KR101509164B1 - 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치가 개시된다. 외륜에 하나 이상의 센서홀을 형성하는 단계, 상기 센서홀에 로드셀을 장착하는 단계, 및 상기 외륜에 전동체를 개재하여 조립된 휠 허브의 외주면에 내륜을 압입하여 조립하는 과정에 상기 외륜에 가해지는 축방향 하중을 상기 로드셀을 통해 검출하는 단계를 포함하여, 휠 베어링의 축방향 응력 및 예압을 적절히 관리하고 조절할 수 있다.

Description

휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치{Method and device for measuring axial stress of wheel bearing}

본 발명은 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로드셀을 이용하여 휠 베어링의 외륜에 가해진 하중에 의한 축방향 응력을 측정하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고, 축의 자중과 함께 축에 걸리는 하중을 지탱하며, 축이 원활하게 회전할 수 있도록 지지하는 기계요소로서, 베어링과 축이 접촉하는 상태에 따라 미끄럼 베어링과 구름 베어링으로 분류됨과 더불어 하중을 지지하는 방향에 따라 레이디얼 베어링과 스러스트 베어링으로 분류된다.

상기 구름베어링은 회전하는 축을 볼 혹은 롤러와 같은 전동체를 사용하여 지지하는 것으로, 롤러의 형상에 따라 원통형 롤러 베어링과 테이퍼 롤러 베어링 및 니들 베어링 등이 있다.

차량에 사용되는 휠 베어링은 상기와 같은 베어링의 일종으로서 차량의 휠에 장착되어 휠과 차량의 하중을 지지하고, 구동축의 힘을 전달받아 회전저항을 최소화하여 휠에 전달하는 역할을 하며, 차량의 회전시에 발생되는 차축의 충격과 차량의 상하 바운싱 시에 발생되는 충격을 지탱하는 역할을 한다.

상기 휠 베어링이 높은 모멘트 강성을 가지면서 오랜 수명을 만족할 수 있도록 하기 위해 적절히 예압이 들어간 상태로 사용된다.

상기 휠 베어링에 예압이 적정치보다 너무 크게 가해지면, 마찰 모멘트의 증대, 이상 발열, 베어링의 수명 저하를 초래하는 반면에 예압이 적정치보다 너무 작게 가해지면, 베어링의 지지 강성 저하, 전동체의 불안정한 구름 운동 유발 등이 초래된다.

따라서 휠 베어링의 제작 및 조립시에 휠 베어링에 적절한 예압을 부여하고, 관리하는 것이 매우 중요하다.

그런데 현재에는 휠 베어링의 제작 과정에 휠 베어링에 어느 정도의 예압이 가해지고 있는지를 측정하거나 검출할 수 있는 방안이 제시되지 않고 있었다.

따라서 휠 베어링의 포밍 후의 휠 베어링의 틈새 변화량과 예압의 적정 수준을 판단하기 위해 휠 베어링의 포밍전의 베어링 틈새는 스펙을 참고로 제작하였고, 휠 베어링의 적절한 포밍 여부는 시험 장비를 통해서 이루어지고 있었다.

즉 프리로드(Preload) 장비를 통해 휠 베어링의 포밍 후에 휠 베어링에 가해진 최종 예압은 측정할 수 있으나, 상기 최종 예압이 휠 베어링의 초기 틈새에 의한 것인지 축방향 응력 변화에 의한 것인지 판단이 어려웠다.

또한 시험 장비를 통해 휠 베어링의 품질은 판단할 수 있지만, 휠 베어링의 품질이 양호한 경우에도 휠 베어링 샘플의 예압 조건이 적정 수준인지를 판단할 수 없었고, 예압의 리미트를 정확히 설정할 수 없었으며, 휠 베어링 내부의 응력은 고려하지 않고 샘플이 제작되었다.

