KR20240042857A - 너클-휠베어링 조립체 - Google Patents

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KR20240042857A
KR20240042857A KR1020220121651A KR20220121651A KR20240042857A KR 20240042857 A KR20240042857 A KR 20240042857A KR 1020220121651 A KR1020220121651 A KR 1020220121651A KR 20220121651 A KR20220121651 A KR 20220121651A KR 20240042857 A KR20240042857 A KR 20240042857A
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Abstract

개시된 너클-휠베어링 조립체는, 차축이 관통하는 차축 관통공이 형성된 너클; 차축이 동축 결합되는 허브, 너클의 차축 관통공의 주변부에 볼트 체결에 의해 고정 결합되는 외륜, 및 허브 및 외륜 사이에 개재되는 베어링재를 구비하는 휠베어링; 및 외륜에 대한 너클의 상대 운동이 방지되도록, 일 측이 외륜에 형성된 외륜 핀 홀에 끼워지고, 타 측이 주변부에 형성된 주변부 핀 홀에 끼워지는 결합 핀;을 포함한다.

Description

너클-휠베어링 조립체{KNUCKLE-WHEEL BEARING ASSEMBLY}
본 발명은 차량의 너클과 휠베어링을 포함하는 너클-휠베어링 조립체에 관한 것이다.
자동차에는 조향휠(steering wheel)의 조향력을 차륜에 전달하고, 현가장치(suspension)에 작용하는 하중을 지지하며, 노면으로부터 차륜의 구름 저항을 최소화하여 원활한 주행 성능을 유지하기 위하여 너클-휠베어링 조립체(knuckle-wheel bearing assembly)가 구비된다. 너클-휠베어링 조립체는 현가장치 및 조향장치에 연결되는 너클과, 차륜을 회전 가능하게 지지하고 너클에 결합된 휠베어링을 포함한다.
휠베어링은 복수의 볼트(bolt)에 의해 너클에 고정 결합된다. 그런데, 차륜을 조향시키기 위하여 조향휠을 회전시킬 때 너클과 휠베어링의 접촉 부분에서 슬립(slip)에 의한 이음(異音)이 발생하여 운전의 감흥과 승차감이 저하되는 경우가 종종 발생한다. 특히 차량의 경량화를 위하여 알루미늄 합금 소재의 너클이 사용되는 경우, 알루미늄 합금 소재의 너클과 스틸(steel) 소재의 휠베어링 사이에서 이음 발생이 더욱 빈번해질 수 있다.
본 발명에 대한 배경기술은, 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0111014호(2005.11.24. 공개, 발명의 명칭: 차량용 조향 너클 및 휠베어링 장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 너클과 휠베어링의 접촉 부분에서 슬립(slip)에 의한 이음 발생이 억제되는 너클-휠베어링 조립체를 제공한다.
본 발명은, 차축(axle)이 관통하는 차축 관통공이 형성된 너클(knuckle); 상기 차축이 동축 결합되는 허브(hub), 상기 너클의 상기 차축 관통공의 주변부에 볼트(bolt) 체결에 의해 고정 결합되는 외륜, 및 상기 허브 및 상기 외륜 사이에 개재되는 베어링재(bearing material)를 구비하는 휠베어링(wheel bearing); 및 상기 외륜에 대한 상기 너클의 상대 운동이 방지되도록, 일 측이 상기 외륜에 형성된 외륜 핀 홀(pin hole)에 끼워지고, 타 측이 상기 주변부에 형성된 주변부 핀 홀에 끼워지는 결합 핀(pin);을 포함하는 너클-휠베어링 조립체를 제공한다.
상기 결합 핀은 상기 차축의 축선과 평행하게 연장된 봉형의 부재일 수 있다.
상기 결합 핀은 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 결합 핀에 대응되도록 상기 외륜 핀 홀 및 상기 주변부 핀 홀이 각각 상기 결합 핀의 개수와 동일한 개수로 형성될 수 있다.
상기 복수의 외륜 핀 홀은 상기 축선을 중심으로 대칭되게 배치될 수 있다.
상기 결합 핀의 타 측은 접착제를 매개로 하여 상기 주변부 핀 홀에 끼워진 상태로 상기 너클에 고정 결합될 수 있다.
상기 너클은 알루미늄 합금 소재로 이루어지고, 상기 외륜은 스틸(steel) 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명의 너클-휠베어링 조립체는 너클과 휠베어링의 외륜 사이의 접촉되는 부분에 설치된 결합 핀을 구비하여, 너클이 조타력에 의해 회전할 때 외륜에 대한 너클의 상대 운동을 방지한다. 부연하면, 너클이 외륜에 접촉된 상태로 외륜에 대해 미끄러지는 현상이 방지된다. 따라서, 너클과 휠베어링의 접촉 부분에서 슬립(slip)에 의한 이음 발생이 신뢰성있게 억제된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 휠베어링과 결합핀을 발췌하여 뒤에서 본 분해 사시도이다.
