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KR100539329B1 - 조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축 - Google Patents

조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축 Download PDF

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KR100539329B1
KR100539329B1 KR10-2002-0061784A KR20020061784A KR100539329B1 KR 100539329 B1 KR100539329 B1 KR 100539329B1 KR 20020061784 A KR20020061784 A KR 20020061784A KR 100539329 B1 KR100539329 B1 KR 100539329B1
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stop washer
bush
roller body
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요한함펠
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이나-쉐플러 카게
다임러크라이슬러 아게
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Abstract

본 발명은 조향 너클 상에서 조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축에 관한 것인데, 이 조향 너클은 조향 너클 핀을 지지하기 위해 래디얼 베어링(radial bearing)을 수용하며, 밀폐된 윤활제 저장소를 가지며 베어링 부시를 형성하는 포트 형태의 슬리브가 포함된 상단 지지점 및 하단 지지점을 통해 휠 안내 부재에서 선회 가능한 형태로 결합되고, 슬리브의 바닥에는 축 방향 힘을 수용하는 스톱 와셔가 배치되며, 래디얼 베어링의 롤러 바디가 자신의 지지면(8)을 통해 이 스톱 와셔에 지지된다.

Description

조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축{FRONT AXLE OF MOTOR VEHICLE WITH STEERABLE, DRIVE WHEEL OR NON-DRIVE WHEEL}
본 발명은 조향 너클 상에서 조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축에 관한 것인데, 이 조향 너클은 조향 너클 핀을 지지하기 위해 래디얼 베어링(radial bearing)을 수용하며, 밀폐된 윤활제 저장소를 가지고 베어링 부시를 형성하는 포트 형태의 슬리브가 포함된 상단 지지점 및 하단 지지점을 통해 휠 안내 부재에서 선회 가능한 형태로 결합된다.
또한 본 발명은 밀폐된 윤활제 저장소를 가지며, 래디얼 베어링을 수용하는 포트 형태의 슬리브를 갖는 조향 너클 베어링을 지지하기 위한 베어링 부시에 관한 것이다.
전술된 종류의 앞 차축은 산악용 차량(cross country vehicle), SUV(스포츠 유틸리티 차량, Sports Utility Vehicle), 소형 내지 중형 상용차 또는 옴니버스(omnibus)에 사용된다. 이미 알려진 구조의 경우 조향 너클과 예를 들어 리지드 액슬 바디(rigid axle body) 또는 독립 서스펜션(independent suspension)과 같은 휠 안내 부재 사이의 결합은 두 개의 지지점을 갖는 하나의 조향 너클 핀 또는 두 개의 독립적인 조향 너클 핀을 통해 이루어진다.
래디얼 베어링으로는 대개 니들 베어링 및 니들 슬리브가 사용된다. 축 방향 힘은 별도의 액시얼 슬라이딩 베어링(axial sliding bearing) 또는 액시얼 롤러 베어링(axial roller bearing)에 의해 수용된다. 하지만 이 베어링은 별도의 신뢰성 있는 패킹을 필요로 하는데, 이런 패킹은 실제 현장 경험을 통해 취약한 요소인 것으로 밝혀졌다. 또한 오염물 및 습기의 침입을 억제하고 베어링의 마모를 방지하고, 베어링에 새로운 윤활 그리스를 공급하기 위해 이 베어링에 주기적으로 윤활제를 공급해야 한다. 또한 패킹에 결함이 발생하는 경우에는 베어링이 단기간에 손상될 수 있는 위험이 발생한다.
이미 유지보수가 필요치 않는 형태의 조향 너클 베어링을 설계하려는 시도가 선행된 바 있다. 여기에는 부하 시 모서리 압착력(edge pressure)이 발생되는 비교적 길고 얇은 니들 베어링이 사용된다. 또한 공지된 모든 실시예는 상단 지지점 및 하단 지지점에 사용되는 부품이 서로 달라 호환되지 않는다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 전술된 단점을 극복하고 신뢰성 있게 밀폐되는 조향 너클 베어링을 갖는 앞 차축을 제작하는 것이다.
