KR20060118316A - 비대칭 허브 조립체 - Google Patents

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Abstract

허브 베어링 조립체는 차량의 휘일에 장착되기 위해 한쪽 축방향 단부에서 방사외측으로 지향된 플랜지를 갖는 허브와, 축방향으로 이격된 레이스웨이와, 외측링과 허브 사이의 환형 공간에 2열로 정렬된 다수의 롤링 소자를 갖는 외측링을 포함하며; 상기 플랜지에 인접한 롤링 소자의 외측 열의 피치원의 직경은 내측 열에서 롤링 소자의 피치원의 직경 보다 크다.
휘일, 플랜지, 롤링 소자, 볼 베어링, 피치원

Description

비대칭 허브 조립체{ASYMMETRIC HUB ASSEMBLY}
본 발명은 2003년 10월 14일자 출원된 미국 특허출원 제60/511.004호의 이익을 청구한다.
본 발명은 차량용 허브 유니트에 관한 것으로서, 특히 차량의 휘일을 회전가능하게 지지하는 신규한 베어링 장치에 관한 것이다.
차량 휘일용 허브 유니트는 공지되어 있다. 전형적인 종래 유니트는 2000년 3월 14일자로 요시아키에 허여된 발명의 명칭이 "차량 휘일용 롤링 베어링 유니트"인 미국특허 제6.036.371호와, 1892년 1월 8일자로 에반스에 허여된 미국특허 제4.333.695호에 개시되어 있다. 이러한 특허에 개시되어 있는 바와 같이, 허브 유니트는 전형적으로 휘일을 지지하기 위하여 러그나 스터드를 수용하는 외주방향으로 이격된 일련의 볼트구멍을 통해 차량의 휘일에 장착되도록, 방사외측으로 지향되는 플랜지가 구비된 일반적으로 원통형인 허브를 포함한다. 축방향으로 이격되어 있는 한쌍의 베어링 열(row)은 롤링 소자를 위한 내측 레이스웨이(raceway)를 갖는 외측링 사이에서 회전하도록, 휘일을 지지한다. 상기 미국특허 제6.036.371호에서, 베어링 지지체는 볼의 열(row)과, 테이퍼형 롤러의 열(row)을 포함한다.
이러한 허브 조립체가 일반적으로 의도한 목적에 만족하더라도, 본 발명은 이러한 일반적 형태의 허브 조립체를 개선하기 위한 것으로서; 베어링상에서의 훨씬 평형화된 부하 부포와, 코너링시 특히 유용한 벤딩모멘트를 감소시키는 "강성인" 허브의 제공 등과 같이, 종래기술에 대한 기능적 장점을 제공하는 구성 및 배열을 신규한 특징으로 한다.
본 발명은 허브의 방사 플랜지에 인접한 외측 열에서 베어링의 피치원 직경이 내측 단부에서 베어링의 피치원의 직경 보다 큰, 비대칭 유니트를 제공한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 베어링의 내측 열 및 외측 열은 앵귤러 접촉 볼베어링이며, 휘일 단부의 외측에서의 열 직경은 내측 현가 단부에서 열의 피치원의 직경 보다 적어도 5mm 크다. 이러한 배열에 의해, 2개의 베어링 열의 접촉각이 허브의 축선과 교차하는 압력중심 사이의 거리는 높은 캠버 강성도를 제공하도록 최대로 될 수 있다. 또한, 외측 열은 내측 베어링 열과 뇌측 베어링 열 사이에서 시스템에 부하를 균일하게 평형화시키는, 허브 플랜지의 허브 축선 외측과 양호하게 교차한다. 또한, 대배칭적인 디자인으로 인하여, 상기 외측 열은 더욱 많은 볼을 수용할 수 있으므로, 패키지 형상을 변화시키지 않고서도 베어링의 용량을 증가시킬 수 있게 된다. 이러한 디자인에 의해, 외측 압력중심은 접촉각을 증가시키지 않고서도 또한 베어링의 라디알 동적 능력을 감소시키지 않고서도, 대칭 유니트에 비해 더욱 외측으로 배치될 수 있다.
환원하면, 종래 기술의 대칭형 볼 유니트와 본 발명의 비대칭형 유니트를 비교하면, 비대칭 배열이 너클 또는 축방향 플랜지 형상과 충돌하지 않고서도, 보다 많은 용량을 제공할 수 있다. 따라서, 베어링 설계자들은 통상적으로 테이퍼형 베어링이 필요한 용도에 볼 베어링을 사용할 수 있게 되므로, 워험성의 증가없이 경제성을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 비대칭 설계에 의해 허브 강성도를 증가시키면 소음 및 진동의 심각성을 개선할 수 있으며, 조향 정밀성 및 차량의 동적 행위를 강화시키며, 회전자의 정상 작동에 따른 브레이크 마모를 개선할 수 있다.
