KR101779788B1 - 휠 베어링 및 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 허브와, 상기 허브에 결합되는 내륜과, 그리고 상기 허브와 상기 내륜으로부터 이격되어 있으며 상기 허브를 감싸는 외륜을 포함하는 휠 베어링에 있어서, 상기 허브와 스플라인 결합되며, 상기 허브보다 비교적 작은 비중의 소재로 형성된 플랜지; 그리고 상기 허브를 오비탈 포밍할 때 발생하는 하중을 지지하도록 상기 플랜지의 일측에 구비되는 스페이서;를 포함하며, 허브와 다른 소재의 플랜지를 제작하여 허브에 장착함으로써, 휠 베어링 전체의 중량 및 제작 비용을 줄일 수 있다. 이에 따라, 차량의 연비가 개선되는 효과가 있다. 또한, 플랜지의 일측에 스페이서를 장착함으로서, 허브의 일단부를 가공하더라도 플랜지가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

Description

휠 베어링 및 그 제작 방법{WHEEL BEARING AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 휠 베어링 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휠 베어링의 내구성을 향상시키는 동시에 중량을 저감할 수 있는 휠 베어링 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
일반적으로 베어링은 차체에 회전하는 요소와 회전하지 않는 요소 사이에 장착되어 회전하는 요소의 회전을 원활하게 하는 장치이다. 차량의 휠 베어링은 차체에 휠을 회전 가능하도록 연결함으로써, 차량이 움직일 수 있도록 한다.
이러한 휠 베어링은 엔진에서 발생하는 동력을 전달하는 구동륜 휠 베어링과 구동력을 전달하지 않는 종동륜 휠 베어링으로 대분된다.
구동륜 휠 베어링은 회전 요소와 비회전 요소를 포함한다. 회전 요소는 엔진에서 발생하여 변속기를 통과한 토크에 의하여, 구동축과 함께 회전하도록 되어 있다. 또한 비회전 요소는 차체에 고정되어 있으며, 회전 요소와 비회전 요소 사이에는 전동체가 개재되어 있다.
종동륜 휠 베어링은 회전 요소가 구동축에 연결되어 있지 않을 뿐 다른 구성은 구동륜 휠 베어링과 유사하다.
종래의 휠 베어링은 등속 조인트의 스핀들을 통하여 구동력을 전달받아 휠에 전달하는 허브와, 허브의 외주면에 설치되는 내륜과, 허브와 내륜을 감싸는 외륜과, 허브와 내륜 및/또는 외륜 사이에 설치되는 복수개의 전동체들을 포함한다.
그런데, 허브는 휠 베어링에서 상당한 부피를 차지하는 한편, 그 재질이 스틸(탄소강; 예를 들어 S55CR) 소재로 구성되므로 휠 베어링의 전체 중량이 상당히 늘어나는 문제가 있으며, 이러한 중량 증가는 차량의 연비 감소를 초래하게 된다. 이에 따라, 휠 베어링의 중량 저감을 위한 그 일부를 경량 소재로 대체하는 다양한 연구가 계속되고 있다.
한편, 이처럼 휠 베어링의 일부를 경량 소재로 대체하게 되면, 휠 베어링을 가공할 때 경량 소재로 구성된 휠 베어링의 일부가 변형이 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 휠 허브에 경량 소재의 플랜지를 별도로 장착하고, 그 일측에 스페이서를 장착함으로써, 전체 휠 베어링의 중량 및 제작 비용을 저감하는 동시에 휠 허브를 가공할 때 플랜지가 변형되는 것을 방지할 수 있는 휠 베어링 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링은, 일단부가 오비탈 포밍에 의해 반경방향 외측으로 절곡되어 형성되는 포밍부를 구비하는 허브와, 상기 허브에 결합되는 내륜과, 상기 허브와 상기 내륜에서 이격되어 상기 허브를 에워싸는 외륜을 포함할 수 있다.
또한, 상기 휠 베어링은, 상기 허브의 상기 포밍부에 인접하게 상기 허브에 스플라인 결합되고, 상기 허브보다 경량의 소재로 형성되는 플랜지, 및 상기 허브의 상기 포밍부와 상기 플랜지의 사이에 배치되어, 상기 오비탈 포밍 시에, 상기 허브의 상기 일단부에 의해 가해지는 하중을 흡수하고, 상기 일단부가 상기 플랜지에 직접 접촉하는 것을 방지하는 스페이서를 포함할 수 있다. 이때 상기 스페이서는, 반경방향 외측으로 연장되게 형성되어, 축방향의 일면에선 상기 포밍부의 마주보는 면과 밀착되고, 축방향의 타면에선 상기 플랜지의 마주보는 면과 밀착되는 경방향 연장부, 및 상기 경방향 연장부에서, 상기 포밍부에서 멀어지는 축방향으로 연장되게 형성되어, 상기 플랜지의 내주면과 상기 허브의 외주면의 사이에 배치되는 축방향 연장부를 포함할 수 있다.
