KR20170013666A

KR20170013666A - 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 이를 적용한 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법

Info

Publication number: KR20170013666A
Application number: KR1020150106647A
Authority: KR
Inventors: 박지헌; 이운주; 현준수; 배송식; 박정수; 박상묵
Original assignee: 주식회사 베어링아트
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-07

Abstract

텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 이를 포함하는 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법이 개시된다. 외륜; 상기 외륜에 축방향으로 삽입되어 외륜과 반경방향 및 축방향으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 내륜; 상기 베어링 공간에 개재되어 상기 외륜과 상기 내륜 사이의 상대 회전이 이루어지도록 하는 볼 전동체를 포함하고; 상기 내륜 및 외륜은 탄소 0.93~1.05%, 규소 0.45~ 0.75%, 망간 1.0~1.2%, 크론 1.4~1.65%의 화학적 성분을 가지는 고크롬 망간 베어링 강으로 제작되고, 상기 내륜과 외륜은 표면은 질화 처리되어, 베어링 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 이를 적용한 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법{Tandem angular contact ball bearing, axle for vehicle applying the same and method of measuring bearing axial inside clearance thereof}

본 발명은 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재질의 변경 및 베어링 내부 틈새 관리로 장수명화 된 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과이를 적용한 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 회전하는 요소와 회전하지 않는 요소 사이에 장착되어 회전하는 요소의 회전을 원활하게 하는 한편, 회전하고 있는 회전 요소의 축을 지지하는 기계 요소이다.

이러한 베어링은 축과 접촉하는 상태에 따라 미끄럼 베어링과 구름 베어링으로 분류되는 한편, 하중이 걸리는 방향에 따라 레이디얼 베어링(Radial bearing)과 스러스트 베어링(Thrust bearing)으로 분류될 수 있다.

상기 구름 베어링은 회전하는 축을 볼 또는 롤러와 같은 전동체로 지지할 수 있도록 되어 있다. 이러한 구조를 가진 구름 베어링은 축의 일부에 직접 접촉하는 미끄럼 베어링에 비하여 마찰 저항이 작은 장점이 있다. 이로 인해, 구름 베어링은 현재 전동체의 형상에 따라 볼 베어링(Ball bearing), 테이퍼 롤러 베어링(Tapered roller bearing), 그리고 니들 베어링(Needle bearing) 등 다양하게 이용되고 있다.

상기 테이퍼 롤러 베어링은 전동체가 대체적으로 테이퍼진 원추 형상이며, 회전축 방향 및 반경 방향의 하중을 동시에 지지하기 위한 목적으로 주로 이용된다. 특히, 차량에서 액슬(axles)과 같은 동력 전달 장치의 축을 지지하기 위하여 적용되고 있다.

예를 들면, 차량 엔진의 동력을 차동장치로 전달하는 피니언 샤프트를 회전 가능하게 지지하기 위해, 피니언 샤프트의 외주면에는 2개의 테이퍼 롤러 베어링이 끼워져 장착된다.

2개의 테이퍼 롤러 베어링은 내륜과 외륜 및 이들 사이에 개재되는 전동체로서 테이퍼 롤러 전동체를 각각 포함하고, 피니언 샤프트의 축방향을 따라 소정 간격을 두고 배치된다.

상기와 같이 테이퍼 롤러 베어링을 사용하여 피니언 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 구조에서는, 테이퍼 롤러 전동체가 내륜 및 외륜과 선접촉을 하므로 베어링 용량이 크지만, 이에 반해 테이퍼 롤러 베어링의 특성에 의한 마찰 저항 토크도 증대되기 때문에 동력 전달 손실을 가중시키는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해, 최근에는 테이퍼 롤러 베어링 보다 상대적으로 베어링 용량은 작지만 동력 전달 손실(마찰 토크 저항)도 상대적으로 작은 텐덤 형식의 앵귤러 콘택트 볼 베어링이 적용되고 있는 추세에 있다.

즉 2개의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 피니언 샤프트의 외주면에 끼워서 장착하여 피니언 샤프트를 회전 가능하게 지지하고 있다.

