KR102667612B1 - 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체 및 이를 위한 코킹식 볼 베어링 조립 방법 - Google Patents

전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체 및 이를 위한 코킹식 볼 베어링 조립 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체(1)는 볼 베어링(10)이 하우징(20)에 삽입된 상태에서 전둘레 코킹 지그(50)와 테이퍼 코킹 지그(60)로 하우징 변형부(31)의 베어링 전둘레 고정력 및 하우징 경사부(37)의 베어링 이탈력을 형성하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법으로 외륜(11)과 하우징 허브(22)에 이탈 방지부(30)가 형성되고, 상기 이탈 방지부(30)가 하우징 변형부(31)에 의한 전둘레 베어링 고정력과 하우징 경사부(37)에 의한 베어링 이탈력을 최적화함으로써 저신율의 알루미늄(Aluminum) 주조합금을 이용한 베어링 구조에서 볼 베어링(10)의 변형 및 하우징(20)의 파손 없는 코킹 공정 수행이 가능하고, 특히 볼 베어링 조립체(1)의 코킹 품질 향상 및 내구성 확보가 가능한 특징을 구현한다.

Description

전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체 및 이를 위한 코킹식 볼 베어링 조립 방법{Full Circumference Fixed type Ball Bearing Unit and Caulking type Bearing Assembling Method thereof}
본 발명은 볼 베어링 조립체에 관한 것으로, 특히 코킹력 작용하에서도 베어링과 하우징의 변형이 없도록 함으로써 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체를 코킹 공정으로 제조하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법에 관한 것이다.
일반적으로 베어링(Bearing) 중 구동 모터(예, 전기 자동차용 모터)에 적용된 볼 베어링(Ball Bearing)은 코킹력과 이탈력이 일정한 수준을 갖도록 조립되어야 한다.
이를 위해 상기 볼 베어링은 압입 고정 방식 또는 코킹 고정 방식으로 조립이 이루어진다.
일례로 상기 압입 고정 방식 볼 베어링 조립 공정은 알루미늄(Aluminum) 소재 하우징(Housing)에 베어링(Bearing)을 억지 끼워 맞춤으로 강제 조립하고, 반면 상기 코킹 고정 방식 볼 베어링 조립 공정은 알루미늄(Aluminum) 소재 하우징(Housing)에 베어링(Bearing)을 결합한 다음 축방향으로 하우징을 강제 변형시켜 조립한다.
이로부터 조립 완료된 볼 베어링은 구동모터 코킹력을 약 48.5kN로 형성하면서 구동모터 이탈력을 약 4.5KN 이상으로 형성함으로써 구동 모터와 같은 고속 회전체와 결합상태에서 베어링 부하를 최소화하면서 내구성을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
일본특개 JP 2021-032269 A
하지만, 상기 볼 베어링 조립 공정 중 코킹 고정 방식은 그 공정상 다수 문제를 발생시키고 있다.
일례로 상기 코킹 고정 방식은 코킹시 코킹력을 수직으로 발생함으로써 베어링과 하우징에 가해지는 과도한 코킹력은 베어링 변형을 발생하고, 이러한 베어링 변형은 회전시 부하 발생으로 진행됨으로써 베어링의 내구성 저하 문제점의 한 원인이 되고 있다.
무엇보다 상기 코킹 고정 방식은 ALDC12나 AC4C 주조합금인 하우징이 코킹 과정에서 수직방향으로 눌러짐으로써 소재의 낮은 신율(즉, 연신율)로 인하여 코킹후 하우징의 찢어짐이나 크랙 등의 문제점이 발생되고 있다. 이 경우 ALDC 12 하우징은 신율이 약 2%이다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 저신율의 알루미늄(Aluminum) 주조합금을 이용한 베어링 구조에서도 코킹력으로 인한 베어링의 변형 및 하우징의 파손이 없는 코킹 공정 수행을 가능하게 하고, 특히 코킹 완료 후 기존 코킹력 대비 코킹력을 낮추면서 이탈력 수준을 유지함으로써 베어링 부하 최소화로 내구성이 향상되면서 낮은 신율의 알루미늄 소재인 하우징이 찢어지거나 크랙 발생 현상을 방지함으로써 코킹 품질 향상 및 내구성 확보가 가능한 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체 및 이를 위한 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체는 볼이 외륜과 내륜 사이에 구비된 볼 베어링, 하우징 바디에 상기 외륜이 끼워지도록 중공 구조로 이루어진 하우징 허브와 상기 외륜에 접촉되는 1개 이상의 코킹 돌기를 형성한 하우징, 및 상기 하우징 허브를 코킹력으로 하우징 변형부로 변형시켜 상기 외륜을 감싸 베어링 전둘레 고정력을 형성하며, 상기 하우징 허브를 코킹력으로 하우징 경사부로 변형시켜 상기 코킹 돌기를 상기 외륜과 접촉시켜 베어링 이탈력을 형성해 주고, 상기 외륜과 상기 하우징 허브를 결합하는 이탈 방지부가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 하우징 허브는 상기 하우징 바디와 이어지는 전 둘레 구간을 하우징 모서리부로 라운드(Round)를 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 코킹 돌기는 반구형 돌기로 이루어지고, 상기 하우징 허브의 전 둘레에서 16개소 이상에 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 하우징 변형부는 상기 외륜의 베어링 모서리부를 감싸는 라운드 형상으로 변형되며, 상기 하우징 경사부는 상기 코킹 돌기에 대응하는 위치에서 상기 하우징 허브에 형성된 지그 홈을 통해 변형된다.
