KR20080036609A - 휠 베어링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최소한 하나의 외측 부분(8), 최소한 하나의 내측 부분(10) 및 외측 부분(8)과 내측 부분 사이에서 최소한 복열의 회전체(11)를 포함하는 휠 베어링 장치(1)에 관한 것으로서, 외측 부분(8)에는 각각 최소한 하나의 내륜(15, 16)이 형성되고 내측 부분(10)에는 단열 회전체(11)을 위한 각각 최소한 하나의 외륜(13, 14)이 형성되며, 휠 허브(2)는 구동핀의 외측 톱니부에 맞물리기 위하여 방사상 내측의 회전축(1a) 방향으로 돌출된 내측 톱니부(3)를 포함하며 회전되지 않게 외륜과 적어도 연결된다. 외측 부분의 베어링 폭(bL)에 대한 내측 부분의 이끝원 직경(dZ)의 비율은 0.9보다 크다.
휠 베어링 장치, 회전축, 휠 허브, 플랜지, 회전체

Description

휠 베어링 장치{WHEEL BEARING UNIT}
본 발명은 적어도 하나의 외측 부분, 적어도 하나의 내측 부분 및 외측 부분과 내측 부분 사이에서 적어도 복열의 회전체를 포함하는 휠 베어링 장치에 관한 것으로서, 외측 부분에는 각각 적어도 하나의 내륜이 형성되고 내측 부분에는 단열 회전체을 위한 각각 적어도 하나의 외륜이 형성된다.
알려진 휠 베어링 장치는 비교적 무거운 중량 및 비교적 약한 베어링 강성을 갖는다. 베어링 강성은 장치가 하중로 인해 발생된 탄성 편향에 대항하는 베어링의 저항이다. 베어링 강성에서 틸팅 강성(tilting rigidity)가 나타나는데, 이는 예를 들어 Nm/˚ 단위로서 베어링에서 틸팅 각도에 대한 하중 모멘트의 비율을 의미한다.
하중이 가해질 때 베어링이 더 많이 틸팅될수록, 즉 동일한 하중에서 틸팅 각도가 클수록 틸팅 강성이 적어진다. 이 하중은, 주로 차량의 가동 상태에서 차량 휠 및 그에 속하는 휠 서스펜션에 작용하는 하중이다.
베어링 강성이 약할수록 휠 시스템의 틸팅부에 더 많은 부하가 작용하는데, 이는 특히 커브 구간 주행 시 차량의 주행 거동에 부정적인 영향을 미치며 특히 브레이크 디스크 영역에서 큰 축방향의 브레이크 디스크 편향으로 인해 브레이크의 마모 및 브레이크의 기능에 부정적으로 작용한다.
따라서 본 발명의 목적은 강한 베어링 강성을 갖는 휠 베어링 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항에 따른 특징을 포함하는 휠 베어링 장치를 통해 달성된다.
휠 베어링 장치(1)는 적어도 하나의 외측 부분(8), 적어도 하나의 내측 부분(10) 및 외측 부분(8)과 내측 부분 사이에서 적어도 복열의 회전체(11)를 포함하며, 외측 부분(8)에는 각각 적어도 하나의 내륜(15, 16)이 형성되고 내측 부분(10)에는 단열 회전체(11)을 위한 각각 적어도 하나의 외륜(13, 14)이 형성된다.
또한 휠 베어링 장치는 휠 허브를 포함하는데, 이 휠 허브는 특히 구동 차축/휠의 경우에 또는 구동 차축/휠에서 방사상 내측의 회전축 방향으로 돌출된 그 내측 톱니부를 포함한다.
내측 톱니부는 구동핀 또는 이와 유사한 것의 외측 톱니부에 맞물리기 위해 제공된다.
휠 허브는 외륜과 비회전식으로 최소한 결합되며, 즉, 예를 들면 휠 허브 자체가 내측 부분이고 적어도 하나의 레이스 웨이(raceway)를 포함하거나 또는 적어도 내측 링이 내측 부분으로서 휠 허브에 안착된다.
본 발명에 따른 휠 베어링 장치의 특징은, 외측 부분의 베어링 폭(bL)에 대한 내측 부분의 이끝원 직경(dZ)의 비율은 0.9보다 크다는 것이다. 즉 다음과 같다 dZ/bL > 0.9
이때 본 발명의 대상에 대해 한정적 의미를 갖지 않는 다음과 같은 경계조건이 적용된다:
- 외측 부분의 축방향 베어링 폭이 동일한 방향에서 서로 가장 멀리 이격된, 외측 부분 외측 윤곽의 두 개의 점 사이에서 회전축에 대해 동일한 방향을 향하고 회전축에 대해 평행한 최대 간격을 통해 형성되며, 바람직하게는 서로 이격되고 주로 환형으로 형성된 외측 링의 정면에서 점이 형성된다.
