휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부를 성형하는 방법, 업셋 칼라 및 이에 따라 형성된 전방 치부를 갖는 휠 허브

휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부를 성형하는 방법, 업셋 칼라 및 이에 따라 형성된 전방 치부를 갖는 휠 허브{METHOD OF FORMING A FRONTAL TOOTHING ON AN INNER RING OF A WHEEL HUB, UPSET COLLAR AND WHEEL HUB WITH FRONTAL TOOTHING THUS OBTAINED}

본 발명은 소성 변형에 의해 휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부(frontal toothing)를 형성하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 휠 허브에 적용되며, 휠 허브의 내부 링은 구름 몸체의 제1 크라운을 위한 제1 구름 레이스가 제공된 스핀들 및 구름 몸체의 제2 크라운을 위한 제2 구름 레이스가 제공된 가진 인서트 링을 포함하고, 인서트 링은 소성 변형되는 스핀들의 단부 단면에 의해 형성된 업셋 칼라(upset collar)에 의해 스핀들 상에서 축방향으로 차단된다.

추가로, 본 발명은 추가 소성 변형에 의해 및 업셋 칼라 상에 형성되는 특정 기하학적 형상을 가지며 휠 허브의 내부 링의 스핀들의 재료를 소성 변형함으로써 형성된 업셋 칼라, 전술된 전방 치부 및 향상된 기계적 성능을 가지며 이러한 방법에 따라 수득된 전방 치부가 제공된 휠 허브에 관한 것이다.

전술된 유형의 휠 허브에서, 언급된 전방 치부는 플랜지형 단부에 의해 차량의 휠을 지지하는 휠 허브의 내부 링으로 등속 조인트로부터 토크 전달을 허용하기 위하여 휠 허브의 내부 링과 등속 조인트의 외부 링의 대응 전방 치부를 헤드 대 헤드(head to head)로 결합하기 위한 것이다. 제US-A-4893960호에 기재되는 상기 유형의 결합은 또한, 휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부를 형성하는 방법을 교시한다.

EP-B-1866553호에는 소성 변형에 의해 업셋 칼라를 수득하는 공정을 용이하게 하고, 특히, 반경방향으로 관찰 시에 스핀들의 터미널 부분, 상측 또는 헤드의 최종 프로파일 또는 톱니의 리지로 인해 성형 작업 동안에 또는 이후에 상이하지 않게 업셋 칼라 상으로의 직접적인 소위 "오비탈 성형(orbital forming)" 방법에 의해 수득되는 전방 치부를 성형하는 후속 단계 동안에 결함을 방지해야 하는 특정 기하학적 형상을 갖는 스핀들의 터미널 부분을 제조하는 방법이 교시되며, 만곡되고 제3 세그먼트에 의해 톱니의 기저에 연결되는 제2 직선형 세그먼트 및 만곡된 프로파일을 갖는 제1 반경방향 외측 세그먼트 사이의 적어도 하나의 불연속 지점을 특징으로 한다.

전술된 방법 및 형상이 상대적으로 만족스러울지라도, 이는 조인트를 결합 시에 포착(seizure)을 가능하게 하고 휠 허브-등속 조인트의 내구성을 완벽히 구현하는 치부를 형성한다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 단점을 극복하는 데 있으며, 특히, 작동 토크 전달의 향상된 성능을 보장하는 소성 변형에 의해 휠 허브의 내부 링상에 전방 치부를 성형하는 방법을 제공하는 데 있으며, 치수는 본 발명에 따르는 치부와 휠 허브 상에서와는 달리 소성 변형 대신에 주조/단보에 의해 수득된 등속 조인트의 외부 링 상에 형성된 대응 상보적인 전방 치부 간의 시저(seizure) 없이 평활하게 맞물리고 휠 허브-등속 조인트로 구성된 조인트의 내구성에 있어서 높은 내구성을 나타낸다.

본 발명에 따라서, 소성변형에 의해 휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부를 성형하는 방법이 제1항에 정의된 바와 같이 제공된다.

본 발명에 따라서, 소성 변형에 의해 휠 허브의 내부 링 상에 전방 치부(frontal toothing)를 성형하는 방법(forming)은 청구항 제1항의 정의에 따라 제공된다.