바람직한 실시예로서, 상기 하우징 변형부와 상기 하우징 경사부는 상기 하우징 허브의 허브 폭, 베어링 단차 및 허브 높이 중 하나 이상을 구조 조절 설계 인자로 하여 변형된다.
바람직한 실시예로서, 상기 허브 폭은 상기 하우징 허브의 허브단면두께이고, 상기 베어링 단차는 상기 하우징 바디의 상면에 대해 상기 외륜이 갖는 외륜 돌출 높이이며, 상기 허브 높이는 상기 하우징 바디의 상면에 대해 상기 하우징 허브가 갖는 허브 돌출 높이이다.
바람직한 실시예로서, 상기 허브 폭 중 상기 지그 홈의 하우징 허브 단면 홈 두께는 상기 지그 홈에 가해진 코킹력에 의한 상기 하우징 경사부로 상기 하우징 허브의 하우징 허브 단면 두께 대비 35%로 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 베어링 단차는 상기 하우징 허브보다 낮게 설정되며, 상기 허브 높이는 상기 베어링 단차 보다 높게 설정된다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법은 외륜이 하우징 허브 보다 낮은 위치를 갖도록 볼 베어링이 하우징에 삽입되는 단계, 전둘레 코킹 지그가 끼워지면서 상기 하우징 허브에 가해지는 1차 측방향 코킹력으로 형성된 소성변형각도가 상기 하우징 허브를 상기 외륜쪽으로 밀어내는 단계, 및 테이퍼 코킹 지그가 끼워지면서 상기 하우징 허브에 가해지는 2차 측방향 코킹력으로 형성된 하우징 변형부가 상기 외륜과 상기 하우징 허브의 베어링 전둘레 고정력을 형성하며, 동시에 상기 2차 측방향 코킹력으로 형성된 하우징 경사부가 상기 하우징 허브의 코킹 돌기를 상기 외륜과 접촉시켜 베어링 이탈력을 형성해 주는 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 전둘레 코킹 지그는 지그 코킹 각도를 형성하고, 상기 지그 코킹 각도는 테이퍼 링의 단면 구조로 형성되며, 상기 전둘레 코킹 지그의 상기 지그 코킹 각도는 2~2.5°로 상기 소성변형각도를 형성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 테이퍼 코킹 지그는 지그 코킹 각도와 돌기 코킹 각도를 형성하고, 상기 지그 코킹 각도는 테이퍼 링의 단면 구조로 형성되며, 상기 돌기 코킹 각도는 상기 코킹 돌기에 대응하는 위치에서 상기 하우징 허브에 형성된 지그 홈에 끼워지는 지그 돌기의 형상으로 형성되고, 상기 테이퍼 코킹 지그의 상기 지그 코킹 각도는 2~2.5°로 상기 베어링 전둘레 고정력을 형성해 주고, 상기 지그 돌기의 상기 돌기 코킹 각도는 20~25°로 상기 코킹 돌기를 상기 외륜에 접촉시켜 준다.
바람직한 실시예로서, 상기 코킹 돌기와 상기 지그 돌기는 16개 쌍 또는 24개 쌍으로 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 볼 베어링과 상기 하우징은 상기 하우징 변형부와 상기 하우징 경사부를 이탈 방지부로 구비한 볼 베어링 조립체로 제조되며, 상기 하우징 경사부는 상기 하우징 허브의 하우징 허브 단면 홈 두께를 하우징 허브 단면 두께 대비 35%로 형성한다.