상기 스페이서에는 상기 플랜지와 상기 허브의 사이의 공간을 실링하도록 립부가 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 플랜지의 일면에 접촉하며 반경 방향으로 연장된 방향 연장부; 그리고 상기 경방향 연장부의 반경 내측단부에서 축방향 타측으로 연장되며, 상기 허브의 외주면과 상기 플랜지의 내주면 사이에 배치되는 축방향 연장부;를 포함할 수 있다.
상기 립부는 적어도 상기 축방향 연장부의 일부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브는 그 일단부에서 반경 외측으로 절곡된 포밍부; 그리고 상기 포밍부로부터 축방향으로 일정 간격 이격되어 반경 외측으로 단차를 가진 단차부;를 포함할 수 있으며, 상기 플랜지와 상기 내륜은 상기 포밍부와 상기 단차부 사이에서, 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 포밍부와 상기 플랜지 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브는 상기 스페이서가 장착되는 스페이서 장착부; 그리고 상기 스페이서 장착부의 타측에서 플랜지가 장착되는 플랜지 장착부;를 더 포함할 수 있으며,상기 플랜지 장착부의 외주면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되는 허브 스플라인이 형성되고, 상기 허브 스플라인은 상기 플랜지의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스페이서 장착부와 상기 플랜지의 내주면 사이에는 스페이서 공간이 형성되고, 상기 축방향 연장부는 상기 스페이서 공간으로 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 플랜지는 그 일면 또는 타면에서 축방향으로 되어 상기 허브에 결합되는 연결부; 그리고 상기 연결부로부터 반경 외측으로 연장되며 상기 연결부보다 두께가 감소된 몸통부;를 포함할 수 있다.
상기 플랜지는 허브 볼트가 장착되며, 원주 방향을 따라 이격되도록 배치되는 복수 개의 볼트 결합부; 그리고 상기 복수 개의 볼트 결합부의 사이에서 축방향으로 상기 볼트 결합부보다 두께가 감소되도록 형성된 오목부;를 더 포함할 수 있다.
상기 오목부에는 축방향으로 개구된 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브의 타면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되도록 페이스 스플라인이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브는 그 일단부에서 반경 외측으로 절곡된 포밍부; 그 타단부에서 반경 외측으로 절곡된 말단부; 그리고 상기 플랜지의 타측에서 반경 외측으로 연장된 중간부;를 포함하되, 상기 플랜지는 상기 포밍부와 상기 중간부의 사이에서 축방향으로 고정되고, 상기 내륜은 상기 중간부와 상기 말단부 사이에 형성된 내륜 장착부에 압입되어 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스페이서는 상기 포밍부와 상기 플랜지 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 허브는 상기 스페이서가 장착되는 스페이서 장착부; 그리고 상기 스페이서 장착부의 타측에서 플랜지가 장착되는 플랜지 장착부;를 더 포함하되, 상기 플랜지 장착부의 외주면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되는 허브 스플라인이 형성되고, 상기 허브 스플라인은 상기 플랜지의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 스페이서 장착부와 상기 플랜지의 내주면 사이에는 스페이서 공간이 형성되고, 상기 축방향 연장부는 상기 스페이서 공간으로 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 내륜의 타면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되도록 페이스 스플라인이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 내륜 장착부에는 적어도 그 외주면의 일부에 제2허브 스플라인이 형성되고, 상기 제2허브 스플라인은 상기 내륜의 내주면에 형성된 내륜 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링 제작 방법은, 외륜을 허브에 조립하는 제1단계, 내륜을 상기 허브에 압입하는 제2단계, 상기 허브보다 경량의 소재로 형성되는 플랜지를 상기 허브에 조립하는 제3단계, 오비탈 포밍 공정 시에, 상기 허브의 오비탈 포밍되는 일단부에 의해 가해지는 하중을 흡수하고, 상기 일단부가 상기 플랜지에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해, 스페이서를 상기 허브에 조립하는 제4단계, 및 상기 허브의 상기 일단부를 오비탈 포밍 공정을 거쳐 반경방향 외측으로 절곡하여 포밍부를 형성하는 제5단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 스페이서는, 반경방향 외측으로 연장되게 형성되어, 축방향의 일면에선 상기 포밍부의 마주보는 면과 밀착되고, 축방향의 타면에선 상기 플랜지의 마주보는 면과 밀착되는 경방향 연장부, 및 상기 경방향 연장부에서, 상기 포밍부에서 멀어지는 축방향으로 연장되게 형성되어, 상기 플랜지의 내주면과 상기 허브의 외주면의 사이에 배치되는 축방향 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제1단계에서, 상기 허브는 그 외주면 및 타면에 허브 스플라인과 페이스 스플라인이 형성되도록 단조의 방법으로 제작되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3단계에서, 상기 플랜지는 상기 허브에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제3단계에서, 상기 허브 스플라인은 열처리 공정이 생략되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제4단계에서, 상기 스페이서의 일단에는 고무 재질의 립부가 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 허브와 다른 소재의 플랜지를 제작하여 허브에 장착함으로써, 휠 베어링 전체의 중량 및 제작 비용을 줄일 수 있다. 이에 따라, 차량의 연비가 개선되는 효과가 있다.
