KR101398983B1 - 베어링 조립체 - Google Patents

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KR101398983B1
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bearing
hub
bearing assembly
face
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현준수
이운주
정효진
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주식회사 베어링아트
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Abstract

본 발명은 베어링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 내륜, 외륜 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 전동체를 갖는 베어링 조립체에 있어서, 상기 내륜에는 상기 전동체에 접촉하는 돌출부를 갖는 대턱부가 형성된 것을 특징으로 한다.
위와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면 롤러 및 내/외륜의 제작 허용 공차를 가지고 조립되더라도 롤러와 내/외륜의 접촉점 높이를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

베어링 조립체{BEARING ASSEMBLY}
본 발명은 베어링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링의 접촉위치를 일정하게 하여 토크 특성이 일정하게 유지되는 베어링 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 베어링은 회전하고 있는 기계의 축(軸)을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다.
이러한 베어링 중 테이퍼 롤러 베어링은 구름 베어링의 일종으로서 내외륜(內外輪) 사이에 다수의 테이퍼 롤러(tapered roller)을 삽입한 베어링이다. 볼(ball) 베어링보다 접촉면이 넓으므로 큰 하중(荷重)에 견디고, 따라서 타격력이 많이 작용하는 곳에 사용된다.
도 1은 일반적인 베어링 조립체를 나타낸 도면이다.
도을 참조하면, 일반적인 베어링 조립체는 내륜 궤도(22)가 형성된 내륜(20), 외륜 궤도(35)가 형성된 외륜(30), 상기 내륜(20) 및 외륜(30) 사이에 구비되어, 상기 내륜 궤도(22) 및 상기 외륜 궤도(35)를 따라 회전 가능하게 구비되는 전동체(45)를 포함한다.
도면에는 설명의 편의를 위하여 하나의 내륜, 외륜, 전동체가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이에 대칭되는 구성이 쌍으로 구비되어 반경 방향 하중과 축방향 하중을 지지하도록 구비될 수 있다.
상기 내륜(20)에는 상기 전동체(45)가 안착되는 소턱부(24) 및 대턱부(26)가 형성되고, 상기 내륜 궤도(22)는 상기 소턱부(24) 및 대턱부(26) 사이에 형성되어 상기 전동체(45)가 상기 내륜 궤도(22)를 따라 회전하게 된다.
상기 전동체(45)는 소단면(46)과 상기 소단면(46)의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면(46)보다 큰 대단면(47)을 갖는다.
상기 전동체(45)는 복수개로 구비되며, 각각의 전동체(45)는 케이지(50)를 통해 회전 가능하게 지지된다.
그런데 일반적인 테이퍼 롤러 베어링의 토크(torque)는 베어링의 대턱부와 롤러 대단면 사이의 미끄럼 마찰에 의한 영향이 크다. 따라서 테이퍼 롤러 베어링의 토크 특성을 일정하게 유지하게 하기 위해서는 테이퍼 롤러 베어링과 대턱부의 접촉점의 높이가 일정해야 한다.
그러나 일반적인 테이퍼 베어링의 접촉점의 높이는 내륜의 턱부 형성 각도, 내륜의 궤도 각도, 내륜 궤도경, 롤러 대단면 곡률 반경 및 대단면 치수 등에 의해 종합적으로 결정된다.
따라서, 일반적인 방법으로 설계된 베어링의 접촉점은 생산 제품의 허용 공차에 의하여 높이차가 발생하여 접촉점은 내륜 턱면, 즉 상기 대턱부(26)에서 상, 하로 변동된다.
즉, 롤러 대단면 곡률 반경이 작을 수록, 턱면의 각도가 클수록 접촉점은 올라가고 그 반대인 경우 접촉점은 내려가게 된다.
따라서, 일반적인 베어링 조립체는 롤러 및 내/외륜의 제작 허용 공차를 가지고 조립되어 롤러와 내/외륜의 접촉점의 높이가 일정하지 않아 토크 특성이 일정하지 않을 수 있다.