이러한 본 발명의 전 둘레 코킹 고정으로 조립된 볼 베어링 조립체는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 수직 방향으로 코킹력이 가해지는 코킹 공정을 유지하면서도 코킹 완료 후 코킹 품질이 향상된 볼 베어링 제조가 가능하다. 둘째, 코킹 공정 중 1차 전둘레 변형 방식으로 전둘레 베어링 코킹부 형상으로 수직 방향의 코킹력에 의한 베어링의 변형이 없으면서도 베어링 부하 발생 최소화에 필요한 구동 모터 베어링 코킹력이 기존 코킹 공정 대비 약 21.6% 감소 할 수 있다. 셋째, 코킹 공정 중 2차 테이퍼 코킹으로 점 코킹(point calking) 개소가 기존의 4~16개소 대비 약 2배로 형성됨으로써 이탈력 확보에 필요한 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 넷째, 낮은 신율(즉, 연신율)로 인해 수직방향으로 눌러지는 코킹력에 취약한 ALDC 12의 알루미늄 하우징을 적용하면서도 코킹 완료 후 크랙 및 찢어짐이 방지될 수 있다. 다섯째, 코킹 공정에 1차 전둘레 변형과 2차 테이퍼 코킹을 동시 적용하여 코킹 품질을 저하시키는 베어링의 변형과 하우징 파손이 없는 코킹 방식 볼 베어링 조립 공정을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 볼 베어링 조립체를 제조하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이탈 방지부를 형성하기 위해 볼 베어링 조립체에 적용된 코킹 지그의 구성 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 이탈 방지부를 최적화하기 위한 구조 조절 설계 인자의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 볼 베어링 조립체로 구성된 베어링과 하우징이 이탈 방지부를 형성하기 전 결합 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 전둘레 코킹 지그에 의한 1차 전둘레 변형 공정의 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 테이퍼 코킹 지그에 의한 2차 테이퍼 코킹 변형 공정의 상태이고, 도 8은 본 발명에 따른 테이퍼 코킹 지그의 결합 상태이며, 도 9는 본 발명에 따른 1,2차 코킹 공정 완료 후 볼 베어링 조립체에 형성된 이탈 방지부 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 상기 볼 베어링 조립체(1)는 볼 베어링(10), 하우징(20) 및 이탈 방지부(30)로 구성된다.
일례로 상기 볼 베어링(10)은 외륜(11), 내륜(13) 및 볼(15)로 이루어진다. 이 경우 상기 외륜(11)은 하우징(20)의 하우징 바디(21)에 끼워져 고정(즉, 억지끼움 구조)되며, 상기 내륜(13)은 외륜(11)의 안쪽 공간을 형성하여 구동모터 축(도시되지 않음)과 고정(즉, 억지끼움 구조)되고, 상기 볼(15)은 외륜(11)과 내륜(13) 사이에 위치되어 내륜(13)에 대해 외륜(11)이 회전되도록 작용한다.
특히 상기 외륜(11)에는 이탈 방지부(30) 중 베어링 모서리부(33)를 형성함으로써 외륜(11)은 이탈 방지부(30)의 구성요소를 형성한다.
일례로 상기 하우징(20)은 하우징 바디(21), 하우징 허브(22), 코킹 돌기(24) 및 지그 홈(26)으로 구성된다. 이 경우 상기 하우징 바디(21)는 볼 베어링(10)의 외륜(11)을 감싸는 링 구조로 이루어지며, 상기 하우징 허브(22)는 하우징 바디(21)에 베어링(10)의 외륜(11)이 끼워지는 중공 구조로 하우징 바디(21)의 내경을 형성하면서 돌출 구조로 하우징 허브 단면의 안쪽면에서 반구형 돌기(또는 라운드형 돌기)로 코킹 돌기(24)를 형성하면서 바깥쪽면에 지그 홈(26)을 형성한다.
특히 상기 하우징 허브(22)에는 이탈 방지부(30) 중 하우징 변형부(31), 하우징 모서리부(35) 및 하우징 경사부(37)를 형성함으로써 하우징 허브(22)는 이탈 방지부(30)의 구성요소를 형성한다.
또한 상기 코킹 돌기(24)는 볼 베어링(10)의 외륜(11)에 형성된 배어링 모서리부(33)와 결합되어 베어링의 전 둘레 고정 구조로 형성된 일정 수준의 코킹력에서 이탈력 수준을 기존 대비 보다 낮은 수준으로 유지시켜 주며, 상기 지그 홈(26)은 코킹 지그(40) 중 테이퍼 코킹 지그(60)의 지그 돌기(63)(도 3 참조)가 위치되는 장소를 제공한다.
이를 위해 상기 코킹 돌기(24)와 상기 지그 홈(26)은 돌기 각도(K)를 약 22.5°로 한 16개 쌍 또는 돌기 각도(K)를 약 15°로 한 24개 쌍으로 형성한다.
일례로 상기 이탈 방지부(30)는 하우징 변형부(31), 베어링 모서리부(33), 하우징 모서리부(35) 및 하우징 경사부(37)로 이루어진다. 이 경우 상기 베어링 모서리부(33)는 볼 베어링(10)은 외륜(11)에 형성되며, 상기 하우징 변형부(31)와 상기 하우징 모서리부(35) 및 상기 하우징 경사부(37)는 하우징(20)의 하우징 허브(22)에 형성된다.
그러므로 상기 하우징 변형부(31)와 상기 베어링 모서리부(33)는 하우징(20)의 하우징 허브(22)와 볼 베어링(10)의 외륜(11) 간 접촉면을 형성하며, 상기 하우징 모서리부(35)는 하우징(20)의 하우징 바디(21)와 하우징 허브(22)에 라운드(Round) 타입 모따기 구조로 형성됨으로써 코킹력 작용 시 응력 분산 효과로 찢어짐 또는 크랙 현상이 방지되도록 한다.
