KR101290391B1 - 정면톱니부를 구비한 휠 베어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동 부재에 의해 구동가능한 휠 허브(3)를 지지하는 적어도 2열의 롤링부재(5, 6)를 구비하고, 휠 허브(3)는 구동 부재와 연결되며, 휠 허브(3)와 구동 부재가 서로 대응하는 한 쌍의 정면톱니부(10)에 의해 확동 체결되어 서로 맞물리는 휠 베어링 장치에 관한 것이다.
휠 베어링, 회전축, 플랜지, 휠 허브, 내부링, 정면톱니부

Description

정면톱니부를 구비한 휠 베어링 장치{WHEEL BEARING ARRANGEMENT WITH FRONT TOOTHING}
본 발명은 구동 부재에 의해 구동가능한 휠 허브를 지지하기 위한 적어도 2열의 롤링부재를 구비하고, 이때 휠 허브는 구동 부재와 연결되며, 휠 허브와 구동 부재가 서로 대응하는 한 쌍의 정면톱니부에 의해 확동 체결되어 함께 결합하는 휠 베어링 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 휠 베어링 장치와 톱니바퀴의 기능은 독일특허 DE 31 16 720 C1 호에 상세히 개시되어 있다. 정면톱니부는 예를 들어 비탄성 제조에 의해 형성된다. 결합부는 공간상에 유격이 있으며 비교적 높은 모멘트의 전달이 나타나지만, 휠 베어링 장치의 치수에 의해서 한계가 정해져 있다.
더욱이, 종래의 휠 베어링 유닛은 비교적 높은 무게와 상대적으로 적은 베어링 강도를 가진다. 이때 베어링 강도는 부하에 의해 발생되는 탄성적인 휨에 대항하여 유닛에 형성되는 저항이다. 베어링 강도로부터 하나의 경도를 얻게 되는데, 이때 경도는 베어링의 기울기 각도, 즉 Nm/°에 대한 하중 모멘트의 비율로부터 산출된다. 이와 같은 비율이 적으면 적을수록 베어링이 부하를 받을 때 베어링은 더 많이 기울게 된다. 즉, 동일한 부하시 기울기 각도가 점점 커진다. 상기 부하는 실제로 자동차 휠 상의 자동차 구동 위치에서 그에 속하는 휠 서스펜션에 작용하는 부하이다. 베어링의 강도가 작을수록 부하는 자동차의 주행 상태에 대해 특히 코너링의 경우 단점으로 휠 시스템 상의 기울기에 점점 더 많은 영향을 주게 되고, 또한 브레이크의 마모 및 브레이크 기능에 악영향을 주게 된다.
본 발명의 목적은 높은 모멘트의 전달을 위한 강도높은 휠 베어링 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 한편으로 적어도 휠 베어링 장치 측면의 정면톱니부에서 정면톱니부의 톱니수(Z)에 대한 맞물림분할원의 직경(VTK) 비율이 적어도 0.7이 되도록 하는 휠 베어링 장치를 제공하는 것이다:
0.7≤(VTK/Z)
좀 더 바람직하게는: 0.7≤(VTK/Z)≤1.4
맞물림분할원(VTK)은 톱니부의 방사상 외경(VDA)과 방사상 형태로 외향 형성된 톱니바퀴의 치폭(ZB)와의 차이와 같다:
VTK=VDA-ZB
상기 외경(VDA)은 휠 베어링 장치의 회전축 둘레로 톱니바퀴의 톱니가 이뿌리에서 방사상으로 외부로 접하는 원이다. 원주상 서로 이격된 톱니는 원으로부터 회전축에 대해 방사상 치폭(ZB)만큼 이격되어 연장되거나 또는 내부로 약간 경사지게 배치된다.
톱니바퀴의 외경(VDA)은 방사상으로 외향하여 최외각에 위치하는 톱니 상에서 방사상으로 외향하여 물리는 원의 직경이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 톱니부 상에 치폭(ZB)이 상이한 톱니바퀴를 포함하거나 동일한 치폭(ZB)을 가진 서로 방사상으로 배치된 톱니부를 포함한다. 치폭(ZB)은 각각의 톱니에서 방사상으로 외향된 제한면과 방사상으로 내향하는 제한면 사이에서의 이뿌리 높이에 대한 거리로 정의한다. 이뿌리는 구성요소의 재질로부터 톱니 상에 한정된 경계/윤곽선에 의해 톱니바퀴에 형성되거나 또는 톱니바퀴로 전이된다. 따라서, 간격의 방사상 가장 깊은 위치 사이에서 원주상 인접한 톱니 간격 그리고 방사상 외향한 톱니 및 방사상 내향한 톱니로부터의 간격에서 이어지는 톱니 간격의 경계는 계속된다. 톱니 수(Z)는 보통 동일한 간격으로 서로 인접한 톱니바퀴의 톱니의 원주상의 전체 수를 말한다.
