KR20090112691A - 볼 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징(18)과, 이 하우징(18)에 배치되는 베어링 쉘(10), 그리고 이 베어링 쉘(10)에 볼 헤드(28)가 배치되어 있는 볼 핀(26)을 포함하고, 하우징은 베어링 쉘(10)과 볼 헤드(28)를 수용하는 장착 개구(30)를 갖고, 이 장착 개구는 하우징(18)에 체결되는 하우징 커버(22)에 의해 폐쇄되는 것인 볼 조인트(11), 구체적으로는 레이디얼 볼 조인트에 관한 것이다. 베어링 쉘(10)은 변형에 기인하는 복원력이 볼 헤드(28)를 하우징 커버(22)에서 멀어지게 강제하고, 하우징(18)에 대해 볼 헤드에 압축 응력을 가하도록 볼 헤드(28)와 하우징 커버(22)에 의해 변형된다.

Description

볼 조인트{BALL JOINT}

본 발명은 하우징과, 이 하우징에 배치되는 베어링 쉘, 그리고 이 베어링 쉘에 볼 헤드가 배치되는 볼 핀을 포함하는 볼 조인트로서, 상기 하우징은 베어링 쉘과 볼 헤드를 수용하는 장착 개구를 갖고, 이 장착 개구는 하우징에 체결되는 하우징 커버에 의해 폐쇄되는 것인 볼 조인트에 관한 것으로, 구체적으로는 레이디얼 볼 조인트(radial ball joint)에 관한 것이다.

레이디얼 볼 조인트는, 예컨대 차량에 사용되며, 낮은 축방향 힘과 큰 경사각에서 높은 반경 방향 힘을 수용해야 한다. 레이디얼 볼 조인트의 작동 수명 전반에 걸쳐 일어나는 마모는 조인트 내 유격으로 인해 볼 조인트가 구동중에 소음을 야기하게 할 수 있다.

이러한 조인트 내 유격을 방지하기 위해서, 조인트의 조립 상태에서 압축 응력을 받는 별도의 스프링 요소(13')가 하우징 커버(22')와 베어링 쉘(10') 사이에 배치되는 볼 조인트(11')가 종래 기술(도 4 참고)로부터 공지되어 있다. 스프링 요소(13')(도 4에서 2개의 판 스프링)의 압축 응력 인가를 통해 베어링 쉘(10')이 볼 핀(26')의 볼 헤드(28')에 대해 가압되기 때문에, 베어링 쉘(10')의 마모가 일어날 때에도 베어링 쉘(10')과 볼 핀(26')이 계속해서 접촉하고, 볼 헤드(28')와 베어링 쉘(10') 간에 어떠한 유격도 발생하지 않는다.

본 발명의 목적은 베어링 쉘의 마모로 인해 어떠한 조인트 내 유격도 발생하지 않고, 매우 콤팩트하고 바람직한 비용으로 간단하게 제조 가능하게 되어 있는 볼 조인트, 구체적으로는 레이디얼 볼 조인트를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 베어링 쉘의 탄성 변형에 기인하는 복원력이 볼 헤드를 하우징 커버에서 멀어지게 강제하고 하우징에 대해 볼 헤드에 압축 응력을 가하도록 볼 헤드와 하우징 커버에 의해 베어링 쉘이 탄성 변형되는, 초기에 언급한 타입의 볼 조인트에 의해 달성된다. 종래 기술에서의 통상의 별도의 스프링 요소의 기능은 본 발명에서는 볼 조인트에 있는 베어링 쉘이 맡기 때문에, 별도의 스프링 요소는 생략할 수 있다. 이에 따라, 볼 조인트는 전체가 보다 콤팩트해지고 그 구성이 보다 간단해지며, 보다 바람직한 비용으로 제조 가능해진다.

일실시예에서, 볼 헤드와 베어링 쉘은 하우징 커버가 설치되기 전에 적어도 부분적으로 반대되는 곡률을 갖는다. 이에 따라, 볼 헤드는 베어링 쉘의 변형 없이도 이 구역에서 그 전체면이 베어링 쉘에 대해 놓이는 것이 방지된다. 그 결과, 베어링 쉘의 탄성 변형은 베어링 쉘의 형상을 유지하는 재료 압축일뿐만 아니라, 베어링 쉘의 형상, 즉 베어링 쉘의 윤곽의 실제적인 변경이기도 하다. 형상에 있어서의 이러한 변화를 통해, 조인트가 매우 강성이 되도록 구성될 필요 없이 또는 베어링 쉘이 매우 두껍게 되도록 구성될 필요 없이도 비교적 큰 변형 거동이 가능하다.