특히 상기 하우징 모서리부(35)는 모따기량이 커지면 코킹력이 증가함을 반영함으로써 하우징 바디(21)에 대한 하우징 허브(22)가 돌출된 높이인 허브 높이(C)(도 2 참조)의 50% 이내로 설정된다.
그리고 상기 하우징 경사부(37)는 하우징 변형부(31)의 반대쪽에서 하우징 허브(22)에 대한 경사각으로 형성된다. 이 경우 상기 하우징 경사각은 테이퍼 코킹 지그(60)의 돌기 코킹 각도(Y)(도 3 참조)인 약 20~25°로 형성된다.
한편 도 2는 전둘레 고정식 볼 베어링 조립체(1)를 제조하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법의 순서도를 나타낸다. 이하 상기 전둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법은 도 3 내지 도 9를 참조로 상세히 설명된다.
먼저 상기 전둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법은 S10의 볼 베어링 조립체 부품 및 코킹 지그 준비 단계로 시작된다.
도 3을 참조하면, 상기 전둘레 고정식 볼 베어링 조립체(1)는 도 1을 통해 기술된 외륜(11)/내륜(13)/볼(15)로 이루어진 볼 베어링(10) 및 하우징 바디(21)/하우징 허브(22)/코킹 돌기(24)/지그 홈(26)로 이루어진 하우징(20)과 동일하고, 상기 코킹 지그(40)는 이탈 방지부(30)를 베어링 모서리부(33)/하우징 모서리부(35)와 함께 하우징 변형부(31)/하우징 경사부(37)로 형성하는 코킹 툴(Tool)로 적용된다. 이를 통해 상기 볼 베어링 조립체 부품 및 코킹 지그 준비 단계(S10)가 완료된다.
구체적으로 상기 코킹 지그(40)는 전둘레 코킹 지그(50)와 테이퍼 코킹 지그(60)로 구성된다.
일례로 상기 전둘레 코킹 지그(50)는 환형 고리를 형성하는 테이퍼 링(51)으로 이루어지고, 상기 테이퍼 링(51)은 지그 코킹 각도(X)로 일측 경사의 사각단면 구조로 이루어진다. 이 경우 상기 테이퍼 링(51)은 볼 베어링(10)의 외륜(11)이 위치된 하우징(20)의 하우징 허브(22)를 끼워준 상태에서 코킹력을 하우징(20)의 측방향으로 가해줌으로써 하우징 변형부(31)를 1차로 형성한다.
그리고 상기 테이퍼 코킹 지그(60)는 환형 고리를 형성하는 테이퍼 링(61)으로 이루어지고, 상기 테이퍼 링(61)은 지그 코킹 각도(X)로 일측 경사의 사각단면 구조를 형성하면서 그 내면으로 돌출된 복수개의 지그 돌기(63)를 구비한다. 이 경우 상기 테이퍼 링(61)은 볼 베어링(10)의 외륜(11)이 위치된 감싼 하우징(20)의 하우징 허브(22)를 끼워준 상태에서 코킹력을 하우징(20)의 측방향으로 가해줌으로써 하우징 변형부(31)를 2차로 형성하여 최종적인 형상으로 만들어 주며, 상기 지그 돌기(63)는 하우징 허브(22)의 지그 홈(26)에 끼워진 상태에서 코킹력을 하우징(20)의 측방향으로 가해줌으로써 코킹 돌기(24)를 외륜(11)에 밀착시켜 볼 베어링(10)의 이탈력을 적정 수준으로 형성하여 준다.
특히 상기 전둘레 코킹 지그(50)의 지그 코킹 각도(X)는 하우징 허브(22)에 하우징 경사부(37)를 1차로 형성하며, 상기 테이퍼 코킹 지그(60)의 지그 코킹 각도(X)는 하우징 허브(22)에 하우징 경사부(37)를 2차로 형성하여 최종적인 형상으로 만들어 준다. 이 경우 상기 지그 코킹 각도(X)는 약 2~2.5°를 적용하며, 상기 돌기 코킹 각도(Y)는 하우징 경사부(37)의 하우징 경사각으로 약 20~25°를 적용한다.
또한 상기 테이퍼 코킹 지그(60)의 지그 돌기(63)는 하우징(20)의 하우징 허브(22)에 형성된 코킹 돌기(24)와 동일한 수량으로 형성됨으로써 약 22.5°로 한 16개 쌍 또는 약 15°로 한 24개 쌍으로 형성된다.
도 4를 참조하면, 상기 이탈 방지부(30)는 볼 베어링 조립체(1)의 단순 결합 상태인 경우 베어링 모서리부(33)와 하우징 모서리부(35)로 코킹 전 이탈 방지부를 형성하고, 이후 상기 이탈 방지부(30)는 볼 베어링 조립체(1)의 코킹 조립 상태인 경우 코킹 공정으로 변형된 하우징 변형부(31)와 하우징 경사부(37)를 형성함으로써 하우징 변형부(31), 베어링 모서리부(33), 하우징 모서리부(35) 및 하우징 경사부(37)를 모두 형성한다.