도 5는 도 1을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 VI 부분을 확대 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 휠베어링과 결합핀을 발췌하여 뒤에서 본 분해 사시도이고, 도 5는 도 1을 V-V에 따라 절개 도시한 단면도이며, 도 6은 도 5의 VI 부분을 확대 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 너클-휠베어링 조립체(10)는 너클(11), 휠베어링(40), 및 복수의 결합 핀(pin)(70)을 포함한다.
너클(11)은 상단부에 현가장치의 스트럿(strut)(미도시)에 연결되는 스트럿 연결부(12)를 구비하고, 하단부에 로어암(lower arm)(미도시)에 연결되는 로어암 연결부(15)를 구비하며, 스트럿 연결부(12)와 로어암 연결부(15) 사이에 조향장치의 타이로드(미도시)에 연결되는 타이로드 연결부(17)를 구비한다. 너클(11)의 중앙부에는 차축(axle)(미도시)이 관통하는 차축 관통공(20)이 형성된다. 너클(11)은 차축 관통공(20)의 주변에 대략 환형(環形)의 주변부(25)를 더 구비한다.
휠베어링(40)은 허브(hub)(41), 외륜(50), 및 베어링재(bearing material)(47)를 구비한다. 허브(41)는 차륜에 결합되는 대략 디스크 형상의 차륜 결합부(42)와, 차륜 결합부(42)의 중심부에서 후방으로 연장된 대략 관형(管形)의 차축 결합부(43)를 구비한다. 차축 결합부(43)의 내주면에는 암형 스플라인 패턴(female spline pattern)(45)이 형성된다. 차축(미도시)의 단부의 외주면에 형성된 수형 스플라인 패턴(미도시)과 암형 스플라인 패턴(45)이 치합되도록 차축이 차축 결합부(43)에 끼워짐으로써 허브(41)가 차축에 동축 회전 가능하게 결합된다.
외륜(50)은 차륜 결합부(42)를 에워싸는 대략 관형의 부재로서, 복수의 볼트(bolt)(미도시) 체결에 의해 차축 관통공(20)의 주변부(25)에 고정 결합된다. 구체적으로, 외륜(50)은 후단부(52), 플랜지부(flange portion)(54), 및 복수의 볼트 체결부(56)를 구비한다. 후단부(52)는 차축 관통공(20) 내부에 삽입되어 차축 관통공(20)을 한정하는 내주면(21)과 마주보도록 후방으로 돌출된 환형의 부분이다.
플랜지부(54)는 차축 관통공(20) 내부에 삽입되지 않도록 후단부(52)와 단차지게 휠베어링(40)의 방사 방향으로 확장된 부분이다. 플랜지부(54)의 배면(背面)은 주변부(25)의 전면(前面)과 마주보게 위치한다. 복수의 볼트 체결부(56)는 휠베어링(40)의 방사 방향으로 플랜지부(54)보다 더 확장된 부분으로 서로 이격되게 배치된다. 복수의 볼트 체결부(56)에는 각각 볼트(미도시)가 관통하는 볼트 체결공(57)이 하나씩 형성된다. 너클(11)의 주변부(25)에는 상기 외륜(50)에 형성된 복수의 볼트 체결공(57)에 대응되는 위치에 복수의 볼트 체결공(27)이 형성된다.
베어링재(47)는 차축 결합부(43)의 외주면과 외륜(50)의 내주면 사이에 개재된다. 베어링재(47)는 복수의 베어링볼(bearing ball)을 포함할 수 있다. 이와 같은 구성으로 차축(미도시)이 자신의 축선(AX)을 중심으로 회전하면 외륜(50)은 너클(11)에 고정된 상태로 허브(41)가 차축과 동축 회전하게 된다.
복수의 결합 핀(70)은 외륜(50)의 플랜지부(54)에 형성된 복수의 외륜 핀 홀(pin hole)(60)에 끼워지는 일 측, 및 너클(11)의 주변부(25)에 형성된 복수의 주변부 핀 홀(30)에 끼워지는 타 측을 구비한다. 구체적으로, 각각의 결합 핀(70)은 차축의 축선(AX)과 평행하게 연장된 봉형의 부재로서, 결합 핀(70)의 일 측은 전단부(71)를 포함하고, 결합 핀(70)의 타 측은 후단부(75)를 포함할 수 있다. 결합 핀(70)의 단면 형상은 예컨대, 원형, 또는 사각형, 육각형과 같은 다각형일 수 있다. 각각의 결합 핀(70)은 예컨대, 스틸(steel)과 같은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
복수의 외륜 핀 홀(60)과 복수의 주변부 핀 홀(30)은 복수의 결합 핀(70)에 일대일로 대응되도록 각각 복수의 결합 핀(70)의 개수와 동일한 개수로 서로 이격되게 형성된다. 도시된 실시예에서는 결합 핀(70), 외륜 핀 홀(60), 및 주변부 핀 홀(30)의 개수가 각각 4개이나, 이는 예시적인 것으로 각각 4개보다 더 많거나 더 적을 수 있다.