본 발명에서의 치수, 비율 및 계산 값 모두는 제작 조건 및 다른 치수 공차를 고려하지 않은 정상값을 나타낸다.
본 발명은 통상적으로는 휠 허브와 구동부재가 서로 연결되고 서로 다시 해제되는 휠 베어링 장치에 관한 것이다. 이러한 종래기술의 경우에 있어서, 양쪽의 부품은 정면톱니부에 의해 형상 끼워맞춤 하기 위해 약간의 유격을 가지며 중앙의 나사부에 의해서 축방향으로 서로 대항하여 팽팽하게 물려져 있다. 이러한 형상 끼워맞춤 결합은 정면톱니부를 통해 재질상 또는 다른 방법으로 해제하기 어렵도록 하는 것이 고려될 수 있다. 이 경우, 톱니바퀴의 결합은 일반적으로 스스로 이탈하지 않도록 설계된다.
또 다른 한편으로는, 본 발명의 목적은 적어도 한 쌍의 톱니바퀴 중 어느 하나에 있어서 2열의 롤링 부재의 분할원의 직경(TK)이 상기 정면톱니부의 맞물림부분원의 직경(VTK)의 1.7배 이하 되도록 하는 것이다:
TK≤(1.7ㆍVTK)
이러한 분할원은 원주상 서로 연결된 롤링 부재의 회전중심 둘레로 회전축에 대해 동심으로 형성된 원이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 2열의 롤링 부재 중에서 적어도 하나의 분할원의 직경(TK)은 2열의 롤링 부재와 동일한 크기의 롤링 부재의 직경(DKU)의 적어도 4배 이상이다.
TK≥(4ㆍDKU)
상기 분할원은 회전축에 대해 동심으로 형성된 가상의 원이며, 상기 롤링부재의 중심은 원주상으로 서로 연결되어 있다.
구동측면에서는 정면톱니부는 예를 들어 힌지-힌지 소켓 또는 파형 모양으로 형성된다. 휠 베어링 장치 측면에서는, 정면톱니부는 휠 허브 또는 휠 허브에 배치된 내부링 상에 구비된다. 이와 달리, 정면톱니부는 롤링 리벳 결합으로 도시된 휠 허브의 견부 상에 배치될 수도 있다. 이 견부는 중공으로 형성되어 있으며, 더욱 바람직하게는 휠 허브의 예비조립상태에서 회전 대칭으로 형성된 단면으로부터 탄성 변형에 의해 방사상으로 외향하여 변형된다. 이 견부에 의해 휠 베어링 장치는 지지되고, 경사진 베어링 배열에 의해 일반적으로 축방향으로 팽팽하게 유지된다. 견부의 변형 전에 출구 상태의 단면은 바람직하게는 중공 실린더식 또는 외부 실린더식이고, 동시에 내부로 내부원추형 또는 임의의 다른 모양으로 형성될 수 있다.
이 견부는 본 발명에 있어서, 비율이 0.7≤(VTK/Z)로 실현되는 정면톱니부를 구비하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 목적은 치폭(ZB)이 내부링의 방사상 하부의 중공 단면부의 방사상 방향으로 가장 좁은 부분에서의 방사상 벽 두께(SQ)보다 적어도 크거나 2.5배 이하가 된다:
1≤(ZB/SQ)≤2.5
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는, 치폭(ZB)이 가장 좁은 부분에서 견부 폭의 2배 이하이나, 가장 좁은 부분에서 축방향 견부 폭과 최소한 동일하다. 견부폭(NB)은 내부링의 정면측으로부터 축방향으로 연장된다: 이로써, 치폭(ZB)은 견부폭(NB)과 수직으로 만난다.
2ㆍNB≥ZB≥NB
내부링의 정면측은 한쌍의 인접한 측면 방향이다.
또한, 견부는 가장 좁은 부분에서 적어도 벽 두께(SQ)의 0.8배 폭을 가지는 축방향 견부 폭(NB)을 구비한다:
NB≥(0.8ㆍSQ)
대안으로, 맞물림부분원의 직경(VTK)은 축방향으로 가장 좁은 부분에서 견부 폭(NB)보다 축방향으로 7배 이상의 폭을 가질 수 있다:
VTK≥(7ㆍNB)
더욱이, 본 발명의 목적은 다음을 제공하는 데 있다:
맞물림부분원의 직경(VTK)은 적어도 내부링의 내경(IRD)과 같거나 이보다 크게 된다.
