최소한의 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.