또한, 플랜지의 일측에 스페이서를 장착함으로서, 허브의 일단부를 가공하더라도 플랜지가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
나아가, 스페이서에 러버 부재를 구비함으로써, 외부로부터 이물질이 침입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 단면도이다.
도 3은 도 2의 "A"의 확대도이다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 각각의 구성을 분리하여 보여주는 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링 제작 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휠 베어링의 일부 절개 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
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.
설명의 편의를 위하여, 축방향으로 휠에 가까운 쪽(도면에서 좌측)은 '일측', '일단', '일단부' 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하며, 축방향으로 휠에서 먼쪽(도면에서 우측)은 '타측', '타단', '타단부' 및 이와 유사한 명칭으로 지칭하기로 한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 일부 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 단면도이며, 도 3은 도 2의 "A"의 확대도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 휠 베어링은, 설명의 편의를 위하여, 다양한 종류의 휠 베어링 들 중 하나를 예시한 것으로 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에 예시된 휠 베어링에 한정되어 적용되지 않고 다양한 종류의 휠 베어링에 적용될 수 있다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링은 허브(10)와, 허브(10)의 일측에서 휠을 장착하기 위하여 구비되는 플랜지(200)와, 허브(10)의 외주면에 결합하는 내륜(11)과, 내륜(11)의 반경 방향 외측에서 일정 간격 이격되어 구비되는 외륜(12)과, 내륜(11)과 외륜(12) 사이에 반경 방향 공간을 폐쇄하는 실링부(51, 52)와, 내륜(11)과 외륜(12)의 사이에 구비되는 제1전동체(13)와, 그리고 허브(10)와 외륜(12)의 사이에 구비되는 제2전동체(14)를 포함한다.
허브(10)는 고탄소강의 소재로 이루어질 수 있으며, 그 일측에서 반경 외측으로 연장되는 포밍부(15), 플랜지(200)가 장착되는 플랜지 장착부(25), 플랜지 장착부(25)의 타측에 배치되며 내륜(11)이 압입되는 내륜 장착부(35), 그리고 내륜 장착부(35)로부터 축방향 타측으로 연장되는 단차부(45)를 포함한다.
포밍부(15)는 오비탈 포밍 전에는 허브 축 방향으로 곧게 연장되어 있으나, 오비탈 포밍 후에는 반경 방향 외측으로 구부러져 소성 변형된다. 포밍부(15)는 오비탈 포밍되면서 허브(10)에 장착되는 플랜지(200)와 내륜(11)을 축방향으로 고정시켜 주는 한편, 전동체들(13, 14)에 예압(축력)을 부여하는 역할을 수행한다.
플랜지 장착부(25)의 외주면에는 치형과 치홈으로 구성된 허브 스플라인(125)이 원주방향을 따라 교대로 형성되어 있다. 허브 스플라인(125)은 플랜지(200)의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인(135)과 스플라인 결합될 수 있다. 따라서, 허브 스플라인(125)은 플랜지(200)에 견고하게 체결된다. 한편, 허브(10)는 플랜지(200)보다 상대적으로 고경도 재질로 구성되기 때문에, 허브 스플라인(125)과 플랜지 스플라인(135)이 스플라인 결합할 때, 허브 스플라인(125)에 별도의 열처리 가공을 하지 않더라도 허브 스플라인(125)의 내구성 및 성능이 유지될 수 있다.
내륜 장착부(35)에는 내륜(11)이 압입되어 장착된다. 즉, 내륜 장착부(35)의 외주면에 형성된 강제 압입부(137)에는 내륜(11)이 강제 압입된다.
단차부(45)는 내륜 장착부(35)의 타측에서 반경 외측으로 단차를 가지며 축방향 타측으로 연장된다. 단차부(45)의 외주면에는 허브 레이스웨이(32)가 형성되어 있고, 단차부(45)의 타단부에는 반경 외측으로 연장되는 말단부(50)가 형성될 수 있다.
말단부(50)의 타면에는 페이스 스플라인(150)이 형성된다. 페이스 스플라인(150)은 치형 및 치홈으로 구성되며, 치형과 치홈은 반경 방향으로 연장되어 원주 방향을 따라 교대로 구비될 수 있다. 이렇게 말단부(50)에 형성된 페이스 스플라인(150)은 회전 운동하는 등속 조인트(도시하지 않음)의 일단에 스플라인 결합하게 된다. 따라서, 엔진의 구동력이 휠 베어링에 원활히 전달될 수 있다.