본 실시예에서, 볼 헤드와 반대 방향으로 굴곡진 베어링 쉘의 일부분은 볼 헤드를 하우징에 대해 볼 조인트의 종축 방향으로 강제하는 환형 스프링으로서 작용할 수 있다. 이에 따라, 베어링 쉘은 하우징에서 볼 헤드에 압축 응력을 가하는 스프링 요소의 기능을 맡는다. 지금까지는, 이를 위해 통상 별도의 스프링 요소, 예컨대 판 스프링이 마련되었다.

베어링 쉘은 비변형 초기 상태에서 거의 원통형의 측벽과 하우징 커버에 인접한 단부벽을 갖는 것이 바람직하다. 여기에서, 단부벽은 하우징과 하우징 커버 사이에서 판 스프링 방식으로 압축 응력을 받는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라, 정확하게 형성된 베어링 쉘 섹션에 의해 스프링 강성이 확립된다. 따라서, 볼 헤드를 하우징 커버에서 멀어지게 강제하는 후속하는 복원력은 단부벽의 구성을 통해 정확하게 조정될 수 있다.

특히, 볼 조인트를 관통하는 종단면도에서 봤을 때 볼 헤드와 베어링 쉘의 단부벽은 적어도 부분적으로 반대 방향으로 굴곡질 수 있다.

다른 실시예에서, 베어링 쉘의 단부벽은 중앙 개구를 갖고, 이 중앙 개구의 림(rim)은 볼 조인트의 조립 상태에서 하우징 커버와의 링 형상의 커버 접촉면을 형성한다. 베어링 쉘, 특히 베어링 쉘의 단부벽은 이 중앙 개구의 림의 변위를 통해 하우징 커버를 설치하는 동안에 변형되고 압축 응력을 받는다.

여기에서는, 링 형상의 커버 접촉면의 크기를 증가시키기 위해 보강 링이 중앙 개구의 림과 일체로 형성될 수 있다. 중앙 개구의 림은 하우징 커버 상에, 스프링으로서 작용하는 베어링 쉘의 단부벽의 지지부를 구성한다. 스프링 지지부가 보강되는 경우, 단부벽의 경계 조건이 보다 정확하게 확립되기 때문에, 복원력이 보다 양호하게 조정될 수 있다.

단부벽은 링 형상의 커버 접촉면과 측벽 사이에 볼 헤드와의 링 형상의 볼 헤드 접촉면을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 링 형상의 볼 헤드 접촉면을 통해, 베어링 쉘은 볼 헤드에, 이 볼 헤드를 하우징 커버에서 멀어지게 강제하고 하우징에 대해 볼 헤드에 압축 응력을 가하는 복원력을 인가한다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 도면을 참고로 하는 바람직한 실시예에 관한 아래의 설명으로부터 명확할 것이다.

도 1은 비변형 초기 상태의 본 발명에 따른 볼 조인트의 베어링 쉘을 관통하는 종단면도이고,

도 2는 하우징 커버가 아직 하우징에 체결되기 전에 적소에 놓여 있는 본 발명에 따른 볼 조인트를 관통하는 종단면도이며,

도 3은 하우징 커버가 하우징에 체결되어 있는 최종 설치 상태의 본 발명에 따른 볼 조인트를 관통하는 종단면도이고,

도 4는 종래 기술에 따른 볼 조인트를 관통하는 종단면도이다.

도 1에는 비변형 초기 상태인, 볼 조인트(11)(도 2 및 도 3)를 위한 베어링 쉘(10)이 도시되어 있다. 베어링 쉘(10)은 적어도 부분적으로 탄성이 있으며, 바람직하게는 탄성 플라스틱 재료로 형성된다. 예시한 실시예에서, 베어링 쉘은 거 의 원통형인 측벽(12)과 이 원통벽에 인접한 단부벽(14)을 갖는다. 측벽(12)과 단부벽(14) 사이의 천이 구역은 보강되도록 구성되며, 볼 조인트(11)의 조립 상태(도 3)에서 베어링 쉘(10)을 하우징(18)에 고정시키는 돌출부(16)를 갖는다. 이에 따라, 이러한 천이 구역은 굴곡진 단부벽(14)을 위한 고정 지지부로서의 역할을 한다. 외부에서 봤을 때, 단부벽(14)은 오목하도록 구성되며, 본 예에서는 곡률 반경(r)을 갖는다. 추가로, 단부벽은 중앙 개구(20)를 갖는데, 이 중앙 개구(20)의 림은 볼 조인트의 조립 상태(도 3)에서 하우징 커버(22)와의 링 형상의 커버 접촉면을 형성한다. 이러한 중앙 개구(20)의 림은 스프링으로서의 역할을 하는 굴곡진 단부벽(14)을 위한 추가의 지지부를 형성한다. 단부벽(14)에 대한 제한 조건 또는 지지 조건이 보다 정확할수록, 소망하는 복원력을 보다 정확하게 조정할 수 있다. 따라서, 추가의 지지부는 또한, 링 형상의 커버 접촉면의 크기를 증가시키기 위해 중앙 개구(20)의 림과 일체로 형성되는 보강 링(24)에 의해 보강되도록 구성된다.

