KR20090111778A - 기어 샤프트 어셈블리를 지지하는 앵귤러 볼 베어링 어셈블리 - Google Patents

기어 샤프트 어셈블리를 지지하는 앵귤러 볼 베어링 어셈블리 Download PDF

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벤 바어
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Abstract

기어를 구비한 회전가능한 샤프트를 지지하기 위한 앵귤러 볼 베어링 어셈블리가, 기어에 인접하여 위치된 볼 베어링 부재가 샤프트와 일체적으로 형성된 내부 레이스웨이를 갖는 두 세트의 볼 베어링 부재를 갖는다. 샤프트에 내부 레이스웨이를 직접 형성함으로써, 종래의 테이퍼 롤러 베어링에 비해 마찰이 감소된다.

Description

기어 샤프트 어셈블리를 지지하는 앵귤러 볼 베어링 어셈블리{ANGULAR BALL BEARING ASSEMBLY FOR SUPPORTING A GEAR SHAFT ASSEMBLY}
본 발명은 베어링, 보다 구체적으로, 기어 샤프트 어셈블리, 특히 피니언 샤프트 또는 스플라인 샤프트를 적용하는 동력 전달 기구에 사용되는 앵귤러 접촉 볼 베어링에 관한 것이다.
도 1 은 종래의 트랜스미션 (100) 을 도시한다. 트랜스미션 (100) 에는 케이스 (101) 에 위치된 피니언 샤프트 (구동 피니언; 102) 이 제공된다. 피니언 샤프트 (102) 는 일 축단부에서 트랜스미션 기구 (107) 의 링 기어 (108) 와 결합되는 피니언 기어 (106) 를 갖는다. 피니언 샤프트 (102) 는 테이퍼 롤러 베어링 (103, 104) 에 의해 축 주위를 자유 회전하도록 지지된다. 피니언 샤프트 (102) 의 다른 축 단부에는 컴패니언 플랜지 (105) 가 부착된다.
트랜스미션 (100) 에 있어서, 피니언 샤프트 (102) 를 회전가능하게 지지하는 베어링 장치가 피니언 샤프트 (102) 를 회전가능하게 지지하기 위해 테이퍼 롤러 베어링 (103, 104) 으로 이루어진다. 이러한 테이퍼 롤러 베어링은 다량의 열 및 마찰을 발생시키는 것으로 여겨진다.
앵귤러 접촉 텐뎀 볼 베어링은 테이퍼 롤러 베어링의 마찰에 의해 발생되는 온도를 낮추기 위해서 다른 경우에도 이용되어 왔다 (예컨대 미국 특허 제 3,826,543 참조).
또한 다른 경우에 사용하기 위해서 샤프트에 끼워맞춤된 내부 링 및 이중 레이스웨이를 갖는 볼 베어링의 이용이 제안되어 왔다 (미국 특허 7,350,977 참조). 상기 특허에서, 이중 레이스웨이의 안티-피니언측으로 불리는 기어로부터 떨어져 있는 레이스웨이에 소직경의 볼이 사용되는 반면 기어에 인접한 레이스웨이에서는 대직경의 볼이 사용된다.
본 발명의 목적은 마찰을 감소시키고 연료 소비를 줄이도록 기어 샤프트 어셈블리 및 특히 트랜미션 어플리케이션에 사용되는 베어링의 성능을 향상시키는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 트랜스미션 어플리케이션 등의 기어 샤프트 어셈블리에 적용되는 베어링 어셈블리에 의해 발생되는 열을 최소화하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 트랜스미션 어플리케이션 등의 기어 샤프트 어셈블리에 사용되는 종래의 볼 베어링 설계에 비해 베어링 어셈블리의 부하 용량을 증가시키는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 이하의 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 것이다.