종래의 기술에 의하면, 말단부(50)를 오비탈 포밍하여 반경 외측으로 구부러지게 한 이후에, 그 타면에 페이스 스플라인을 형성하도록 되어 있었다. 그런데, 말단부(50)의 타면에 페이스 스플라인을 형성하는 과정에서, 과도한 후프 응력이 내륜(11) 또는 전동체들(13, 14)에 전달되었고, 이 후프 응력에 의하여 내륜 또는 전동체들(11, 13, 14)은 파손되거나 그 표면에 압흔이 발생될 수 있었다. 특히, 페이스 스플라인을 형성할 때 말단부(50)에 발생하는 가압력이 그대로 전동체들(13, 14)에 전달되어 과도한 예압이 부여될 수 있었다. 또한, 말단부(50)에 응력이 집중되어 크랙(crack) 또는 균열 등이 발생할 수 있었다.
그러나, 본 발명의 실시 예에 따르면, 허브(10)를 고온으로 가열한 후 단조를 개시하는 방법으로 제작하고, 말단부(50)의 타면에 온간 단조로 페이스 스플라인(150)이 형성되도록 함으로써, 위와 같이 응력 집중 등의 문제들을 방지할 수 있다.
플랜지(200)는 플랜지 장착부(25)의 외주면에 장착되며, 반경 외측으로 연장되도록 형성된다. 플랜지(200)는 허브(10)와는 별개의 가벼운 소재의 조각으로 형성된다. 예를 들어, 플랜지(200)는 고강도 경량 소재의 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics), 알루미늄, 또는 마그네슘 합금 재질로 이루어 질 수 있다. 허브(10)가 통상적으로 스틸 소재의 탄소강(예를 들어, S55CR)으로 제작되는 것을 감안하였을 때, 본 발명의 실시 예에 의한 휠 베어링은 플랜지(200)와 허브(10)를 일체로 형성하는 구성보다 그 중량이 크게 저감된다.
플랜지(200)는 허브에 결합되는 연결부(215)와, 연결부(215)로부터 반경외측으로 연장되는 몸통부(225)를 포함한다. 허브(10)에 결합되는 연결부(215)는 하중이 비교적 크게 걸리기 때문에, 그 축방향 두께가 몸통부(225)보다 두껍게 형성된다. 즉, 허브(10)와 결합되는 플랜지(200)의 반경 내측부에는 축방향으로 두께가 비교적 두껍도록 연결부(215)가 형성되는 한편, 연결부(215)보다 두께가 감소된 몸통부(225)가 연결부(215)로부터 반경 외측으로 연장되는 것이다. 따라서, 플랜지(200)는 그 기능 및 내구성이 유지되는 동시에 전체 중량이 저감될 수 있다.
플랜지(200)의 내주면에는 원주 방향을 따라 치형과 치홈이 번갈아 구비되는 플랜지 스플라인(135)이 형성된다. 플랜지 스플라인(135)은 허브 스플라인(125)과 스플라인 결합되며, 플랜지(200)는 위 스플라인 결합을 매개로 허브(10)에 견고하게 장착된다.
플랜지(200)에는 허브 볼트(19)가 체결되는 볼트 결합부(160)가 축방향 일측 또는 타측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 볼트 결합부(160)는 원주 방향을 따라 소정 간격을 두고 복수 개로 형성될 수 있으며, 볼트 결합부(160)에는 허브 볼트(19)가 고정적으로 장착될 수 있도록 볼트 구멍(17)이 형성된다. 허브 볼트(17)에는 휠 또는 디스크가 장착될 수 있다.
또한, 복수 개의 볼트 결합부(160) 사이에는 원주 방향을 따라 적어도 볼트 결합부(160)의 축방향 두께보다 더 얇도록 복수 개의 오목부(170)가 형성될 수 있다. 또한 복수 개의 오목부(170)에는 축방향으로 개구된 적어도 하나 이상의 개구부(175)가 형성되며, 개구부(175)는 그 단면이 원형 형상으로 형성될 수 있다.
이처럼, 하중이 집중되는 볼트 결합부(160)는 두께를 두껍게 형성하고, 볼트 결합부(160)보다 비교적 하중이 작게 걸리는 오목부(170)는 두께를 얇게 형성함으로써, 그 내구성을 확보하는 동시에 플랜지(200)의 전체 중량을 저감할 수 있다. 나아가, 오목부(170)에 형성된 개구부(175)에 의하여, 플랜지(200)의 전체 중량은 더 감소될 수 있다.
내륜(11)은 내륜 장착부(35)의 외주면에 형성된 강제 압입부(137)에 압입되며, 내륜(11)의 외주면에는 내륜 레이스웨이(31)가 형성된다. 앞서 상술한 바와 같이, 내륜(11)은 단차부(45)와 플랜지(200) 사이에서 포밍부(15)의 성형에 의하여 축방향으로 견고하게 고정된다.