- 외측 부분의 축방향 베어링 폭이 내측 부분의 축방향 베어링 폭보다 크거나 또는 작을 수 있다.
- 휠 베어링 장치의 단열의 회전체의 피치원은 가상의 원으로써, 그 중점이 휠 베어링 장치의 회전축에 의해 수직으로 관통되며 이 원은 그 열의 회전체의 중심과 둘레측에서 교차하거나 또는 이 중심을 서로 연결한다.
- 내측 부분은 적어도 하나의 레이스 웨이를 구비한 적어도 하나의 내측 링이며, 선택적으로는 내측 링이 안착된 허브 또는 이와 유사한 것을 구비한 장치에 있는 두 개의 내측 링이거나 또는
- 내측 부분이 허브 또는 이와 유사한 것으로서, 여기에는 적어도 하나의 레이스 웨이가 직접, 즉 내측 링이 중간에 연결되지 않는 상태로 형성된다.
- 외측 부분은 외측 하우징과 함께 장치에 부착된 적어도 하나의 외측 링이다. 외측 하우징은 예를 들어 휠 캐리어이며 차량 측에 고정하기 위한 고정 부재를 포함하거나 또는
- 외측 부분은 외측 하우징이며 레이스 웨이의 적어도 하나를 포함하며, 이로써 외측 링이 중간에 연결되지 않는 형태로 형성된다.
- 특히 그 휠 허브가 내측 톱니부를 포함하지 않는 비구동 차축/휠의 휠 베어링 장치에서는 본 발명에 따른 비율을 위하여 내측 톱니부의 이끝원의 직경(dZ) 대신 허브의 상응하는 내경이 적용된다.
종속항에는 독립항에 따른 본 발명의 대상에 대한 바람직한 중요한 개선된 형태가 각각 설명된다.
본 발명에 따른 개선된 형태에서는, 회전체의 직경(dK)에 대한 휠 베어링 장치의 단열 회전체의 피치원 직경(TK)의 비율이 숫자값으로서의 육, 짧게 6보다 크며, 축 방향에서 서로 인접한 두 개의 회전체 열 사이의 열 간격(rL)(즉 인접한 열에서 회전체의 중앙에서 다른 열의 회전체 중앙의 축방향 중심 간격)이 회전체 직경(dk)의 최대 1.65배에 해당한다.
따라서 다음이 성립한다:
TK > 6· dK
rL <= 1.65· dk
이때 한정적 의미를 갖지 않는 다음과 같은 경계조건이 적용된다:
- 최소 피치원 직경을 갖는 열에 대해 피치원 직경이 열마다 상이한 휠 베어링 장치에 이 비율이 적용된다.
- 피치원 직경이 열마다 동일하지만, 그 회전체가 최대 직경을 갖는 열에 대해서는 회전체의 직경에 열마다 상이한 휠 베어링 장치에 이 비율이 적용된다.
- 비율이 비구동 휠 또는 구동 휠의 지지를 위한 휠 베어링 장치에 적용된다. 구동 휠은, 전륜구동 차량에서 조향 휠 또는 뒷차축 구조에서 구동되는 휠처럼 예를 들어 등속 조인트의 조인트 외측 부분과 연결된다.
- 이 비율은 단열, 특히 복열 및 다중열 볼 베어링 또는 롤러 베어링, 특히 볼 베어링에 대해 적용되는데, 일반적으로 이 볼 베어링에 의해 내측 부분은 차량 휠과 결합되며 외측 부분은 차량 측에서 휠 캐리어 또는 조향 너클을 통해 고정된다.
휠 베어링 장치의 치수가 가능한 한 작게 선택되어야 한다는 전문가들 사이의 일반적인 견해가 비율의 선택을 통해 역전된다.
더 큰 회전체 피치원을 통해 다음과 같은 동일한 정적 하중 CO에서는 종래 기술의 베어링에 비하여
C0 = f0· i· z· dK 2· cosα0
본 발명에 따른 베어링의 열당 더 많은 수의 볼이 나타나는데, 이 사항은 특히 볼 직경(dK)을 가능한 한 작게 선택하는 경우에 더욱 뚜렷하게 나타난다. 여기에서
fO = 베어링 유형에 따른 계수
i = 회전체 열의 수량
αO = 베어링 접촉각
z = 회전체의 수량
강성은 롤러 베어링 재료의 탄성계수와 같은 요소, 레이스 웨이의 윤활 및 크게는 회전체의 수량 및 회전체 직경과 같은 요인에 따라 결정된다.
예를 들어 피치원 직경 TK = 64 내지 65 mm이고 z = 14개의 회전체이고 dK = 12.7 mm인 경우 종래 기술에 따른 베어링에서는 더 약한 강성이 나타나며, 피치원 직경이 동일하고 z = 21이고 dK = 11.112 mm인 본 발명에 따른 휠 베어링 장치에서 바람직하게도 더 큰 강성이 나타난다.