비대칭 디자인의 강화된 강성도에 의해, 허브 유니트는 허브상에 심한 벤딩 모덴트를 인가하는 대직경 휘일을 수용할 수 있게 된다. 상기 비대칭 디자인은 허브 디자인에 변형을 가하지 않고서도 휘일 크기를 증가시킬 수 있다.
요약하면, 본 발명은 허브 플랜지 강도를 개선시키고, 견고성을 증가시키며, 허브의 안전성을 증가시킨다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 비대칭 허브 조립체의 횡단면도.
도2는 본 발명에 따른 비대칭 허브 조립체의 다른 실시예의 횡단면도.
도3은 종래기술의 대칭 배열에 비해 외측 열상의 방사방향 부하 성분의 감소 및 부하 평형을 도시하는, 본 발명에 따른 비대칭 허브의 횡단면도
도4는 본 발명의 비대칭 허브 조립체 및 종래기술의 대칭 시스템의 부하 분포를 비교도시한 도면.
도5는 본 발명의 비대칭 허브 디자인과 종래기술의 대칭 시스템의 벤딩 모멘트를 비교도시한 도면.
도1에는 본 발명에 다른 비대칭 허브 조립체(10)가 도시되어 있다. 이러한 허브 조립체(10)는 신장된 허브(12)를 포함하며; 상기 허브는 허브(12)의 축방향으로 연장되는 스플라인형 중앙 개구와, 그 외측 또는 휘일 단부에 원주방향으로 연장되는 방사외측으로 지향된 플랜지를 포함하며; 상기 플랜지는 스터드(20)에 의해 차량의 휘일상에 장착되기 위하여 원주방향으로 이격된 일련의 구멍(18)을 포함한다.
상기 허브 조립체(10)는 외측 링(26)의 외측 레이스웨이(22, 24)를 올라타는 볼 베어링의 외측 열 및 내측 열(Ro, Ri)을 포함한다. 볼 베어링(Ri)의 내측 열을 위한 내측 레이스웨이(28)는 허브(12)의 내측 축방향 단부에서 원주방향으로 연장되는 립(34)에 의해 2개의 열(Ro, Ri)에 볼을 조립한 후 정위치에 지지된 환형 삽입체(32)에 형성된다. 종래의 밀봉부(S)는 허브(12)와 외측 링(26) 사이의 환형 공간의 대향 축방향 단부에 제공된다. 또한, 상기 외측 링(26)은 차량의 프레임이나 조향기구에 고정되기 위한 수단(27)을 그 내측 또는 현가 단부에 갖는다. 회전 속도를 종래 방식에 따라 측정하기 위하여 허브상에서 검출 링(40)과 대면하는 센서(38)는 외측 링(26)에 장착된다.
본 발명은 종래기술에 대해 기능적 장점을 발휘하는 비대칭 베어링을 제공하는 구성 및 배열을 신규한 특징으로 한다. 이를 위하여, 볼(Ro)의 외측 열의 피치 원의 직경(D)은 볼(Ri)의 내측 열의 피치원의 직경(Di) 보다 크다. 직경(Do, Di)의 편차는 적어도 5mm인 것이 바람직하다. 또한, 베어링의 접촉각은 압력중심(Po, Pi)으로 설정된 지점에서 허브의 회전축선(A-A)과 교차한다. 상기 압력중심(Po, Pi)은 허브 조립체의 외측 단부 및 내측 단부에서 플랜지(16)의 외측에 놓이며, 높은 부하이송 능력 및 상기 베어링(Ro, Ri)상에 양호한 부하분포를 제공한다.
도3은 베어링(Ro, Ri)에 개선된 부하분포를 제공하고 조립체의 외측 플랜지(16)상에 벤딩 모덴트 아암을 감소시키기 위하여, 도로 부하력이 본 발명에 따른 앵귤러 접촉 볼 허브 유니트의 압력중심(Po, Pi)상에서 어떻게 작용하는지를 도시하고 있다.
도3에 도시된 바와 같이, 내측 열 및 외측 열(Ri, Ro)의 피치 직경은 동일하며, 도로 타이어 인터페이스로부터의 부하력(Fr)이 베어링의 기하학적 중심(B-B)의 외측에 작용하는, 베어링 배열을 도시하고 있다. 따라서, 베어링 축선(A-A)에서 힘(Fr)의 인가점으로부터 외측 압력중심(Po) 까지의 거리는 내측 압력중심(Pi) 까지의 거리 보다 짧기 때문에, 외측 베어링(RO)의 외측 열에 작용하는 수직력(Fv2)의 크기는 간단한 비임 원리에 기초하여 내측 힘(Fv1)의 크기 보다 크다. 도3에 도시된 바와 같이, 접촉각(∝)을 변화시키지 않고서도 외측 베어링(Ro)의 피치원 직경(Do)을 증가시키므로써, 힘(Fv3) 까지의 거리가 증가되므로, 힘의 크기를 감소시킬 수 있다. 외측 피치원 직경(Do)의 증가는 각각의 볼 사이에 더 많은 공간이나 방을 제공하게 되므로, 볼(Ro)의 외측 열의 직경 감소는 외측 열(Ro)의 내구수명에 대한 2개의 절첩부 개선점과, 베어링(Ro, Ri) 사이에 더 많은 롤링 소자 및 더 많은 평형화된 부하 분포에 의해 부가의 부하이송 능력을 제공한다. 대부분의 경우에 있어서, 조립체의 전체 형상은 롤링 소자의 외측 열(Ro)의 피치 직경(Do)의 증가에 영향을 받지 않는데, 그 이유는 주로 너클 및 브레이크 형상으로 인해 베어링의 외측에는 내측 보다 더 많은 공간이 있기 때문이다.