외륜(12)은 허브(10)의 외주면을 둘러싸도록 중공의 원통형상으로 형성된다. 즉, 외륜(12)의 반경 내측에는 허브 축을 따라 허브(10) 및 내륜(11)이 삽입되는 중공이 형성된다. 외륜(12)의 외주면에는 반경 외측으로 연장된 외륜 플랜지(39)가 형성되어 있으며, 외륜 플랜지(39)에는 휠 베어링을 차체(특히, 너클)에 장착하기 위한 외륜 볼트 구멍(37)이 형성될 수 있다.
또한, 외륜(12)의 양 단부 내주면에는 제1, 2외륜 레이스웨이(41, 42)가 형성되어 있다. 외륜(12)의 일단부 내주면에 형성된 제1외륜 레이스웨이(41)는 내륜 레이스웨이(31)와 서로 마주보도록 형성된다. 또한, 외륜(12)의 타단부 내주면에 형성된 제2외륜 레이스웨이(42)는 허브 레이스웨이(32)와 서로 마주보도록 형성된다.
실링부(51, 52)는 외륜(12)의 양 단부에 결합될 수 있으며, 외륜(12)과 허브(10) 사이 및/또는 외륜(12)과 내륜(11) 사이의 반경 방향 공간에 이물질이 침투하는 것을 방지한다.
제1전동체(13)는 내륜 레이스웨이(31)와 제1외륜 레이스웨이(41) 사이에 설치되고 제2전동체(14)는 허브 레이스웨이(32)와 제2외륜 레이스웨이(42) 사이에 설치된다. 제1전동체(13)와 제2전동체(14)로 볼 또는 롤러가 사용될 수 있다.
제1, 2전동체(13, 14)를 포함하는 각각의 볼 베어링은 리테이너 또는 케이지(28)에 의해 이웃하는 다른 볼 베어링과 원주 방향으로 일정한 간격을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 휠 베어링은 스페이서(100)를 더 포함한다. 스페이서(100)는 포밍부(15)와 플랜지(200)의 사이에 구비된다. 스페이서(100)는 포밍부(15)를 반경 외측으로 성형할 때 발생되는 하중을 흡수하여, 플랜지(200)가 변형되는 것을 방지한다. 가령, 스페이서(100)가 없이 포밍부(15)가 플랜지(200)에 직접 접촉하도록 구성하게 되면, 포밍부(15)가 성형될 때, 과도한 하중이 경량 소재의 플랜지(200)에 직접 전달될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 의하면, 포밍부(15)를 플랜지(200)의 일면으로부터 축방향으로 일정 간격 이격되도록 배치하고, 그 사이에 스페이서(100)를 구비함으로써, 포밍부(15)에서 발생하는 하중으로부터 플랜지(200)의 변형을 최소화할 수 있다.
스페이서(100)는 포밍부(15)와 플랜지 장착부(25) 사이에 형성된 스페이서 장착부(20)의 외주면에 압입될 수 있는데, 이와 관련된 설명은 이하에서 도 3을 참조로 자세히 상술하기로 한다.
스페이서(100)는 경방향 연장부(110)와 축방향 연장부(120)을 포함하며, 주철 또는 경량 소재로 구성될 수 있다.
경방향 연장부(110)는 링 형상으로 포밍부(15)의 타면과 플랜지(200)의 일면 사이에 개재된다. 경방향 연장부(110)는 반경 외측으로 연장되며, 그 양 면은 포밍부(15)와 플랜지(200)의 각각의 면에 완전히 밀착된다.
축방향 연장부(120)는 원통 형상으로 경방향 연장부(110)의 반경 내측단으로부터 축방향 타측으로 연장된다.
플랜지(200)의 내주면은 플랜지 스플라인(135)이 형성된 부분과 플랜지 스플라인(135)이 형성되지 않은 부분으로 나눌 수 있는데, 플랜지 스플라인(135)이 형성된 부분은 플랜지 장착부(25)의 플랜지 스플라인(135)과 스플라인 결합되고, 플랜지 스플라인(135)이 형성되지 않은 부분은 스페이서 장착부(20)에 대응하게 된다. 따라서, 플랜지(200)가 허브(10)에 스플라인 결합하게 될 때, 플랜지 스플라인(135)이 형성되지 않은 플랜지(200)의 내주면과 플랜지 장착부(25)의 외주면 사이에는 스페이서 공간(S)이 생기게 된다. 이 스페이서 공간(S)으로 스페이서(100)의 축방향 연장부(120)가 삽입되는 것이다. 위 스페이서 공간(S)을 통하여 스페이서(100)를 결합하게 되면, 스페이서(100)의 장착하기 위한 별도 공간을 성형하지 않아도 된다. 나아가, 스페이서(100)를 플랜지(200)의 내주면과 스페이서 장착부(20)의 외주면 사이에 압입하여 밀착할 수 있다. 이 때, 축방향 연장부(120)의 두께(D)를 허브 스플라인(125) 또는 플랜지 스플라인(135)의 두께보다 더 크게 설정하여, 스페이서(100)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이처럼, 스페이서(100)를 플랜지(200)와 포밍부(15) 사이에 개재하게 되면,스페이서(100)가 부시(bush) 기능을 수해하게 되어, 포밍부(15)에서 예압이 부여될 때 플랜지(200)가 더욱 견고하게 허브(10)에 고정된다. 또한, 포밍부(15)를 성형하는 것과 같이, 허브(10)의 일부를 가공하더라도 그 충격이 플랜지(200)까지 전달되지 못하고, 스페이서(100)에서 완화되는 효과가 있다.