본 발명은 롤러 및 내/외륜의 제작 허용 공차를 가지고 조립되더라도 롤러와 내/외륜의 접촉점의 높이가 일정하게 유지되는 베어링 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 롤러와 내/외륜의 접촉점의 높이가 일정하게 유지되어 토크 특성이 일정한 베어링 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 조립체는, 내륜, 외륜 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 전동체를 갖는 베어링 조립체에 있어서, 상기 내륜에는 상기 전동체에 접촉하는 돌출부를 갖는 대턱부가 형성된 것이 특징이다.
일 예로서, 상기 전동체는 소단면과 상기 소단면의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면보다 큰 대단면을 갖는 테이퍼 롤러이며, 상기 대턱부는 상기 대단면에 대응하도록 상기 내륜에 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 베어링 조립체는 허브, 상기 허브에 결합하는 내륜, 상기 허브를 외측에서 감싸도록 결합되는 외륜 및 상기 허브 또는 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 제1,2전동체를 갖는 베어링 조립체에 있어서, 상기 허브 또는 상기 내륜에는 상기 제1,2전동체가 안착되는 소턱부 및 대턱부가 형성되고, 상기 대턱부에는 상기 제1,2전동체와 접촉하는 돌출부가 형성된다.
상기 제1,2전동체는 소단면과 상기 소단면의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면보다 큰 대단면을 가지는 테이퍼 롤러이고, 상기 대턱부는 상기 대단면에 대응하도록 상기 허브 또는 상기 내륜에 형성될 수 있다.
일 예로서, 상기 돌출부는 설정된 곡률을 가지는 곡면으로 형성되고, 상기 대턱부의 면 거칠기는 0.2㎛Ra 이하이다.
일 예로서, 상기 베어링은 금속 재질, 고분자 재질, 세라믹 재질, 다공질 재질, 또는 복합 재질로 형성된다.
일 예로서, 상기 베어링은 침탄질화 처리되고 표면이 열처리된 침탄강이다.
본 발명에 의하면, 롤러 및 내/외륜이 제작 허용 공차를 가지고 조립되더라도 롤러와 내/외륜의 접촉점의 높이를 일정하게 유지할 수 있어 토크 특성이 일정게 유지될 수 있다.
도 1은 일반적인 베어링 조립체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 베어링 조립체를 도면이다.
도 3은 본 발명에 다른 실시예에 의한 베어링 조립체를 도시한 도면이다.
아래에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 대해 상술한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 아니한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미하며, 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 베어링 조립체를 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 베어링 조립체는 내륜 궤도(22a)가 형성된 내륜(20a), 외륜 궤도(35a)가 형성된 외륜(30a), 상기 내륜(20a) 및 외륜(30a) 사이에 구비되어, 상기 내륜 궤도(22a) 및 상기 외륜 궤도(35a)를 따라 회전 가능하게 구비되는 전동체(45a)를 포함한다.
도면에는 설명의 편의를 위하여 하나의 내륜, 외륜, 전동체가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이에 대칭되는 구성이 쌍으로 구비되어 반경 방향 하중과 축방향 하중을 지지하도록 구비될 수 있다.
상기 내륜(20a)에는 전동체(45a)가 안착되는 소턱부(24a) 및 대턱부(26a)가 형성되고, 내륜 궤도(22a)가 상기 소턱부(24a) 및 대턱부(26a) 사이에 형성되어 상기 전동체(45a)가 상기 내륜 궤도(22a)를 따라 회전하게 된다.
상기 내륜 궤도(22a)의 양단에는 모따기(chamfering; 28, 29)가 가공 형성될 수 있다.
상기 전동체(45a)는 소단면(46a)과 상기 소단면(46a)의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면(46a)보다 큰 대단면(47a)을 갖는다.
상기 전동체(45a)는 복수 개로 구비되며, 각각의 전동체(45a)는 케이지(50a)를 통해 회전 가능하게 지지된다.
