KR101407323B1 - 허브베어링 조립체 제조방법 - Google Patents

허브베어링 조립체 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 허브베어링 조립체의 허브로 성형될 허브용 초기부재가 내측단부 외주면에 오목부를 갖도록 상기 허브용 초기부재를 제조하는 초기부재 제조단계; 내주면, 내측면 및 상기 내주면과 내측면을 연결하는 연결면을 갖는 내측링을 제조하는 내측링 제조단계; 상기 내측링의 연결면이 상기 오목부와 마주하는 영역 내에 위치하도록 상기 내측링을 상기 허브용 초기부재에 끼우는 내측링 설치단계; 및 상기 허브용 초기부재의 내측단부를 단조 성형하여 상기 허브로 만드는 단조단계;를 포함하는 허브베어링 조립체 제조방법을 제공한다.

Description

허브베어링 조립체 제조방법{METHOD FOR MAKING HUB-BEARING ASSEMBLY}
본 발명은 허브베어링 조립체 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 허브베어링 조립체를 구성하는 부품인 허브를 단조로 성형할 수 있게 하는 허브베어링 조립체 제조방법에 관한 것이다.
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자동차에서 바퀴는 허브베어링 조립체의 외측에 체결된다. 과거 자동차 회사는 부품들을 직접 조립하여 허브베어링 조립체를 만들었으나, 생산성 향상이나 유지보수의 용이성을 위해 최근에는 협력업체로부터 허브베어링 조립체를 공급받고 있다.
일반적으로, 허브베어링 조립체(A)는 도 1에 도시된 바와 같이 허브(10)와, 하우징(20)과, 베어링(30)을 포함한다. 허브(10)는 하우징(20)의 중공을 통과하면서 연장하는 스핀들(12)과, 상기 스핀들(12)의 외측단에 마련된 플랜지(14)를 포함한다. 상기 베어링(30)은 외측링(32)과 내측링(34)과 볼(36)을 포함하는데, 상기 외측링(32)과 내측링(34)은 허브(10)의 외면과 접촉하고, 볼(36)은 외측링(32)의 외면 및 하우징(20)의 내면과, 그리고 내측링(34)의 외면 및 하우징(20)의 내면과 각각 접촉한다. 상기 스핀들(12)은 벌어진 내측단(12a)을 구비하는데, 이는 내측링(34)의 이탈을 방지하기 위함이다.
이와 같은 허브베어링 조립체(A)의 제조는, 우선 허브용 초기부재의 외부에 상기 베어링(20) 및 하우징(20)이 위치되고, 이후 상기 허브용 초기부재가 회전단조로 성형됨으로써 완료된다. 상기 허브용 초기부재는 허브(10)와 동일하게 플랜지 및 스핀들을 구비한다. 그러나 허브용 초기부재에서는 허브(10)에서와 달리 스핀들(52)의 내측단(52a)이 아무런 굴곡 없이 평평하게 외측에서 내측으로 연장하는 외면(S)을 구비한다(도 2).
허브용 초기부재의 회전단조는 테이블(42) 및 성형공구(44)에 의해 이루어진다. 회전단조가 이루어지는 동안, 테이블(42)은 외측에서 허브용 초기부재를 지지하면서 회전하고, 성형공구(44)는 허브용 초기부재 스핀들(52)의 내측단(52a)을 테이블(42) 쪽으로 가압하면서 회전한다. 이러한 과정이 이루어지는 동안 허브용 초기부재의 내측단(52a)은 벌어지면서 허브(10)의 내측단(12a)과 같이 성형된다.
한국공개특허 제10-2004-0079903호 한국공개특허 제10-2008-0068082호 일본공개특허 제2010-116144호
그러나 자동차용 허브베어링 조립체의 제조 시 종래와 같이 허브용 초기부재가 회전단조로 성형되는 경우에는, 상기 허브용 초기부재가 단조로 성형되는 경우에 비해 생산성이 떨어지는 문제가 발생한다. 또한 회전단조에서는 전용장비(테이블 및 성형공구)가 필수적으로 구비되어야 하기 때문에 제조단가가 높아지는 문제도 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위해 허브용 초기부재를 단조로 성형하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나 종래와 같은 형태의 허브용 초기부재를 단조로 성형하게 되면 회전단조로 성형하는 경우에 비해 매우 큰 하중이 베어링의 내측링에 가해지게 된다. 따라서 허브용 초기부재의 형태가 종래와 같은 이상 단조는 허브용 초기부재의 성형에 사용될 수 없다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 허브용 초기부재를 단조로 성형하더라도 종래에 비해 훨씬 작은 성형하중이 베어링의 내측링에 가해지게 되는 허브베어링 제조방법을 제공하고자 한다.
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본 발명은, 허브베어링 조립체의 허브로 성형될 허브용 초기부재가 내측단부 외주면에 오목부를 갖도록 상기 허브용 초기부재를 제조하는 초기부재 제조단계; 내주면, 내측면 및 상기 내주면과 내측면을 연결하는 연결면을 갖는 내측링을 제조하는 내측링 제조단계; 상기 내측링의 연결면이 상기 오목부와 마주하는 영역 내에 위치하도록 상기 내측링을 상기 허브용 초기부재에 끼우는 내측링 설치단계; 및 상기 허브용 초기부재의 내측단부를 단조 성형하여 상기 허브로 만드는 단조단계;를 포함하는 허브베어링 조립체 제조방법을 제공한다.