VTK≥IRD
원통형 표면에 대한 전이 경로로부터 외부를 향한 내부링의 견부 치수(IRB)는 축방향의 가장 좁은 부분에서의 견부 폭(NB) 보다 더 크다.
IRB≥NB
마찬가지로, 본 발명의 목적은 임의의 치수 및 배열상 상기 특징부의 조합도 가능하다는 데 있다.
본 발명에 따른 휠 베어링 장치에 있어서, 좁은 휠 베어링 장치로 큰 구 형상의 분할원을 통해 큰 직경을 유발하며, 이로써 팽팽하게 형성된다. 이를 통해 톱니바퀴의 분할원은 상승한다. 이를 통해 더욱 많은 톱니가 원주상에 배열된다. 톱니바퀴는 더욱 높은 구동 모멘트 상에서 동작 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한다.
도1에는 본 발명의 실시예가 도시되어 있다. 휠 베어링 장치(1)는 자동차 측면의 플랜지(2), 휠 플랜지(8)를 구비한 휠 허브(3), 내부링(4) 및 2열의 롤링부재(5, 6)로 구성된다. 2열(5, 6)의 경우에 구(12)는 휠 베어링 유닛(1)의 회전축(1a) 둘레의 직경(TK)으로부터 분할원으로 배열된다. 상기 분할원은 볼의 중심(13)을 관통한다.
내부링(4)은 벽 두께(SQ)를 가지는 중공 단면(7) 위에 배치된다. 단면부(7)는 내경(VDI)을 포함한다. 휠 허브(3)의 단면부(7)를 구비하는 일측에는 견부(9)가 형성된다. 견부(9)는 단면부(7)로부터 방사상으로 뻗어 형성되며, 외향한 외경(VDA)을 포함한다. 경사진 볼베어링 배열의 경우, 휠 베어링 장치(1)는 견부(9)로 편향한다. 이로 인해, 견부(9)는 축방향으로 정면톱니부(10)를 향하여 인접한 내부링(4)의 정면부(11)에 위치한다. 내부링(4)의 견부폭(IRB)은 정면부(11)와 내부링 경로용 전이부(12) 사이의 축방향 거리에 의해서 한정된다.
견부에는 정면톱니부(10)가 형성되어 있으며, 상기 정면톱니부는 톱니부(10)의 외경(VDA)을 통해 외측으로 한정된다. 정면톱니부는 본 명세서에는 도시되지 않았지만 대응되는 구동부재의 정면톱니부와 결합되어 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 정면톱니부(10)의 외경이 견부(9)의 외경보다 대응되게 크게 된다. 또한, 다른 실시에에서는 견부의 외경이 정면톱니부의 외경보다 더 크게 될 수도 있다. 정면톱니바퀴의 형상은 외경(VDA) 및 치폭(ZB)에 의해 결정되고, 따라서 정면톱니부(10)의 분할원의 직경(VTK)도 결정된다. 또한, 축방향의 이뿌리(ZT)는 견부(9)의 축방향 폭(NB)에 의해 결정된다.
<도면부호의 설명>
1 휠 베어링 장치
1a 회전축
2 플랜지
3 휠 허브
4 내부링
5 열
6 열
7 단면부
8 휠 플랜지
9 견부
10 정면톱니부
11 정면부
12 전이부
13 중심
본 발명은 휠 베어링 장치에 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 구동 부재에 의해 구동가능한 휠 허브(3)를 지지하기 위한 적어도 2열의 롤링부재(5, 6)를 구비하고, 상기 휠 허브(3)는 구동 부재와 연결되며, 상기 휠 허브(3) 및 구동 부재는 서로 대응되는 한 쌍의 정면톱니부(10)에 의해 확동 체결되어 서로 결합하는 휠 베어링 장치에 있어서,
    적어도 한 쌍의 정면톱니부(10)에서 상기 정면톱니부(10)의 톱니기어수(Z)에 대한 정면톱니부(10)의 맞물림분할원의 직경(VTK)의 비는 0.7 이상이며,
    상기 직경(VTK)은 정면톱니부(10)의 방사상 외경(VDA)과 톱니의 치폭(ZB)과의 차이이며,
    이때, 휠 베어링 장치(1)의 회전축(1a) 둘레로, 정면톱니부(10)의 톱니가 이뿌리에서 방사상 외부로 접하는 가상의 원은 외경(VDA)으로 정의되고,
    원주상 서로 이격된 톱니들은 원으로부터 치폭(ZB)만큼 떨어져 내향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정면톱니부(10)의 톱니기어수(Z)에 대한 정면톱니부(10)의 맞물림분할원의 직경(VTK)의 비는 1.4 이하인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 롤링부재(5, 6)의 분할원의 직경(TK)은 동일한 크기의 2열의 롤링부재(5, 6) 직경(DKU)의 4배 이상이고,
    이때, 상기 분할원은 가상의 그리고 휠 베어링 장치(1)의 회전축(1a)에 대한 동심원이며, 상기 2열의 롤링부재(5, 6)의 중심(13)은 원주상 서로 연결된 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  4. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제1항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    상기 치폭(ZB)은, 내부링의 방사상 하부의 단면부(7)의 방사상 방향으로 가장 좁은 부분에서의 방사상 벽 두께(SQ) 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 치폭(ZB)은 벽 두께(SQ)의 2.5 배 이하인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 롤링부재(5, 6)의 분할원 직경(TK)은 한 쌍의 정면톱니부(10) 의 맞물림분할원 직경(VTK)의 1.7배 이하이며,
    상기 분할원(TK)는 회전축(1a)에 대해 동심으로 연장된 가상의 원이며,