앵귤러 볼 베어링 어셈블리에 샤프트를 일체시킴으로써 이들 및 다른 목적이 달성된다. 샤프트를 일체시킴으로써, 테이퍼 베어링 설계에 비해 앵귤러 볼 베어링 어셈블리의 마찰이 감소된다. 또한, 본 발명의 앵귤러 볼 베어링 어셈블리 안으로 샤프트를 일체시킴으로써 연료 소비가 감소된다. 또한, 어셈블리 안으로 샤프트를 일체시킴으로써 본 발명의 앵귤러 볼 베어링 어셈블리의 부하 용량이 종래의 볼 베어링 설계보다 더 증가된다. 또한, 본 발명에서는 기어 수명이 연장되고 기어 소음이 감소된다. 열 및 마찰의 감소로 인해, 어셈블리에서 고가의 시일 및 오일이 더 적게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 앵귤러 볼 베 어링 어셈블리는 더 적은 윤활유 유동을 요구한다.
명확하게는, 본 발명은 축방향으로 샤프트의 일단부에서 기어를 갖는 샤프트를 회전가능하게 지지하는 앵귤러 볼 베어링 어셈블리로서 규정될 수 있고, 이 어셈블리는 샤프트상에서 축방향으로 기어에 인접한 제 1 앵귤러 베어링 부재 및 제 1 앵귤러 베어링 부재로부터 축방향으로 이격된 샤프트상의 제 2 앵귤러 베어링 부재를 포함하고,
상기 제 1 앵귤러 베어링 부재는 샤프트에 직접 형성된 제 1 내부 레이스웨이, 외부 링에 형성된 제 1 외부 레이스웨이를 갖고, 상기 내부 및 외부 레이스웨이는 제 1 내부 레이스웨이와 제 1 외부 레이스웨이 사이에 위치된 제 1 볼 세트를 위한 한 쌍의 상호작동 레이스웨이를 형성하고,
상기 제 2 앵귤러 베어링 부재는 제 2 내부 레이스웨이, 외부링에 형성된 제 2 외부 레이스웨이를 갖고, 상기 내부 및 외부 레이스웨이는 제 2 내부 레이스웨이와 제 2 외부 레이스웨이 사이에 위치된 제 2 볼 세트를 위한 한 쌍의 상호작동 레이스웨이를 형성한다.
바람직하게는, 제 1 볼 세트를 위해 제 1 볼 케이지가 사용되고 제 2 볼 세트를 위해 제 2 볼 케이지가 사용된다. 제 1 볼 케이지는 바람직하게는 윈도우 볼 케이지인 반면 제 2 볼 케이지는 바람직하게는 클로 볼 케이지이다.
제 2 내부 레이스웨이는 샤프트에 직접 형성될 수 있거나 또는 샤프트에 압입 끼워맞춤되는 내부 링에 형성될 수도 있다.
또한, 두 개의 제 1 앵귤러 베어링 부재가 적용되는 것도 적합하다.
외부 링은 단일 외부 링일 수도 있고 또는 두 개의 외부 링으로 나뉠 수도 있으며, 하나의 외부 링은 제 1 외부 레이스웨이를 제공하고 제 2 외부 링은 제 2 외부 레이스웨이를 제공한다.
내부 링이 제 2 내부 레이스웨이를 위해 사용되는 경우에는, 내부 링은 샤프트의 견부와 접하는 스페이서를 이용함으로써 이격될 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 하나 이상의 이하의 도면 및 그에 따른 설명을 참조하여 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따라, 마찰을 감소시키고 연료 소비를 줄이기 위해 기어 샤프트 어셈블리 및 특히 트랜미션 어플리케이션에 사용되는 베어링의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 트랜스미션 어플리케이션 등의 기어 샤프트 어셈블리에 적용되는 베어링 어셈블리에 의해 발생되는 열을 최소화할 수 있으며, 트랜스미션 어플리케이션 등의 기어 샤프트 어셈블리에 사용되는 종래의 볼 베어링 설계에 비해 베어링 어셈블리의 부하 용량을 증가시킬 수 있다.
도 2 는 피니언 기어 (14) 를 갖는 피니언 샤프트 (12) 상에서의 본 발명의 앵귤러 볼 베어링 어셈블리 (10) 를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 앵귤러 베어링 부재 (20) 는 축방향 피니언 기어 (14) 에 인접하고, 제 2 앵귤러 베어링 부재 (30) 는 제 1 앵귤러 베어링 부재 (20) 로부터 떨어져 있다.