도 2에는, 베어링 쉘(10)이 배치되어 있는 하우징(18)과, 볼 헤드(28)가 베어링 쉘(10)에 배치되어 있는 볼 핀(26)을 지닌 볼 조인트(11), 보다 정확하게 말하자면 레이디얼 볼 조인트가 예시되어 있다. 베어링 쉘(10)과 볼 헤드(28)를 수용하고 난 후, 하우징 커버(22)에 의해 폐쇄되는 장착 개구(30)가 하우징(18)에 마련되어 베어링 쉘(10)과 볼 헤드(28)를 수용한다. 하우징(18)은 장착 개구(30)의 반대측에, 볼 핀(26)의 핀 섹션(34)이 하우징(18) 외측으로 연장되는 핀 개구(32)를 추가로 갖는다. 장착 개구(30)와 핀 개구(32)는 거의 원형 개구이며, 장착 개구(30)의 직경은 볼 헤드(28)의 직경보다 크고, 핀 개구(32)의 직경은 볼 헤드(28) 의 직경보다 작다. 베어링 쉘(10)에 있는 장착 개구(30), 핀 개구(32) 및 개구(20)의 중심점은 본 예에서는 볼 조인트(11)의 종축(A)에 놓여 있다.

도 2에서, 하우징 커버(22)는 아직 하우징(18)에 체결되지는 않은 상태로 이미 하우징(18)에 배치되어 있다. 하우징 커버는 볼 조인트(11)의 조립 상태에서의 최종 위치로부터 소정량(s)만큼 축방향으로 거리를 두고 있기 때문에, 베어링 쉘(10), 보다 구체적으로는 베어링 쉘(10)의 단부는 아직 압축 응력을 받지 않거나 무시할 수 있을 정도로만 압축 응력을 받는다.

베어링 쉘(10)의 측벽(12)은 거의 전체면이 이미 하우징(18)에 대해, 그리고 볼 헤드(28)에 대해 놓여 있고, 원통형의 초기 상태(도 1)에 대해 약간 변형되어 있다. 다른 한편으로, 도 2와, 또한 도 3의 볼 조인트(11)의 최종 조립 상태에서는 볼 헤드(28)와 하우징 커버(22) 사이의 공간이 베어링 쉘(10)의 단부벽(14)에 의해 완전히 채워지지 않은 것을 볼 수 있다. 종단면도에서 봤을 때, 이 구역에서 단부벽은 부분적으로 볼 헤드(28)와 반대 방향으로 굴곡져 있고, 단지 단부벽 개구의 림이 하우징 커버(22)에 맞닿아 있는 상태로 놓여 있으며, 하우징 커버(22)와의 링 형상의 커버 접촉면을 형성한다. 단부벽(14)은 링 형상의 커버 접촉면과 측벽(12) 사이에서 볼 헤드(28)와 접촉하고, 볼 헤드(28)와의 링 형상의 볼 헤드 접촉면을 형성한다. 베어링 쉘(10)의 측벽(12)과 단부벽(14) 사이의 천이 구역과 단부벽(14)에 있는 중앙 개구(20)의 림은 스프링으로서 구성되는 베어링 쉘(10)의 단부벽(14)을 위한 지지부를 형성한다. 가능한 한 명확한 경계 조건을 얻기 위해서, 베어링 쉘(10)은 이들 구역에 보강부를 갖도록 구성된다. 이에 따라, 외측 둘레 돌출부(16)가 측벽(12)과 단부벽(14) 사이의 천이 구역에 형성되고, 이 돌출부는 하우징(18)의 리세스에 맞물린다. 하우징 커버(22)가 하우징(18)에 체결된 후(도 3), 돌출부(16)는 베어링 쉘(10)의 측벽(12)과 단부벽(14) 사이의 천이 구역이 적어도 종축(A) 방향으로 고정되도록 하우징 커버(22)에 의해 리세스 내로 가압된다. 링 형상의 커버 접촉면의 크기를 증가시키기 위한 보강 링(24)이 단부벽(14)에 있는 개구의 림과 일체로 형성된다. 이러한 개구 림에 대한 보강 역시 스프링으로서 구성되는 단부벽(14)의 명확한 경계 조건에 기여한다.

