KR100733438B1 - 피니언축 지지용 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

피니언축 지지용 베어링 장치는, 피니언 축을 케이스에 회전 가능하게 지지하고 피니언축의 일단부에 배치된 피니언 기어와 피니언축의 타단부 외측에 배치된 컴패니언 플랜지 사이에 축방향으로 나란히 배치된 한 쌍의 구름 베어링을 포함한다. 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링은 각접촉 볼 베어링을 포함하며, 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri)과, 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro)과, 구름 베어링의 볼 직경(Bd)은 식 Ri < Ro, 0.502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 × Bd, 및 0.510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 × Bd에 의해 주어지는 관계를 만족시킬 수 있다.

Description

피니언축 지지용 베어링 장치{BEARING APPARATUS FOR SUPPORTING PINION SHAFT}

본 발명은 차량의 차동 기구, 4륜 구동 차량용 트랜스퍼 기구 등을 구성하는 피니언축을 회전 가능하게 지지하는 피니언축 지지용 베어링 장치에 관한 것이다.

차량의 차동 기구 또는 4륜 구동 차량용 트랜스퍼 기구에 있어서, 피니언축이 피니언 기어측과 컴패니언 플랜지(companion flange)측 각각에서 테이퍼 롤러 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 구성이 종래에 제안되었다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 제9-105450호 및 제10-220468호 참조). 이러한 차동 기구와 트랜스퍼 기구의 경우에는, 부하 용량이 큰 테이퍼 롤러 베어링이 피니언 기어측 또는 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링용으로 사용된다.

부하 용량이 큰 테이퍼 롤러 베어링이 사용되는 경우에는, 마찰 저항이 증가하여 운전 토크가 증가하고, 이에 따라 차량의 연료 소비에 영향을 줄 가능성이 존재할 것이다.

본 발명은 피니언축 지지용 베어링 장치가 피니언축을 케이스에 대해 회전 가능하게 지지하고 피니언축의 일단부에 배치된 피니언 기어와 피니언축 타단부의 외측에 부착된 컴패니언 플랜지 사이에 축방향으로 나란히 배치되는 한 쌍의 구름 베어링을 포함하고, 피니언축에 고정된 내륜과, 케이스에 고정된 외륜과, 이들 내륜과 외륜 사이에 개재된 한 세트의 볼을 포함하는 각접촉 볼 베어링이 컴패니언 플랜지측상의 구름 베어링용으로 사용되며, 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri), 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro) 및 컴패니언 플랜지측상의 상기 구름 베어링의 볼 직경(Bd)의 관계가

Ri < Ro

0. 502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 ×Bd

0. 510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 ×Bd

를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 컴패니언 플랜지측상의 구름 베어링에 있는 외륜 궤도 및 내륜 궤도와 볼 사이의 접촉각 Θ가, 예컨대 30°≤ Θ ≤ 45°를 만족시킨다.

컴패니언 플랜지측의 구름 베어링을 구성하는 볼 베어링은 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링과, 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링 등을 포함한다.

본 발명의 베어링 장치는 차동 기구, 트랜스퍼 기구 등에 포함되는 부품으로 적용되며, 예컨대 차동 기구에 적용되는 경우, 컴패니언 플랜지는 추진축에 연결되는 컴패니언 플랜지로 사용되고, 트랜스퍼 기구에 적용되는 경우, 컴패니언 플랜지는 후륜 차동 기어에 연결되는 출력 플랜지로 사용된다.

베어링 장치용 윤활은 차동 유지 실드 내에 있는 링 기어의 회전에 따라 오일이 흘러나와 베어링 장치로 공급되는 오일 윤활이나 베어링 장치에 의해 그리스(grease)가 흘러나오는 그리스 윤활 중 한가지일 수 있다.

본 발명의 피니언축 지지용 베어링 장치에 따르면, 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링의 하중이 피니언 기어측 상의 구름 베어링의 하중에 비해 작기 때문에, 부하 용량이 작은 각접촉 볼 베어링이 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링용으로 사용된다. 각접촉 볼 베어링의 마찰 저항은 테이퍼 롤러 베어링의 마찰 저항에 비해 작고, 따라서 운전 토크를 감소시킬 수 있다.