일반적인 테이퍼 롤러 베어링의 토크는 베어링의 대턱부와 롤러 대단면 사이의 미끄럼 마찰에 의한 영향이 매우 크다. 그러므로 테이퍼 롤러 베어링의 토크 특성을 일정하게 유지하게 하기 위해서는 테이퍼 롤러 베어링과 대턱부의 접촉점의 높이가 일정해야 한다.
그러나 일반적인 테이퍼 롤러 베어링의 접촉점의 높이는 내륜의 턱부 형성 각도, 내륜의 궤도 각도, 내륜 궤도경, 롤러 대단면 곡률 반경 및 대단면 치수 등에 의해 종합적으로 결정된다.
따라서, 일반적인 방법으로 설계된 베어링의 접촉점은 생산 제품의 허용 공차에 의하여 높이의 차이가 발생하여 접촉점은 내륜 턱면에서 상, 하로 움직이게 된다.
즉, 롤러 대단면 곡률 반경이 작을 수록, 턱면의 각도가 클수록 접촉점은 올라가고 그 반대인 경우 접촉점은 내려가게 된다.
본 발명의 실시예에 의한 베어링 조립체에서, 상기 내륜(20a)의 상기 대턱부(26a)에는 상기 전동체(45a)와 접촉하는 돌출부(27)가 형성된다.
상기 돌출부(27)는 설정된 곡률(R)을 가지는 곡면으로 형성되며, 상기 곡률(R)은 전동체(45a)와 상기 대턱부(26a)의 접촉점의 위치가 일정하도록 상기 전동체(45a)의 규격, 상기 대턱부(26a)의 기울기, 내륜 각도 등을 고려하여 설정될 수 있다.
상기 대턱부(26a)의 거칠기는 0.2㎛Ra 이하로 하여 베어링의 토크 특성을 일정하게 할 수 있다. 여기서, Ra는 표면 거칠기를 나타내는 것으로, (Surface Roughness의 Parameter) 측정된 표면의 산술평균 거칠기(Arithmetic mean deviation)를 의미한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 의한 베어링 조립체에서, 상기 전동체(45a), 즉 베어링은 금속 재질, 고분자 재질, 세라믹 재질, 다공질 재질, 또는 복합 재질 등 다양한 재질의 베어링이 적용될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 의한 베어링 조립체에서, 상기 전동체(45a), 즉 상기 베어링은 침탄질화 처리된 것으로 그 표면을 경화하여 내구성이 향상된 베어링이 적용될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 의한 베어링 조립체에서, 상기 전동체(45a), 즉 상기 베어링은 표면 열처리된 침탄강으로 하여 내구성이 향상된 베어링이 적용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 휠 베어링 조립체에 의하면, 롤러 및 내/외륜의 제작 허용 공차를 가지고 조립되더라도 대턱부에 형성된 돌출부로 인해 롤러와 내/외륜의 접촉점의 높이를 일정하게 유지할 수 있어 토크 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에 의한 베어링 조립체는, 다양한 종류의 회전 및/또는 축력을 받는 장치류의 마찰과 하중을 지지하는 구성으로 토크 특성을 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 차체에 구비되는 (휠) 베어링은 차체에 휠을 회전 가능하게 연결함으로써 차량이 움직일 수 있도록 하는 베어링이다. 이 베어링은 엔진에서 발생하는 동력을 전달하는 구동륜 베어링 조립체와 구동력을 전달하지 않는 종동륜 베어링으로 대분된다.
