KR20160146190A - 휠베어링 - Google Patents

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KR20160146190A
KR20160146190A KR1020150083103A KR20150083103A KR20160146190A KR 20160146190 A KR20160146190 A KR 20160146190A KR 1020150083103 A KR1020150083103 A KR 1020150083103A KR 20150083103 A KR20150083103 A KR 20150083103A KR 20160146190 A KR20160146190 A KR 20160146190A
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박순철
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은, 내륜과 외륜 사이에서 둘레를 따라 전동체들이 장착되고, 봉입된 그리스를 밀폐하도록 내륜과 외륜 사이의 측면에 실링이 결합되는 휠베어링에 있어서, 상기 실링은, 외륜의 내주면에 고정되는 제1링;과 내륜의 외주면에 고정되는 제2링; 및 제1링 또는 제2링 중 어느 한 곳에 장착되되, 끝단이 제1링 또는 제2링 중 다른 한 곳에 맞닿도록 배치되는 립이 형성된 러버;를 포함하고, 상기 립에는 온도에 따라 휘어지거나 복원되도록 바이메탈(bimetal)로 제조된 조절판이 내장되어 상기 립은 온도변화에 의해 제1링 또는 제2링에 압착되는 힘이 가변되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 상대적으로 기온이 낮은 차량의 출발 시 또는 저속 주행 시에는 그리스의 점도가 높은 상태에서 립의 압입력이 저하되므로(드래그 토크가 저감되므로) 연비가 향상되며, 상대적으로 기온이 높은 차량의 고속 주행 시에는 그리스의 점도가 낮은 상태에서 립의 압입력이 증가되므로 이물질의 유입을 보다 확실히 차단 할 수 있다.

Description

휠베어링{Wheel-bearing}
본 발명은 회전을 허용하며 차축을 지지하는 휠베어링에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 립 내부에 바이메탈로 제조된 조절판이 내장되어 온도에 따라 립의 압착력이 가변되도록 구성된 휠베어링에 관한 것이다.
(허브베어링이라고도 불리는) 휠베어링은 끝단에 휠이 장착되는 차축과 결합되어 상기 차축에 걸리는 하중을 지지하며 동력을 전달을 허용하는(차축의 회전을 허용하는) 부품으로써, 차체에 장착된다.
다양한 종류의 휠베어링이 개발된 바 있으나, 일반적인 종래의 휠베어링은 차축 또는 차체 중 어느 하나와 연결되는 내륜과 차축 또는 차체 중 다른 하나와 연결되는 외륜을 포함하며, 상기 내륜과 외륜 사이에는 볼(ball) 또는 테이퍼드롤러(tapered roller)와 같은 전동체가 삽입되어 내륜과 외륜 사이의 회전을 허용하도록 구성되고, 상기 전동체가 장착된 부분은 소정량의 그리스(grease)가 체워진 상태로 실링에 의해 밀봉되는 구조를 갖는다.
상기 휠베어링은 차량의 휠 근방에 장착되어 외부에 노출되는 구조이므로 먼지나 수분 등의 이물질에 오염될 수 밖에 없다. 특히, 이러한 이물질이 휠베어링 내부로 침입하여 전동체가 장착된 부위로 들어오는 경우에는 레이스웨이(raceway)에 손상을 가하여 휠베어링 작동시 소음과 진동을 발생시키고 수명을 단축시키는 문제가 발생한다.
따라서 휠베어링의 양단에는 그리스의 누출을 방지하고 이물질의 침입을 방지하기 위한 도 1 에 도시된 바와 같이, 실링이 장착된다.
종래의 실링은 차체에 고정된 외륜(20)에 결합된 제1링(1)과 차축과 함께 회전하는 내륜(10)에 결합된 제2링(2) 그리고 그 사이에서 다수 개의 립들(4)을 갖는 러버(3)가 장착되되, 상기 립들(4)이 소정의 압착력을 가진 상태로 제1링(1) 또는 제2링(2)의 벽면을 가압하도록 구성된다.
