KR101336437B1 - 구동 가능한 휠 허브용 정면측 이를 구비한 칼라 - Google Patents

구동 가능한 휠 허브용 정면측 이를 구비한 칼라 Download PDF

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Abstract

본 발명은 허브(1)의 소성 재료로 이루어진 칼라(16)에 관한 것으로서, 휠 베어링 장치의 적어도 하나의 내측 링(5)이 칼라를 통해 허브(1)에서 축방향으로 고정되며 대응 이(mating toothing)에 맞물리는 정면측 이(7)가 칼라(16)에 형성된다.

Description

구동 가능한 휠 허브용 정면측 이를 구비한 칼라{COLLAR HAVING END-SIDE TEETH FOR A DRIVABLE WHEEL HUB}
본 발명은 허브의 냉간 소성 재료로 이루어진 칼라에 관한 것으로써, 휠 베어링 장치의 적어도 하나의 내측 링이 칼라를 통해 허브에서 축방향으로 고정되며 대응 이에 맞물리는 정면측 이가 칼라에 주조된다.
이러한 칼라는 독일 특허 DE 36 36 243 A1에 공개되어 있다. 일반적으로 테이퍼 롤러 베어링 장치 또는 앵귤러 롤러 베어링 장치인 휠 베어링 장치가 칼라를 통해 공차 없이 컬러 내에서 고정된다. 도 1에 따른 완성된 칼라(3)는 도 2a 및 도 3에 도시한 바와 같이 허브(1)와 일체형으로 형성된 중공의 엔드 피스(2)에서 성형된다. 칼라(3)의 성형 시 엔드 피스(2)의 재료가 소성으로 내측 링(5)의 모서리(4)를 초과하여 방사상 외측으로 접힌다. 도 2b에 도시한 바와 같이 칼라(3)가 도시하지 않은 대응 이에 맞물리는 이(7)를 구비한 페이스 기어(6)를 포함하는 경우에는 칼라(3)로 엔드 피스(2)가 전환될 때 이(7)가 함께 성형되거나 또는 별도의 공정 단계를 통해 이(7)가 완성된 칼라(3)에 부착된다. 대응 이는 예를 들어 추진축의 상단부에 형성된다.
칼라(3)는 공구를 통해 엔드 피스(2)에서 성형된다. 이를 위해 도 3에 도시 한 바와 같이 먼저 거의 원통형인 엔드 피스(2)를 방사상 방향으로 깔때기 형태로 확장하고 도 2b에 따른 최종 위치에서 칼라(3)로 성형한다. 이(7)를 성형하는 것이 문제이다. 엔드 피스(2) 부분(8)의 재료는 확장 및 벤딩 시 좁아지며 방사상 외측으로 유동된다. 각 이(7)는 재료가 외측으로 유동됨에 따라 완전하게 성형되지 않고 특히 치수(B)에 의해 결정되는 지지 부분이 적어진다. B는 점(S, T) 사이의 거리이다. 채워지지 않은 부분(C) 및 부분(A-(B+C))은 길이(A)에 대한 이(7) 전체에서 적은 부분을 차지한다.
재료의 일부가 경우에 따라서 내측으로 유동되므로, 내측 링(5)과 허브(1) 사이에 환형 틈새(31)가 형성되고 이 환형 틈새는 내측 링(5)의 고정에 부정적인 영향을 미친다.
전문가들 사이에서는 독일 특허 DE 36 36 243 A1에 설명된 바와 같이 칼라의 재료가 외측으로 유동되는 것을 방지하는 공구를 통해 이 문제점을 해결하려는 시도가 있었다. 하지만 일반적으로 이러한 공정은 엔드 피스의 측벽 두께 및 직경과 같은 미가공 원자재의 치수 공차로 인하여 요구되는 품질을 구현하기가 어렵다.
구동 부재를 휠 허브 장치에 부착할 때 치형을 통해 회전축을 중심으로 구동 부재와 휠 허브가 센터링된다. 이로써 주행 모드에서 조인트의 우수한 진원도가 보장된다. 허브에 대한 카운터 피스의 부착은 셀프 센터링으로 인해 간단하지만, 매우 높은 축방향 예하중이 필요하다.