상기 초기부재 제조단계에서는, 상기 오목부가, 내측방향으로 갈수록 상기 허브용 초기부재의 중심축에 가까워지게 경사진 제1경사면; 및 상기 제1경사면으로부터 연장하고, 상기 내측방향으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지게 경사진 제2경사면;을 갖도록 마련된다.
상기 내측링 제조단계에서는, 상기 내측링의 연결면이, 상기 내측방향으로 가면서 벌어지게 마련된 곡면; 및 상기 곡면으로부터 연장하고, 상기 내측방향으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지게 경사진 제3경사면;을 갖도록 마련된다.
상기 내측링 설치단계에서는, 내측링 연결면의 곡면이 상기 오목부의 제1경사면보다 더 내측에 위치하도록 상기 내측링이 상기 허브용 초기부재에 끼워진다.
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본 발명에 의하면, 개선된 허브용 초기부재의 형태 및/또는 베어링의 내측링 형태로 인해 허브용 초기부재를 단조로 성형하더라도 베어링의 내측링에 가해지는 최대 성형하중이 작다. 따라서 회전단조에 비해 생산성, 제조단가 측면에서 유리한 단조로도 허브베어링 조립체의 제조가 안정적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 종래의 허브베어링 조립체를 도시한 종단면도이다.
도 2는 종래의 허브용 초기부재를 도시한 부분 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 허브베어링 조립체의 제조방법을 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명에 대하여 수행한 유한요소해석 결과이다.
도 5는 종래의 허브용 초기부재를 단조성형하는 모습을 도시한 단면도이다.
도 6은 종래 기술에 대하여 수행한 유한요소해석 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 허브베어링 조립체 제조방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 허브베어링 조립체 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이 초기부재 제조단계(S110)와, 내측링 제조단계(S120)와, 내측링 설치단계(S130)와, 단조단계(S140)를 포함한다.
상기 초기부재 제조단계(S110)에서는 허브용 초기부재가 제조된다. 허브용 초기부재는 단조단계(S140)를 거친 이후 자동차용 허브베어링 조립체의 허브로 되는 부재로서, 스핀들(100)과 이 스핀들(100)의 외측단부에 마련된 플랜지(미도시)를 구비하도록 제조된다.
또한 허브용 초기부재의 스핀들(100)은 내측단부(110)를 구비하도록 제조되는데, 이때 상기 내측단부(110)의 외주면에 오목부(112)가 마련되게 된다. 상기 오목부(112)는 제1경사면(112a) 및 제2경사면(112b)을 갖도록 마련된다. 상기 제1경사면(112a)은 내측방향으로 갈수록 허브용 초기부재의 중심축(10)에 가까워지게 마련된다. 제2경사면(112b)은 제1경사면(112a)으로부터 내측방향으로 연장하고, 내측방향으로 갈수록 상기 중심축(10)으로부터 멀어지게 마련된다.
초기부재 제조단계(S110)가 완료되면 내측링 제조단계(S120)가 수행된다. 내측링 제조단계(S120)는 내측링(200)이 제조된다. 상기 내측링(200)은 허브베어링 조립체의 베어링을 구성하는 부품들 중 하나이다. 참고로, 상기 베어링은 내측링(200) 이외에도 내측링(200)의 외측방향에 위치하는 외측링(미도시)과, 상기 내측링(220) 및 외측링(미도시)의 외주면에 장착되는 볼(미도시)을 더 포함한다.
내측링 제조단계(S120)를 통해 제조된 내측링(200)은 내주면(222)과, 내측면(224)과, 이 둘(222, 224)을 연결하는 연결면(210)을 구비한다. 그리고 상기 연결면(210)은 곡면(212a) 및 제3경사면(212b)을 구비한다. 연결면(210)의 곡면(212a)은 내측방향으로 가면서 벌어지는 형태로 마련된다. 그리고 연결면(210)의 제3경사면(212b)은 상기 곡면(212a)과 내측면(224)을 연결하고, 내측방향으로 갈수록 중심축(10)으로부터 멀어지게 경사져 있다.
이와 같은 내측링 제조단계(S120)가 완료되면 내측링 설치단계(S130)가 수행되는데, 이 단계에서는 상기 내측링(200)이 허브용 초기부재의 스핀들(100)에 끼워지게 된다. 내측링(200)이 상기 스핀들(100)에 끼워지면, 스핀들(110)의 외주면은 내측링(200)의 내주면(222)과 맞닿게 된다. 또한 내측링(200) 연결면(210)의 곡면(212a)은 스핀들(100)의 오목부(112)에 마련된 제1경사면(112a)보다 더 내측에 위치하게 되고, 이로써 내측링(200) 연결면(210)은 스핀들(100)의 오목부(112)와 마주하는 영역 내에 위치하게 된다.