제 1 앵귤러 베어링 부재 (20) 는 제 1 내부 레이스웨이 (22) (도 3 참조), 외부 링 (26) 에 위치된 제 1 외부 레이스웨이 (24) 및 제 1 볼 세트 (28) 로 이루어진다. 제 1 세트 (28) 의 각각의 볼의 직경은 직경 (d1) 을 갖는다.
제 2 앵귤러 베어링 부재 (30) 는 제 2 내부 레이스웨이 (32) (도 3 참조) 로 이루어지고, 제 2 외부 레이스웨이 (34) 는 외부 링 (26) 에 형성되고 제 2 볼 세트 (36) 의 각각의 볼의 직경은 직경 (d2) 을 갖는다.
도 2 에 도시된 본 발명의 분해도인 도 3 으로 돌아가면, 제 1 내부 레이스웨이 (22) 및 제 2 내부 레이스웨이 (32) 가 피니언 샤프트 (12) 에 일체적으로 형성되어 있음을 볼 수 있다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 제 1 케이지 (40) 는 제 1 볼 세트 (28) 와 함께 사용되고 제 2 케이지 (42) 는 제 2 볼 세트 (36) 와 함께 사용된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 케이지 (40) 는 윈도우형 볼 케이지이고 케이지 (42) 는 클로형 볼 케이지이다. 볼 케이지 (42) 와 제 2 볼 세트 (36) 와의 조합은 콘래드 (conrad) 어셈블리를 형성한다.
도 4 는 내부 레이스웨이와 외부 레이스웨이 사이의 앵귤러 접촉과 볼 사이의 관계를 도시하는 단면에서 도 3 의 발명을 도시한다. 보이는 바와 같이, 도 3 및 4 의 발명은 공통 외부 링 (26) 을 이용한다. 제 1 내부 레이스웨이 (22) 및 제 2 내부 레이스웨이 (32) 모두는 직접적으로, 즉 샤프트 (12) 와 일체적으로 형성된다. 바람직하게는, 링 또는 제 1 외부 레이스웨이 (24) 와 제 2 외부 레이스웨이 (34) 를 형성하는 링 사이에는 스페이서가 없다.
도 4 에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 볼 세트 (28) 의 직경 (d1) 은 제 2 볼 세트 (32) 의 직경 (d2) 보다 크지만, d1 과 d2 는 동일한 크기일 수도 있고 또는 간격 및 적용 요건에 따라 다를 수도 있다. 제 1 및 제 2 베어링 부재를 위한 내부 및 외부 레이스웨이에서 볼 사이의 접촉 각도는 선 (a 와 b) 에 의해 도시된다. 이들은 동일한 대향각이다.
도 2, 3 및 4 에 도시된 본 발명을 조립하기 위해서, 볼 세트가 각각의 케이지에 위치된 후에 케이지가 샤프트의 피니언이 없는 단부로부터 위치 안으로 미끄러진다는 것을 알아야 한다. 이때문에, 케이지 (40) 를 갖는 제 1 볼 세트 (28) 가 샤프트 (12) 로 먼저 미끄러진 후에 제 2 케이지 (42) 를 갖는 제 2 볼 세트 (36) 가 그 샤프트로 미끄러진다. 마침내, 외부 링 (26) 이 이 두 볼 세트 위로 미끄러진다.
도 5 로 돌아가면, 도 4 의 앵귤러 볼 어셈블리가 스플라인 치부 (46) 및 스플라인 기어 (48) 를 갖는 스플라인 샤프트 (44) 에 도시된다. 화살표 (c) 가 스플라인 기어 (48) 의 이동을 도시한다.
도 5 에 도시된 앵귤러 볼 베어링의 어셈블리는 도 2 ~ 도 4 의 어셈블리와 동일하다.