전술된 종류의 앞 차축에서 이런 단점을 극복하기 위해 본 발명에서는 포트 형태의 슬리브의 바닥에 축 방향 힘을 수용하는 스톱 와셔가 배치되는데, 래디얼 베어링의 롤러 바디가 자신의 지지면을 통해 이 와셔에 지지된다. 스톱 와셔는 래디얼 베어링의 롤러 바디를 정면에서 지지할 수 있다. 롤러 바디의 반대쪽 정면에는 판 스프링이 장착될 수 있으므로, 일정한 축 방향 힘이 축에 대해 평행하게 스톱 와셔에 대항하여 롤러 바디에 가해진다.
본 발명에 따른 앞 차축의 경우 별도의 축 베어링이 필요치 않으며, 그 대신 발생되는 축 방향 힘은 직접 스톱 와셔를 통해 조향 너클 핀에 전달된다.
본 발명에서는 롤러 바디가 더 짧게 설계되고 더 큰 직경을 갖는 종래의 베어링으로서 설계될 수 있으므로, 높은 반경 방향의 부하가 탄성체에 의해 수용될 수 있고 롤러 바디의 뒤틀림을 안전하게 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 앞 차축은 축 베어링의 결여로 인해 상단 지지점 및 하단 지지점이 동일하게 설계될 수 있는 이점을 갖는데, 이것은 투입되는 부품의 수를 줄임으로써 경제성을 제고하는 요인으로 작용한다.
스톱 와셔가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF) 재질의 코팅을 갖거나 또는 이런 재질로 이루어지는 경우에는 슬라이딩 베어링의 특성이 더욱 개선될 수 있다. 이 재질은 롤러 지지면의 비교적 큰 힘을 전달할 수 있으며 매우 긴 수명을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예의 경우에는 윤활제 저장소가 그리스 또는 오일로 선택적으로 충전될 수 있다. 이 두 가지 경우 모두에서 제작사는 윤활제의 1회 충전으로 앞 차축의 수명이 다할 때까지 사용될 수 있는 윤활제 충전 과정을 이행할 수 있으므로 본 발명에 따른 앞 차축은 실제적으로 유지보수가 필요치 않다. 하지만 오일을 충전하는 것이 바람직한데, 이렇게 함으로써 그리스 충전 시에 비해 수명이 더욱 연장되며, 베어링의 효율이 더욱 개선된다. 유지보수가 필요치 않음에도 불구하고 본 발명에 따른 앞 차축은 필요 시 윤활제의 저장량을 점검할 수 있고 보충 할 수 있도록 설계되어 있다.
본 발명에서는 베어링을 밀봉하는 패킹이 부시에 포함되어 있는데, 이 패킹에는 바람직하게도 스프링에 의해 초기 응력이 가해진다. 패킹에 의해 베어링이 완전히 밀봉되므로 외부로부터 오염 입자가 침입할 수 없다. 상대적 운동으로 인해 시간이 경과함에 따라 패킹이 마모되는 것은 이미 잘 알려져 있다. 하지만 스프링에 의해 패킹에 초기 응력이 가해져 있으므로 패킹의 지지력(bearing-force)이 실제적으로 일정하게 유지되므로 패킹은 오랜 기간이 경과한 후에도 신뢰성 있게 작동한다. 윤활제 저장소가 오일로 충전되어 있을 경우 로타리 샤프트 시일을 사용하는 것이 바람직하다. 그리스를 충전하는 경우에는 비용 절감을 위해 복수의 립(lip)을 갖는 패킹도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 앞 차축의 조립성 개선을 위해 부시는 래디얼 베어링 및 패팅 유닛과 함께 일차 조립될 수 있다. 베어링 부시는 일차 조립이 완료된 컴팩트한 단위로서 제작될 수 있으므로 앞 차축 베어링의 조립성, 유지보수성, 경제성 뿐 아니라 신뢰성도 제고된다.
본 발명에서 극복하고자 하는 문제점은 서문에 기술된 형태의 베어링 부시를 통해 극복된다. 이 베어링 부시의 경우 포트 형태의 부시의 바닥에는 축 방향 힘을 수용하는 스톱 와셔가 배치되는데, 래디얼 베어링의 롤러 바디의 정면도 이 스톱 와셔에 의해 지지된다. 바람직하게도 초기 응력을 갖는 판 스프링이 롤러 바디 상에 장착될 수 있다.