그리고 휠 베어링의 초기 틈새는 휠 베어링의 포밍 후 휠 베어링 내부의 실제 축방향 응력 등이 고려되지 않은 상태에서 포밍 후 변형량을 예상하여 제작 도면의 초기 틈새대로 매칭시키고 있었고, 휠 베어링 내부의 응력을 검출하지 못하고 포밍 후 변화량만 측정하여 시험 장비에서 테스트를 통해 제품의 품질을 검증하고 있었다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 로드셀을 이용하여 프로토 단계에서 예압의 리미트를 용이하게 설정할 수 있고, 관리 가능한 최적의 예압을 부가할 수 있도록 하여 내구성 향상과 수명 연장을 도모할 수 있도록 하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법은, 외륜에 하나 이상의 센서홀을 형성하는 단계, 상기 센서홀에 로드셀을 장착하는 단계, 및 상기 외륜에 전동체를 개재하여 조립된 휠 허브의 외주면에 내륜을 압입하여 조립하는 과정에 상기 외륜에 가해지는 축방향 하중을 상기 로드셀을 통해 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 로드셀을 통해 검출된 축방향 하중을 통해 상기 외륜에 형성되는 축방향 응력을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 외륜에 상기 내륜을 축방향으로 압입하는 과정에 상기 외륜의 축방향 응력 변화량을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 외륜에 상기 내륜이 압입한 이후에 상기 내륜의 선단부를 상기 휠 허브의 선단부로 감싸도록 상기 휠 허브의 선단부를 절곡하여 성형하는 포밍 과정에 상기 외륜에 가해지는 축방향 하중을 상기 로드셀을 통해 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 로드셀을 통해 검출된 상기 축방향 하중을 통해 상기 외륜에 형성되는 축방향 응력을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 포밍 과정에 상기 외륜의 축방향 응력의 변화량을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 하나 이상의 센서홀을 상기 외륜에 직경방향으로 확장되게 형성된 플랜지와 인접한 숄더부에 원주방향을 따라 90도의 각도를 두고 4개로 형성할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정장치는 외륜에 장착된 로드셀을 통해 외륜에 가해지는 축방향 하중을 검출하고, 상기 축방향 하중에 의한 상기 축방향 응력 및 상기 축방향 응력의 변화량을 연산하는 검출기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법 및 장치에 의하면, 휠 베어링의 내륜을 휠 허브에 압입하는 과정과 휠 허브의 선단부를 포밍하여 내륜을 휠 허브에 고정시키는 포밍 과정에 외륜에 가해지는 하중에 의한 축방향 응력을 실시간으로 지속적으로 검출할 수 있게 된다.

따라서 휠 베어링의 제작 과정에 휠 베어링에 가해지는 축방향 응력 및 예압을 지속적으로 관리할 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 조절할 수 있고, 예압의 분포를 확인하여 휠 베어링의 수명을 편리하게 예측할 수 있다.

또한 상기와 같이 검출된 축방향 응력을 통해 휠 베어링의 내부 강성을 용이하게 판단 및 예측할 수 있고, 예압 리미트를 설정하여 양산시까지 휠 베어링의 품질을 안정적으로 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 센서홀이 형성된 휠 베어링의 외륜의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정장치는 휠 베어링의 제작 과정에 외륜(10)에 가해지는 축방향 응력을 실시간으로 검출 및 연산한다.

상기 외륜(10)은 양측면이 개구된 원통 형상으로 형성된다.

상기 외륜(10)에는 다른 부품을 끼워서 장착할 수 있는 장착홀(12)이 상기 양측면의 한쪽 측면으로부터 양측면의 다른쪽 측면까지 관통해서 형성된다.

상기 외륜(10)의 외주면에는 직경방향으로 확경되게 돌출한 플랜지(14)를 포함한다.

상기 플랜지(14)에는 관통하는 조립홀(16)이 형성된다.

상기 외륜(10)의 장착홀(12)에 휠 허브(20)가 삽입되어 다수개의 전동체(30)를 매개로 회전가능하게 지지된다.

상기 휠 허브(20)는 도시되지 않은 차륜과 일체로 회전되게 연결된다.

상기 플랜지(14)는 너클이나 현가장치 등에 체결되어, 상기 차륜이 휠 허브(20)와 외륜(10)을 통해 차체에 회전가능하게 지지된다.

상기 외륜(10)에서 직경방향으로 확경되게 돌출한 상기 플랜지(14)와 인접한 숄더부에는 직경방향으로 관통하는 하나 이상의 센서홀(18)이 형성된다.

상기 센서홀(18)은 상기 외륜(10)의 외주면으로부터 상기 장착홀(12)까지 관통해서 형성되어, 상기 센서홀(18)이 상기 장착홀(12)과 연통되게 된다.

상기 센서홀(18)은 원주방향을 따라 90도의 각도를 두고 4개로 형성될 수 있다.

상기 각 센서홀(18)에는 상기 외륜(10)이 외력을 받아서 외륜(10)에 형성되는 축방향 응력을 측정할 수 있는 센서가 삽입되는 형태로 설치된다.

상기 센서는 로드셀(40)을 사용할 수 있다. 상기 로드셀(40)은 상기 외륜(10)에 가해지는 외력을 감지할 수 있으므로, 상기 외륜(10)에 가해지는 단위 면적당 외력의 크기를 연산하여 상기 외륜(10)의 축방향 응력을 측정할 수 있다.