본 발명 및 그 개선된 형태를 통해 종래 기술에 비해 현저하게 약 40% 증가된 베어링 강성으로 인해 증가된 베어링 틸팅 강성이 발생한다. 증가된 베어링 틸팅 강성은 휠 베어링 장치에서 하중에 의한 변형을 적게 하고 따라서 브레이크 디스크에서 더 적은 변형을 발생시킨다.
또한 다른 개선된 형태에서는 외측 부분의 축방향 베어링 폭(bL)이 휠 베어링 장치의 지지하는 최소 회전체의 직경에 적어도 네 배에 해당할 수 있다. 따라서 다음이 성립한다:
bL <= 4· dk
이때 다음의 경계조건이 적용된다:
- 외측 부분의 축방향 베어링 폭이 동일한 방향에서 서로 가장 멀리 이격된, 외측 부분 외측 윤곽의 두 개의 점 사이에서 회전축에 대해 동일한 방향을 향하고 회전축에 대해 평행한 최대 간격을 통해 형성되며, 바람직하게는 서로 이격되고 주로 환형으로 형성된 외측 링의 정면에서 점이 형성된다.
- 외측 부분의 축방향 베어링 폭이 내측 부분의 축방향 베어링 폭보다 크거나 또는 작을 수 있다.
마지막으로 본 발명에 따른 실시 형태에서는, 베어링 횡단면(qL)이 휠 베어링 장치의 최소 회전체 직경의 최고 2배에 해당한다. 따라서 다음이 성립한다:
qL <= 2 dk
이때 다음의 경계조건이 적용된다:
- 베어링 횡단면은 내경(dL)(내측 부분의 자유 내경)으로 설명되는 베어링 보어 사이의 방사상 간격, 및 외측 부분의 직경(DA)(베어링 외경) 또는 회전대칭적이 아닌 외측 부분에서는 회전축에서 서로 대향하는, 외측 부분의 외측 윤곽의 두 개의 점(P1,P2)의 최소 방사상 간격(DA)을 통해 결정되며 따라서 다음이 성립된다.
2qL = DA - dL
이때 점(P1, P2)은 하나의 열의 회전체 중심을 진행하는 공동의 방사상 면(E)에 존재한다. 방사상 면(E)은 최소 방사상 간격(DA)이 형성된 열을 통해 진행한다. 도 2에 따른 예시에서 이는 도 2에 따른 휠 베어링 장치(1)에 대해 도면의 우측 열에 해당한다.
본 발명의 다른 실시 형태에서는 다음이 제공된다.
- 베어링 폭(bL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 1.25보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dL/bL > 1.25,
- 회전체 직경(dK)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 4.2보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dL/dK > 4.2,
- 회전체 열의 열 간격(rL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 3보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dL/rL > 3,
- 베어링 횡단면(qL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 2.2보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dL/qL > 2.2,
- 회전체 열의 열 간격(rL)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 2.3보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dZ/rL > 2.3,
- 회전체 직경(dK)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 3.2보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dZ/dK > 3.2,
- 톱니부 폭(VB)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 0.9보다 크다. 즉 다음이 성립된다.
dZ/VB > 0.9,
- 톱니부 직경(dZ)에 대한 베어링 외경(DA)의 비율이 2.7보다 작다. 즉 다음이 성립된다.
DA/dZ < 2.7,
도 1 및 도 2에는 아래에서 상세히 설명되는 본 발명의 실시예가 도시되어 있다.
도면은 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비율이 포함된 휠 베어링 장치의 치수를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구동 차축을 위한 휠 베어링 장치를 나타낸다.
도 1은 최소 비율 또는 최대 비율의 형태로 명시된 (기하학적) 비율이 포함된 휠 베어링 장치의 예시적 치수를 표의 형태로 나타낸 것으로서, 이 비율은 본 발명의 작성 시점에까지 종래 기술의 휠 베어링 장치에서 구현되지 않았으며 예시적 치수에 해당한다.
도 2는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 휠 베어링 장치(1)가 내측 톱니부(3)를 구비한 휠 허브(2)를 포함하며 본 발명에 중요한 특성값 정보가 표시되어 있다. 도면은 휠 베어링 장치(1)의 회전축(1a)을 따라 절개한 종단면도로서 현척으로 도시되지 않았다.