일례로 상기 코킹 전 이탈 방지부(30)의 상태를 참조하면, 상기 볼 베어링(10)의 외륜(11)과 상기 하우징(20)의 하우징 허브(22)는 서로 밀착된 상태를 유지함으로써 베어링 전둘레 고정력을 형성하도록 베어링 모서리부(33)를 감싸는 하우징 변형부(31)가 미형성 상태이면서 동시에 베어링 이탈력을 형성하도록 코킹 돌기(24)를 외륜(11)쪽으로 밀어내는 하우징 경사부(37)가 미형성 상태이다.
반면 상기 코킹 후 이탈 방지부(30)의 상태를 참조하면, 상기 이탈 방지부(30)는 코킹 지그(40)(즉, 전둘레 코킹 지그(50)와 테이퍼 코킹 지그(60))(도 3 참조)로 볼 베어링(10)과 결합된 하우징(20)의 하우징 허브(22)에 코킹 변형을 가해줌으로써 설계 인자인 허브 폭(A), 베어링 단차(B) 및 허브 높이(C)가 변형되어 만들어 짐을 알 수 있다.
이를 위해 상기 이탈 방지부(30)는 하우징 허브(22)의 허브 폭(A), 베어링 단차(B) 및 허브 높이(C)를 하우징 변형부(31)와 하우징 경사부(37)의 변형을 위한 구조 조절 설계 인자로 적용함으로써 베어링 전둘레 고정력과 베어링 이탈력이 최적화되도록 한다.
일례로 상기 허브 폭(A)은 돌출 구조의 두께로 코킹력 및 이탈력이 결정되는 가장 중요한 인자인 하우징 허브 두께로서, 폭이 커지면 변형을 위한 코킹력도 같이 커지는 특성을 이용하여 약 1.5mm 이상의 두께를 최소 두께로 설정할 수 있다. 이 경우 상기 허브 폭(A)을 약 1.5mm 이상의 두께로 함은 기존 구조의 이탈력 사양을 만족하는 수치 값의 예이며, 요구하는 코킹력 또는 이탈력이 다를 경우 그에 따라 두께의 수치 변경으로 새로운 요구 값에 대응 가능하다.
그리고 상기 베어링 단차(B)는 볼 베어링(10)의 외륜(11)이 하우징 바디(21)로부터 베어링 모서리부(33)의 돌출 높이로서, 하우징 바디(21)의 면보다 외륜(11)의 면이 낮으면 유격이 커지고, 특히 단차가 없을시 하우징 변형부(31)와 갭(GAP)을 발생하여 볼 베어링(10)의 움직임이 형성됨을 반영함으로써 1차 전둘레 변형 후 베어링 움직임 방지가 가능한 하우징 바디(21)의 상면에서 최소 0.5mm 이상 올라오는 높이로 설정한다.
이와 같이 상기 베어링 단차(B)는 단차 미발생시 볼 베어링(10)과 하우징(20)의 조립품에서 형성되는 유격을 제거하여 준다.
또한 상기 허브 높이(C)는 하우징 바디(21)에 대한 하우징 허브(22)가 돌출된 높이인 코킹력 감소 영향 인자로서, 코킹력 감소 영향 인자 높이가 높을수록 코킹력이 감소됨을 반영함으로써 베어링 단차(B)의 상단면보다 0.5mm 이상 높게 설정한다.
일례로 상기 허브 높이(C)는 하우징 허브(22)가 외륜(11)의 베어링 모서리부(33)를 라운드 형상(E)을 갖도록 변형됨으로써 하우징 변형부(31)를 형성하여 준다. 이 경우 상기 라운드 형상(E)은 전둘레 코킹 지그(50) 또는 테이퍼 코킹 지그(60)(도 3 참조)로 하우징 허브(22)의 돌출 부위가 외륜(11)쪽으로 밀려남으로써 하우징 허브(22)가 베어링 모서리부(33)를 밀착하여 잡아주도록 감싸는 변형 구조로 형성된다.
특히 상기 허브 높이(C)는 베어링 모서리부(33)가 형성되는 공정에서 테이퍼 코킹 지그(60)의 돌기 코킹 각도(Y)(도 3 참조)로 하우징 허브(22)의 돌출부위가 외륜(11)쪽으로 밀려남으로써 하우징 바디(21)에 대해 돌기 코킹 각도(Y)의 경사 변형으로 하우징 경사부(37)를 형성하여 준다. 이 경우 상기 하우징 경사부(37)는 돌기 코킹 각도(Y)인 약 20~25°로 경사짐으로써 하우징 허브(22)의 코킹 돌기(24)들이 하우징 변형부(31)로 감싸인 외륜(11)쪽으로 밀착하여 접촉 상태를 강하게 유지할 수 있도록 작용한다.