페이스 기어의 모든 치면은 대응 기어의 모든 이의 양측 치면과 맞물린다. 기어는 하나 또는 복수의 볼트 부재를 통해 축방향에서 조여진다. 토크는 면 압착 에서 형성된 형상 및 마찰 결합을 통해 휠 허브로 전달된다.
특히 높은 토크가 구동장치에서 휠로 또는 경우에 따라서는 반대 방향으로 토크 흐름이 전달되어야 하는 경우에, 휠 허브와 조인트 부분과의 결합이 이점으로 작용한다. 대개 일반적으로 적용되는 내기어와 외기어 쌍이 설치 공간적 이유 및 강도의 측면에서 충분치 못하므로, 페이스 기어가 설치 공간 절약적이고 더욱 안정적인 대안으로 작용한다. 과부하 발생 시 경우에 따라 휠 허브의 파열로 인해 차량 휠의 손실로 이어질 경우, 휠로의 높은 토크의 전달이 단점으로 작용할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 단점을 극복한 칼라를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 및 다른 독립항의 특징을 통해 달성된다. 칼라는 허브 엔드 피스의 소성 변형 재료로 형성된다. 중공 엔드 피스의 재료는 바람직하게도 확장, 벤딩 및 스탬핑으로 이루어지는 공정, 소위 롤러 리벳 체결을 통해 방사상 내측 및 방사상 외측에 있는 내측 링 모서리를 초과하여 방사상 외측으로 성형된다. 본 발명에서 허브와 일체형으로 형성된 엔드 피스는 거의 중공 원통형으로 형성되지 않으며 재료 밀집부를 포함한다. 재료 밀집부는 축방향에서 내측 링의 내측 모서리를 초과하는 엔드 피스의 부분으로 형성된다. 엔드 피스의 회전 대칭성으로 인해 회전축을 중심으로 둘레에 형성되는 재료 밀집은 일반적으로 원주 방향에서 이어지거나 또는 중단 부분이 있는 융기부 형태의 팽윤부이다.
팽윤부는 임의의 형태를 가질 수 있고 양측 방사상 방향, 즉 회전축에서 멀어지는 방사상 외측 방향 및/또는 회전축 방향으로 돌출될 수 있다. 바람직하게도 이 팽윤부는 칼라의 성형 전에 엔드 피스에서 방사상 내측의 허브 회전축 방향으로 돌출된다.
본 발명에 따른 형상에서는, 팽윤부가 허브를 향하는 엔드 피스의 축방향의 일측 단부에 형성된다.
엔드 피스에서의 재료 밀집으로 인해 기어 성형 시 성형 공구에서 이의 중공을 채우기에 충분한 재료가 제공된다. 이는 그 컨투어에서 현저히 양호하게 채워지고 이로써 지지 부분의 비율이 현저하게 증가한다. 방사상 재료 흐름을 제한하기 위한 별도의 조치는 필요치 않다.
각 이의 형상은 팽윤부의 형태 및 횡단면을 통해 최적으로 영향을 미칠 수 있다. 따라서 엔드 피스 정면측에서 팽윤부의 외측 컨투어가 회전축 방향으로 경사지게 낮아진다.
이의 컨투어는 이봉우리면을 통해 회전축의 세로 방향으로 진행하는 칼라 교차면에서 진행부로서 형성되는데, 진행부는 각 이봉우리면과 정면측에서 접한다. 이 진행부는 종단면에서 회전축을 따라 진행하는 이봉우리면 컨투어의 직선 부분을 정의한다.
이 진행부의 최적의 크기는 본 발명에 따른 형상에서 제공된다. 진행부의 끝 점들 사이의 방사상 최단 간격은 진행부의 축방향 투사에서 관찰하면 방사상 방향에서 각 이의 최대 길이에 대한 축방향 투사에서 관찰한 절반 길이와 적어도 동일하다. 이러한 최소 치수를 통하여, 각각의 지지성 이가 축방향 및 원주 방향에서 채워지는 것이 보장된다. 각각의 지지성 이의 컨투어는 허브 회전축을 따르는 종단면에서 우선 입구 컨투어를 통해 설명되며 입구 컨투어는 이뿌리면에서 방사상 외측의 진행부 방향으로 회전축을 초과하여 증가하게 진행한다. 입구 컨투어는 임의의 오목하거나 또는 볼록하게 만곡되거나 또는 경사면이다.