상기 각 로드셀(40)은 검출기(50)에 각각 그 감지신호를 입력하도록 접속된다.

상기 검출기(50)는 상기 로드셀(40)이 감지한 하중(외력) 신호를 입력받아 상기 외륜의 축방향 응력을 연산하고, 이렇게 연산된 축방향 응력을 디스플레이를 통해 표시하거나, 다른 제어장치로 신호를 전송할 수 있다.

상기 외륜(10)에 상기 휠 허브(20)가 삽입되어 조립된 이후에 상기 휠 허브(20)의 외주면에는 내륜(60)이 압입된다.

상기 내륜(60)이 상기 휠 허브(20)에 압입되어 조립될 때에 상기 외륜(10)에는 축방향 하중이 작용하게 되는 바, 이 축방향 하중을 상기 로드셀(40)을 통해 감지하여 축방향 응력을 연산할 수 있다.

상기와 같이 연산된 축방향 응력은 베어링 내부의 강성 및 베어링에 가해지는 예압을 베어링의 제작후 성능 시험 평가 이전에 적절히 관리할 수 있다.

또한 상기 내륜(60)이 휠 허브(20)에 압입되어 장착된 이후에 내륜(60)의 축방향 이탈을 방지함과 더불어 적절한 예압을 부여하기 위해 상기 휠 허브(20)의 선단부를 오비탈 포밍(Orbital forming)하는 포밍 공정이 행해진다.

상기와 같이 휠 허브(20)의 선단부를 오비탈 포밍하게 되면, 상기 휠 허브(20)의 선단부는 직경방향 외측으로 확장된 형태의 걸림턱(22)이 형성된다.

상기 오비탈 포밍 공정 과정에도 상기 외륜(10)에는 축방향 하중이 가해짐과 더불어 이에 의해 축방향 응력이 형성되고, 이 축방향 응력은 상기 검출기를 통해 연산할 수 있다.

따라서 상기 내륜(60)의 압입시와 더불어 휠 허브의 오비탈 포밍 공정시에 상기 외륜(10)이 외력을 받아 외륜(10)에 형성되는 축방향 응력 및 축방향 응력 변화량을 실시간으로 연산 및 모니터링하여 관리할 수 있고, 베어링에 가해지는 예압도 적절히 관리하여 용이하게 조절할 수 있으므로, 베어링의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 외륜 12: 장착홀
14: 플랜지 16: 조립홀
18: 센서홀 20: 휠 허브
30: 전동체 40: 로드셀
50: 검출기 60: 내륜

Claims (8)

1. 외륜에 하나 이상의 센서홀을 형성하는 단계;
   상기 하나 이상의 센서홀에 로드셀을 장착하는 단계;
   상기 외륜에 전동체를 개재하여 조립된 휠 허브의 외주면에 내륜을 압입하여 조립하는 과정에 상기 외륜에 가해지는 축방향 하중을 상기 로드셀을 통해 검출하는 단계;
   상기 로드셀을 통해 검출된 축방향 하중을 통해 상기 외륜에 형성되는 축방향 응력을 연산하는 단계; 및
   상기 외륜에 상기 내륜을 축방향으로 압입하는 과정에 상기 외륜의 축방향 응력 변화량을 연산하는 단계;
   를 포함하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 외륜에 상기 내륜을 압입한 이후에 상기 내륜의 선단부를 상기 휠 허브의 선단부로 감싸도록 상기 휠 허브의 선단부를 절곡하여 성형하는 포밍 과정에 상기 외륜에 가해지는 축방향 하중을 상기 로드셀을 통해 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 로드셀을 통해 검출된 상기 축방향 하중을 통해 상기 외륜에 형성되는 축방향 응력을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 포밍 과정에 상기 외륜의 축방향 응력의 변화량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 센서홀을 상기 외륜에 직경방향으로 확장되게 형성된 플랜지와 인접한 숄더부에 원주방향을 따라 90도의 각도를 두고 4개로 형성하고;
   상기 하나 이상의 센서홀에 상기 로드셀을 삽입하여 장착하는 것을 특징으로 하는 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법.
8. 제1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 휠 베어링의 축방향 응력 측정방법을 이용한 휠 베어링의 응력 측정장치로서, 상기 로드셀을 통해 상기 축방향 하중을 검출하고, 상기 축방향 하중에 의한 상기 축방향 응력 및 상기 축방향 응력 변화량을 연산하는 검출기를 포함한 휠 베어링의 축방향 응력 측정장치.

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