이어 상기 전둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법은 S20의 베어링을 하우징에 삽입 단계, S30의 전둘레 코킹 지그에 의한 1차 전둘레 변형 단계, S30-1의 전둘레 코킹 지그 분리 단계, S40의 테이퍼 코킹 지그에 의한 2차 테이퍼 코킹 변형 단계, S40-1의 테이퍼 코킹 지그 분리 단계, S50의 볼 베어링 조립체 검사(Inspection) 단계로 수행된다.
도 5를 참조하면, 상기 베어링과 하우징의 삽입 단계(S20)는 바닥에 놓인 하우징(20)을 향해 위에서 볼 베어링(10)을 내려줌으로써 볼 베어링(10)의 외륜(11)이 하우징 바디(21) 안쪽으로 위치된 상태에서 하우징 허브(22)로 감싸이도록 하여 완료된다.
그러므로 상기 볼 베어링 조립체(1)는 볼 베어링(10)의 베어링 모서리부(33)와 하우징(20)의 하우징 허브(22)가 서로 밀착 상태를 유지할 뿐 이탈 방지부(30)의 하우징 변형부(31)와 경사부(37)가 미 형성된 상태로 유지된다. 이 경우 상기 구조 조절 설계 인자인 허브 폭(A)은 약 1.5mm 이상 두께, 상기 베어링 단차(B)는 하우징 바디(21)의 상면에 대한 최소 0.5mm 이상 높이, 상기 허브 높이(C)는 외륜(11)(즉, 베어링 단차(B)의 상단면)보다 0.5mm 이상 높이로 설정됨을 적용한다.
그리고 도 6을 참조하면, 상기 전둘레 코킹 지그에 의한 1차 전둘레 변형 단계(S30)는 볼 베어링(10)이 결합된 하우징(20)을 향해 위에서 전둘레 코킹 지그(50)를 내려줌으로써 전둘레 코킹 지그(50)의 테이퍼 링(51)이 하우징 허브(22)의 외경을 측방향 코킹력으로 가압하여 수행되고, 상기 전둘레 코킹 지그 분리 단계(S30-1)는 테이퍼 링(51)을 하우징 허브(22)에서 빼냄으로써 전둘레 코킹 지그(50)와 하우징(20)의 분리 상태로 수행된다.
이와 같은 상기 전둘레 코킹 지그(50)를 이용한 1차 전둘레 코킹 공정에선, 상기 전둘레 코킹 지그(50)가 하우징 허브(22)에 대해 수직 코킹방향으로 결합되면서 테이퍼 링(51)이 형성한 약 2~2.5°의 지그 코킹 각도(X)로 하우징 허브(22)를 측방향으로 미는 측방향 코킹력을 형성한다.
그 결과 상기 하우징 허브(22)는 외륜(11)과 접촉 상태에서 측방향 코킹력으로 외륜(11)쪽으로 강하게 밀려남으로써 외륜(11)에 대해 소성변형각도(D)를 형성한다. 이 경우 상기 소성변형각도(D)는 하우징(20)과 코킹 조립된 볼 베어링(10)의 이탈 방지를 위한 하우징 허브(22)의 형상 변형에 적용되는 이탈력 영향 인자로서, 이는 소성변형각도(D)가 클수록 이탈력이 커짐으로써 베어링 이탈방지 효과도 크지만 그 각도가 커질수록 하우징(20)의 하우징 모서리부(35)에 대한 찢어짐이나 크랙 발생을 가져올 수 있다.
그러므로 상기 소성변형각도(D)는 전둘레 코킹 지그(50)의 지그 코킹 각도(X)에 의핸 약 2~2.5°이내로 형성되며, 이를 통하여 하우징 변형부(31)를 형성하기 위한 하우징 허브(22)의 1차 소성변형 상태가 형성될 수 있다.
계속 해서 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 테이퍼 코킹 지그에 의한 2차 테이퍼 코킹 변형 단계(S40)는 소성변형각도(D)를 형성한 하우징 허브(22)를 향해 위에서 테이퍼 코킹 지그(60)를 내려줌으로써 테이퍼 코킹 지그(60)의 테이퍼 링(61)이 하우징 허브(22)의 외경을 측방향 코킹력으로 다시 가압하면서 동시에 지그 돌기(63)가 하우징 허브(22)의 지그 홈(26)에 끼워진 상태에서 측방향 코킹력으로 코킹 돌기(24)를 가압하여 수행되고, 상기 테이퍼 코킹 지그 분리 단계(S40-1)는 테이퍼 링(61)을 하우징 허브(22)에서 빼냄으로써 테이퍼 코킹 지그(60)와 하우징(20)의 분리 상태로 수행된다.
이와 같은 상기 테이퍼 코킹 지그(60)를 이용한 2차 테이퍼 코킹 공정에선, 상기 하우징 허브(22)가 외륜(11)의 베어링 모서리부(33)와 결합되는 하우징 변형부(31)를 완전하게 형성한다. 이 경우 상기 하우징 변형부(31)는 외륜(11)의 베어링 모서리부(33)와 동일한 곡률을 갖는 라운드 형상(E)으로 구조 변형됨으로써 하우징 변형부(31)가 베어링 모서리부(33)와 밀착하여 감싼 상태로 볼 베어링(10)을 잡아 고정하여 준다.