하지만, 립(4)의 압착력(립의 끝단이 가압하는 힘)이 증가하면 이물질의 침투 가능성은 낮아지나 (외륜과 내륜 사이의) 마찰력이 증대되어 드래그 토크(Drag torque)가 낮아지고 연비가 나빠지며, 립(4)이 압착력이 감소하면 드래그 토크 및 연비는 증가하나 이물질의 침투가능성 및 그리스의 누출가능성 또한 증가하게 되는 문제가 발생한다.
특히, 차량의 초기에는 실링 성능과 드래그 성능이 립(4)의 오버랩량(압착력)에 의해 결정되나, 차량의 주행 상태. 주변 환경온도, 휠베어링 온도 등과 같은 많은 변수에 따라 실링 성능과 드래그 성능이 변동된다. 이에 따라, 립(4)의 오버랩 조정과 드래그 토크 산정이 어렵고 최적의 실링 성능을 확보를 위한 립의 형상과 개수 설계가 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 서로 상충하는 실링 성능과 드래그 성능을 항시 최적으로 유지시킬 수 있는 휠베어링을 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내륜(10)과 외륜(20) 사이에서 둘레를 따라 전동체들(30)이 장착되고, 봉입된 그리스를 밀폐하도록 내륜(10)과 외륜(20) 사이의 측면에 실링이 결합되는 차량용 휠베어링에 있어서, 상기 실링은, 외륜(20)의 내주면에 고정되는 제1링(40);과 내륜(10)의 외주면에 고정되는 제2링(50); 및 제1링(40) 또는 제2링(50) 중 어느 한 곳에 장착되되, 끝단이 제1링(40) 또는 제2링(50) 중 다른 한 곳에 맞닿도록 배치되는 다수 개의 립들(61, 62, 63)이 형성된 러버(60);를 포함하고, 상기 립들(61, 62, 63)에는 온도에 따라 휘어지거나 복원되도록 바이메탈(bimetal)로 제조된 조절판(70)이 내장되어 상기 립들(61, 62, 63)은 온도변화에 의해 제1링(40) 또는 제2링(50)에 압착되는 힘이 가변되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 조절판(70)은 열팽창계수가 다른 두 종류의 얇은 금속판들(71, 72)이 접합되도록 구성되며 온도가 상승하여 일측으로 휘어졌을 때, 립들(61, 62, 63)의 압착력이 증가되는 위치(예를 들어, 제1링 또는 제2링의 표면에 접촉하는 립들의 끝단)에 장착된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1링(40)은 외륜(20)의 내주면에 밀착되는 제1수평부(41)의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제1수직부(42)를 갖도록 구성되어 'ㄱ' 자 모양의 단면을 가지며, 상기 제2링(50)은 내륜(10)의 외주면에 밀착되는 제2수평부(51)의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제2수직부(52)를 갖도록 구성되어 'ㄴ' 모양의 단면을 갖되, 제1링(40)과 제2링(50)은 단면이 'ㅁ' 모양을 이루도록 배치되고, 상기 립들(61, 62, 63)은 제1립(61)이 제1수평부(41)와 제2수직부(52) 사이를 차폐하도록 배치되며, 제2립이(62) 제1수직부(42)와 제2수직부(52) 사이를 차폐하도록 배치되고, 제3립(63)이 제2수평부(51)와 제1수직부(42) 사이를 차폐하도록 배치된다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 상대적으로 기온이 낮은 차량의 출발 시 또는 저속 주행 시에는 그리스의 점도가 높은 상태에서 립의 압입력이 저하되므로(드래그 토크가 저감되므로) 연비가 향상되며, 상대적으로 기온이 높은 차량의 고속 주행 시에는 그리스의 점도가 낮은 상태에서 립의 압입력이 증가되므로 이물질의 유입을 보다 확실히 차단 할 수 있다.