도5는 허브 조립체에 작용하는 벤딩 모멘트시 코너링하에서 측방향 도로 힘(Fa)의 효과를 도시하고 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 대칭인 배열의 모멘트 아암(L1)은 그 편차로 인해 비대칭 배열의 모멘트 아암(L2) 보다 크며, Fa × L1의 산물인 A 주위에서의 모멘트는 Fa × L2의 산물인 B 주위에서의 모멘트 보다 크다. 따라서, 모멘트 아암 편차로 인하여, 대칭부상의 유효 모멘트가 더 크며, 이에 따라 허브 플랜지는 허브 조립체의 강성도에 더욱 더 악영향을 미칠 것이다.
도2에는 본 발명에 따른 비대칭 허브 조립체의 변형된 실시예가 도시되어 있다. 이러한 허브 조립체(10a)는 내측 베어링(Ro)이 테이퍼형 롤러 베어링이고, 설정의 부하가 라디알인 용도에 사용되는 경우를 제외하고는 동일한 부품을 사용하고 있으며, 이러한 배열은 너클 직경을 변화시키지 않고서도 현존의 테이퍼 롤러 베어링을 교체할 필요가 있을 때 사용된다.
본 발명은 전형적으로 테이퍼형 롤러를 사용하는 중장비 트럭용처럼 양호한 라디알 부하 상태에서 개선된 성능을 제공한다. 베어링은 상술한 바와 같이 내측 열 및 외측 열(Ri, Ro)의 동일한 옵셋 관계를 사용하며, 교차각(α)의 교차는 허브의 축방향 단부 외측에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 외측 열(Ro)에서 볼을 이용하는 양호한 비대칭 디자인은 특정한 부하 이송능력이 없어도 허브 강성 도 및 구조적 강도를 개선시킨다.
상술한 바와 같이, 대칭형 디자인에 있어서 외측 열에 작용하는 수직력의 크기(Fv2)는 내측상의 힘(Fv1) 보다 크기 때문에, 외측 열(Ro)의 내구수명을 단축시킨다. 피치원 직경을 증가시켜 비대칭 디자인을 형성하므로써, 접촉각(α)을 변화시키지 않고서도 양호한 장점을 상당히 발휘한다. 도3에 도시된 바와 같이, 힘의크기는 Fv3로 감소되며, 더 많은 방이 생성되어, 더 많은 볼을 수용하므로써 내구수명을 개선시키고 또한 힘 감소(Fv4)를 형성한다.
요약하면, 비대칭 디자인의 장점은 높은 캠버 강성도를 제공하므로써, 브레이므 마모를 개선시키고, 구동의 정밀성을 양호하게 하며, 베어링 능력 및 내구수명을 최적화한다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (4)

  1. 차량의 휘일에 장착되기 위해 한쪽 축방향 단부에서 방사외측으로 지향된 플랜지를 갖는 허브와,
    축방향으로 이격된 레이스웨이와, 외측링과 허브 사이의 환형 공간에 2열로 정렬된 다수의 롤링 소자를 갖는 외측링을 포함하며,
    상기 플랜지에 인접한 롤링 소자의 외측 열의 피치원의 직경은 내측 열에서 롤링 소자의 피치원의 직경 보다 큰 것을 특징으로 하는 허브 베어링 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 양측 열의 롤링 소자는 볼인 것을 특징으로 하는 허브 베어링 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외측 열의 롤링 소자는 볼이며, 내측 열의 롤링 소자는 테이퍼형 롤러인 것을 특징으로 하는 허브 베어링 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외측 열의 피치원의 직경은 롤링 소자의 내측 열의 피치원의 직경 보다 적어도 5mm 큰 것을 특징으로 하는 허브 베어링 조립체.
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