게다가, 청구항 제5항에 따라서 축방향으로 차단된 방식으로 스핀들 상에 장착된 인서트 링 및 스핀들로 구성된 휠 허브의 내부 링의 스핀들의 소성변형된 재료로 제조되는 업셋 칼라가 제공된다.

최종적으로, 본 발명에 따라서, 휠 허브가 제공되며, 휠 허브는 청구항 제9항에 따르는 전방 치부가 내측 링 상에 제공된다. 본 발명의 특정 기하학적 형상에 따라 업셋 칼라를 형성하고 업셋 칼라가 개별 작동으로 수득되는 경우에만 전방 치부를 성형함으로써, EP-B-1866553호에 기재된 결함이 심지어 확장부를 갖지 않으며 원통형 기하학적 형상을 갖는 스핀들의 터미널 부분으로부터 완전히 방지될 수 있고, 이에 따라 적합한 길이가 제공된다. 게다가, 업셋 칼라 상에서 형성되는, 냉각 소성 변형에 의해 전방 치부를 성형하는 단계는 단순화되고, 요구된 작업 시간 및 에너지 소모 모두에 있어서 더욱 용이해지고 저렴해진다.

최종적으로, 본 발명에 따라 수득된 전방 치부의 톱니의 상측 또는 헤드의 최종 프로파일에 따라, 종래 기술의 방식보다 상당히 더욱 신뢰성 있는 방식으로 등속 조인트의 전방 치부와 결합할 수 있으며, 특히 예컨대, 날카로운 변부와 같은 불연속부가 없음에 따라 시저(seizure)의 위험성이 실질적으로 없기 때문에 조립 및 분해가 용이한 등속 조인트/휠 허브 결합의 향상된 내구성이 구현될 수 있으며, 심지어 치부의 내측 및 외측 직경이 종래 기술과 동일하게 유지될지라도 본 발명에 따르는 톱니 프로파일이 톱니의 측면들 사이에서 더 큰 접촉 표면을 보장하기 때문에 동일한 치수가 유지되면서 더 우수한 토크 전달을 구현할 수 있는 휠 허브가 제공된다.

최종적으로, 토크가 동일하게 전달됨에 따라, 본 발명에 따르는 휠 허브의 전방 치부의 톱니와 등속 조인트의 치부의 톱니 사이의 접촉 압력이 감소되고, 게다가, 더 작은 국부화된 응력 집중이 톱니의 프로파일을 따라 수득되며, 이에 따라 더 평활하고(즉, 저킹(jerking)이 없음) 더 정숙한 토크 전달이 보장된다

본 발명이 추가 특징과 장점은 첨부된 도면들을 참조로 하는 비-제한적인 실시예의 하기 기술 내용으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 전방 치부가 제공된 휠 허브의 단부 부분의 종방향 입면도를 예시적으로 도시하는 도면.
도 2는 점선 직사각형으로 둘러싸인 휠 허브의 상세사항과, 본 발명에 따르는 성형 방법의 제1 단계의 종료 시에 도 1의 휠 허브의 축소도.
도 3은 도 2에서의 휠 허브의 점선 직사각형으로 둘러싸인 상세사항의 확대도.
도 4는 본 발명에 따라 구성된 전방 치부에 의해 본 발명에 따르는 성형 방법의 제2 단계의 종료 시에 도 3의 상세사항을 도시하는 도면.
도 5는 도 4에서의 치부의 톱니의 설계를 예시적으로 도시하는 반경방향 사시도.

도 1 및 도 2를 참고할 때, 전체적으로 공지된 방식으로 사용 시에 차량 서스펜션의 직립부(uppright)에 대해 구속되는 외부 링(outer ring, 2) 및 내부 링(3)을 포함하고, 상기 내부 링과 외부 링 사이에서 구름 몸체(rolling body, 4)의 2개의 크라운(crown)이 배열되는 휠 허브가 도면 부호(1)로 지칭된다. 내부 링(3)은 사용 중에 전방 치부(frontal toothing, 5)에 의해 등속 조인트(공지되었으며 명확함을 위해 생략됨)와 작동상태로 연계되고, 차량 휠용 플랜지(도 2)에 의해 형성되는 고정 수단(6)이 제공된다.