피니언 샤프트의 선단부에는 차동장치의 링기어와 치합하는 피니언기어가 구비되고, 내륜과 외륜 및 볼 전동체의 직경이 상대적으로 큰 대용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 피니언기어와 인접한 피니언 샤프트의 외주면에 장착하며, 대용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링 보다 내륜과 외륜 및 볼 전동체의 직경이 각각 상대적으로 작은 소용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 대용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링에 대해 축방향으로 이격된 상태로 피니언 샤프트의 외주면에 장착되어(대용량 및 소용량은 상대적 개념임을 밝혀 둔다), 피니언 샤프트가 2개의 대용량 및 소용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 매개로 회전 가능하게 지지된다.

즉 축방향 하중이 크게 걸리는 피니언기어 측(이하 축방향 헤드측이라 함)에 대용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 장착하고, 헤드측으로부터 축방향으로 이격되어 액슬 샤프트 쪽에 상대적으로 가까운 측(이하 축방향 테일측이라 함)에는 축방향 하중 보다는 반경방향 하중이 주로 작용하므로, 소용량의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링이 장착되고 있다.

텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 동일한 사이즈의 테이퍼 롤러 베어링에 비해 동력 전달 손실이 작은 이점이 있지만, 베어링 용량은 통상적으로 테이퍼 롤러 베어링의 50% 미만이기 때문에 테이퍼 롤러 베어링과 동일한 베어링 용량을 갖게 하기 위해서는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 사이즈를 키워야 한다.

그러나 차량용 액슬과 같이 이미 레이아웃이 설정되어 있는 상황에서는 기존의 레이아웃을 변경하기 어렵고, 테이퍼 롤러 베어링과 동일한 사이즈의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링을 차량용 액슬에 그대로 적용하면, 베어링의 수명이 낮아지므로, 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 재질이나 베어링 내부 틈새 등과 같은 구조를 적절히 변경할 필요가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마찰 토크 손실을 저감할 수 있고, 이와 동시에 베어링의 수명도 효과적으로 연장시킬 수 있으며, 축방향 내부 틈새 측정 및 관리도 용이한 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 이를 적용한 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링은, 외륜; 상기 외륜에 축방향으로 삽입되어 외륜과 반경방향 및 축방향으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 내륜; 상기 베어링 공간에 개재되어 상기 외륜과 상기 내륜 사이의 상대 회전이 이루어지도록 하는 볼 전동체를 포함하고; 상기 내륜 및 외륜은 탄소 0.93~1.05%, 규소 0.45~ 0.75%, 망간 1.0~1.2%, 크롬 1.4~1.65%의 화학적 성분을 가지는 고크롬 망간 베어링 강으로 제작되고, 상기 내륜과 외륜은 표면은 질화 처리될 수 있다.

상기 볼 전동체는 원주 방향으로 다수 개가 이격되게 배치되어 볼 전동체 열을 형성하며; 상기 볼 전동체 열을 축방향으로 이격되게 배치되어 2열 볼 전동체 열을 형성하며; 축방향 일측에 배치된 대경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 축방향 타측에 배치된 소경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터보다 크게 형성될 수 있다.

상기 대경 볼 전동체 열은 부하가 많이 받는 쪽에 배치될 수 있다.

상기 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새는 0.03/D_R~ 0.15/D_R일(D_R은 상기 볼 전동체의 직경) 수 있다.

상기 외륜과 내륜은 각각 반경방향으로 서로 대향하는 외륜 내주면과 내륜 외주면을 포함하고; 상기 외륜 내주면에는 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면이 형성되고; 상기 내륜 외주에도 상기 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면에 상응하는 2개의 제1,2내륜 궤도면이 형성되며; 상기 제1외륜 볼 궤도면은 상기 제2외륜 볼 궤도면에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치되고; 상기 제1내륜 볼 궤도면은 상기 제2내륜 볼 궤도면에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치될 수 있다.