즉, 립의 휘어짐에 의한 압착력이 차량 주행속도 및 온도 등에 의해 자동으로 조절되므로 연비를 향상시킬 수 있으며 이물질 유입 및 그리스의 누유를 원천적으로 방지할 수 있다.
특히, 혹한지에서 발생하는 수분 및 겨울철 염수 유입을 원천 차단하여 차량의 내구성능을 증대시킬 수 있다. 또한, 고무재인 립의 저온 추종성이 저하되거나 조절판에 의해 립의 휘어짐량을 적게 하더라도 항시 기본적인 씰링이 가능하므로, 밀폐성 및 실링의 설계 자유도를 증대시킬 수 있다.
도 1 은 휠베어링에 종래의 실링이 장착된 단면모습 및 실링 부분의 단면이 확대된 모습을 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실링이 내륜과 외륜 사이에 장착된 단면모습을 도시한 도면,
도 3 은 상대적으로 기온이 낮을 때 도 2 의 실링에서 립의 압착력이 저하되는 방향으로 조절판이 휘어진 모습을 도시한 도면,
도 4 는 상대적으로 기온이 높을 때 도 2 의 실링에서 립의 압착력이 증가되는 방향으로 조절판이 휘어진 모습을 도시한 도면,
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 내륜(10)과 외륜(20) 사이에서 둘레를 따라 전동체들(30)이 장착되고, 봉입된 그리스를 밀폐하도록 내륜(10)과 외륜(20) 사이의 측면에 실링이 결합되는 차량용 휠베어링에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실링은 외륜(20)의 내주면에 고정되는 제1링(40)과 내륜(10)의 외주면에 고정되는 제2링(50) 및 제1링(40) 또는 제2링(50) 중 어느 한 곳에 장착되되, 끝단이 제1링(40) 또는 제2링(50) 중 다른 한 곳에 맞닿도록 배치되는 다수 개의 립들(61, 62, 63)이 형성된 러버(60)를 포함하되, 상기 립들(61, 62, 63)에는 온도에 따라 휘어지거나 복원되도록 바이메탈(bimetal)로 제조된 조절판(70)이 내장된다.
상기 조절판(70)은 열팽창계수가 상대적으로 더 큰 금속판(71)과 상대적으로 작은 금속판(72)이 접합되어 제조된다. 따라서, 상기 조절판(70)은 주변의 온도 변화에 따라 일측으로 휘어졌을 때, 립들(61, 62, 63)에 작용하는 압착력이 더 효율적으로 가변될 수 있는 위치 예를 들어, 상기 립들의 끝단(61, 62, 63)에서 내장된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실링을 더 상세히 설명하면, 상기 제1링(40)은 외륜(20)의 내주면에 밀착되는 제1수평부(41)의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제1수직부(42)를 갖도록 구성되어 'ㄱ' 자 모양의 단면을 가지며, 상기 제2링(50)은 내륜(10)의 외주면에 밀착되는 제2수평부(51)의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제2수직부(52)를 갖도록 구성되어 'ㄴ' 모양의 단면을 갖되, 제1링(40)과 제2링(50)은 단면이 'ㅁ' 모양을 이루도록 배치되고, 상기 립들(61, 62, 63)은 제1립(61)이 제1수평부(41)와 제2수직부(52) 사이를 차폐하도록 배치되며, 제2립이(62) 제1수직부(42)와 제2수직부(52) 사이를 차폐하도록 배치되고, 제3립(63)이 제2수평부(51)와 제1수직부(42) 사이를 차폐하도록 배치된다.
이에 따라, 상기 립들(61, 62, 63)은 온도변화에 의해 압착되는 힘이 가변될 수 있다.
즉, 차량 출발 시 또는 저속 주행 시와 같이 기온이 낮을 때는 봉입된 그리스는 상대적으로 점도가 높은 상태가 된다. 따라서, 그리스의 누유 발생 가능성은 낮아지므로 립들(61, 62, 63)의 압착력은 외부 이물질 유입을 차단을 위한 최소한의 힘 이상으로만 요구된다. 본 발명에서는 조절판(70)이 도 3 과 같은 방향으로 휘어져 립들(61, 62, 63)의 압착력을 감소시키며, 이에 따라 드래그 토크를 저감시켜 연비를 향상시킨다.