스톱 와셔는, 소량의 윤활제 도포 후에도 강한 힘의 전달을 가능케 하며 지속적으로 안정적인 운전을 보장하는 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)와 같은 슬라이딩 베어링 재질로 코팅되거나 또는 이런 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 베어링 부시는 제작 시 또는 조립 시 그리스 또는 오일로 충전될 수 있는데, 이런 윤활제는 전체 수명 기간 동안 지속적으로 사용된다. 본 발명의 경우에는 의도된 투입 목적에 따라서 그리스 또는 오일을 충전할 수 있으므로 부품을 변경하지 않고도 본 발명에 따른 베어링 부시를 매우 광범위한 분야에 적용하는 것이 가능하다.
패킹 유닛으로는 스프링에 의해 초기 응력이 가해지는 시일링 부재, 특히 로타리 샤프트 시일을 사용하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 마찰에 의해 패킹이 마모되는 경우에는 연속적으로 패킹이 전방으로 이동하므로 오랜 기간 동안 안정적인 밀봉이 보장된다. 이것은 선회 운동 시나 또는 원심력 발생 시에도 적용된다.
이하에서는 본 발명의 장점 및 세부적 사항에 대해 도면 및 바람직한 실시예를 참고하여 설명된다.
도 1에 도시된 베어링 부시(bearing bush)는, 디프 드로잉(deep drawing)으로 제작된 포트(pot) 형태의 원피스형 슬리브(sleeve)(2)로 구성되는 것이 바람직하다. 슬리브(2)에는 스톱 와셔(stop washer)(3)가 삽입되는데, 이 스톱 와셔의 강철 배면(4)은 내측 슬리브 바디(sleeve body)(5)와 접한다. 스톱 와셔(3)는 슬리브 바디(5)와 접한 반대쪽 면에는 슬라이딩 베어링(sliding bearing) 재질의 코팅(6)을 갖는데, 여기에 도시된 실시예에서는 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF) 재질의 코팅(6)이 사용되었다.
이 베어링은 복수의 롤러 형태의 롤러 바디(roller body)(7)를 갖는데, 이 롤러 바디는 롤러 베어링강(roller bearing steel)으로 제작되며 자신의 측면 롤러 지지면(8)이 통해 스톱 와셔(3)의 PVDF 코팅(6)면에 지지된다. 베어링 부시(1)는 외측 구간(23)에서 롤러 바디(7)를 갖는데, 이것은 한편으로는 슬리브의 내측면(9)에 접하며, 다른 한편으로는 여기에는 도시되지 않은, 베어링 부시(1)에 삽입되는 조향 너클 핀(steering knuckle pin)의 외측면에 접한다.
스톱 와셔(3) 및 롤러 바디(7)의 구간에는 복수의 위치에 윤활제(10)가 투입된다. 롤러 지지면(8)의 반대측 롤러 지지면(11)에는 판 스프링(12)이 작용하는데, 이것은 내측으로 절곡된 쇼울더(shoulder)(14)를 갖는 고정링(13)에 의해 고정되므로, 판 스프링(12)은 적어도 경미한 초기 응력을 가지며, 경우에 따라서 발생될 수 있는 마모 시에도 롤러 바디(7)가 거의 일정한 힘으로 코팅(6)에 대응하여 압박된다. 내측으로 벤딩되며, 고정링(13)의 쇼울더(14)와 스프링 강으로 제작된 잠금링(locking ring)(15) 사이에는 시일링(seal ring)(17)의 클램핑부(16)가 끼워맞춤(form-fitting)되어 있다. 시일링(17)은 탄성중합체(elastomer)로 제작되는데, 이 탄성중합체는 아크릴로니트릴 부타디엔 탄성중합체일 수 있다. 시일링(17)은 로타리 샤프트 시일(rotary shaft seal)로서 형성되며 둘레로 진행되는 강철 재질의 보강링(18)을 갖는다. 이 보강링(18)은 시일링(17)의 둘레에서 반경방향 내측으로 초기 응력을 작용시키므로, 조립된 상태에서 시일링(17)의 내측으로 돌출된 시일 모서리(seal edge)(19)가 삽입되어질 조향 너클 핀의 둘레에 접하며 베어링 부시(1)의 내측 공간이 완전하게 밀봉된다.