상기 제1외륜 볼 궤도면은 상기 외륜의 상기 축방향 일측 끝단면으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되고; 상기 제1외륜 볼 궤도면과 상기 제2외륜 볼 궤도면 사이에는 축방향과 평행한 평탄 외륜 내주면이 형성되며; 상기 평탄 외륜 내주면이 끝나는 부위로부터 상기 제2외륜 볼 궤도면이 상기 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1외륜 볼 궤도면과 제2외륜 볼 궤도면은 각각 축방향 입구와 축방향 출구를 포함하고; 상기 축방향 입구는 상기 축방향 출구보다 반경방향 외측에 위치될 수 있다.

상기 제2외륜 볼 궤도면의 축방향 출구로부터 축방향 타측을 향해 외륜 단턱이 연장되게 형성될 수 있다.

상기 외륜 단턱에 대응해서 상기 내륜 내주면에도 축방향 일측에 내륜 단턱이 형성되고; 상기 제1내륜 볼 궤도면은 상기 내륜 단턱으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되며; 상기 제1내륜 볼 궤도면과 상기 제2내륜 볼 궤도면 사이에는 축방향과 평행한 평탄 내륜 내주면이 형성되며; 상기 평탄 내륜 내주면은 상기 제2내륜 볼 궤도면과 연속되게 형성되고, 상기 평탄 내륜 내주면이 끝나는 부위로부터 상기 제2내륜 볼 궤도면이 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1내륜 볼 궤도면과 제2내륜 볼 궤도면은 각각 축방향 입구와 축방향 출구를 포함하고; 상기 축방향 입구는 상기 축방향 출구보다 반경방향 외측에 위치될 수 있다.

상기 내륜 단턱은 상기 외륜의 축방향 일측 끝단면보다 축방향 일측으로 더 돌출되게 위치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 액슬은 상기 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링; 상기 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 내륜에 장착되어 회전 가능하게 지지되고, 피니언 기어를 구비한 피니언 샤프트; 상기 피니언 기어에 치합된 링기어를 포함하는 차동장치; 상기 차동장치에 결합되고, 상기 피니언 샤프트를 통해 전달된 엔진의 구동력을 차륜에 전달하는 액슬 샤프트를 포함할 수 있다.

상기 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 상기 대경 볼 전동체 열은 상기 소경 볼 전동체 열보다 상기 피니언 기어측에 근접되게 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 축방향 내부 틈새 측정방법은, 외륜; 상기 외륜에 축방향으로 삽입되어 외륜과 반경방향 및 축방향으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 내륜; 상기 베어링 공간에 개재되어 상기 외륜과 상기 내륜 사이의 상대 회전이 이루어지도록 하는 볼 전동체를 포함하고; 상기 볼 전동체는 원주 방향으로 다수 개가 이격되게 배치되어 볼 전동체 열을 형성하며; 상기 볼 전동체 열을 축방향으로 이격되게 배치되어 2열 볼 전동체 열을 형성하며; 축방향 일측에 배치된 대경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 축방향 타측에 배치된 소경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터보다 크게 형성된 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 축방향 내부 틈새 측정방법에 있어서, 상기 외륜의 축방향 타측 끝단면과 내륜의 축방향 일측 끝단면 혹은 타측 끝단면 사이의 간격(H2)을 측정하고; 소경 볼 전동체 열을 조립한 다음에 상기 외륜의 축방향 타측 끝단면과 상기 내륜의 축방향 일측 끝단면 혹은 타측 끝단면 사이의 간격(H1)을 측정하며, 상기 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새(H)는 H = H1- H2에 의해 산출될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링과 이를 적용한 차량용 액슬 및 그 축방향 내부 틈새 측정방법에 의하면, 볼 전동체가 접촉하여 회전 가능하게 지지되는 내륜 및 외륜이 고크롬 망간 베어링 강으로 제작되어 질화 처리됨에 따라 종래의 고크롬 베어링 강으로 제조되었던 베어링에 비해 수명을 약 3배 이상 연장시킬 수 있다.