또한 상기 테이퍼 코킹 지그(60)를 이용한 2차 테이퍼 코킹 공정에선, 상기 하우징 허브(22)의 코킹 돌기(24) 들이 외륜(11)쪽으로 밀착되도록 하는 돌기 코킹 각도(Y)인 약 20~25°로 경사된 하우징 경사부(37)를 완전하게 형성하여 준다. 이 경우 상기 하우징 경사부(37)는 지그 돌기(63)가 지그 홈(26)에 위치되어 돌기 코킹 각도(Y)로 밀어내는 측방향 코킹력으로 초기 각도보다 더 큰 각도인 약 20~25°로 경사진다.
그러므로 상기 하우징 변형부(31)와 함께 상기 하우징 경사부(37)가 형성됨으로써 하우징 허브(22)의 내경부 도출로 하우징 변형부(31)의 전둘레 변형 후 베어링 유격 없음이 확인될 수 있으면서 약 20~25°경사각도의 테이퍼로 찢어짐(크랙)을 방지할 수 있고, 특히 상기 하우징 경사부(37)가 하우징 허브(22)의 전 둘레 구간이 엣지(Edge) 없는 라운드(Round)로 형성한 하우징 모서리부(35)와 이어짐으로써 전단 파괴 방지가 가능한 특징을 가질 수 있다.
최종적으로 도 9를 참조하면, 상기 볼 베어링 조립체 검사 단계(Inspection)(S50)는 작업자의 육안 검사로 볼 베어링 조립체(1)에 대한 코킹 공정 결과를 확인하여 수행한다.
특히 상기 하우징 허브(22)는 지그 홈(26)의 눌림에 따른 하우징 경사부(37)로 인해 허브 폭(A)이 하우징 허브 단면 측면에서 하우징 허브 단면 두께(T)가 지그 홈(26)의 하우징 허브 단면 홈 두께(t)로 변화되며, 그 변화율은 하우징 허브 단면 두께(T)를 100%로 할 때 약 35% 이상의 하우징 허브 단면 홈 두께(t)를 적용한다. 이 경우 상기 하우징 허브 단면 홈 두께(t)에 적용된 35% 이상의 단면 두께 변화 비율은 하우징 허브(22)가 2차 테이퍼 코킹 공정 중 소재 찢어짐 발생이 방지될 수 있는 한계 값이 약 35% 이기 때문이다.
이와 같이 상기 볼 베어링 조립체(1)에 형성된 이탈 방지부(30)는 구조 조절 설계 인자로 (1) 이탈력이 조절 가능하고, (2) 코킹후 이탈력이 요구 사양(예, 4,500 N)을 만족하며, (3) 코킹력을 현 사양(예, 48,500 N) 대비 20% 낮추며, (4) 코킹 후 알루미늄 소재(예, ALDC 12)에 찢어짐 또는 크랙 미형성, (5) 부품 추가 및 원가증가 없이 알루미늄 소재(예, ALDC 12)의 소성변형이 이용되는 장점을 구현할 수 있다.
이를 통해 상기 볼 베어링 조립체(1)는 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체로 특징된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 전 둘레 고정식 볼 베어링 조립체(1)는 볼 베어링(10)이 하우징(20)에 삽입된 상태에서 전둘레 코킹 지그(50)가 하우징 허브(22)에 가하는 1차 측방향 코킹력으로 외륜(11)을 향해 소성변형각도(D)를 형성한 후 테이퍼 코킹 지그(60)가 하우징 허브(22)에 다시 가하는 2차 측방향 코킹력에 의한 하우징 변형부(31)로 외륜(11)과 하우징 허브(22)의 베어링 전둘레 고정력을 형성하면서 하우징 경사부(37)로 하우징 허브(22)의 코킹 돌기(24)를 외륜(11)과 접촉시켜 베어링 이탈력을 형성하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법으로 외륜(11)과 하우징 허브(22)에 이탈 방지부(30)가 형성된다.
이를 통해 상기 이탈 방지부(30)가 하우징 변형부(31)에 의한 전둘레 베어링 고정력과 하우징 경사부(37)에 의한 베어링 이탈력을 최적화함으로써 저신율의 알루미늄(Aluminum) 주조합금을 이용한 베어링 구조에서 볼 베어링(10)의 변형 및 하우징(20)의 파손 없는 코킹 공정 수행이 가능하고, 특히 볼 베어링 조립체(1)의 코킹 품질 향상 및 내구성 확보가 가능하다.