이외에도 슬리브(2)의 패킹(packing, sealing)에는 시일링(seal ring)(20)이 포함되는데, 이 시일링은 이중으로 벤딩된 U-자형의 단면을 갖는다. 시일링(20)의 내측에는 내부식성이 높은 강철 보강재(21)가 존재하는데, 이것은 슬리브 개구부에서 탄성중합체(22)에 의해 코팅된다. 슬리브(2)의 세로면에 대해 평행하게 배치된 강철 보강재(21)의 외측 구간(23)은 단부가 내측으로 벤딩되어 슬리브(2)의 둘레에 형성된 그루브(24)에 삽입된다. 조립 상태에서 조향 너클핀은 탄성중합체 코팅(22)을 갖는 시일링(20)의 면 뿐 아니라 시일링(17)의 시일 모서리(19)와도 접한다.
도 2에는 조향 너클핀(25)이 삽입된 상태의 도 1에 따른 베어링 부시(1)의 단면도가 도시되어 있다. 조향 너클핀(25)은 둘레에 형성되고 외측으로 돌출된 쇼울더(26)를 갖는데, 시일링(20)이 쇼울더에 축방향으로 접해 있다. 마찬가지로 조향 너클 핀(25)의 측면에 접하는 시일 모서리(19)에서는 반경 방향에 대한 시일링(sealing)이 이루어진다. 도 2에 알 수 있듯이 조향 너클 핀(25)은 반경방향에 대해 대칭적인(radial symmetric) 중공 공간(27)을 갖는데, 이 중공 공간(27)을 밀봉하는 나사 플러그(screw plug)(30)를 위한 지지면을 형성하는 반경 방향의(radial) 홈(recess)(29) 및 나사 구멍(28)이 중공 공간의 일측면에 구성된다.
이 중공 공간(27)은 오일 뿐 아니라 그리스도 충전될 수 있는 윤활제 저장소의 기능을 한다. 중공 공간(27)의 나사 플러그(30)의 반대 면은 원추형으로 좁아지는데, 여기에는 관통구(31)가 형성되어 있어서, 중공 공간(27)에 수용된 윤활제가 스톱 와셔(3)와 롤러 바디(7) 사이의 베어링부에 공급될 수 있다. 도 2에 도시된 조향 너클 베어링은 완전하게 밀폐되어 있으므로 전체 수명 기간 동안 소량의 그리스 또는 오일만이 사용된다. 스톱 와셔(3)를 갖는 슬리브(2), 롤러 바디(7) 및 조향 너클 핀(25) 사이의 상대적 운동으로 인해 윤활제가 자동적으로 분포되며, 유지보수와 관련해 점검이나 재충전이 필요치 않다. 조립 시에 시일링(17, 20)의 시일 립(seal lip)과의 사이에도 그리스가 칠해지는데, 이것은 이 부분에 분진, 오염 물질 또는 습기가 침입하는 것을 방지하기 위한 것이다.
래디얼 베어링에 의해 수용되는 반경 방향의 힘(radial force) 이외에도 축방향의 힘(axial force)이 발생되는데, 이것은 슬리브 바닥, 스톱 와셔(3) 및 조향 너클 핀(25)을 통해 전달된다. 따라서 별도의 축 베어링은 필요치 않다.
도 3에는 앞 차축(front axle)의 조향 너클 베어링에 대한 부분 단면도가 도시되어 있다. 여기에는 도시되지 않은 조향 가능한 휠은 베어링 구간에서 포크 형태로 분할된 조향 너클(Steering Knuckle)(33)에 의해 지지된다. 상단 지지점(bearing point)(34)과 하단 지지점(35)에서 조향 너클(33)은 베어링 구간에서 포크 형태로 분할된 강직성의 차축 바디(axle body)(36)에서 선회 가능한 형태로 지지된다.
상단 지지점(34) 및 하단 지지점(35)은 각각 삽입된 조향 너클 핀(25)을 포함하는 베어링 부시(1)를 갖는데, 양측 지지점(34, 35)은 대칭으로 형성되어 있다. 조향 너클 핀(25)은 상응하게 형성된 차축 바디(36)의 너클핀 수용부(37)에 삽입된다. 이에 상응하게 베어링 부시(1)는 조향 너클(33)에 고정된 홀더(39)의 베어링 수용부(38)에 삽입된다.
본 발명은 신뢰성 있게 밀폐되는 조향 너클 베어링을 갖는 앞 차축을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링 부시의 단면도.