또한 2열 볼 전동체 중에 피치 서클 다이어미터가 크고 외부 하중을 많이 받는 볼 전동체 열(이하 대경 볼 전동체 열이라 함)에 베어링 내부 틈새를 부여하고, 대경 볼 전동체 열보다 상대적으로 외부 하중을 상대적으로 작게 받고, 피치 서클 다이어미터도 상대적으로 작은 볼 전동체 열(이하 소경 볼 전동체 열이라 함)이 대경 볼 전동체 열이 받는 하중의 일부 분담하게 함으로써, 베어링 수명을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이와 더불어 대경 볼 전동체 열의 축방향 베어링 내부 틈새의 측정 및 관리가 용이해져 베어링 수명의 연장 및 조절이 편리해지는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 단면도이다.
도 2는 베어링 강 종류의 변화에 따른 베어링 수명의 시험 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새 변화에 따른 베어링 수명의 해석 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새 변화에 따른 베어링 수명의 시험 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새 측정 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링이 적용된 차량용 액슬의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)은, 반경방향 외측에 위치하는 내륜 외주면(12)을 구비한 내륜(10)과, 이 내륜(10)을 축방향으로 끼워서 감싸고 내륜(10)의 내륜 외주면(12)보다 반경방향 외측으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 외륜 내주면(22)을 포함하는 외륜(20), 상기 베어링 공간에 개재되어 내륜(10)과 외륜(20)사이의 상대 회전이 이루어질 수 있도록 하는 볼 전동체(30)를 각각 포함할 수 있다.

외륜 내주면(22)에는 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면(21, 23)이 형성되고, 내륜 외주면(12)에도 상기 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면(21, 23)에 상응하는 2개의 제1,2내륜 궤도면(11, 13)이 형성될 수 있다.

제1외륜 볼 궤도면(21)은 제2외륜 볼 궤도면(23)에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치될 수 있고, 제1외륜 볼 궤도면(21)은 외륜(20)의 축방향 일측 끝단면(24)으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되고, 제1외륜 볼 궤도면(21)과 상기 제2외륜 볼 궤도면(23) 사이에는 축방향과 평행한 평탄 외륜 내주면(25)이 형성되며, 평탄 외륜 내주면(25)이 끝나는 부위로부터 제2외륜 볼 궤도면(23)이 상기 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성될 수 있다.

제1외륜 볼 궤도면(21)과 제2외륜 볼 궤도면(23)은 각각 축방향 입구(26)와 축방향 출구(27)를 포함하고, 축방향 입구(26)는 축방향 출구(27)보다 반경방향 외측에 위치될 수 있다.

제2외륜 볼 궤도면(23)의 축방향 출구(27)로부터 축방향 타측을 향해 연장된 외륜 단턱(28)이 형성될 수 있고, 단턱(28)은 볼 전동체(30)의 축방향 타측을 향한 이탈을 저지하는 역할을 할 수 있다.

내륜 내주면(12)에 2개의 제1,2내륜 볼 궤도면(11, 13)이 축방향으로 서로 이격된 상태로 각각 형성될 수 있다.

외륜 단턱(28)과 대응되게 볼 전동체(30)의 축방향 일측을 향한 이탈을 저지하기 위해 내륜의 축방향 일측 선단부에도 내륜 단턱(18)이 형성될 수 있다.

제1내륜 볼 궤도면(11)은 제2내륜 볼 궤도면(13)에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치되고, 제1내륜 볼 궤도면(11)은 내륜 단턱(18)으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되고, 제1내륜 볼 궤도면(11)과 제2내륜 볼 궤도면(13) 사이에는 축방향과 평행한 평탄 내륜 내주면(15)이 형성되며;

평탄 내륜 내주면(15)은 제2내륜 볼 궤도면(13)과 연속되게 형성되고, 평탄 내륜 내주면(15)이 끝나는 부위로부터 제2내륜 볼 궤도면(13)이 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성될 수 있다.

제1내륜 볼 궤도면(11)과 제2내륜 볼 궤도면(13)은 각각 축방향 입구(16)와 축방향 출구(17)를 포함하고, 축방향 입구(16)는 축방향 출구(17)보다 반경방향 외측에 위치될 수 있다.

내륜 단턱(18)은 외륜의 축방향 일측 끝단면(24)보다 축방향 일측으로 더 돌출되게 위치될 수 있고, 내륜의 축방향 타측 끝단면(19)은 외륜 단턱(28)보다 축방향 일측으로 더 가깝게 위치될 수 있다.