그런데, 스페이서(100)를 플랜지(200)와 스페이서 장착부(20) 사이에 밀착되도록 조립하더라도, 허브(10)의 일단부를 반경 외측으로 성형하여 포밍부(15)를 형성하는 과정에서, 스페이서(200)와 스페이서 장착부(20) 사이에 들뜸 공간(F)이 발생될 수 있다. 이러한 들뜸 공간(F)으로 외부 이물질이 들어올 수 있으므로, 본 발명의 실시 예에 의하면, 축방향 연장부(120)의 타단에는 고무 재질의 립부(130)가 구비된다.
립부(130)는 적어도 축방향 연장부(120)의 일부를 감싸도록 형성되며, 스페이서(200)와 스페이서 장착부(20) 사이의 들뜸 공간(F)을 완전히 차단하도록 되어 있다. 따라서, 외부의 이물질이 플랜지(200)와 플랜지 장착부(25) 사이의 미세한 간극으로 침입하는 것을 봉쇄한다.
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링의 각각의 구성을 분리하여 보여주는 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링 제작 방법의 흐름도이다. 도 4에 도시된 각 단계는 설명의 편의를 위하여 순서를 정한 것으로서 도 4에 도시된 순서에 의하여 특허청구범위가 한정되지는 아니한다.
도 4 내지 도 5를 참고하면, 휠 베어링의 제작 방법은 허브(10)에 외륜(12)을 조립하는 제1단계(S301)와, 허브(10)에 내륜(11)을 조립하는 제2단계(S302)와, 허브(10)에 플랜지(200)를 조립하는 제3단계(S303), 허브(10)에 스페이서(100)를 조립하는 제4단계(S304)와, 그리고 허브(10)의 포밍부(15)를 성형하는 제5단계(S305)를 포함한다.
제1단계(S301)에서는 허브(10)의 반경 외측으로 외륜(12)이 일정 간격 이격되어 축방향으로 조립된다. 허브(10)는 고탄소강과 같은 소재로 열간 단조에 의해 제작되며, 허브(10)에는 적어도 허브 스플라인(125)과 페이스 스플라인(150)과, 그리고 만곡한 형상의 허브 레이스웨이(32)가 형성된다. 위 스플라인들(125, 150)은 온간단조로 제작될 수 있다. 허브(10)의 외주면과 외륜(12)의 내주면 사이에는 제2전동체(14)가 수용되며, 제2전동체(14)가 허브 레이스웨이(32)에 안착되면서 외륜(12)이 허브(10)에 조립된다.
제2단계(S302)에서는 내륜(11)이 허브(10)의 외주면에 압입된다. 내륜(11)의 타단부는 허브(10)에 형성된 단차부(45)에 의하여 축방향으로 고정되고, 그 외주면에 형성된 내륜 레이스웨이(31)와 외륜(12)의 내주면 사이에는 제1전동체(13)가 수용된다.
제3단계(S303)에서는 허브(10)에 플랜지(200)가 조립된다. 플랜지(200)는 허브(10)의 소재보다 비교적 작은 비중의 재질로 형성된다. 또한, 제3단계(S301)에서는 허브(10)의 외주면에 형성된 허브 스플라인(125)과 플랜지(200)의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인(135)이 서로 스플라인 결합하게 된다. 이 때, 허브 스플라인(125)에는 별도의 열처리 공정이 생략된다.
제4단계(S304)에서는 플랜지(200)의 일측에서 스페이서(100)를 허브(10)에 조립하게 된다. 스페이서(100)는 대체적으로 링의 형상으로 허브(10)와 플랜지(200) 사이의 공간을 실링하도록 구비된다. 한편, 그 실링 성능을 향상시키기 위하여, 스페이서(100)의 일부에는 고무 재질의 립부(130)를 감싸도록 할 수 있다.