구동륜 베어링 조립체는 엔진에서 발생하여 변속기를 통과한 토크에 의해 회전하는 구동륜 축과 함께 회전하도록 연결되어 있는 회전 요소와 차체에 고정되어 있는 비회전 요소를 포함하며, 상기 회전 요소와 비회전 요소 사이에는 구름 부재가 개재되어 있다. 종동륜 베어링 조립체는 회전 요소가 구동륜 축에 연결되어 있지 않을 뿐 다른 구성은 구동륜 베어링 조립체와 동일하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 베어링 조립체를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 베어링 조립체를 설명함에 있어, 이해의 편의를 위해 본 발명의 실시예에 의한 베어링 조립체가 적용 가능한 다양한 형태의 장치류 중 대표적인 (휠) 베어링 조립체를 설명하기로 한다. 또한 일반적인 휠 베어링 조립체와 동일/유사한 구성에 대하여는 도2를 참조하여 동일/유사한 참조번호를 사용하여 설명하기로 한다.
도3을 참조하면, 원통 형상의 허브(10)에 단차부(12)가 형성되고, 상기 단차부(12)에 내륜(20a)이 장착된다. 상기 허브(10)의 말단부(14)는 오비탈 포밍(orbital forming)에 의해 소성 가공되거나 미도시한 볼트 등에 의해 상기 내륜(20a)이 상기 허브(10)에 견고하게 고정된다.
상기 허브(10) 및 상기 내륜(20a)의 외측에 외륜(30a)이 구비되며, 상기 허브(10)와 상기 외륜(30a) 및/또는 상기 내륜(20a)과 상기 외륜(30a) 사이에 전동체(40a,45a)가 구비된다.
상기 전동체(40a, 45a)는 복수개로 구비될 수 있으며, 상기 전동체(40a, 45a)는 2개의 복렬로 구비된 테이퍼 롤러일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 허브(10)에서 연장 형성된 제1플랜지(15)에는 제1플랜지 체결 홀(16)이 형성되어 미도시한 휠과 결합하게 된다.
또한, 상기 외륜(30a)에서 연장 형성된 제2플랜지(32)에는 제2플랜지 체결 홀(33)이 형성되어 미도시한 차량에 결합하게 된다.
도면에서, '바깥쪽 또는 외측(outboard)'은 휠에 가까운 부분을 의미하며, '안쪽 또는 내측(inboard)'은 휠의 반대쪽, 즉 차체에 가까운 부분을 의미한다.
설명의 편의를 위하여 상기 전동체(40a, 45a) 중 외측에 구비된 전동체(40a)를 제1전동체라고 지칭하고, 다른 전동체(45a)를 제2전동체로 지칭한다.
상기 허브(10)의 외측에는 파일럿(17)이 형성되어, 미도시한 휠과 결합시 상기 휠을 안내하게 된다.
상기 허브(10) 및 상기 내륜(20a)과 상기 외륜(30a)은 각각 회전링과 비회전링일 수 있고, 반대로 비회전링과 회전링으로서 상대적인 회전이 가능한 구성일 수 있다.
또한, 상기 허브(10)의 외주면에는 상기 제1 전동체(40a)를 안내하는 허브 궤도(11a)가 형성된다.
상기 내륜(20a)은 상기 허브(10)의 단차부(12)에 압입되며, 상기 내륜(20a)의 외주면에는 상기 제2 전동체(45a)를 안내하는 내륜 궤도(22a)가 형성된다.
상기 외륜(30a)의 반경 내측면에는 상기 허브 궤도(11a)와, 상기 내륜 궤도(22a)에 대응하는 제1및 제2외륜 궤도(34a, 35a)가 형성된다
이와 같이 제1전동체(40a)와 제2전동체(45a)로 구성된 상기 전동체들은 테이퍼 형상으로 직경이 점점 작아지게 제공되며, 각 궤도(11a, 22a, 34a, 35a)의 경사면에 대응하여 최소 직경이 중앙부를 향하도록 배치된 상태로 케이지(50a)를 통해 회전 가능하게 지지되며, 각각의 전동체(40a, 45a)들이 일정 간격으로 유지된다.
상기 허브(10)와 상기 외륜(30a) 사이 및 상기 내륜(20a)과 외륜(30a) 사이에는 실링 멤버(60, 61)가 구비되어 외부로부터 상기 전동체들(40a, 45a)로 이물질이 유입되는 것을 방지한다.