휠 허브(2)에 있는 내측 톱니부(3)는 도시하지 않은 구동핀의 외측 톱니부에 맞물리기 위해 제공된다. 휠 허브(2)는 회전 가능한 형태로 외측 부분(8)에서 지지되며 도시하지 않은 차량 휠 및 브레이크 디스크의 고정을 위한 플랜지(9)를 포함한다. 휠 허브(2)에는 내측 링(6, 7) 형태의 내측 부분(10)이 안착되며, 이 내측 링은 각각 볼 형태의 단열 회전체(11)와의 롤러 접촉을 위한 각각 하나의 외륜(13, 14)을 포함한다. 단열의 회전체(11)는 케이지(12)에서 안내된다. 외측 부분(8)은 플랜지 바디로서 하나 또는 복수의 전형적인 외측 링을 대체하며 이를 위해 회전체(11)와의 롤러 접촉을 위한 내륜(15, 16)을 포함한다. 외측 부분(8)은 휠 베어링 장치(1)를 차량측에 고정하기 위한 플랜지(17)를 포함한다.
본 발명은 휠 베어링 장치에 이용될 수 있다.
[도면부호의 설명]
1 휠 베어링 장치
1a 회전축
2 휠 허브
3 내측 톱니부
5 휠 허브
6 내측 링
7 내측 링
8 외측 부분
9 플랜지
10 내측 부분
11 회전체
12 케이지
13 외륜
14 외륜
15 내륜
16 내륜
17 플랜지
αO 베어링 접촉각
bL 베어링 폭
DA 베어링 외경, 방사상 간격
dk 회전체 직경
dL 내측 부분 내경
dZ 이끝원 직경
qL 베어링 횡단면
E 방사상면
P1 외측 윤곽의 점
P2 외측 윤곽의 점
rL 열 간격
TK 피치원 직경
VB 톱니부 폭

Claims (12)

  1. 최소한 하나의 외측 부분(8), 최소한 하나의 내측 부분(10) 및 외측 부분(8)과 내측 부분 사이에서 최소한 복열의 회전체(11)를 포함하는 휠 베어링 장치(1)로서, 외측 부분(8)에는 각각 최소한 하나의 내륜(15, 16)이 형성되고 내측 부분(10)에는 단열 회전체(11)을 위한 각각 최소한 하나의 외륜(13, 14)이 형성되며, 휠 허브(2)가 구동핀의 외측 톱니부에 맞물리기 위하여 방사상 내측의 회전축(1a) 방향으로 돌출된 내측 톱니부(3)를 포함하며 회전되지 않게 외륜과 최소한 연결되는 휠 베어링 장치에 있어서,
    외측 부분(8)의 베어링 폭(bL)에 대한 내측 톱니부(3)의 이끝원 직경(dZ)의 비율이 0.9보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  2. 제1항에 있어서, 각 열의 회전체(11)의 직경(dK)에 대한 휠 베어링 장치(1)의 최소한 단열의 휠 베어링 장치(1)의 피치원 직경(TK)의 비율이 숫자값으로서의 육보다 크며, 피치원은 휠 베어링 장치(1)의 회전축(1a)에 대해 동심성인 가상의 원이며, 이 원이 단열의 회전체(11) 중심을 둘레측에서 서로 연결하며, 열 사이의 열 간격(rL)이 회전체(11) 직경(dk)의 최대 1.65배에 해당하고, 열 간격(rL)이 회전체(11)의 중심 사이에서 회전축(1a)과 동일한 방향을 향하는 축방향 간격(rL)인 것 을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외측 부분(8)의 축방향 베어링 폭(bL)이 휠 베어링 장치(1)의 최소 회전체(11) 직경(dK)의 최고 네 배이며, 축방향 베어링 폭(bL)이 축방향에서 서로 최대로 이격된 외측 부분(8)의 두 개의 외측 윤곽점 사이에서 회전축(1a)과 동일한 방향을 향하는 최대 간격(bL)인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베어링 횡단면이 휠 베어링 장치(1)의 최소 회전체(11) 직경(dK)에 최대 2배에 해당하며, 베어링 횡단면(qL)이 회전축(1a)에 대한 횡방향에서의 방사상 간격(qL)이며, 이 간격이 외측 부분(8)의 최소 외측 치수의 편차와 베어링 보어(dL)의 자유 내경에서 형성되며 최소 외측 치수가, 회전축에서 회전체의 중심을 통과하여 진행하는 가상의 방사상 면에 대향 배치된 외측 윤곽의 두 개의 점 사이의 방사상 간격인 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 폭(bL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 1.25보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 회전체 직경(dK)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 4.2보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 회전체 열의 열 간격(rL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 3보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 베어링 횡단면(qL)에 대한 내측 링 시트 직경(dL)의 비율이 2.2보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 회전체 열의 열 간격(rL)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 2.3보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 회전체 직경(dK)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 3.2보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 톱니부 폭(VB)에 대한 톱니부 직경(dZ)의 비율이 0.9보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 톱니부 직경(dZ)에 대한 베어링 외경(DA)의 비율이 2.7보다 큰 것을 특징으로 하는 휠 베어링 장치(1).
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