제5단계(S305)에서는 허브(10)의 포밍부(15)가 반경 외측으로 소성 변형되도록 오비탈 포밍 공정을 거치게 된다. 포밍부(15)가 반경 외측으로 구부러지게 되면서, 플랜지(200)와 내륜(11)이 허브(10)에 축방향으로 고정되는 한편, 제1, 2전동체(13, 14)들에 예압이 부여될 수 있다.
위와 같은 방법에 의하면, 플랜지(100)는 고탄소강의 허브(10)와는 다른 재질로 구성되며, 허브(10)와 일체로 형성되지 않고 별도로 허브(10)에 장착된다. 따라서, 휠 베어링의 전체 중량이 저감될 수 있다. 나아가, 상대적으로 가벼운 재질로 플랜지(200)를 구성하더라도, 제5단계(S305)에서 포밍부(15)의 성형 중에 발생되는 하중은 플랜지(200)에 전달되지 못하고 스페이서(100)에 의하여 흡수되게 된다. 따라서, 플랜지(200)의 변형을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 휠 베어링의 일부 절개 사시도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 휠 베어링은 본 발명의 실시 예에 따른 휠 베어링과 대체적으로 그 구조가 유사하지만, 플랜지(200)와 내륜(11)이 축방향으로 서로 이격되어 허브(10)에 장착되는 구조를 가진다. 본 발명의 실시 예와 다른 차이점을 중심으로 이하에서 설명하고자 한다.
도 6을 참조하면, 허브(10)는 그 일측으로부터 포밍부(15), 스페이서 장착부(20), 플랜지 장착부(25), 중간부(70), 내륜 장착부(35), 그리고 말단부(50)를 포함한다.
스페이서 장착부(20)의 외주면에는 스페이서(100)가 장착되며, 플랜지 장착부(25)의 외주면에는 허브(10)보다 다른 소재의 플랜지(200)가 별도로 장착된다. 스페이서(100)는 플랜지(200)와 포밍부(15) 사이에 배치되며, 포밍부(15)가 가공될 때 발생하는 하중을 완충하는 역할을 수행할 수 있다. 한편 플랜지(200)와 허브(10)는 플랜지 스플라인(135)와, 제1허브 스플라인(125)을 통하여 서로 스플라인 결합된다.
중간부(70)는 그 일측에서 반경 외측으로 연장된 제1단차부(71)와, 그 타측에서 반경 외측으로 연장된 제2단차부(73)을 포함한다. 제1단차부(71)의 일면은 플랜지(200)의 타면과 접촉하며, 플랜지(200)를 고정시키는 역할을 한다. 제2단차부(73)는 내륜(11)의 일면과 접촉하며, 내륜(11)을 축방향으로 고정시키는 역할을 한다.
내륜 장착부(35)에는 내륜(11)이 그 외주면에 장착된다. 즉, 내륜 장착부(35)의 외주면에 형성된 제2허브 스플라인(155)은 내륜(11)의 내주면에 형성된 내륜 스플라인(165)과 스플라인 결합하게 된다. 또한, 내륜(11)의 타면에는 페이스 스플라인(160)이 형성되어 있어, 회전 운동하는 등속 조인트(도시하지 않음)의 일단에 스플라인 결합을 하게 된다.
말단부(50)는 반경 외측으로 소성 변형되면서, 내륜(11)을 고정시키도록 되어 있다.
이처럼, 내륜(11)의 타면에 페이스 스플라인(160)을 형성하는 한편, 내륜(11)과 등속 조인트를 스플라인 결합을 하도록 구성하게 되면, 말단부(50)의 타면에 스플라인을 형성하지 않아도 되므로, 페이스 스플라인(100)을 형성하는 과정에서 과도한 응력이 내륜(11)에 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (23)

  1. 일단부가 오비탈 포밍에 의해 반경방향 외측으로 절곡되어 형성되는 포밍부를 구비하는 허브;
    상기 허브에 결합되는 내륜;
    상기 허브와 상기 내륜에서 이격되어 상기 허브를 에워싸는 외륜;
    상기 허브의 상기 포밍부에 인접하게 상기 허브에 스플라인 결합되고, 상기 허브보다 경량의 소재로 형성되는 플랜지; 및
    상기 허브의 상기 포밍부와 상기 플랜지의 사이에 배치되어, 상기 오비탈 포밍 시에, 상기 허브의 상기 일단부에 의해 가해지는 하중을 흡수하고, 상기 일단부가 상기 플랜지에 직접 접촉하는 것을 방지하는 스페이서를 포함하며,
    상기 스페이서는,
    반경방향 외측으로 연장되게 형성되어, 축방향의 일면에선 상기 포밍부의 마주보는 면과 밀착되고, 축방향의 타면에선 상기 플랜지의 마주보는 면과 밀착되는 경방향 연장부; 및
    상기 경방향 연장부에서, 상기 포밍부에서 멀어지는 축방향으로 연장되게 형성되어, 상기 플랜지의 내주면과 상기 허브의 외주면의 사이에 배치되는 축방향 연장부를 포함하는, 휠 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서에는 상기 플랜지와 상기 허브의 사이의 공간을 실링하도록 립부가 부착되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 립부는 적어도 상기 축방향 연장부의 일부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 허브는, 상기 포밍부로부터 축방향으로 일정 간격 이격되어 반경 외측으로 단차를 가진 단차부를 더 포함하며,
    상기 플랜지와 상기 내륜은, 상기 포밍부와 상기 단차부 사이에서, 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 허브는,
    상기 스페이서가 장착되는 스페이서 장착부; 그리고
    상기 스페이서 장착부의 타측에서 플랜지가 장착되는 플랜지 장착부;
    를 더 포함하되,
    상기 플랜지 장착부의 외주면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되는 허브 스플라인이 형성되고,
    상기 허브 스플라인은,