한편, 앞서 설명되지는 않았으나, 내측링 설치단계(S130)가 수행되기 이전에는 상기 베어링을 구성하는 부품들(외측링, 볼)이 미리 장착되고, 상기 베어링의 외주면에도 하우징이 미리 장착된다.
상기 단조단계(S140)는 내측링 설치단계(S130) 이후에 수행되는 단계로서, 이 단계에서는 허브용 초기부재의 내측단부(110)가 단조 성형된다. 상기 단조 성형은 상기 스핀들(100)의 내측단부(110)와 맞닿게 단조용 다이(도 5 참조)를 설치한 후, 이 단조용 다이를 중심축(10) 방향으로 여러 차례 타격함으로써 이루어진다. 이와 같은 과정이 완료되면 허브용 초기부재는 허브베어링 조립체의 허브로 된다.
본 출원인은 이상과 같은 과정을 통해 허브베어링 조립체를 제조하는 과정에서 내측링(200)에 가해지는 성형하중을 알아보기 위해 유한요소해석을 수행하여 도 4와 같은 결과를 확인하였다.
또한 본 출원인은 종래 형태의 허브용 초기부재를 도 5에 도시된 바와 같이 단조 성형 때 종래 형태의 내측링에 가해지는 성형하중을 알아보기 위해 유한요소해석을 수행하여 도 6과 같은 결과를 확인하였다.
양측 유한요소해석에서 허브용 초기부재의 내측단부 외주면 형태 및 내측링 연결면 형태를 제외한 조건은 모두 동일하게 설정되었다. 그리고 도 4 및 도 6의 해석결과에서 가로축은 단위를 mm로 하는 스트로크(단조용 다이의 전진 거리)를 나타내고, 세로축은 단위를 kN으로 하는 성형하중을 나타낸다. 또한 상기 해석결과들에서 사각형은 내측링(34, 200)에 가해지는 성형하중을 표시한 것이고, 삼각형은 단조용 다이에 가해지는 성형하중을 표시한 것이다.
우선 도 4를 살펴보면 스트로크가 약 26 mm 되는 곳에서 하중이 급격하게 증가함을 확인할 수 있는데, 이 시점에서는 성형하중이 단조용 다이에 가해져도 단조용 다이의 진행이 이루어지지 않게 되므로, 단조 성형이 종료된다. 그리고 이 시점에서는 스핀들(100)의 내측단부(110)와 내측링(200)의 내측면(224) 간 접촉 상태가유지되어 내측링(200)에 가해지는 성형하중이 가장 크게 되는데, 도 4를 살펴보면 이때 내측링(200)에 가해지는 성형하중이 약 380 kN임을 알 수 있다.
도 6을 살펴보면 스트로크가 약 27 mm 되는 곳에서 하중이 급격하게 증가함을 확인할 수 있고, 이때 종래의 내측링(34)에 가해지는 성형하중이 약 1400 kN임을 알 수 있다.
이상의 유한해석결과에 따르면 본 발명에 의하였을 때 내측링(200)에 가해지는 단조 성형하중은 종래에 의하였을 때 내측링(34)에 가해지는 단조 성형하중에 비해 약 73%나 감소하였음을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 허브용 초기부재의 스핀들 110 : 스핀들의 내측단부
112 : 스핀들 내측단부의 오목부 112a : 제1경사면
112b : 제2경사면 200 : 내측링
210 : 연결면 212a : 곡면
212b : 제3경사면 222 : 내측링의 내주면
224 : 내측링의 내측면 10 : 중심축
S110 : 초기부재 제조단계 S120 : 내측링 제조단계
S130 : 내측링 설치단계 S140 : 단조단계

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 허브베어링 조립체의 허브로 성형될 허브용 초기부재가 내측단부 외주면에 오목부를 갖도록 상기 허브용 초기부재를 제조하는 초기부재 제조단계;
    내주면, 내측면 및 상기 내주면과 내측면을 연결하는 연결면을 갖는 내측링을 제조하는 내측링 제조단계;
    상기 내측링의 연결면이 상기 오목부와 마주하는 영역 내에 위치하도록 상기 내측링을 상기 허브용 초기부재에 끼우는 내측링 설치단계; 및
    상기 허브용 초기부재의 내측단부를 단조 성형하여 상기 허브로 만드는 단조단계;를 포함하되,
    상기 초기부재 제조단계에서는, 상기 오목부가, 내측방향으로 갈수록 상기 허브용 초기부재의 중심축에 가까워지게 경사진 제1경사면; 및 상기 제1경사면으로부터 연장하고, 상기 내측방향으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지게 경사진 제2경사면;을 갖도록 마련되고,
    상기 내측링 제조단계에서는, 상기 내측링의 연결면이, 상기 내측방향으로 가면서 벌어지게 마련된 곡면; 및 상기 곡면으로부터 연장하고, 상기 내측방향으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지게 경사진 제3경사면;을 갖도록 마련되는 허브베어링 조립체 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 내측링 설치단계에서는, 내측링 연결면의 곡면이 상기 오목부의 제1경사면보다 더 내측에 위치하도록 상기 내측링이 상기 허브용 초기부재에 끼워지는 허브베어링 조립체 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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