또한, 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri), 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro) 및 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링의 볼 직경(Bd) 사이의 관계는

Ri < Ro

0.502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 × Bd

0.510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 × Bd

를 만족시킨다.

통상, 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri')과 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro')은 다음과 같이 주어진다.

0.515 × Bd ≤ Ri' ≤ 0.525 × Bd

0.525 × Bd ≤ Ro' ≤ 0.535 × Bd

본 발명의 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri)과, 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro) 양자는 전형적인 값에 비해 작아지게 된다. 따라서, 볼과, 내륜 궤도 및 외륜 궤도 사이의 접촉 면적이 증가하여(유지면이 증가) 접촉 압력이 감소하고, 이에 따라 궤도면상에 압흔이 생성되기가 어렵다.

더욱이, 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링에 있는 내륜 궤도 및 외륜 궤도와 볼 사이의 접촉각 Θ가, 예컨대 30°≤ Θ ≤ 45°를 만족시킨다. 통상, 고속 회전용 각접촉 볼 베어링에서는 볼과 내륜 궤도 및 외륜 궤도 사이의 접촉각 Θ'이 20°≤ Θ' ≤ 25°이기 때문에, 본 발명의 접촉각 Θ는 전형적인 값에 비해 커지게 되고, 이에 따라 축방향 하중에 대한 부하 용량이 증가한다. 또한, 접촉각 Θ가 증가하기 때문에, 내륜의 견부(肩部) 직경도 또한 증가하여, 컴패니언 플랜지와 함께 접촉면이 충분히 고정될 수 있고, 따라서 컴패니언 플랜지로 내륜을 확실하게 고정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치가 적용되는 차동 기구의 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 컴패니언 플랜지측 상에 있는 구름 베어링의 확대 단면도이다..

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치의 변형예의 부분적인 확대 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치가 적용되는 차동 기구의 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도 이다.

도 7은 도 5에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 시일부의 확대 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치의 변형예의 부분적인 확대 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치의 다른 변형예의 부분적인 확대 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치에 적용되는 차동 기구의 단면도이다.

도 11은 도 10에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도이다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치의 변형예의 부분적인 확대 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예(제1 실시예라고 칭함)에 따른 피니언축 지지용 베어링 장치를 설명하겠다. 도 1은 제1 실시예에 따른 피니언축 지지용 베어링 장치가 적용되는 차동 기구의 단면도를 도시하고, 도 2는 도 1에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도를 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 참조 부호 1은 차동 유지 실드이고, 우륜과 좌륜을 차동적으로 인터로킹(interlocking)하는 차동 트랜스미션 기구(2)와, 피니언 기 어(3)와, 피니언축(4)과, 피니언축(4)을 회전 가능하게 지지하는 구름 베어링(5, 6)이 이 차동 유지 실드(1) 내에 수납된다.

피니언 기어(3)는 차동 트랜스미션 기구(2)의 링 기어(2a)에 체결되고, 피니언축(4)의 토우와 일체로 형성된다. 피니언축(4)은 후면이 서로 면하도록 배치된 한 쌍의 구름 베어링(5, 6)에 의해 차동 유지 실드(1) 내측에 회전 가능하게 지지되며, 추진축(도시하지 않음)이 연결되는 컴패니언 플랜지(7)가 휠에 배치된다.

구름 베어링(5, 6)은 차동 유지 실드(1)의 전방 베어링 케이스부(1a)에 형성된 베어링을 끼워맞추기 위한 환형벽(13, 14)의 내주면 상에 각각 끼워맞춤된다. 컴패니언 플랜지(7)측 상의 구름 베어링(5)은 베어링 케이스부(1a)의 소경부측 상의 개방부에 포함되고, 피니언 기어(3)측 상의 구름 베어링(6)은 베어링 케이스부(1a)의 대경부 측상의 개방부에 포함되며, 위치 설정용 스페이서(8)가 양자의 구름 베어링(5, 6) 사이에 개재된다. 너트(15)가 컴패니언 플랜지(7)에 고정되도록 피니언축(4)의 휠상에 나사 결합되어, 구름 베어링(5, 6)이 충분한 예하중이 인가되는 상태로 피니언 기어(3)와 컴패니언 플랜지(7) 사이에 고정된다.