도 2에서 시작하여, 하우징 커버(22)는 도 3에 따른 최종 설치된 볼 조인트(11)를 형성하기 위해서 하우징(18)을 향해 소정량(s)만큼 축방향으로 이동되고, 하우징에 체결된다. 여기에서, 베어링 쉘(10)의 단부벽(14)은 판 스프링 방식으로 압축 응력을 받고 탄성 변형되며, 탄성 변형에 기인하는 복원력이 볼 헤드(28)를 하우징 커버(22)에서 멀어지게 강제하고 하우징(18)에 대해 볼 헤드(28)에 압축 응력을 가한다. 여기에서, 탄성 변형은 단부벽(14)에서의 재료 압축뿐만 아니라, 곡률 반경(r)(도 2 참고)의 크기가 증가하는, 단부벽(14)의 형상의 실제적인 변화도 포함한다. 여기에서, 이러한 탄성 변형은 너무 커서 하우징 커버(22)가 체결된 후에 볼 조인트의 종단면도에서 봤을 때 단부벽(14)은 더 이상 곡률을 갖지 않을 수 있고, 단부벽은 거의 절두체 형상을 나타낸다. 단부벽(14)은 돌출부(16) 구역의 지지부와 보강 링(24)에 의해 하우징(18)과, 또한 하우징 커버(22)에 대해 지지되고, 링 형상의 볼 헤드 접촉면을 통해 화살표(F)(도 3) 방향으로 볼 헤드(28)에 작용한다. 전체 링 형상의 볼 헤드 접촉면에서 봤을 때, 여기에서 축방향으로 작용 하지 않는 힘의 성분은 서로를 상쇄하고, 최종 힘은 축방향으로 볼 헤드(28)에 작용한다. 그 결과, 마모가 일어날 때, 어떠한 조인트 내 유격도 발생하지 않고, 오히려 단부벽(14)이 점차적으로 도 1에 따른 초기 위치로 다시 변형되며, 볼 헤드(28)와 베어링 쉘(10)을 영구 접촉시킨다.

Claims (9)

1. 하우징(18)과,

   상기 하우징(18)에 배치되는 베어링 쉘(10), 그리고

   상기 베어링 쉘(10)에 볼 헤드(28)가 배치되는 볼 핀(26)

   을 포함하는 볼 조인트, 특히 레이디얼 볼 조인트(radial ball joint)로서, 상기 하우징은 베어링 쉘(10)과 볼 헤드(28)를 수용하는 장착 개구(30)를 갖고, 이 장착 개구(30)는 하우징(18)에 체결되는 하우징 커버(22)에 의해 폐쇄되는 것인 볼 조인트에 있어서,

   상기 베어링 쉘(10)은 이 베어링 쉘의 탄성 변형에 기인하는 복원력이 볼 헤드(28)를 하우징 커버(22)에서 멀어지게 강제하고, 하우징(18)에 대해 볼 헤드(28)에 압축 응력을 가하도록 볼 헤드(28)와 하우징 커버(22)에 의해 탄성 변형되는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
2. 제1항에 있어서, 상기 볼 헤드(28)와 베어링 쉘(10)은 하우징 커버(22)가 설치되기 전에 적어도 부분적으로 반대되는 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
3. 제2항에 있어서, 상기 볼 헤드(28)와 반대측으로 굴곡진 베어링 쉘(10)의 일부분은 볼 헤드(28)를 하우징(18)에 대해 볼 조인트(11)의 종축 방향으로 강제하는 환형 스프링으로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 쉘(10)은 비변형 초기 상태에서 거의 원통형인 측벽(12)과, 하우징 커버에 인접한 단부벽(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
5. 제4항에 있어서, 상기 단부벽(14)은 하우징(18)과 하우징 커버(22) 사이에서 판 스프링 방식으로 압축 응력을 받는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 볼 헤드(28)와 베어링 쉘(10)의 단부벽(14)은 볼 조인트(11)를 관통하는 종단면도에서 봤을 때 적어도 부분적으로 서로 반대 방향으로 굴곡져 있는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 쉘(10)의 단부벽(14)은 중앙 개구(20)를 가지며, 이 중앙 개구(20)의 림(rim)이 볼 조인트(11)의 조립 상태에서 하우징 커버와의 링 형상의 커버 접촉면을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.
8. 제7항에 있어서, 상기 링 형상의 커버 접촉면의 크기를 증가시키기 위해 중앙 개구(20)의 림과 일체형으로 보강 링(24)이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 조 인트.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 단부벽(14)은 링 형상의 커버 접촉면과 측벽(12) 사이에 볼 헤드(28)와의 링 형상의 볼 헤드 접촉면을 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트.

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