도 2는 조향 너클 핀이 삽입된 본 발명에 따른 베어링 부시의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 앞 차축의 조향 너클 베어링의 부분 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 베어링 부시 2 : 슬리브
3 : 스톱와셔 4 : 강철배면
5 : 슬리브바디 6 : PVDF 코팅
7 : 롤러바디 8 : 롤러지지면
9 : 내측면 10 : 윤활제
11 : 롤러지지면 12 : 판스프링
13 : 고정링 14 : 쇼울더
15 : 잠금링 16 : 클램핑부
17 : 시일링 18 : 보강링
19 : 시일 모서리 20 : 시일링
21 : 보강재 22 : 탄성중합체
23 : 외측구간 24 : 그루브
25 : 너클핀 26 : 쇼울더
27 : 중공공간 28 : 나사구멍
29 : 밀봉홈 30 : 플러그
31 : 관통구 32 : 너클핀 단면
33 : 조향너클 34 : 상단지지점
35 : 하단지지점 36 : 차축바디
37 : 너클핀 수용부 38 : 베어링수용부
39 : 홀더

Claims (21)

  1. 조향 너클 핀을 지지하기 위해 래디얼 베어링(radial bearing)을 수용하며, 그리스 또는 오일이 충전된 밀폐된 윤활제 저장소를 가지며 베어링 부시를 형성하는 포트 형태의 슬리브가 포함된 상단 지지점 및 하단 지지점을 통해 휠 안내 부재에서 선회 가능한 형태로 결합되는, 조향 너클 상에서 조향 가능한 구동 휠 또는 비구동 휠을 갖는 차량의 앞 차축에 있어서,
    슬리브(2)의 바닥에는 축 방향 힘을 수용하는 스톱 와셔(3)가 배치되며, 래디얼 베어링의 롤러 바디(7)가 자신의 지지면(8)을 통해 이 스톱 와셔(3)에 지지되고;
    상기 롤러 바디(7)의 지지면(11) 상에는 초기 응력이 가해지는 판 스프링(12)이 배치되어 상기 롤러 바디(7)의 지지면(8)을 스톱 와셔(3)에 밀착시키며; 그리고,
    상기 부시(1)는 베어링을 밀봉하는 패킹 유닛을 갖고, 상기 패킹 유닛은 보강링(18)에 의해 초기 응력이 가해지는 시일링 부재를 포함하여 그 시일링 지지력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  2. 제1항에 있어서, 스톱 와셔(3)가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF) 재질의 코팅(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 시일링 부재는 로타리 샤프트 시일(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  8. 제1항에 있어서, 부시(1)는 래디얼 베어링 및 패킹 유닛과 함께 일차조립이 가능한 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 래디얼 베어링이 일 열 또는 이 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  11. 제1항에 있어서, 상단 지지점(34)과 하단 지지점(35)이 동일한 것을 특징으로 하는 앞 차축.
  12. 그리스 또는 오일이 충전된 밀폐된 윤활제 저장소를 가지며, 래디얼 베어링을 수용하는 포트 형태의 슬리브를 갖는 조향 너클 베어링을 지지하기 위한 베어링 부시에 있어서,
    슬리브(2)의 바닥에는 축 방향 힘을 수용하는 스톱 와셔(3)가 배치되며, 래디얼 베어링의 롤러 바디(7)가 자신의 지지면(8)을 통해 이 스톱 와셔에 지지되고;
    상기 롤러 바디(7)의 지지면(11) 상에는 초기 응력이 가해지는 판 스프링(12)이 배치되어 상기 롤러 바디(7)의 지지면(8)을 스톱 와셔(3)에 밀착시키며; 그리고,
    상기 부시(1)는 베어링을 밀봉하는 패킹 유닛을 갖고, 상기 패킹 유닛은 보강링(18)에 의해 초기 응력이 가해지는 시일링 부재를 포함하여 그 시일링 지지력이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 베어링 부시.
  13. 제12항에 있어서, 스톱 와셔(3)가 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF) 재질의 코팅(6)을 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 부시.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서, 시일링 부재는 로타리 샤프트 시일(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 부시.
  19. 제12항에 있어서, 베어링 부시는 래디얼 베어링 및 패킹 유닛과 함께 일차조립이 가능한 것을 특징으로 하는 베어링 부시.
  20. 삭제
  21. 제12항에 있어서, 래디얼 베어링이 일 열 또는 이 열로 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 부시.
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