윤활용 오일은 정지 상태에서 차동 유지 실드(1) 내에 L 레벨로 저장된다. 오일은 작동중에 링 기어(2a)가 회전함에 따라 흘러나오고, 그 후에 베어링 케이스부(1a) 내의 환형벽(13, 14) 사이에 형성된 오일 유입 경로(11)를 통해 구름 베어링(5, 6)으로 도입되며, 또한 오일 복귀 경로(도시하지 않음)를 통해 복귀된다. 추가적으로, 오일 누출 방지용 오일 시일(9)이 피니언축(4)에서의 휠 측상의 외주면과 베어링 케이스부(1a)의 내주면 사이에 끼워넣어지고, 오일 시일(9) 보호용 시 일 보호컵(10)이 부착된다.

구름 베어링(5)은 내륜(51), 외륜(52) 및 케이지(54)에 의해 유지되는 한 세트의 볼(53)을 포함한다. 구름 베어링(6)은 내륜(61), 외륜(62) 및 케이지(64)에 의해 유지되는 한 세트의 테이퍼 롤러(63)를 포함한다.

스플라인(71)이 컴패니언 플랜지(7)측 상에 있는 피니언축(4)의 외측에 부착된 본체의 내주면에 형성되고, 구름 베어링(5)에서의 내륜(51)의 단부면을 피니언 기어(3) 방향으로 가압하는 환형 돌출부의 가압부(72)가 본체 상부의 외주면 상에 일체 형성된다.

구름 베어링(5)의 외륜(52)은 하나의 환형벽(13) 내로 가압 장착되고, 구름 베어링(6)의 외륜(62)은 다른 환형벽(14) 내로 가압 장착되며, 테이퍼 롤러(63) 세트가 세팅되고 구름 베어링(6)의 케이지(64)가 세팅되는 내륜(61)이 피니언축(4)의 외측에 부착된 상태에서, 피니언축(4)이 베어링 케이스부(1a)의 대경부측 상의 개방부로부터 삽입된다. 또한, 스페이서(8)와, 볼(53) 세트 및 케이지(54)가 세팅되는 내륜(51)은 베어링 케이스부(1a)의 소경부측 상의 개방부로부터 피니언축(4)의 둘레에 장착된다. 그 후, 컴패니언 플랜지(7)가 피니언축(4)의 구동축 상에 있는 소경부(41)에 스플라인 결합(spline-fitting)된다. 또한, 너트(15)가 컴패니언 플랜지(7)에 고정되도록 피니언축(4)에서의 구동축의 측부 엣지부 상에 나사 결합된다.

따라서, 컴패니언 플랜지(7)의 가압부(72)는 구름 베어링(5)에서의 내륜(51)의 단부면과 접촉하여 피니언 기어(3) 방향으로 내륜(51)을 가압한다. 그 결과, 스페이서(8)를 매개로 축 방향으로 나란히 배치된 구름 베어링(5, 6)은 예하중이 인가된 상태로 피니언 기어(3)와 컴패니언 플랜지(7) 사이에 삽입되어 피니언축(4)에 고정된다.

도 3을 참조하여 본 발명의 특징을 상세히 설명하겠다. 본 발명에서는, 컴패니언 플랜지(7)측 상의 구름 베어링(5)이 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링으로 이루어진다는 것을 특징으로 한다.

내륜(51) 궤도(55)의 곡률 반경을 Ri, 외륜(52) 궤도(56)의 곡률 반경을 Ro, 볼의 직경(53)을 Bd로 하면, 이들 사이의 관계는 이하의 식 (1), (2) 및 (3)으로 주어진다.

Ri < Ro (1)

0.502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 × Bd (2)

0.510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 × Bd (3)

통상, 곡률 반경(Ro)은 곡률 반경(Ri)보다 약 1% 크게 설정된다. 예컨대, Ri = 0.505 × Bd에 대하여, Ro = 0.515 × Bd로 설정된다.