도2와 도3을 참조하면, 상기 제2전동체(45a)는 소단면(46a)과 상기 소단면(46a)의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면(46a)보다 큰 대단면(47a)을 갖는다. 도2에는 도시되지 않았으나, 상기 제1전동체(40a)도 마찬가지로 소단면과 대단면을 갖는다.
도2에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 내륜, 외륜, 전동체가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이에 대칭되는 구성으로 상기 허브 궤도(11a)와 제1외륜 궤도(34a) 사이에 구비되는 제1전동체(40a)도 마찬가지로 돌출부를 통해 접촉점의 위치를 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 경우, 상기 허브(10)의 대턱부에 상기 돌출부(27)와 동일한 돌출부가 형성될 수 있다. 상기 허브(10)에 형성되는 돌출부도 앞서 설명한 바와 동일한 구성 및 작동을 하게 되므로, 반복되는 설명은 생략 하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 베어링 조립체는 앞서 설명한 일 실시예에 의한 베어링 조립체와 동일/유사한 구성을 가지며, 동일/유사한 효과를 갖는다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 허브 11: 허브 궤도
12: 단차부 14: 말단부
15: 제1 플랜지 16: 제1 플랜지 체결 홀
17: 파일럿 20: 내륜
22: 내륜 궤도 24: 소턱부
26: 대턱부 30: 외륜
32: 제2 플랜지 33: 제2 플랜지 체결 홀
34: 제1 외륜 궤도 35: 제2 외륜 궤도
46: 소단면 47: 대단면
50: 케이지 60, 61: 실링 멤버

Claims (14)

  1. 내륜, 외륜 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 전동체를 갖는 베어링 조립체에 있어서,
    상기 내륜에는 상기 전동체에 접촉하는 돌출부를 갖는 대턱부가 형성되고,
    상기 전동체는 소단면과 상기 소단면의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면보다 큰 대단면을 갖는 테이퍼 롤러이며,
    상기 대턱부는 상기 대단면에 대응하도록 상기 내륜에 형성되고,
    상기 돌출부는 상기 테이퍼 롤러와 상기 대단면의 접촉점의 위치가 일정하도록 설정된 곡률을 가지는 곡면으로 형성되며,
    상기 대턱부의 면 거칠기는 0.2㎛Ra 이하인 베어링 조립체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 금속 재질, 고분자 재질, 세라믹 재질, 다공질 재질, 또는 복합 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 침탄질화 처리된 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 표면이 열처리된 침탄강인 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  8. 베어링 조립체에 있어서,
    허브, 상기 허브에 결합하는 내륜, 상기 허브를 외측에서 감싸도록 결합되는 외륜 및 상기 허브 또는 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 제1,2전동체를 갖는 베어링 조립체에 있어서,
    상기 허브 또는 상기 내륜에는 상기 제1,2전동체가 안착되는 소턱부 및 대턱부가 형성되고,
    상기 대턱부에는 상기 제1,2전동체와 접촉하는 돌출부가 형성되고,
    상기 제1,2 전동체는 소단면과 상기 소단면의 반대측에 형성되며 그 반지름이 상기 소단면보다 큰 대단면을 가지는 테이퍼 롤러이고
    상기 대턱부는 상기 대단면에 대응하도록 상기 허브 또는 상기 내륜에 형성되고,
    상기 돌출부는 상기 테이퍼 롤러와 상기 대단면의 접촉점의 위치가 일정하도록 설정된 곡률을 가지는 곡면으로 형성되고,
    상기 대턱부의 거칠기는 0.2㎛Ra 이하인 베어링 조립체.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 베어링은 금속 재질, 고분자 재질, 세라믹 재질, 다공질 재질, 또는 복합 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 베어링은 침탄질화 처리된 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 베어링은 표면 열처리된 침탄강인 것을 특징으로 하는 베어링 조립체.
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