입구 컨투어는 방사상 내측에 존재하는 끝 점에서 진행부로 전환된다. 이 진행부는 방사상 외측에 존재하는 진행부 끝 점에서 이뿌리면 측의 출구 컨투어로 전환되며, 출구 컨투어는 끝 점에서부터 회전축에 대해 점진적으로 증가하게 또는 감소하게 진행하거나 또는 선형 또는 임의의 형태로 진행한다.
입구 컨투어 및 출구 컨투어는 이가 허브에 연결되는 이뿌리면측 각 교차점에서 끝난다. 교차점은, 각 이의 컨투어가 해당 이에 대한 이폭의 정점에서 칼라의 괴상(massive) 베이스로 전환되는 이뿌리 부분이다.
축방향 투사에서 진행부의 끝의 방사상 외측에 있는 끝 점과 방사상 외측 교차점 사이의 간격은 축방향 투사에서 관찰할 때 방사상 방향에서 각 이의 최대 길이의 최대 삼분의 일에 해당한다. 각 이의 길이는 교차점 사이의 간격을 통해 정의된다.
페이스 기어의 기하학적 선이 회전축에 있는 공동의 점에서 만나도록 쇄기 형태로 형성된다. 기하학적 선은 어느 정도의 모서리 반경, 경사면, 라운딩 등을 고려하지 않은 이의 모서리이다.
본 발명의 다른 형상에서는 맞물리기 위해 제공되는 페이스 기어 치면이 20˚보다 크고 30˚보다 작은 이뿌리원추각으로 각각 경사지게 형성된다. 기어가 대칭적으로 형성되는 경우에 이뿌리원추각은 이각의 절반에 해당한다. 치면은 회전축에서 시작되는 가상의 분할면(E)에 대해 이뿌리원추각만큼 경사져 있다.
페이스 기어의 치수 변화 및 치수는 휠 베어링에서 설치 공간과 관련된 이유에서 한정된다. 기어의 피치원 직경(회전축을 중심으로 한 페이스 기어의 중간 원주)은 대개 매우 좁은 한계 범위 내로 결정된다. 따라서 예를 들어 구동 토크의 부하에 대항하여 기어의 피치원 변화를 통해 기어의 거동에 거의 또는 전혀 영향을 미칠 수 없다. 본 발명에서는 이뿌리원추각을 통해 기어의 각 이의 형상을 변화시킴으로써 구동 토크에 의한 부하 및 조립성과 관련하여 허용되는 범위 내에서 최적의 잇수을 결정할 수 있다. 대응 이와 공차 없이 맞물리는 유효 치면의 이뿌리원추각은 바람직하게도 22.5˚이다. 이러한 형상에서는 조립 시 상대적으로 낮은 축방향 힘벡터로 인해 기어에서 예하중이 낮아진다. 페이스 기어가 공칭 정격에서 높은 토크를 전달하지만 규정된 파열 토크에서는 탄성을 나타내도록 이뿌리에서 각 이의 횡단면이 설계된다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 대한 변형으로서 휠 베어링 장치(9)의 회전축(1a)을 따라 절개한 종단면도 및 종단면의 상세도를 나타낸다.
도 1, 도 3 및 도 5는 하나의 허브(1), 2열의 회전체(10) 및 하나의 차량 플랜지(11)를 구비한 휠 베어링 장치(9)를 나타낸다. 허브(1)는 도시하지 않은 차량 휠의 고정을 위한 플랜지(12)를 포함하며 차량에 고정된 차량 플랜지(11)에 대해 회전축(1a)을 중심으로 회전할 수 있도록 회전체(10)를 통해 지지된다. 허브(1)에 는 내측 링(5)이 안착되어 있는데, 그 위에서 1열의 회전체(10)가 구동된다. 도 4 및 도 5에 따른 도시에서 허브(1)와 일체형으로 결합된 엔드 피스(end piece)(14, 15, 17)는 롤러 리벳 체결 전의 초기 위치에 있다. 도 6b에서 확대 상세도로 도시한 바와 같이 내측 링(5)은 엔드 피스(14, 15, 17)에서 돌출된 칼라(16)을 통하여 축방향에서 허브(1)에 고정된다. 이를 위하여 중공 엔드 피스(14, 15, 17)가 방사상 외측으로 내측 링(5)의 모서리(4)에 성형되어 있다. 또한 칼라(16)를 통해 테이퍼 롤러 베어링 장치에 예하중이 가해진다. 칼라(16)에는 페이스 기어(13)가 형성되어 있다.