    상기 플랜지의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스페이서 장착부와 상기 플랜지의 내주면 사이에는 스페이서 공간이 형성되고,
    상기 축방향 연장부는 상기 스페이서 공간으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지는,
    그 일면 또는 타면에서 축방향으로 되어 상기 허브에 결합되는 연결부; 및
    상기 연결부로부터 반경 외측으로 연장되며 상기 연결부보다 두께가 감소된 몸통부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 플랜지는
    허브 볼트가 장착되며, 원주 방향을 따라 이격되도록 배치되는 복수 개의 볼트 결합부; 그리고
    상기 복수 개의 볼트 결합부의 사이에서 축방향으로 상기 볼트 결합부보다 두께가 감소되도록 형성된 오목부;
    를 더 포함하는 휠 베어링.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오목부에는 축방향으로 개구된 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 허브의 타면에는
    치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되도록 페이스 스플라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 허브는,
    그 타단부에서 반경 외측으로 절곡된 말단부; 그리고
    상기 플랜지의 타측에서 반경 외측으로 연장된 중간부;
    를 더 포함하되,
    상기 플랜지는 상기 포밍부와 상기 중간부의 사이에서 축방향으로 고정되고, 상기 내륜은 상기 중간부와 상기 말단부 사이에 형성된 내륜 장착부에 압입되어 축방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서,
    상기 허브는
    상기 스페이서가 장착되는 스페이서 장착부; 그리고
    상기 스페이서 장착부의 타측에서 플랜지가 장착되는 플랜지 장착부;
    를 더 포함하되,
    상기 플랜지 장착부의 외주면에는 치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되는 허브 스플라인이 형성되고,
    상기 허브 스플라인은
    상기 플랜지의 내주면에 형성된 플랜지 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 스페이서 장착부와 상기 플랜지의 내주면 사이에는 스페이서 공간이 형성되고,
    상기 축방향 연장부는 상기 스페이서 공간으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 내륜의 타면에는
    치형과 치홈이 원주 방향을 따라 교대로 구비되도록 페이스 스플라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.

  18. 제17항에 있어서,
    상기 내륜 장착부에는 적어도 그 외주면의 일부에 제2허브 스플라인이 형성되고, 상기 제2허브 스플라인은 상기 내륜의 내주면에 형성된 내륜 스플라인에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링.
  19. 외륜을 허브에 조립하는 제1단계;
    내륜을 상기 허브에 압입하는 제2단계;
    상기 허브보다 경량의 소재로 형성되는 플랜지를 상기 허브에 조립하는 제3단계;
    오비탈 포밍 공정 시에, 상기 허브의 오비탈 포밍되는 일단부에 의해 가해지는 하중을 흡수하고, 상기 일단부가 상기 플랜지에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해, 스페이서를 상기 허브에 조립하는 제4단계; 및
    상기 허브의 상기 일단부를 오비탈 포밍 공정을 거쳐 반경방향 외측으로 절곡하여 포밍부를 형성하는 제5단계;
    를 포함하며,
    상기 스페이서는,
    반경방향 외측으로 연장되게 형성되어, 축방향의 일면에선 상기 포밍부의 마주보는 면과 밀착되고, 축방향의 타면에선 상기 플랜지의 마주보는 면과 밀착되는 경방향 연장부; 및
    상기 경방향 연장부에서, 상기 포밍부에서 멀어지는 축방향으로 연장되게 형성되어, 상기 플랜지의 내주면과 상기 허브의 외주면의 사이에 배치되는 축방향 연장부를 포함하는, 휠 베어링 제작 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1단계에서, 상기 허브는 그 외주면 및 타면에 허브 스플라인과 페이스 스플라인이 형성되도록 단조에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 제작 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 플랜지는 상기 허브에 스플라인 결합되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 제작 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 허브 스플라인은 열처리 공정이 생략되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 제작 방법.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제4단계에서, 상기 스페이서의 일단에는 고무 재질의 립부가 부착되는 것을 특징으로 하는 휠 베어링 제작 방법.


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