특히, 공지된 형상에 따라서, 내부 링(3)은 스핀들(7) 및 "인서트" 링(8)을 포함하고, 스핀들(7)은 단일 부분으로 상기 플랜지(6)와 일체로 형성되며, 인서트 링(8)은 플랜지(6)의 마주보는 측면을 향하는 스핀들(7)의 터미널 단부(9) 상에 끼워맞춤되고, 사용 중에 전술된 등속 조인트, 내부 링(3), 스핀들(7) 및 링(8)은 휠 허브(1)의 대칭 축(A)에 대해 상호 동축을 이룬다.

링(8)은 터미널 단부(9)의 소성 변형에 의해 형성되는 업셋 칼라(upset collar, 10)를 통해 스핀들(7) 상에서 축방향으로 차단되고, 칼라(10)는 링(8)으로부터 축방향으로 돌출되고 휠 허브(1), 일반적으로 특히 내부 링(3)의 대칭 축(A)(도 2)에 대해 실질적으로 수직하게 배열되는 칼라의 터미널 전방 면(10a)(도 1) 상에 형성된 전방 치부(5)를 갖는다.

이제, 도 2 및 도 3을 참고하면, 치부(5)는, 매개 변수 및 작동 순서의 특정의 선택에 의해 종래 기술에 공지된 것과 구별되는 방법에 의해 수득된다.

그 외의 다른 공지된 방법과 유사하게, 휠 허브(1)의 내부 링(3)은 전술된 바와 같이 스핀들 상에 끼워맞춤된 인서트 링(8)과 스핀들(7) 사이의 조인트로서 형성되고, 이에 따라 스핀들의 제1 단부(9)는 인서트 링(8)으로부터 축방향으로 돌출되며, 인서트 링(8)은 그 뒤 업셋 칼라(10)를 형성하기 위하여 스핀들의 단부(9)를 소성 변형함으로써 스핀들(7) 상으로 축방향으로 차단되며, 따라서, 전방 치부(5)는 인서트 링(8)으로부터 칼라(10) 상에서 전방을 향하여 임프레싱된다(impress).

그러나, 종래 기술에서 치부(5)가 본 발명의 제1 양태에 따라 칼라(10)를 형성하는 단계 동안에 또는 이후에 상이하지 않게 수득될지라도, 전방 치부(5)를 임프레싱하는 단계는 칼라(10)를 성형하는 단계가 완료되면 완전히 완성된 칼라(10) 상에서 수행되고, 게다가, 칼라(10)를 성형하는 단계는 완성된 칼라(10)가 인서트 링(8)으로부터 축방향으로 돌출되는 칼라(10)의 일부분 상에서 특히 터미널 전방 면(12)에서 반경방향 단면이 사전정해진 기하학적 형태를 갖도록 수행되며, 이 사전정해진 기하학적 형태는 둥근 형태인 기저에 대해 마주보는 정점 및 인서트 링을 향하는 이의 기저를 갖는 실질적으로 부등변 삼각형이며, 실제로, 전방 면(12)은 반경방향 단면 내에 둥근 정점을 포함하는 부등변 삼각형의 전술된 형상을 갖는 비대칭 "벌지(bulge)"로서 형성된다.

특히, 일련의 구조적 매개변수가 고려되는 경우, 이러한 형상에 따라 놀랍게도 더 우수하고 더 "안정적인" 치부(5)가 오비탈 성형으로 공지된 성형 작업을 수행하기 위해 시스템을 작동시킴으로써 수득될 수 있고, 이 치부는 치수적으로 더 우수하여 적은 에너지를 사용하고 종래 기술의 전형적인 결합이 방지된다.