반대로, 차량의 고속 주행 시 또는 기온이 높은 지역이나 고온의 날씨에서 주행하여 기온이 상승했을 때는 봉입된 그리스의 점도는 상대적으로 낮아진 상태가 된다. 이때는 그리스의 누유 발생 가능성은 상대적으로 높아지므로 그리스의 누유 및 외부 이물질 유입의 차단이 충분히 보장될 수 있도록 립들(61, 62, 63)의 압착력 증대가 요구된다. 상기 조절판(70)이 도 4 과 같은 역방향으로 휘어져 립들(61, 62, 63)의 압착력은 증대된다. 이 경우에는 립들(61, 62, 63)의 압착력이 증대됨에 따라 드래그 토크가 증대되나 차량의 고속 주행 시에는 드래그 토크의 증가가 연비에 미미하게 영향을 미치게되므로 이 경우에는 무시될 수 있다.
종래의 구조와 본 발명의 실링을 비교해 보면, 종래에는 단순히 립들(4)의 초기 오버랩량에 의해 밀폐성능과 드래그 성능이 결정되었으나, 본 발명에서는 립들(61, 62, 63) 내부에 조절판(70)이 삽입되어 차량의 주행 속도 및 휠베어링의 온도에 따라 자동으로 최적의 오버랩량이 조절된다.
즉, 본 발명의 구조는 그리스의 누유를 보다 효율적으로 차단하며 외부 환경에 의한 수분이나 이물질, 먼지 등이 휠베어링 내부로 유입되는 것을 차단함과 동시에 적정한 드래그 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 실링의 파손에 의한 소음 및 진동 발생을 원천 차단하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 실링의 설계 자유도를 더욱 증대시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 내륜
20 : 외륜
30 : 전동체
40 : 제1링
50 : 제2링
60 : 러버
70 : 조절판

Claims (4)

  1. 내륜과 외륜 사이에서 둘레를 따라 전동체들이 장착되고, 봉입된 그리스를 밀폐하도록 내륜과 외륜 사이의 측면에 실링이 결합되는 휠베어링에 있어서,
    상기 실링은, 외륜의 내주면에 고정되는 제1링;과 내륜의 외주면에 고정되는 제2링; 및 제1링 또는 제2링 중 어느 한 곳에 장착되되, 끝단이 제1링 또는 제2링 중 다른 한 곳에 맞닿도록 배치되는 립이 형성된 러버;를 포함하고,
    상기 립에는 온도에 따라 휘어지거나 복원되도록 바이메탈(bimetal)로 제조된 조절판이 내장되어 상기 립은 온도변화에 의해 제1링 또는 제2링에 압착되는 힘이 가변되는 것을 특징으로 하는 휠베어링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조절판은 온도가 상승했을 때 립의 압착력이 증가하도록 장착된 것을 특징으로 하는 휠베어링.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 조절판은 제1링 또는 제2링의 표면에 접촉하는 립들의 끝단에 내포되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 휠베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1링은 외륜의 내주면에 밀착되는 제1수평부의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제1수직부를 갖도록 구성되어 'ㄱ' 자 모양의 단면을 가지며, 상기 제2링은 내륜의 외주면에 밀착되는 제2수평부의 일측 끝단에서 직각으로 절곡되어 확장된 제2수직부를 갖도록 구성되어 'ㄴ' 모양의 단면을 갖되, 제1링과 제2링은 단면이 'ㅁ' 모양을 이루도록 배치되고,
    상기 립은 제1립이 제1수평부와 제2수직부 사이를 차폐하도록 배치되며, 제2립이 제1수직부와 제2수직부 사이를 차폐하도록 배치되고, 제3립이 제2수평부와 제1수직부 사이를 차폐하도록 배치된 것을 특징으로 하는 휠베어링.
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