    상기 롤링부재의 중심(13)은 원주상으로 서로 연결된 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  7. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제1항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    톱니바퀴의 가장 넓은 치폭(ZB)은 견부(9)의 가장 좁은 축방향 견부폭(BN)의 2배 이하이고, 견부폭(BN)은 내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    치폭(ZB)은 축방향으로 가장 좁은 부분에서의 견부(9)의 견부폭(BN) 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  9. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제1항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 가장 좁은 부분에서의 견부(9)는 내부링의 방사상 아래에서 방사상 가장 좁은 부분에서의 단면부(7)의 벽 두께보다 0.8 배 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  10. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제1항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    상기 맞물림분할원의 직경(VTK)은 내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 가장 좁은 부분의 견부(9)보다 축방향으로 7배 이상의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  11. 구동 부재에 의해 구동가능한 휠 허브(3)를 지지하기 위한 적어도 2열의 롤링부재(5, 6)를 구비하고, 상기 휠 허브(3)는 구동 부재와 연결되며, 상기 휠 허브(3) 및 구동 부재는 서로 대응되는 한 쌍의 정면톱니부(10)에 의해 확동 체결되어 서로 결합하는 휠 베어링 장치에 있어서,
    적어도 하나의 롤링부재(5, 6)의 분할원 직경(TK)은 한 쌍의 정면톱니부(10) 중 적어도 하나의 맞물림분할원의 직경(VTK)의 1.7배 이하이고,
    이때, 분할원(TK)은 회전축(1a)에 대해 가상의 동심원으로 연장되는 원이고 롤링 부재의 중심(13)은 원주상 서로 연결된 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정면톱니부(10)의 톱니기어수(Z)에 대한 정면톱니부(10)의 맞물림분할원의 직경(VTK)의 비는 1.4 배 이하인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    적어도 하나의 롤링부재(5, 6)의 분할원의 직경(TK)은 동일한 크기의 2열의 롤링부재(5, 6) 직경(DKU)의 4배 이상이고,
    이때, 상기 분할원은 가상의 그리고 휠 베어링 장치(1)의 회전축(1a)에 대한 동심원이며, 상기 2열의 롤링부재(5, 6)의 중심(13)은 원주상 서로 연결된 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  14. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제11항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    치폭(ZB)은 내부링의 방사상 하부 단면부(7)의 방사상으로 가장 좁은 부분의 방사상 벽 두께(SQ) 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    치폭(ZB)은 벽 두께(SQ)의 2.5배 이하인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  16. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제11항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    톱니바퀴의 가장 넓은 치폭(ZB)은 견부(9)의 가장 좁은 축방향 견부폭(BN)의 2배 이하이고, 이때 견부폭(BN)은 내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    치폭(ZB)은 축방향으로 가장 좁은 부분의 견부(9)의 견부폭(BN) 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  18. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면(7)으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제11항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 가장 좁은 부분에서의 견부(9)는 내부링의 방사상 아래에서 방사상 가장 좁은 부분에서의 단면부(7)의 벽 두께보다 0.8 배 이상인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
  19. 휠 허부(3) 상에 장착되는 2열의 롤링부재(5, 6)용 내부링을 구비하고, 상기 내부링은 휠 허브(3)의 중공 단면(7)으로부터 방사상으로 외향 형성된 견부(9)에 의해서 휠 허브(3) 상에서 축방향으로 지지되는, 제11항에 따르는 휠 베어링 장치에 있어서,
    상기 맞물림분할원의 직경(VTK)은 내부링 외부의 정면부(11)로부터 축방향으로 가장 좁은 부분의 견부(9)보다 축방향으로 7배 이상의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치.
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