KR102626354B1 - 복열 앵귤러 볼 베어링 - Google Patents

Abstract

복열 앵귤러 볼 베어링이 개시된다. 반경 방향 외측의 외주면에 2개의 내륜 궤도면을 형성한 내륜; 반경 방향 내측의 내주면에 상기 내륜 궤도면에 대응하는 2개의 외륜 궤도면을 형성하고, 상기 내륜을 축 방향 내측으로 끼워서 지지하는 외륜; 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 상대 회전이 가능하도록 상기 내륜 궤도면과 외륜 궤도면에 수용되어 회전 가능하게 지지된 전동체 볼을 포함하고; 상기 2개의 외륜 외주면 사이에는 반경 방향 내측으로 돌출한 턱부가 구비되며; 상기 턱부의 좌우 양측 모서리에는 경사 절단부가 형성되어, 베어링 강성 증대 및 외륜 가공 작업의 용이성을 도모할 수 있다.

Description

복열 앵귤러 볼 베어링 {Double row angular ball bearing}

본 발명은 복열 앵귤러 볼 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외륜의 턱부에 경사각을 형성하여 고주파 열처리를 용이하게 하고, 좌측 외륜 궤도면과 우측 외륜 궤도면에 각각 서로 상이한 경화층을 형성시켜 열처리 변형을 최소화 한 복열 앵귤러 볼 베어링에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 회전하는 요소와 회전하지 않는 요소 사이에 장착되어 회전하는 요소의 회전을 원활하게 하는 장치로서, 통상적으로는 내륜과 외륜 및, 내륜과 외륜 사이에 배치되는 볼이나 롤러 등과 같은 전동체를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 베어링이 빠른 속도로 회전하는 구동축을 지지하도록 설치되는 경우에는, 예를 들면 자동차의 변속기에 사용되는 경우에는, 베어링 부품들 사이, 즉 내륜과 외륜 및 전동체 사이의 마찰열에 의해 온도가 상승함에 따라 윤활 성능이 저하됨과 더불어 마모가 발생하게 되고, 이러한 마모가 지속적으로 이루어지면 베어링이 제기능을 원활하게 수행하지 못하고 파손될 수 있다.

따라서 베어링은 적절한 베어링 성능을 유지하고 그 수명을 연장시키기 위해 베어링강으로 제작한 다음에 적절한 열처리 공정을 거쳐서 제조하고 있다.

도 1에는 종래 기술에 따른 자동차의 변속기에 사용되는 플랜지형 복열 테이퍼 롤러 베어링의 일 예가 도시되어 있는 바, 종래의 플랜지형 복열 테이퍼 롤러 베어링(100)은, 서로 마주보는 양측면이 개구된 원통 형상의 내륜(110)과, 이 내륜(110)의 외경보다 큰 내경을 갖도록 형성되어 상기 내륜(110)을 축 방향 내측으로 끼워서 회전 가능하게 지지하는 외륜(120)을 포함한다.

외륜(120)의 반경 방향 내측에 위치하는 내주면과, 내륜(110)의 반경 방향 외측에 위치하는 외주면 사이에는 반경 방향 갭이 형성되고, 이 갭은 축 방향으로 연장되게 형성되어 소정 크기의 베어링 공간이 형성되며, 베어링 공간에 전동체로서 테이퍼 롤러(130)가 삽입되어 상기 외륜(120)의 내주면과 내륜(110)의 외주면 사이에서 회전 가능하게 지지된다.

테이퍼 롤러(130)는 원주 방향으로 다수 개로 배치되어 원주 열을 형성하고, 축 방향으로 서로 이격되어 복열 전동체 열을 형성하며, 각 테이퍼 롤러(130)는 반경 방향 외측으로부터 반경 방향 내측으로 소정 각도로 경사지게 배치된다.