중공 엔드 피스(14, 15, 17)는 칼라(16)의 성형 전에 초기 상태에서 축방향을 지향하며 이 상태에서 반경(R)으로 라운딩된 모서리(4)를 초과하여 축방향으로 돌출된다. 엔드 피스(14, 15, 17)는 적어도 그 모서리(4)를 초과하여 축방향으로 돌출되는 부분(8)에서 방사상 팽윤부(18, 19, 20) 형태의 재료 밀집부를 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이 엔드 피스(14)에 있는 회전 대칭적 팽윤부(18)는 중앙부에서 최대 방사상 치수(X)를 가지며 방사상 방향에서 회전축(1a)의 방향 및 방사상 방향에서 엔드 피스(14)의 외측으로 돌출된다. 칼라(16) 및 페이스 기어(13)의 축방향 성형에서 재료는 양측 방사상 방향으로 분포된다.
도 5에 도시한 팽윤부(19)는 방사상 방향에서 회전축(1a) 방향으로 돌출되며 가장 두꺼운 부분에서 축방향으로 지향하는 엔드 피스(15) 단부를 포함한다. 페이스 기어(13)의 성형에서는 특히 도 6의 부분(C)에서 이러한 형태의 재료 밀집이 이루어지므로, 더 적은 양의 재료가 외측으로 흐르고 따라서 부분(B)에서는 이(7)의 공동을 채우는데 제공된다.
도 6a에 도시한 팽윤부(20)는 방사상에서 회전축(1a) 방향으로 돌출된다. 팽윤부(20)의 외측 컨투어(29)는 엔드 피스(17)의 정면측(21) 방향에서 회전축(1a) 방향으로 하강한다. 본 발명의 이러한 형상을 통하여 성형 시 재료의 유동 및 분포가 최적화된다.
도 7a 및 도 7b는 페이스 기어(13)의 가능한 형상을 매우 개략적으로 도시한 전체도이다. 이(7)는 회전축(1a)을 중심으로 둘레에서 서로 인접하게 배치되고 길이(A)를 가지며 방사상 내측을 향한다. 도 7a 및 도 7b는, 교차점(P)에서 만나며 방사상 방향을 향하는 기하학적 선(21, 22, 23)을 통하여 라운딩되지 않은 쇄기 형태의 각 이(7)의 이끝, 이뿌리 및 이측면을 나타낸다. 교차점(P)은 방사상 방향으로 진행하는, 기어 림의 모든 기하학적 선(21, 22, 23)에 대한 공동의 교차점이다. 치면(30) 사이의 이뿌리원추각(α)의 두 배에 해당하는 이각(β)은 각각의 모든 이(7)의 방사상 진행에 있어 일정하다.
이(7)의 컨투어는 이봉우리면(25)을 통해 회전축(1a)의 세로 방향으로 진행하는 칼라(16) 교차면에서 진행부(24)로서 형성되고, 진행부(24)는 각 이봉우리면(25)과 정면측에서 접한다. 진행부(24)의 끝 점(S, T) 사이의 방사상 최단 간격(B)은 진행부(24)의 축방향 투사(A)에서 관찰하면 방사상 방향에서 각 이(7)의 최대 길이(A)에 대한 축방향 투사(A)에서 관찰한 절반 길이와 적어도 동일하다. 각 이(7)의 컨투어는 종단면에서 우선 입구 컨투어(26)를 통해 설명된다. 입구 컨투어(26)는 방사상 방향에서 볼 때 이봉우리면(27)에서 외측의 진행부(24) 방향으로 회전축을 초과하여 점진적으로 증가하며 방사상 내측에 있는 끝 점(S)에서 진행부(24)로 전환된다. 방사상 외측에서 이 진행부(24)는 외측에 있는 끝 점(T)에서부터 이뿌리면(27) 방향으로 진행하는 출구 컨투어(28)로 전환된다. 출구 컨투어(28)는 끝 점(T)에서 회전축(1a)을 초과하여 점점 감소하게 증가한다. 입구 컨투어(26) 및 출구 컨투어(28)는 이뿌리면측에서 각각 교차점(Y, Z)에서 허브(1)로 전환된다.