도 6 은 공통 외부 링 (26) 의 앵귤러 볼 베어링 어셈블리를 도시한다. 제 1 내부 레이스웨이 (22) 는 샤프트 (12) 와 일체적으로 형성된다. 그러나, 제 2 내부 레이스웨이 (32) 는 내부 링 (50) 에 형성되고 내부 링 (50) 은 스페이 서 (52) 에 의해 샤프트 (12) 의 견부 (54) 로부터 이격되어 있다. 너트 (56) 는 도시된 바와 같이 스페이서 (52) 를 구부리기 위해 내부 링 (50) 을 프리로드한다.
도 7 은 두 개의 제 1 앵귤러 베어링 부재 (20, 20') 를 갖는 본 발명을 도시한다. 각각의 베어링 부재는 제 1 내부 레이스웨이 (22, 22'), 제 1 외부 레이스웨이 (24, 24'), 및 두 개의 제 1 볼 세트 (28, 28') 를 갖는다. 두 개의 제 1 볼 세트의 각각의 볼은 d1 과 d1' 의 직경을 갖는다. d1 과 d1' 은 서로 동일하다는 것을 알게 될 것이다. 이 배열에서, 샤프트 (12) 는 제 1 앵귤러 베어링 부재의 각각에 대해 제 1 내부 레이스웨이를 일체적으로 형성하는데 사용된다.
외부 링이 제 1 외부 링 (60) 과 제 2 외부 링 (62) 으로 나뉘는 것을 도 7 에서도 볼 수 있다. 또한, 내부 링 (64) 은 샤프트 (12) 로 압입 끼워맞춤된다.
도 2 ~ 도 7 에 도시된 바와 같이, 제 1 내부 레이스웨이 (22) 는 일체적으로 형성되는데, 즉 샤프트 (12) 또는 샤프트 (44) 에 직접 형성된다. 내부 레이스웨이는 기어 (14, 46) 로부터 축방향 외부로 떨어져 개방된다.
제 1 앵귤러 베어링 부재 (20, 20') 와 제 2 앵귤러 베어링 부재 (30) 사이의 축방향 공간은 베어링의 어셈블리를 가능하게 하도록 충분히 커야만 한다.
도 3 ~ 도 7 에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 내부 레이스웨이 (22), 및 제 1 외부 레이스웨이 (24) 는 바람직하게는 대향 축방향으로는 견부가 없다. 제 1 내부 레이스웨이 (22) 는 기어로부터 떨어져 마주하는 축방향으로는 견부가 없고 제 1 외부 레이스웨이 (24) 는 기어와 마주하는 축방향으로는 견부가 없다.
또한, 도 3 ~ 도 7 에서 볼 수 있는 바와 같이, 외부 레이스웨이 (34) 는 바람직하게는 기어로부터 떨어져 마주하는 축방향으로는 견부를 갖지 않는다. 제 1 내부 레이스웨이 (22') 가 기어로부터 떨어져 마주하는 축방향 측부에서 견부를 갖지 않는 것도 볼 수 있다.
도 1 은 피니언 샤프트 및 테이퍼 롤러 베어링을 구비한 종래의 트랜스미션을 도시한다.
도 2 는 피니언 샤프트상에서의 본 발명을 도시한다.
도 3 은 도 1 의 발명의 분해도를 도시한다.
도 4 는 샤프트에 일체적으로 형성된 제 1 및 제 2 내부 레이스웨이를 구비한 피니언 샤프트상에서의 본 발명을 도시한다.
도 5 는 스플라인 샤프트상에서의 도 4 의 발명을 도시한다.
도 6 은 샤프트와 내부 링 사이의 스페이서 및 제 2 내부 레이스를 형성하는 내부 링을 구비한 본 발명을 도시한다.