내륜(10)과 외륜(20)은 탄소 0.93~1.05%, 규소 0.45~ 0.75%, 망간 1.0~1.2%, 크론 1.4~1.65%의 화학적 성분을 가지는 고크롬 망간 베어링 강을 사용하여 제작한 다음에 내륜(10) 및 외륜(20)의 표면을 질화 처리(Nitriding)하면, 내륜(10) 및 외륜(20)의 수명을 종래의 단순 고크롬 베어링 강만을 사용하여 제작할 경우에 비해 수명을 연장시킬 수 있다.

특히, 내륜(10) 및 외륜(20)의 표면을 질화 처리할 때에 질화 확산층은 표면으로부터 최소한 0.3mm 이상의 깊이를 유지하면, 종래에 비해 최소한 3배 이상의 수명 연장 효과를 얻을 수 있다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 고크롬 망간 베어링 강 및 표면 질화 처리를 통해 제작된 내륜 및 외륜의 수명(Life(h))은 600h(hour) 이상인 반면에, 종래의 고크롬 베어링 강만으로 제작된 내륜 및 외륜의 수명은 200h 정도인 것을 시험을 통해 알 수 있었고, 이에 따라 본 발명에 따라 제작된 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 종래의 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링에 비해 수명이 약 3배 이상 증가하였다.

볼 전동체(30)는 원주 방향으로 따라 소정 간격을 두고 배치되어 전동체 열을 형성할 수 있고, 축방향으로 서로 이격되게 배치되어 축방향으로 2열을 구성할 수 있다.

내륜(10) 및 외륜(20)은 동심원상으로 배치되어 동일한 축중심(C)을 가질 수 있다.

축중심(C)으로부터 볼 전동체(30)까지의 반경 혹은 직경을 피치 서클 다이어미터(Pitch Circle Diameter; PCD)라고 하고, 축방향을 따른 한쪽 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 다른쪽 전동체 열의 피치 서클 다이어미터와 상이하게 형성되어 있다.

즉 한쪽 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 다른쪽 전동체 열의 피치 서클 다이어미터보다 크게 형성되어 있다. 이하에서는 피치 서클 다이어미터가 큰 쪽의 전동체 열을 대경 볼 전동체 열(L)이라 하고, 대경 볼 전동체 열(L)보다 피치 서클 다이어미터가 작은 쪽의 전동체 열을 소경 볼 전동체 열(S)이라 한다.

대경 볼 전동체 열(L)은 소경 볼 전동체 열(S)보다 베어링 용량이 크고, 이에 따라 소경 볼 전동체 열(S)보다 부하를 많이 받는 쪽에 배치하는 것이 바람직하다.

도 3을 참조하면, 일반적으로 베어링을 차량용 액슬(1) (도 6 참조)에 조립후 축방향 내부 틈새는 0 ~ -30㎛까지가 많이 사용되고 있는 데, 대경 볼 전동체 열(L)은 외부 부하를 많이 받아서 내구가 상대적으로 빠르게 진행되므로, 소경 볼 전동체 열(S)보다 베어링 수명이 짧다.

따라서, 대경 볼 전동체에만 적절한 축방향 내부 틈새를 부가하면, 대경 볼 전동체 열이 받는 부하의 일부를 소경 볼 전동체 열이 분담할 수 있으므로, 대경 볼 전동체 열 및 소경 볼 전동체 열을 포함하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 전체 수명을 연장시킬 수 있다.

대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새를 설정함에 있어, 본 발명은 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새 변화에 따른 베어링 수명 해석(도 3 참조)을 통해 다음과 같이 설정하였다.

즉, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새가 0.0/D_R(D_R은 볼 전동체의 직경)인 경우에는 조립후 축방향 내부 틈새가 0인 때에 대경 볼 전동체 열 및 소경 볼 전동체 열의 수명이 각각 500h 이하이므로 너무 낮고, 대경 볼 전동체 열(L)의 수명 곡선과 소경 볼 전동체 열(S)의 수명 곡선이 만나는 피크치(즉 대경 볼 전동체 열(L)의 수명과 소경 볼 전동체 열(S)의 수명이 일치하는 부분)가 축방향 내부 틈새 범용 적용 구간(0~-30㎛)을 벗어나므로 바람직하지 않다.