각 테이퍼 롤러(130)가 제자리에서 원활하게 회전할 수 있도록 테이퍼 롤러(130)를 수용하여 지지하기 위해 리테이너 혹은 케이지(135)가 외륜(120)과 내륜(110) 사이의 베어링 공간에 삽입되어 있다.

또한 외륜(120)의 외주면에는 반경 방향 외측으로 확장된 플랜지(125)가 일체로 형성되어 있다.

최근에는 자동차 변속기에 베어링을 적용함에 있어 고부하 특성보다는 저토크 특성이 요구되고 있는 바, 종래의 플랜지형 복열 테이퍼 롤러 베어링은 저토크 요구 특성을 만족시키기가 어려웠고, 저토크 요구 특성을 충족시킬 수 있는 베어링으로서는 테이퍼 롤러 베어링에 비해 40% ~ 50%의 저토크 특성을 가지는 복열 앵귤러 볼 베어링이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 복열 앵귤러 볼 베어링을 자동변속기에 적용한 경우에, 테이퍼 롤러 베어링에 비해 강성이 취약하여 회전축의 지지 강성이 낮아서 기어 소음을 유발할 가능성이 높았고, 이를 해결하기 위해 외륜에 적절한 고주파 열처리를 실시하여 복열 앵귤러 볼 베어링의 강성을 향상시키고 있지만, 고주파 열처리 과정에 발생하는 외륜의 국부적인 강성 취약 및 고주파 열처리 작업의 곤란성 등을 해소할 필요가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 외륜의 고주파 열처리 작업이 용이하여 생산성을 향상시킬 수 있고, 외륜의 열처리 변형을 가능한 한 최소화시켜 강성 및 내구성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따른 수명 연장도 도모할 수 있는 복열 앵귤러 볼 베어링을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링은, 반경 방향 외측의 외주면에 2개의 내륜 궤도면을 형성한 내륜; 반경 방향 내측의 내주면에 상기 내륜 궤도면에 대응하는 2개의 외륜 궤도면을 형성하고, 상기 내륜을 축 방향 내측으로 끼워서 지지하는 외륜; 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 상대 회전이 가능하도록 상기 내륜 궤도면과 외륜 궤도면에 수용되어 회전 가능하게 지지된 전동체 볼을 포함하고; 상기 2개의 외륜 외주면 사이에는 반경 방향 내측으로 돌출한 턱부가 구비되며; 상기 턱부의 좌우 양측 모서리에는 경사 절단부가 형성될 수 있다.

상기 경사 절단부는 반경 방향 외측으로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 경사 절단부는 10° 이상의 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 2개의 외륜 궤도면에는 경화부가 형성될 수 있다.

상기 2개의 외륜 궤도면에 각각 형성된 경화부는 좌측 경화부와 우측 경화부로 구분되고; 상기 좌측 경화부는 상기 외륜의 외주면까지 형성될 수 있다.

상기 우측 경화부는 상기 외주면보다 아래까지 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링에 의하면, 외륜의 좌측 궤도부는 우측 궤도부에 비해 상대적으로 살이 얇아서 강성이 취약하므로, 좌측 궤도부의 외경면까지 경화층이 형성되고, 좌측 궤도부보다 상대적으로 살이 두꺼운 우측 궤도부에는 외경면 아래까지만 경화층을 형성시킴에 따라 외륜에 고주파로 경화층을 형성시키는 과정에 외륜의 변형량이 최소화되어, 외륜의 강성을 효과적으로 증대시킬 수 있다.

또한 좌측 궤도부와 우측 궤도부 사이에 형성된 턱부의 좌측 모서리 및 우측 모서리를 각각 절단하여 10° 이상의 경사면을 형성시킴에 따라 외륜의 고주파 가열 과정에 모서리 부위에서 국부적인 과열로 인한 강성 취약을 효과적으로 방지하여, 외륜의 강성 증대와, 고주파 가열 변형의 최소화 및, 외륜의 가공 용이성을 도모할 수 있다.