외륜(50)에 형성된 복수의 볼트 체결공(57)과 복수의 외륜 핀 홀(60)은 축선(AX)을 중심으로 대칭되게 배치된다. 부연하면, 축선(AX)에 대해 직교하는 임의의 직선 상에 외륜(50)에 형성된 복수의 볼트 체결공(57) 중 한 쌍의 볼트 체결공(57)이 위치하고, 축선(AX)으로부터 이 한 쌍의 볼트 체결공(57)까지의 거리는 서로 같다. 또한, 축선(AX)에 대해 직교하는 임의의 다른 직선 상에 복수의 외륜 핀 홀(60) 중 한 쌍의 외륜 핀 홀(60)이 위치하고, 축선(AX)으로부터 이 한 쌍의 외륜 핀 홀(60)까지의 거리는 서로 같다.
이에 따라 우측에 배치되는 너클(11)에 결합되는 휠베어링(40)과 좌측에 배치되는 너클(11)에 결합되는 휠베어링(40)을 구분하지 않고 공용화할 수 있다. 외륜(50)에 형성된 복수의 볼트 체결공(57) 및 복수의 외륜 핀 홀(60)에 대응되도록 주변부(25)에 형성된 복수의 볼트 체결공(27) 및 복수의 주변부 핀 홀(30)도 축선(AX)을 중심으로 대칭되게 배치된다.
각각의 주변부 핀 홀(30)은 주변부(25)의 전면(前面)과 단차진 핀 홀 바닥면(31)과, 주변부(25)의 전면에서 절곡되어 바닥면(31)까지 연장된 핀 홀 내주면(32)에 의해 한정된다. 각각의 외륜 핀 홀(60)은 외륜(50)의 플랜지부(54)의 배면(背面)과 단차진 핀 홀 바닥면(61)과, 플랜지부(54)의 배면에서 절곡되어 바닥면(61)까지 연장된 핀 홀 내주면(62)에 의해 한정된다.
각각의 결합 핀(70)은 차축(AX)과 평행한 방향으로 연장된 결합 핀(70)의 길이(LH)의 40 내지 60% 가 주변부 핀 홀(30)에 끼워지고, 주변부 핀 홀(30)에 끼워지지 않은 결합 핀(70)의 나머지 부분이 외륜 핀 홀(60)에 끼워진다. 다시 말해서, 결합 핀(70)의 전단부(71)를 포함하는 결합 핀(70)의 일 측은 외륜 핀 홀(60)에 삽입되고, 결합 핀(70)의 후단부(75)를 포함하는 결합 핀(70)의 타 측은 주변부 핀 홀(30)에 삽입된다. 결합 핀(70)에 속한 부분 중에서 주변부 핀 홀(30)과 외륜 핀 홀(60)에 모두 삽입되지 않은 부분은 없다.
그러므로, 주변부(25)와 플랜지부(54)에 걸쳐서 복수의 결합 핀(70)이 설치되어 있음에도 불구하고 주변부(25)의 전면과 플랜지부(54)의 배면은 면접촉될 수 있다. 구체적인 예로, 결합 핀(70)의 길이(LH)의 50% 가 주변부 핀 홀(30)에 끼워지고, 결합 핀(70)의 길이(LH)의 나머지 50% 가 외륜 핀 홀(60)에 끼워질 수 있다.
외륜 핀 홀(60)에 삽입되는 결합 핀(70)의 일 측은 외륜 핀 홀(60)의 내주면(62)에 억지끼움 되고, 주변부 핀 홀(30)에 삽입되는 결합 핀(70)의 타 측은 주변부 핀 홀(30)의 내주면(32)에 억지끼움 될 수 있다. 복수의 결합 핀(70)은 조향휠(미도시)의 회전에 의해 발생하는 조타력에 의해 너클(11)이 회전할 때 휠베어링(40)의 외륜(50)에 대한 너클(11)의 상대 운동을 방지한다. 부연하면, 너클(11)이 외륜(50)에 접촉된 상태로 외륜(50)에 대해 미끄러지는 현상이 방지된다. 따라서, 너클(11)과 휠베어링(40)의 접촉 부분에서 슬립(slip)에 의한 이음 발생이 신뢰성있게 억제된다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 결합 핀(70)의 타 측은 접착제(80)를 매개로 하여 주변부 핀 홀(30)에 끼워진 상태로 너클(11)에 고정 결합될 수도 있다. 결합 핀(70)의 타 측이 접착제(80)에 의해 너클(11)에 고정되면 너클(11)이 회전하더라도 결합 핀(70)이 주변부 핀 홀(30) 및 외륜 핀 홀(60)의 내부에서 기울어지지 않게 되어서 너클(11)과 휠베어링(40)의 접촉 부분에서 이음 발생이 더욱 억제된다.