도 7 은 외부 링이 두 개로 나뉘고, 두 개의 제 1 앵귤러 베어링 부재가 적용되고, 내부 링은 제 2 내부 레이스웨이에 사용되는 본 발명을 도시한다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 앵귤러 볼 베어링 어셈블리
12: 샤프트, 피니언 샤프트
14: 피니언 기어
20, 20': 제 1 앵귤러 베어링 부재
22, 22': 제 1 내부 레이스웨이
24, 24': 제 1 외부 레이스웨이
26: 외부 링
28, 28': 제 1 볼 세트
d1, d1': 제 1 볼 세트 (28) 의 볼의 직경
30: 제 2 앵귤러 베어링 부재
32: 제 2 내부 레이스웨이
34: 제 2 외부 레이스웨이
36: 제 2 볼 세트
d2: 제 2 볼 세트 (32) 의 볼의 직경
40: 제 1 케이지
42: 제 2 케이지
44: 스플라인 샤프트
46: 스플라인 치부
48: 스플라인 기어
50: 내부 링
52: 스페이서
54: 견부
56: 너트
a: 선
b: 선
c: 화살표
60: 제 1 외부 링
62: 제 2 외부 링
64: 내부 링
100: 트랜스미션
101: 케이스
102: 피니언 샤프트
103: 테이퍼 롤러 베어링
104: 테이퍼 롤러 베어링
105: 플랜지
106: 피니언 기어
107: 트랜스미션 기구
108: 링 기어

Claims (12)

  1. 축방향으로 샤프트의 일 단부에서 기어를 갖는 샤프트를 회전가능하게 지지하는 볼 베어링 어셈블리로서,
    이 어셈블리는 샤프트상에서 축방향으로 기어에 인접한 제 1 앵귤러 베어링 부재 및 제 1 앵귤러 베어링 부재로부터 축방향으로 이격된 샤프트상의 제 2 앵귤러 베어링 부재를 포함하고,
    상기 제 1 앵귤러 베어링 부재는 샤프트에 직접 형성된 제 1 내부 레이스웨이, 외부 링에 형성된 제 1 외부 레이스웨이를 갖고, 상기 내부 및 외부 레이스웨이는 제 1 내부 레이스웨이와 제 1 외부 레이스웨이 사이에 위치된 제 1 볼 세트를 위한 한 쌍의 상호작동 레이스웨이를 형성하고,
    상기 제 2 앵귤러 베어링 부재는 제 2 내부 레이스웨이, 외부링에 형성된 제 2 외부 레이스웨이를 갖고, 상기 내부 및 외부 레이스웨이는 제 2 내부 레이스웨이와 제 2 외부 레이스웨이 사이에 위치된 제 2 볼 세트를 위한 한 쌍의 상호작동 레이스웨이를 형성하는 볼 베어링 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 볼 세트 주위에 위치된 제 1 볼 케이지를 더 포함하는 볼 베어링 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 볼 케이지는 윈도우 볼 케이지인 볼 베어링 어 셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 2 볼 세트 주위에 위치된 제 2 볼 케이지를 더 포함하는 볼 베어링 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 볼 케이지는 클로 볼 케이지인 볼 베어링 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 내부 레이스웨이는 샤프트상에 직접 형성되는 볼 베어링 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 내부 레이스웨이는 내부 링에 형성되고 이 내부 링은 샤프트에 압입 끼워맞춤되는 볼 베어링 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서, 두 개의 제 1 앵귤러 베어링 부재를 갖는 볼 베어링 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 링은 두 개의 외부 링으로 나뉘고, 제 1 외부 링은 제 1 외부 레이스웨이를 갖고 제 2 외부 링은 제 2 외부 레이스웨이를 가지며, 상기 제 1 외부 링과 제 2 외부 링은 서로 축방향으로 접하는 볼 베어링 어셈 블리.
  10. 제 7 항에 있어서, 스페이서가 샤프트상의 견부와 내부 링 사이에 축방향으로 위치되는 볼 베어링 어셈블리.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 피니언 샤프트인 볼 베어링 어셈블리.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 샤프트는 샤프트의 일단부에서 스플라인 기어를 갖는 스플라인 샤프트인 볼 베어링 어셈블리.
KR1020090034180A 2008-04-22 2009-04-20 기어 샤프트 어셈블리를 지지하는 앵귤러 볼 베어링 어셈블리 KR20090111778A (ko)

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