볼(53)과, 내륜(51) 및 외륜(52) 사이의 접촉각 Θ은 볼(53)이 내측 궤도(55) 및 외측 궤도(56)와 접촉하는 두 점을 연결하는 작용선(A)과 반경 방향 평면 사이의 각(Θ)이며, 이 각(Θ)은 다음 식 (4)의 관계를 갖는다.

30°≤ Θ ≤ 45° (4)

특히, 접촉각(Θ)은 Θ = 30°, 35 °, 40 °또는 45 ° 중 하나로 설정된다.

추가적으로, 식 (4)의 관계는 특별히 이 범위로만 한정되는 것은 아니다.

전술한 바와 같이 구성된 피니언축 지지용 베어링 장치에 따르면, 컴패니언 플랜지(7)측 상의 구름 베어링(5)의 하중이 피니언 기어(3)측 상의 구름 베어링(6)의 하중에 비해 작기 때문에, 부하 용량이 작은 각접촉 볼 베어링이 컴패니언 플랜지(7)측 상의 구름 베어링(5)용으로 사용된다. 각접촉 볼 베어링의 마찰 저항이 테이퍼 롤러 베어링의 마찰 저항에 비해 작고, 따라서 운전 토크를 저감하고, 이에 따라 차량의 연료 소비를 개선할 수 있다.

또한, 상기 식 (2) 및 (3)에 나타낸 바와 같이, 내륜 궤도(55)의 곡률 반경(Ri)와 외륜 궤도(56)의 곡률 반경(Ro) 양자는 전형적인 값에 비해 작게 형성되고, 따라서 볼(53)과 내륜 궤도(55) 및 외륜 궤도(56) 사이의 접촉 면적이 증대하여(유지면이 증대), 접촉 압력이 저감하고, 이에 따라 궤도면에 압흔이 생성되기가 어려워진다.

또한, 상기 식 (4)에 나타낸 바와 같이, 접촉각(Θ)은 전형적인 값에 비해 크게 형성되고, 따라서 축방향 하중에 대한 하중 운반 능력이 증대한다. 더욱이, 접촉각(Θ)이 증가하면, 내륜(51)의 견부 직경(D)(도3 참조)도 또한 증가하여, 내륜(51)의 단부면에서의 컴패니언 플랜지(7)의 가압부(72)와 함께 접촉면이 충분히 고정될 수 있고, 이에 따라 컴패니언 플랜지(7)로 내륜(51)을 확실하게 고정시킬 수 있다.

더욱이, 각접촉 볼 베어링이 구름 베어링(5)으로 사용되기 때문에, 볼의 개수가 깊은 홈 볼 베어링(deep groove ball bearing)의 볼의 개수에 비해 증가될 수 있고, 따라서 순하중(net-rated load)이 증가하며, 이에 따라 충분한 베어링 수명을 보장할 수 있다.

추가적으로, 너트(15) 대신에 피니언축(4)에서의 구동축의 측부 엣지부가 고정되어 구름 베어링(5, 6)을 피니언축(4)에 고정시킬 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 피니언 기어측 상의 구름 베어링(6)은 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링일 수 있다. 탠덤형 볼 베어링이란 각 열(PCD)에 있는 볼(63)의 중심을 연결함으로써 형성되는 원의 직경(PCD)이 상이하다는 것을 의미한다.

환언하자면, 구름 베어링(6)은 내륜(61), 외륜(62) 및 각각이 케이지(64)에 의해 유지되는 2열의 볼(63) 세트를 포함한다. 한 쌍의 내륜 궤도(65, 66)와 한 쌍의 외륜 궤도(67, 68)가 내륜(61)과 외륜(62) 각각에 형성되고, 피니언 기어측 상의 볼(63) 세트의 PCD는 카운터 피니언 기어 측상의 PCD보다 커질 수 있다.

다른 구성은 도 1 내지 도 3에 도시된 예의 구성과 유사하다.

따라서, 피니언 기어측의 구름 베어링(6)은 탠덤형 각접촉 볼 베어링으로 이루어지고, 따라서 탠덤형 각접촉 볼 베어링의 토크 감소가 테이퍼형 롤러 베어링의 토크 감소에 비해 보다 더 획득될 수 있다. 더욱이, 구름 베어링(6)은 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링으로 이루어지고, 따라서 단일 궤도를 지니고 나란히 배치된 한 쌍의 각접촉 볼 베어링에 비해 더욱 베어링 장치의 소형화를 획득할 수 있다.