휠베어링(40)은 매우 큰 강성을 요구하므로 스틸(steel) 소재로 형성될 수 있다. 너클(11)은 차량의 경량화를 위하여 알루미늄 합금 소재로 형성될 수 있다. 이와 같이 너클(11)과 휠베어링(40)이 이종(異種)의 금속 소재로 이루어진 경우에도, 너클(11)과 외륜(50)에 걸쳐지게 설치된 복수의 결합 핀(70)으로 인해 조타력으로 인한 너클(11)과 외륜(50)의 접촉 부분에서 이음 발생이 신뢰성있게 저하될 수 있다.
너클-휠베어링 조립체(10)의 조립 방법의 일 예는 아래와 같다. 먼저, 복수의 주변부 핀 홀(30)에 복수의 결합 핀(70)을 하나씩 끼워 넣는다. 이때 결합 핀(70)의 후단부(75)를 포함한 타 측을 주변부 핀 홀(30)에 끼워 넣으며, 결합 핀(70)의 길이(LH)의 대략 절반 정도를 삽입한다. 한편, 결합 핀(70)을 주변부 핀 홀(30)에 끼워 넣기에 앞서서 접착제(80)를 주변부 핀 홀(80)에 주입하고, 그 이후에 결합 핀(70)을 끼워 넣고, 접착제(80)를 경화시켜서, 상술한 바와 같이 결합 핀(70)을 너클(11)에 고정시킬 수도 있다.
다음으로, 복수의 외륜 핀 홀(60)과 복수의 결합 핀(70)을 축선(AX)과 평행하게 일대일 정렬시키고 휠베어링(40)을 너클(11)에 접근시켜, 복수의 결합 핀(70)의 전단부(71)를 포함한 일 측을 복수의 외륜 핀 홀(60)에 끼워 넣음과 동시에 주변부(25)의 전면과 외륜(50)의 플랜지부(54)를 면접촉시킨다. 이렇게 하면 너클(11)의 복수의 볼트 체결공(27)과 외륜(50)의 복수의 볼트 체결공(57)이 겹쳐지게 정렬된다.
다음으로, 복수의 볼트(미도시)로 너클(11)의 복수의 볼트 체결공(27)과 복수의 외륜(50)의 볼트 체결공(57)을 관통시키고, 복수의 볼트를 조임으로써 복수의 결합 핀(70)이 개재된 채 휠베어링(40)이 너클(11)에 고정 결합된다. 볼트의 외주면에는 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성되고, 휠베어링(40)의 볼트 체결공(57)의 내주면에는 볼트의 수형 스크류 패턴에 치합되는 암형 스크류 패턴(female screw pattern)이 형성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 너클-휠베어링 조립체 11: 너클
20: 차축 관통공 25: 주변부
30: 주변부 핀 홀 40: 휠베어링
41: 허브 47: 베어링재
50: 외륜 54: 플랜지부
56: 볼트 체결부 60: 외륜 핀 홀
70: 결합 핀 80: 접착제

Claims (6)

  1. 차축(axle)이 관통하는 차축 관통공이 형성된 너클(knuckle);
    상기 차축이 동축 결합되는 허브(hub), 상기 너클의 상기 차축 관통공의 주변부에 볼트(bolt) 체결에 의해 고정 결합되는 외륜, 및 상기 허브 및 상기 외륜 사이에 개재되는 베어링재(bearing material)를 구비하는 휠베어링(wheel bearing); 및
    상기 외륜에 대한 상기 너클의 상대 운동이 방지되도록, 일 측이 상기 외륜에 형성된 외륜 핀 홀(pin hole)에 끼워지고, 타 측이 상기 주변부에 형성된 주변부 핀 홀에 끼워지는 결합 핀(pin);을 포함하는 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 핀은 상기 차축의 축선과 평행하게 연장된 봉형의 부재인 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 결합 핀은 복수 개가 구비되고,
    상기 복수의 결합 핀에 대응되도록 상기 외륜 핀 홀 및 상기 주변부 핀 홀이 각각 상기 결합 핀의 개수와 동일한 개수로 형성되는 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 외륜 핀 홀은 상기 축선을 중심으로 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 핀의 타 측은 접착제를 매개로 하여 상기 주변부 핀 홀에 끼워진 상태로 상기 너클에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 너클은 알루미늄 합금 소재로 이루어지고,
    상기 외륜은 스틸(steel) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 너클-휠베어링 조립체.
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