대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새를 0.03/D_R로 설정하는 경우에는 피크치가 조립후 축방향 내부 틈새 범용 적용 구간의 하한치(-30㎛)에 거의 근접해 있고, 즉 피크치가 축방향 내부 틈새 범용 적용 구간내에 있고, 조립후 베어링의 축방향 내부 틈새가 "0"인 경우에도 베어링 수명이 거의 500h 이상이므로, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새의 하한치로 설정하는 것이 바람직하다.

대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새를 0.15/D_R로 설정하는 경우에는 피크치가 조립후 축방향 내부 틈새 범용 적용 구간(0 ~ -30㎛)내에 있고(도 3에서 거의 -25㎛ 부근), 조립후 베어링의 내부 틈새가 "0"인 경우에도 베어링 수명이 500h 이상이므로, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새의 상한치로 설정하는 것이 바람직하다.

만일 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새를 0.16/D_R이상으로 설정하는 경우, 예를 들면 0.25/D_R 혹은 0.35/D_R 로 설정하는 경우에는, 피크치가 상기 0.03/D_R및 0.15/D_R경우보다 높지만, 조립 후 축방향 내부 틈새가 -30㎛일 때에 베어링 수명이 급격히 저하해서 상기 0.03/D_R및 0.15/D_R 경우보다 현저하게 베어링 수명이 낮아지므로, 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 축방향 내부 틈새가 0 ~ -30㎛ 범위에서 안정적으로 사용할 수 있도록 대경 볼 전동체 열(L)의 베어링 축방향 내부 틈새를 0.03/D_R~ 0.15/D_R 로 설정하였다.

도 4에는 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새 변화에 따른 베어링 수명을 실험한 결과가 도시되어 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새가 증가할수록 베어링 수명이 약 15% 이상씩 연장되고, 축방향 내부 틈새가 0.15/D_R인 경우가 0.0/D_R 및 0.03/D_R 경우보다 베어링 수명이 높음을 실험 결과를 통해 확인할 수 있었고, 또한 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새와 소경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새가 동일한 경우보다도 베어링 수명이 연장됨을 확인할 수 있었다.

한편, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새(H)는 도 5와 같이 측정될 수 있다. 즉 먼저 내륜(10)과 외륜(20) 사이에 대경 볼 전동체 열(L)을 조립하고 난 다음에, 축방향 하중 5kgf를 가한 후에 내륜(10)의 축방향 일측 끝단면(14)과 외륜의 축방향 타측 끝단면(29) 사이의 간격(H2)을 측정한다.

그런 다음, 외륜을 제거한 후에 소경 볼 전동체 열(S)을 조립한 다음에 다시 외륜 조립 후에 동일한 방법으로 축방향 하중 5kgf를 가한 후, 내륜(10)의 축방향 일측 끝단면(14)과 외륜의 축방향 타측 끝단면(29) 사이의 간격(H1)을 측정한다.

그러면, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새(H)는 H = H1- H2가 되어, 대경 볼 전동체 열(L)의 축방향 내부 틈새(H)를 간편하면서도 극히 용이하게 측정할 수 있고, 축방향 내부 틈새의 관리 및 조절도 용이해져 베어링 수명을 안정되고 편리하게 관리할 수 있다.

물론 상기 H1, H2는 각각 외륜의 축방향 타측 끝단면(29)과 내륜의 축방향 타측 끝단면(19) 사이의 간격으로도 설정될 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)이 차량의 액슬의 피니언 샤프트에 적용된 단면도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)은 피니언 샤프트 이외의 기계 장치 등에서 회전하는 샤프트를 지지하기 위해 사용될 수 있다.

차량의 액슬(1)은, 액슬 하우징(3)과, 액슬 하우징(3)의 내부에 삽입되어 본 발명의 실시 예에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)을 매개로 회전 가능하게 지지된 피니언 샤프트(9)와, 피니언 샤프트(9)로부터 회전력을 전달받아 함께 회전하도록 구비된 피니언 기어(7)를 포함한다.