추가적으로, 피니언 기어측의 구름 베어링(6)에 있어서, 내륜 궤도(65, 66)의 곡률 반경을 Ri, 외륜 궤도(67, 68)의 곡률 반경을 Ro, 볼의 직경을 Bd라고 하면, 구름 베어링은 상기 식 (1), (2), 및 (3)의 관계를 만족시키도록 구성된다. 더욱이, 각 볼(63)과, 내륜(61) 및 외륜(62) 사이의 접촉각(Θ)은 상기 식 (4)를 만족시킬 것이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명하겠다.

도 5는 제2 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치가 적용되는 차동 기구의 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 피니언축 지지용 베어링 장치의 시일부의 확대 단면도이다.

제2 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치는 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링(5)이 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링을 포함하고, 피니언 기어측 상의 구름 베어링(6)이 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링을 포함하며, 그리스(G)가 구름 베어링(5, 6) 사이의 공간에 충전된다는 것을 특징으로 한다.

추가적으로, 다른 구성은 도 3에 도시된 도시된 예의 구성과 유사하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략하기로 한다.

구름 베어링(5)은 내륜 궤도(55)를 지닌 내륜(51)과, 외륜 궤도(56)를 지닌 외륜(52)과, 케이지(54)에 의해 유지되는 볼(53) 세트를 포함하고, 구름 베어링(6)은 한 쌍의 내륜 궤도(65, 66)를 지닌 내륜(61)과, 한 쌍의 외륜 궤도(67, 68)를 지닌 외륜(62)과, 케이지(64)에 의해 유지되는 2열의 볼(63) 세트를 포함하며, 구름 베어링(5)에서의 컴패니언 플랜지의 측부 엣지부와 구름 베어링(6)에서의 피니 언 기어의 측부 엣지부는 시일 부재(59, 69)에 의해 각각 밀봉된다. 그리스(G)가 시일 부재(59, 69)에 의해 밀봉된 구름 베어링(5, 6) 사이의 공간에 충전된다. 구름 베어링(5)은 도 3에 도시한 바와 같이 상기 식 (1) 내지 (3) 사이의 관계를 만족시키며, 이 베어링은 또한 상기 식 (4)를 만족시키도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 구름 베어링(6)은 또한 상기 식 (1) 내지 (3) 사이의 관계를 만족시키고, 또한 도 4에 도시된 예에서도 또한 설명한 바와 같이 상기 식 (4)를 만족시키도록 구성될 수 있다.

컴패니언 플랜지측 상에 배치된 시일 부재(59)는 베어링 시일이라고 불리는 타입으로 이루어지고, 피니언 기어측 상에 배치된 시일 부재(69)는 오일 시일이라고 불리는 타입으로 이루어진다.

시일 부재(59, 69)는 고무와 같은 탄성체(59b, 69b)를 환형 코어 링(59a, 69a)에 각각 가황 접착시킴으로써 형성되고, 예정된 타이트한 결합력을 지닌 상태에서 내륜(51, 61)에 접촉하는 립부(59c, 69c)가 탄성체(59b, 69b)에 형성된다. 추가적으로, 립부(59c, 69c)는 베어링의 외측을 향해 개방 가능한 형태를 지녀서 베어링의 외측으로부터 외부 물질이 들어오는 것을 주로 방지한다.

또한, 립부(69c)는 스프링 링(69d)에 의해 강제로 내륜(61)을 향해 가압되고, 따라서 시일 부재(69)는 가능한한 시일 성능을 향상시키며, 이에 따라 오일이 베어링 내부로 들어오는 것을 확실히 방지할 수 있다.

스프링 링 등은 시일 부재(59)용으로 사용되지 않으며, 립부(59c)의 내경이 단지 내륜(51)에서의 견부의 외경보다 예정된 양만큼 작게 설정되고, 따라서 립부 (59c)는 그 외경이 공차의 변동에 의해 탄성적으로 확대된 상태에서 내륜(51)과 접촉하도록 형성된다. 추가적으로, 립부는 베어링의 내외측과 소통하는 공기 구멍이 시일 부재(59)에 형성되도록 구성될 수 있고, 립부(59c)는 베어링의 내외측간의 압력차로 인해서 내륜(51)의 견부의 외경으로 돌출하는 것이 방지된다.