방사상 외측에 있는 끝 점(T)과 축방향 투사(C)의 방사상 외측 교차점(Y) 사이의 방사상 간격(C)은 축방향 투사(A)에서 관찰할 때 방사상 방향에서의 각 이(7)의 최대 길이의 최대 삼분의 일에 해당하며 각 이(A)의 길이(A)는 교차점(Y, Z) 사이의 간격(A)으로 설명된다.
본 발명은 구동 가능한 휠 허브용 정면측 이를 구비한 칼라에 이용될 수 있다.
[도면 부호의 설명]
1 허브
1a 회전축
2 엔드 피스
3 칼라
4 모서리
5 내측 링
6 페이스 기어
7 이
8 부분
9 휠 베어링 장치
10 회전체
11 차량 플랜지
12 플랜지
13 페이스 기어
14 엔드 피스
15 엔드 피스
16 칼라
17 엔드 피스
18 팽윤부
19 팽윤부
20 팽윤부
21 기하학적 선
22 기하학적 선
23 기하학적 선
24 진행부
25 이봉우리면
26 입구 컨투어
27 이뿌리면
28 출구 컨투어
29 외측 컨투어
30 치면
31 환형 틈새

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 허브(1)의 냉간 소성 변형 재료로 이루어진 칼라(16)로서, 휠 베어링 장치의 적어도 하나의 내측 링(5)이 칼라를 통해 허브(1)에서 축방향으로 고정되며 대응 이에 맞물리는 정면측 이(7)가 칼라에 형성되는 칼라(16)에 있어서,
    - 이(7)가 회전축(1a)을 중심으로 둘레에서 서로 인접하게 배치되고 길이를 가지며 방사상 방향을 향하고,
    - 이(7)의 컨투어가 각각 이봉우리면을 통해 회전축(1a)의 세로 방향으로 진행하는 교차면에서 진행부(24)로서 형성되고, 진행부(24)가 각 이봉우리면과 정면측에서 접하며,
    - 진행부(24)의 끝 점(S, T) 사이의 방사상 최단 간격(B)이 진행부(24)의 축방향 투사에서 관찰하면 방사상 방향에서 각 이(7)의 최대 길이(A)에 대한 축방향 투사에서 관찰한 절반 길이와 적어도 동일한 것을 특징으로 하는 칼라(16).
  7. 제6항에 있어서, 상기 컨투어가 종단면에서
    - 우선 입구 컨투어(26)에 의해 정의되고, 입구 컨투어(26)가 방사상 방향에서 이뿌리에서부터 외측으로 진행부(24) 방향으로 회전축(1a)에 대해 증가하게 진행하고,
    - 이로써 입구 컨투어(26)가 방사상 내측에 존재하는 끝 점(S)에서 진행부(24)로 전환되며,
    - 마지막으로 진행부(24)가 방사상 외측에 존재하는 끝 점(T)에서부터 이뿌리면(27) 방향으로 출구 컨투어(28)로 진행되며, 출구 컨투어(28)가 끝 점(T)에서부터 회전축(1a)에 대해 증가하게 진행하고,
    입구 컨투어(26) 및 출구 컨투어가 이(7)가 허브(1)로 연결되는 이뿌리면측 각 교차점(Y, Z)에서 끝나는 것을 특징으로 하는 칼라(16).
  8. 제7항에 있어서, 방사상 외측에 있는 끝 점(T)과 축방향 투사에서 방사상 외측 교차점(Z) 사이의 방사상 간격(C)이, 축방향 투사에서 관찰할 때 방사상 방향에서의 각 이(7)의 최대 길이(A)의 최대 삼분의 일에 해당하며 각 이(7)의 길이(A)는 교차점(Y, Z) 사이의 간격으로 정의되는 것을 특징으로 하는 칼라(16).
  9. 제6항에 있어서, 페이스 기어(13)의 기하학적 선(21, 22, 23)이 회전축(1a)에 있는 공동의 점(P)에서 만나도록 쇄기 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라(16).
  10. 제9항에 있어서, 대응 이에 맞물리기 위해 제공된 이(7) 치면이 20˚보다 크고 30˚보다 작은 이뿌리원추각으로 회전축(1a)에서 시작하는 가상의 분할면으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 칼라(16).
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