피니언 샤프트(9)에는 도시되지 않은 프로펠러 샤프트 혹은 액슬 샤프트가 결합되어, 엔진의 구동력이 프로펠러 샤프트를 통해 피니언 샤프트로 전달될 수 있다.

피니언 기어(7)에는 액슬 링기어(8)가 일체로 회전할 수 있도록 치합되고, 액슬 링기어(8)는 기어 하우징(6)에 체결된다.

기어 하우징(6)의 내측에는 차동 기어(differential gear; 5)와 피동 기어(output gear; 4)가 배치되고, 액슬 링기어(8)가 피니언 기어(7)로부터 전달받은 구동력은 차동 기어(5)와 피동 기어(4)에 전달된다. 기어 하우징(6)은 상기 차동 기어(5)와 피동 기어(4)에 의하여 각각 액슬 샤프트(2)에 결합되며, 상기 액슬 샤프트(2)는 차륜에 구동력을 전달하도록 차륜에 연결된다.

상기 링기어(8)와, 기어 하우징(6), 차동기어(5) 및 피동 기어(4)는 통상의 차동장치를 구성한다.

제1텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)은 피니언 기어(7)에 인접해서 피니언 샤프트(9)의 외주면에 장착되고, 다른 용량의 제2텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(110)도 제1텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)에 대해 축방향으로 이격되어 피니언 샤프트(9)의 외주면에 장착된다.

이 때, 제1텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(100)과 제2텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링(110)의 각 대경 볼 전동체 열(L)이 피니언 기어(7) 쪽을 향하도록 배치하여, 대경 볼 전동체 열(L)이 소경 볼 전동체 열(S)보다 상대적으로 많은 부하를 담당하는 하는 것이 바람직하다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 내륜
12: 외주면
14: 끝단면
20: 외륜
22: 내주면
24: 끝단면
30: 볼 전동체