아크릴 고무, 내열성 아크릴 고무 등이 시일 부재(59, 69) 각각에 대응하는 각각의 탄성체(59b, 69b)를 위해 사용되는 것이 바람직하다. 내열성 아크릴 고무는 에틸렌과 아크릴 에스테르가 공중합체 베이스 조성물로서 결합된 에틸렌 아크릴 고무일 수 있다.

또한, 내열성을 고려할 때, 기어 오일과 소망하는 유사성을 지닌 디요소(diurea)형 그리스 또는 에스테르형 그리스가 베어링 장치의 내부에 충전되는 그리스(G)로 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 예컨대 Japan Grease Co. Ltd.에 의해 제조된 상품명 KNG170 또는 Yusi Co. Ltd.에 의해 제조된 상품명 MULTEMP SRL을 사용하는 것이 적합하다. KNG170은 베이스 오일로서 폴리 α올레핀 미네랄을, 호제(thicking agent)로서 디요소를 사용함으로써 마련되고, 작동 온도 제한이 -30 내지 150℃이다. MULTEMP SRL은 베이스 오일로서 에스테르를, 호제로서 리튬 비누를 사용하여 마련되고, 작동 온도 제한이 -40 내지 130℃이다.

또한, 이렇게 구성된 피니언축 지지용 베어링 장치에서는, 운전 토크가 감소하고, 따라서 차량의 연료 소비가 개선된다.

더욱이, 오일 윤활 대신에 그리스 윤활이 사용되기 때문에 오일 윤활과 같이 오일 유입 경로나 오일 복귀 경로를 차동 유지 케이스(1)에 형성할 필요가 없고, 이에 따라 차동 기구의 크기와 중량을 감소시킬 수 있으며, 이에 더하여 베어링 장치가 차동 기구의 오일에 있는 외부 물질에 의해 영향을 받지 않기 때문에 베어링 수명을 향상시킬 수 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 피니언 기어측 상의 구름 베어링(6)은 단일 궤도를 지닌 두 개의 각접촉 볼 베어링의 조합일 수 있다.

즉, 구름 베어링(6)은 한 쌍의 내륜(61), 한 쌍의 외륜(62), 각각이 케이지(64)에 의해 유지되고, 각각의 내륜(61) 및 외륜(62) 사이에 개재되어 있는 2열의 볼(63) 세트를 포함한다.

추가적으로, 다른 구성은 도 5 내지 도 7에 도시되어 있는 예의 구성과 유사하다.

본 예에서도 또한, 구름 베어링(6)의 각 열의 볼 베어링도 또한 상기 식 (1) 내지 식 (3) 사이의 관계를 만족시키록 구성되고, 더욱이 상기 식 (4)를 만족시키도록 구성된다.

도 9에 도시한 바와 같이, 피니언축(4)은 베어링 유닛(100)에 의해 차동 유지 실드(1)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

베어링 유닛(100)은 컴패니언 플랜지측 상의 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링을 갖는 구름 베어링(5)과, 피니언 기어측 상의 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링을 갖는 구름 베어링(6)을 포함한다. 즉, 구름 베어링(5)은 내륜(51), 외륜(101), 및 케이지(54)에 의해 유지되는 볼(53) 세트를 포함하고, 구름 베어링(6)은 내륜(61), 외륜(101), 및 각각이 케이지(64)에 의해 유지되는 2열의 볼(63) 세트를 포함한다. 내륜 궤도(55)는 내륜(51)에 형성되고, 한 쌍의 내륜 궤도(65, 66)는 내륜(61)에 형성되며, 세 개의 외륜 궤도(56, 67, 68)는 외륜(101)에 형성된다. 베어링 유닛(100)은 두 개의 내륜(51, 61)이 축방향으로 정합하는 유닛으로 형성되며, 그리스(G)가 충전되고, 그 후에 축방향의 양 단부는 시일 부재(59, 69)에 의해 밀봉되며, 외륜(101)은 단일형으로 형성된다.