상기와 같이 제작된 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링을, 예를 들면 자동변속기에 적용할 경우에, 자동변속기의 회전축을 안정되게 지지하여 자동변속기의 작동 소음을 저감할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 플랜지형 복열 테이퍼 롤러 베어링의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링의 외륜 궤도면의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링과 종래 기술에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링 및 복열 테이퍼 롤러 베어링의 반경 방향 하중에 대한 강성의 비교 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복열 앵귤러 볼 베어링(10)은, 축 방향으로 서로 마주보는 양측면이 개구된 원통 형상의 내륜(20)과, 이 내륜(20)의 외경보다 큰 내경을 갖도록 형성되어 상기 내륜(20)을 축 방향 내측으로 끼워서 지지하는 외륜(30)을 포함할 수 있다.

내륜(20)의 반경 방향 외측에 위치한 외주면의 일부에는 반경 방향 내측으로 함몰된 형태의 2개의 내륜 궤도면(22)이 형성되고, 2개의 내륜 궤도면(22)에 대향하는 외륜(30)의 내주면에도 2개의 외륜 궤도면(32)이 형성될 수 있다.

외륜 궤도면(32)과 내륜 궤도면(22)은 반경 방향으로 서로 이격되게 배치되어 갭을 형성하고, 이 갭을 통해 전동체 볼(40)이 삽입되어 외륜 궤도면(32)과 내륜 궤도면(22)에 안착되어 회전 가능하게 지지될 수 있다.

전동체 볼(40)은 원주 방향으로 소정 간격을 두고 다수 개로 배치되어 원주 열을 형성하고, 축 방향으로는 서로 이격되게 배치되어 복열 전동체를 형성하게 된다.

전동체 볼(40)들은 케이지(42) 혹은 리테이너에 형성된 포켓에 수용되어 회전 가능하게 지지될 수 있다.

이에 따라 전동체 볼(40)을 매개로 외륜(30)과 내륜(20)은 서로 상대 회전 가능한 구조를 가지게 된다.

축방향으로 서로 이격된 1쌍의 내륜 궤도면(22, 22)은 그 사이 간격의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 배치될 수 있다.

외륜(30)의 반경 방향 외측의 외주면에는 반경 방향 외측으로 확장된 플랜지(34)가 일체로 형성될 수 있다.

플랜지(34)에는 관통하는 조립구멍(36)이 하나 이상으로 형성되어, 외륜(30)을 다른 부품들과 체결할 수 있다.

도 3을 참조하면, 외륜(30)의 내주면에는 반경 방향 내측으로 돌출한 턱부(38)가 구비되고, 이 턱부(38)를 기준으로 2개의 외륜 궤도면(32, 32)이 각각 좌우로 형성될 수 있다.

좌측 외륜 궤도면(32)과 우측 외륜 궤도면(32)에 강성을 증대시키기 위해 경화부(39)가 형성될 수 있다.

여기서, "좌측"이란 도면에서 좌측을 의미하고, 좌측 외륜 궤도면(32)은 플랜지(34)와 중첩되는 궤도면을 의미하며, 또한 "우측"이란 도면에서 우측을 의미하고, 우측 외륜 궤도면(32)은 플랜지(34)와 중첩되지 않는 궤도면을 의미한다.

경화부(37, 39)는 고주파 가열로 형성할 수 있다.

턱부(38)의 좌우측 모서리부를 절단하여 반경 방향 외측으로 경사진 경사 절단부(382)가 형성될 수 있다.

경사 절단부(382)의 경사 각도(a)는 10° 이상이 바람직하다.

경사 절단부(382)를 형성함으로써, 외륜 궤도면을 고주파 가열할 때에 턱부(38)의 모서리부가 과열되어 취약해지는 현상을 방지할 수 있다.