1 : 볼 베어링 조립체
10 : 볼 베어링 11 : 외륜
13 : 내륜 15 : 볼
20 : 하우징
21 : 하우징 바디 22 : 하우징 허브
24 : 코킹 돌기 26 : 지그 홈
30 : 이탈 방지부
31 : 하우징 변형부 33 : 베어링 모서리부
35 : 하우징 모서리부 37 : 하우징 경사부
40 : 코킹 지그
50 : 전둘레 코킹 지그 51,61 : 테이퍼 링
60 : 테이퍼 코킹 지그 63 : 지그 돌기

Claims (17)

  1. 볼이 외륜과 내륜 사이에 구비된 볼 베어링,
    하우징 바디에 상기 외륜이 끼워지도록 중공 구조로 이루어진 하우징 허브와 상기 외륜에 접촉되는 1개 이상의 코킹 돌기를 형성한 하우징, 및
    상기 외륜과 상기 하우징 허브를 결합하는 이탈 방지부가 포함되고,
    상기 이탈 방지부는 상기 하우징 허브를 코킹력으로 하우징 변형부로 변형시켜 상기 외륜을 감싸 베어링 전둘레 고정력을 형성하며, 상기 하우징 허브를 코킹력으로 하우징 경사부로 변형시켜 상기 코킹 돌기를 상기 외륜과 접촉시켜 베어링 이탈력을 형성해 주고;
    상기 하우징 허브의 허브단면두께인 허브 폭, 상기 하우징의 하우징 바디의 상면에 대해 상기 외륜이 갖는 외륜 돌출 높이인 베어링 단차, 상기 하우징 바디의 상면에 대해 상기 하우징 허브가 갖는 허브 돌출 높이인 허브 높이가 설정되며;
    상기 허브 폭은 지그 홈의 하우징 허브 단면 홈 두께와 상기 하우징 허브의 하우징 허브 단면 두께를 갖고, 상기 하우징 허브 단면 홈 두께는 상기 하우징 허브 단면 두께 대비 35% 이상인 것을 특징으로 하는 볼 베어링 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징 허브는 상기 하우징 바디와 이어지는 전 둘레 구간을 하우징 모서리부로 라운드(Round)를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 코킹 돌기는 반구형 돌기로 이루어지고, 상기 하우징 허브의 전 둘레에서 16개소 이상에 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징 변형부는 상기 외륜의 베어링 모서리부를 감싸는 라운드 형상으로 변형되며,
    상기 하우징 경사부는 상기 코킹 돌기에 대응하는 위치에서 상기 하우징 허브에 형성된 상기 지그 홈을 통해 변형되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 하우징 변형부와 상기 하우징 경사부는 상기 허브 폭, 상기 베어링 단차 및 상기 허브 높이 중 하나 이상을 구조 조절 설계 인자로 하여 변형되는 것을 특징으로 하는 볼 베어링 조립체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 외륜이 하우징 허브 보다 낮은 위치를 갖도록 볼 베어링이 하우징에 삽입되는 단계,
    전둘레 코킹 지그가 끼워지면서 상기 하우징 허브에 가해지는 1차 측방향 코킹력으로 형성된 소성변형각도가 상기 하우징 허브를 상기 외륜쪽으로 밀어내는 단계, 및
    테이퍼 코킹 지그가 끼워지면서 상기 하우징 허브에 가해지는 2차 측방향 코킹력으로 형성된 하우징 변형부가 상기 외륜과 상기 하우징 허브의 베어링 전둘레 고정력을 형성하며, 동시에 상기 2차 측방향 코킹력으로 형성된 하우징 경사부가 상기 하우징 허브의 코킹 돌기를 상기 외륜과 접촉시켜 베어링 이탈력을 형성해 주는 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 전둘레 코킹 지그의 지그 코킹 각도는 테이퍼 링의 단면 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전둘레 코킹 지그의 상기 지그 코킹 각도는 2~2.5°로 상기 소성변형각도를 형성해 주는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 테이퍼 코킹 지그의 지그 코킹 각도와 돌기 코킹 각도 중
    상기 지그 코킹 각도는 테이퍼 링의 단면 구조로 형성되며,
    상기 돌기 코킹 각도는 상기 코킹 돌기에 대응하는 위치에서 상기 하우징 허브에 형성된 지그 홈에 끼워지는 지그 돌기의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 테이퍼 코킹 지그의 상기 지그 코킹 각도는 2~2.5°로 상기 베어링 전둘레 고정력을 형성해 주는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 지그 돌기의 상기 돌기 코킹 각도는 20~25°로 상기 코킹 돌기를 상기 외륜에 접촉시켜 주는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 코킹 돌기와 상기 지그 돌기는 16개 쌍 또는 24개 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
  17. 청구항 10에 있어서, 상기 볼 베어링과 상기 하우징은 상기 하우징 변형부와 상기 하우징 경사부를 이탈 방지부로 구비한 볼 베어링 조립체로 제조되며,
    상기 하우징 경사부는 상기 하우징 허브의 하우징 허브 단면 홈 두께를 하우징 허브 단면 두께 대비 35%로 형성하는 것을 특징으로 하는 전 둘레 코킹식 볼 베어링 조립 방법.
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