추가적으로, 구름 베어링(5)을 구성하는 내륜 궤도(55), 외륜 궤도(56), 및 볼(63) 세트는 상기 식 (1) 내지 식 (3)의 관계를 만족시키도록 구성되며, 더욱이 도 3에 도시된 바와 같이 상기 식(4)를 만족시키도록 구성될 수 있다.

베어링 유닛(100)의 정확한 예하중 조정은 제조 단계 중에, 우선 내륜(51, 61), 외륜(101), 및 케이지(54, 64)에 의해 유지되는 볼(53, 63) 세트를 하나의 유닛으로 부착함으로써 수행된다.

그 후, 구름 베어링(5, 6)이 피니언축(4) 둘레의 외측에 부착되어 베어링 유닛(100)이 피니언축 둘레에 장착되며, 피니언축(4)은 구동축측으로부터 삽입된다. 컴패니언 플랜지(7)는 피니언축(4)의 구동축측 상의 소경부(41)에 스플라인 결합되고, 그 후에 피니언축(4)에서의 구동축의 측부 엣지부가 반경 방향 외측으로 고정되며, 컴패니언 플랜지(7)는 해당 코킹(16)에 의해 피니언 기어 방향으로 타이트하게 클램핑(clamping)된다. 따라서, 컴패니언 플랜지(7)는 구름 베어링(5)에 있는 내륜(51)의 단부면에 접촉하고, 내륜(51)은 피니언 기어 방향으로 가압된다. 그 결과, 내륜(51, 61)이 피니언 기어(3)와 컴패니언 플랜지(7) 사이에 삽입되어 예하중이 인가되는 상태로 피니언축(4)에 고정된다. 더욱이, 외륜(101)의 둘레에 형성 된 플랜지(102)가 볼트(103)에 의해 차동 유지 실드(10)에 고정된다.

추가적으로, 다른 구성은 도 5 내지 도 7에 도시되어 있는 예의 구성과 유사하다.

본 예에서는 또한, 구름 베어링(6)은 상기 식 (1) 내지 식 (3) 사이의 관계를 만족시키도록 구성되며, 더욱이 상기 식 (4)를 만족시키도록 구성된다.

도 10 및 도 11을 사용하여 본 발명의 제3 실시예를 설명하겠다.

도 10은 제3 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치가 적용되는 차동 기구의 단면도이고, 도 11은 도 10에 도시된 피니언축 지지용 볼 베어링 장치의 부분적인 확대 단면도를 도시한다.

제3 실시예의 피니언축 지지용 베어링 장치는 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링(5)이 각접촉 볼 베어링으로 사용되는 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링으로 구성된다는 것을 특징으로 한다.

추가적으로, 다른 구성은 도 3에 있는 예의 구성과 유사하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략하기로 한다.

구름 베어링(5)은 한 쌍의 내륜 궤도(55, 57)를 지닌 내륜(51)과, 한 쌍의 외륜 궤도(56, 58)를 지닌 외륜(52), 및 각각이 케이지(54)에 의해 유지되는 2열의 볼(53) 세트를 포함한다.

구름 베어링(5)을 구성하는 각각의 내륜 궤도(55, 57)의 곡률 반경, 외륜 궤도(56, 58)의 곡률 반경, 및 볼(53)의 직경을 각각 Ri, Ro, Bd라고 하면, 상기 식 (1) 내지 식 (3)의 관계가 만족된다. 더욱이, 각각의 볼(53)과 내륜(51) 및 외륜(52) 사이의 접촉각 Θ는 상기 식 (4)를 만족시키도록 설정된다.

이렇게 구성된 피니언축 지지용 베어링 장치에서는 또한, 운전 토크를 저감할 수 있고, 이에 따라 차량의 연료 소비가 개선된다. 더욱이, 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링은 구름 베어링(5)용으로 사용되며, 베어링의 수명, 사하중(dead load)에 대한 안전 요인, 및 강성도가 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링에 비해 보다 우수하다. 또한, 단일 궤도를 지닌 한 쌍의 각접촉 볼 베어링을 나란히 배치하는 것에 비해, 숙련자에 의한 조정이 불필요하며, 용이하게 조립할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 피니언 기어측의 구름 베어링(6)은 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링일 수 있다.