좌측 경화부(37)는 외륜(30)의 외주면(35)까지 형성하는 것이 바람직하고, 우측 경화부(39)는 외주면(35)보다 아래까지 경화시키는 것이 바람직하다.

이는, 좌측 외륜 궤도면을 형성하는 부위의 길이가, 우측 외륜 궤도면을 형성하는 부위의 길이보다 짧아서 고주파 경화부를 동일한 두께로 형성시킬 때에 우측 경화부(39)가 좌측 경화부(37) 보다 상대적으로 길게 형성되기 때문에 좌측 경화부(37)를 우측 경화부(39)보다 상대적으로 깊게 형성하여, 좌측 경화부(37)에 충분한 강성을 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 좌측 경화부(37)는 외륜(30)의 외주면(35)까지 형성시켜도 고주파 열처리 후 변형량이 크지 않으나, 우측 경화부(39)는 외주면(35)까지 고주파 열처리하면, 변형량이 크게 되어 가공이 어렵게 된다.

따라서, 좌측 경화부(37)는 외륜(30)의 외주면(35)까지 경화시키고, 우측 경화부(39)는 외주면(35)보다 아래까지 경화시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 좌측 외륜 궤도면과 우측 외륜 궤도면에 각각 좌측 경화부(37)와 우측 경화부(39)를 형성하면, 궤도면의 강성을 충분히 확보할 수 있고, 경화부를 형성시킨 이후에 가공도 용이하게 된다.

또한, 외륜의 강성이 종래에 비해 10% 이상으로 증가되어 자동변속기 등에 장착할 경우에 회전축을 지속적으로 안정되게 지지하여, 자동변속기의 기어 소음과 같은 작동 소음을 효과적으로 저감할 수 있고, 고주파 열처리에 의한 변형량을 최소화하여 가공 작업도 용이해진다.

도 4를 본 발명에 따라 제작된 복열 볼 베어링이 종래 기술에 따른 복열 볼 베어링에 비해 반경 방향 하중에 대한 변형량이 작아서 강성 증대 효과가 있을 알 수 있었다.

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: 복열 앵귤러 볼 베어링
20: 내륜
22: 내륜 궤도면
30: 외륜
32: 외륜 궤도면
34: 플랜지
35: 외주면
36: 조립구멍
37: 좌측 경화부
38: 턱부
39: 우측 경화부
40: 전동체
382: 경사 절단부

Claims (6)

1. 반경 방향 외측의 외주면에 2개의 내륜 궤도면을 형성한 내륜;
   반경 방향 내측의 내주면에 상기 내륜 궤도면에 대응하는 2개의 외륜 궤도면을 형성하고, 상기 내륜을 축 방향 내측으로 끼워서 지지하는 외륜; 및
   상기 내륜과 상기 외륜 사이에 상대 회전이 가능하도록 상기 내륜 궤도면과 외륜 궤도면에 수용되어 회전 가능하게 지지된 전동체 볼을 포함하고;
   상기 2개의 외륜 외주면 사이에는 반경 방향 내측으로 돌출한 턱부가 구비되며;
   상기 턱부의 좌우 양측 모서리에는 경사 절단부가 형성되고,
   상기 2개의 외륜 궤도면에는 경화부가 형성되고,
   상기 2개의 외륜 궤도면에 각각 형성된 경화부는 좌측 경화부와 우측 경화부로 구분되고;
   상기 좌측 경화부는 상기 외륜의 외주면까지 형성된 것을 특징으로 하는 복열 앵귤러 볼 베어링.
2. 제1항에 있어서,
   상기 경사 절단부는 반경 방향 외측으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 복열 앵귤러 볼 베어링.
3. 제2항에 있어서,
   상기 경사 절단부는 10° 이상의 각도로 경사진 것을 것을 특징으로 하는 복열 앵귤러 볼 베어링.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 우측 경화부는 상기 외주면보다 아래까지 형성된 것을 특징으로 하는 복열 앵귤러 볼 베어링.

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