Claims

외륜;
상기 외륜에 축방향으로 삽입되어 외륜과 반경방향 및 축방향으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 내륜;
상기 베어링 공간에 개재되어 상기 외륜과 상기 내륜 사이의 상대 회전이 이루어지도록 하는 볼 전동체를 포함하고;
상기 내륜 및 외륜은 탄소 0.93~1.05%, 규소 0.45~ 0.75%, 망간 1.0~1.2%, 크롬 1.4~1.65%의 화학적 성분을 가지는 고크롬 망간 베어링 강으로 제작되고, 상기 내륜과 외륜의 표면은 질화 처리된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제1항에 있어서,
상기 볼 전동체는 원주 방향으로 다수 개가 이격되게 배치되어 볼 전동체 열을 형성하며;
상기 볼 전동체 열을 축방향으로 이격되게 배치되어 2열 볼 전동체 열을 형성하며;
상기 2열 볼 전동체 열 중에서 축방향 일측에 배치된 대경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 축방향 타측에 배치된 소경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터보다 큰 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제2항에 있어서,
상기 대경 볼 전동체 열은 부하가 많이 받는 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제2항에 있어서,
상기 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새는 0.03/D_R~ 0.15/D_R인(D_R은 상기 볼 전동체의 직경) 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제1항에 있어서,
상기 외륜과 내륜은 각각 반경방향으로 서로 대향하는 외륜 내주면과 내륜 외주면을 포함하고;
상기 외륜 내주면에는 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면이 형성되고;
상기 내륜 외주에도 상기 2개의 제1,2외륜 볼 궤도면에 상응하는 2개의 제1,2내륜 궤도면이 형성되며;
상기 제1외륜 볼 궤도면은 상기 제2외륜 볼 궤도면에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치되고;
상기 제1내륜 볼 궤도면은 상기 제2내륜 볼 궤도면에 비해 반경방향 외측 및 축방향 일측에 위치된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제5항에 있어서,
상기 제1외륜 볼 궤도면은 상기 외륜의 상기 축방향 일측 끝단면으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되고;
상기 제1외륜 볼 궤도면과 상기 제2외륜 볼 궤도면 사이에는 축방향과 평행한 평탄 외륜 내주면이 형성되며;
상기 평탄 외륜 내주면이 끝나는 부위로부터 상기 제2외륜 볼 궤도면이 상기 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제6항에 있어서,
상기 제1외륜 볼 궤도면과 제2외륜 볼 궤도면은 각각 축방향 입구와 축방향 출구를 포함하고;
상기 축방향 입구는 상기 축방향 출구보다 반경방향 외측에 위치된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제7항에 있어서,
상기 제2외륜 볼 궤도면의 축방향 출구로부터 축방향 타측을 향해 외륜 단턱이 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제8항에 있어서,
상기 외륜 단턱에 대응해서 상기 내륜 내주면에도 축방향 일측에 내륜 단턱이 형성되고;
상기 제1내륜 볼 궤도면은 상기 내륜 단턱으로부터 축방향 타측으로 원호 형상으로 형성되며;
상기 제1내륜 볼 궤도면과 상기 제2내륜 볼 궤도면 사이에는 축방향과 평행한 평탄 내륜 내주면이 형성되며;
상기 평탄 내륜 내주면은 상기 제2내륜 볼 궤도면과 연속되게 형성되고, 상기 평탄 내륜 내주면이 끝나는 부위로부터 상기 제2내륜 볼 궤도면이 축방향 타측을 향해 원호 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제9항에 있어서,
상기 제1내륜 볼 궤도면과 제2내륜 볼 궤도면은 각각 축방향 입구와 축방향 출구를 포함하고;
상기 축방향 입구는 상기 축방향 출구보다 반경방향 외측에 위치된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제10항에 있어서,
상기 내륜 단턱은 상기 외륜의 축방향 일측 끝단면보다 축방향 일측으로 더 돌출되게 위치된 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제2항에 있어서,
상기 대경 볼 전동체 열과 상기 소경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링;
상기 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 내륜에 장착되어 회전 가능하게 지지되고, 피니언 기어를 구비한 피니언 샤프트;
상기 피니언 기어에 치합된 링기어를 포함하는 차동장치;
상기 차동장치에 결합되고, 상기 피니언 샤프트를 통해 전달된 엔진의 구동력을 차륜에 전달하는 액슬 샤프트;
를 포함하는 차량용 액슬.
제13항에 있어서,
상기 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 상기 대경 볼 전동체 열은 상기 소경 볼 전동체 열보다 상기 피니언 기어측에 근접되게 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 액슬.
외륜;
상기 외륜에 축방향으로 삽입되어 외륜과 반경방향 및 축방향으로 이격되게 배치되어 베어링 공간을 형성하는 내륜;
상기 베어링 공간에 개재되어 상기 외륜과 상기 내륜 사이의 상대 회전이 이루어지도록 하는 볼 전동체를 포함하고;
상기 볼 전동체는 원주 방향으로 다수 개가 이격되게 배치되어 볼 전동체 열을 형성하며;
상기 볼 전동체 열을 축방향으로 이격되게 배치되어 2열 볼 전동체 열을 형성하며;
축방향 일측에 배치된 대경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터는 축방향 타측에 배치된 소경 볼 전동체 열의 피치 서클 다이어미터보다 크게 형성된 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 축방향 내부 틈새 측정방법에 있어서,
상기 대경 볼 전동체 열이 조립된 상기 외륜의 축방향 타측 끝단면과 내륜의 축방향 일측 끝단면 혹은 타측 끝단면 사이의 간격(H2)을 측정하고;
소경 볼 전동체 열을 추가 조립한 다음에 상기 외륜의 축방향 타측 끝단면과 상기 내륜의 축방향 일측 끝단면 혹은 타측 끝단면 사이의 간격(H1)을 측정하며,
상기 대경 볼 전동체 열의 축방향 내부 틈새(H)는 H = H1- H2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 축방향 내부 틈새 측정방법.
제15항에 있어서, 상기 축방향 내부 틈새 측정시 축방향 하중을 5kgf 가하는 것을 특징으로 하는 텐덤 앵귤러 콘택트 볼 베어링의 축방향 내부 틈새 측정방법.