즉, 구름 베어링(6)은 한 쌍의 내륜 궤도(65, 66)를 지닌 내륜(61), 한 쌍의 외륜 궤도(67, 68)를 지닌 외륜(62), 및 각각이 케이지(64)에 의해 유지되는 2열의 볼(63) 세트를 포함한다.

추가적으로, 다른 구성은 도 10 내지 도 11에 도시되어 있는 예의 구성과 유사하다.

본 예에서는 또한, 구름 베어링(6)도 또한 상기 식 (1) 내지 식 (3) 사이의 관계를 만족시키도록 구성되며, 더욱이 상기 식 (4)를 만족시키도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 상기 각각의 실시예에는, 피니언 기어측 상의 구름 베어링(6)은 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링, 다양한 레이디얼 베어링(radial bearing)과 트러스트 베어링의 조합, 다양한 레이디얼 베어링과 각접촉 볼 베어링의 조합, 또는 예컨대 상기 각 실시예에 포함된 베어링 이외의 것 등을 포함한다.

상기 피니언축 지지용 베어링 장치에 따르면, 운전 토크가 저감될 수 있고, 이에 따라 차량의 연료 소비 개선 효과가 달성된다.

본 발명은 차량의 차동 기구, 4륜 구동 차량용 트랜스퍼 기구 등을 구성하는 피니언을 회전 가능하게 지지하는 피니언 축 지지용 베어링 장치를 위해 사용될 수 있다.

Claims (7)

1. 피니언축을 케이스에 회전 가능하게 지지하고 상기 피니언축의 일단부에 배치된 피니언 기어와 상기 피니언축의 타단부 외측에 부착된 컴패니언 플랜지(companion flange) 사이에 축방향으로 나란히 배치된 한 쌍의 구름 베어링을 포함하는 피니언축 지지용 베어링 장치로서,

   컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링은 상기 피니언축에 고정된 내륜, 상기 케이스에 고정된 외륜, 및 이들 내륜과 외륜 사이에 개재된 볼 세트를 갖는 각접촉 볼 베어링을 포함하며,

   내륜 궤도의 곡률 반경(Ri), 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro), 및 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링의 볼 직경(Bd) 사이의 관계는

   Ri < Ro

   0.502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 × Bd, 및

   0.510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 × Bd

   를 만족시키는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링에 있어서 볼과, 내륜 궤도 및 외륜 궤도 사이의 접촉각(Θ)은 30°≤ Θ ≤ 45°를 만족시키는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
3. 제1항에 있어서, 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링은 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링 또는 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링을 포함하는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
4. 제3항에 있어서, 피니언축측 상의 구름 베어링은 단일 궤도를 지닌 원추형 구름 베어링을 포함하는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
5. 제3항에 있어서, 피니언축측 상의 구름 베어링은 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링을 포함하는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
6. 제3항에 있어서, 피니언축측 상의 구름 베어링은 단일 궤도를 지닌 두 개의 각접촉 볼 베어링의 조합을 포함하는 것인 피니언축 지지용 베어링 장치.
7. 단일 궤도를 지닌 각접촉 볼 베어링을 갖는 컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링과, 복열 궤도를 지닌 탠덤형 각접촉 볼 베어링을 갖는 피니언 기어측 상의 구름 베어링을 포함하고, 피니언축을 차동 유지 실드에 지지하는 베어링 유닛으로서,

   상기 구름 베어링은 양자 모두가 단일 외륜으로서의 외륜을 공통으로 포함하고,

   컴패니언 플랜지측 상의 구름 베어링의 볼 직경(Bd)과, 내륜 궤도의 곡률 반경(Ri)과, 외륜 궤도의 곡률 반경(Ro) 사이의 관계는

   Ri < Ro

   0.502 × Bd ≤ Ri ≤ 0.512 × Bd, 및

   0.510 × Bd ≤ Ro ≤ 0.520 × Bd

   를 만족시키는 것인 피니언축 지지용 베어링 유닛.

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