특히, 도 3을 참조하면, 또한 오비탈 성형 기술을 사용하여 수행되는 소성 변형에 의해 칼라(10)를 성형하는 단계는 본 발명에 따라 주의 깊게 모니터링되어야 하며, 이에 따라 인서트 링(8)으로부터 축방향으로 돌출되는 칼라(10)의 완성된 부분은 도 3에 명확히 도시된 바와 같이, 인서트 링(8)을 향하는 이의 코니시티(conicity)를 가지며 내부 링(3)의 내부를 향하여 반경방향으로 칼라(10)를 획정하는 제1 원뿔형 표면(13), 인서트 링(8)으로부터 이격되는 방향으로 향하는 이의 코니시티를 가지며 내부 링(3)의 외부를 향하여 반경방향으로 칼라(10)를 획정하는 제2 원뿔형 표면(14) 및 최대 두께, 즉 인서트 링(8)에 대해 최대 매달린 축방향 신장부를 갖는 칼라(10)의 일부분(16)에서 서로에 대해 제1 및 제2 원뿔형 표면(13, 14)을 이음매 없이 연결하는 만곡된 표면(15)을 포함한다.

치부(5)의 정확한 성형을 구현하기 위하여, 경험적으로, 각도(α)는 내부 링(3)의 대칭 축(A)과 원뿔형 표면(13)에 의해 형성된 각도(ε)에 대해 상보적인 것으로 밝혀졌으며, 링(8)과 칼라(10)의 내부 횡방향 표면을 형성하는 표면(13) 사이의 이 각도(α)는 20° 내지 60°의 범위에 있어야 하며, 유사하게, 인서트 링(8)과 칼라(10)의 반경방향 외측 횡방향 표면을 형성하는 원뿔형 표면(14) 사이의 각도(β)는 145° 내지 110°의 범위 내에 있어야 한다. 본 발명의 방법에 따라서, 이러한 각도들은 휠 허브(1)의 그 외의 다른 치수에 의존되는 적절한 각도 값을 선택하는 이들 매개변수를 고려함으로써 형성된다.

최종적으로, 만곡된 표면의 곡률이 링(8)의 측면에 배치된 중심을 항시 포함해야 하기 때문에 볼록하게 원뿔형 표면(13, 14)을 연결하는 만곡된 표면(15)은 혼성 표면(mixed surface)으로 형성되어야 하는 것으로 밝혀졌으며, 이 혼성 표면 내에서 반경방향 단면 프로파일은 표면(14)의 측면에 배열된 제2 곡선형 부분(18) 및 표면(13)의 측면에 배열된 제1 곡선형 부분(17)을 포함하고, 이 부분은 인서트 링으로부터 돌출되는 칼라(10)의 최대 축방향 신장부에서, 즉 부분(16)의 최대 두께 부분에서 서로 연결된다.

칼라(10)를 성형하는 단계 이후에, 휠 허브(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 보이며, 전술된 바와 같이 사전정해진 기하학적 형상 및 치수의 조합을 갖는 업셋 칼라(upset collar, 10)를 특징으로 한다.

특히, 제1 원뿔형 표면(13)과 제2 원뿔형 표면(14)은 인서트 링(8)에 대해 최대 매달린 축방향 신장부를 갖는 부분(16)에서 만곡된 표면(15)에 의해 서로 이음매 없이 연결된다. 도 3에서 H로 지시된, 인서트 링(8)에 대한 칼라(10)의 최대 축방향 신장부의 값은 수득되는 치부(5)의 치수의 함수로서 선택되지만 4.5 mm 내지 9 mm의 범위 내에 있어야 한다. 게다가, 제1 곡선형 부분(17)의 곡률 반경(RI)은 1.5 mm 내지 7 mm의 범위 내에 있어야 하며, 유사하게, 제2 곡선형 부분(18)의 곡률 반경(RE)은 또한 1.5 mm 내지 7 mm의 범위 내에 있어야 한다.

반경(RI, RE)은 칼라(10)의 그 외의 다른 치수 매개변수에 따라 서로 상이하지만 동일할 수도 있도록 일반적으로 선택될 것이다. 모든 경우에, 반경은 표면(15)상에서도 아니고 표면(13, 14)을 향해서도 아닌 임의의 불연속부(discontinuity)를 형성하지 않도록 인서트 링(8)에 대해 값(H)의 칼라(10)의 최대 매달린 축방향 신장부에서 2개의 곡선형 부분(17, 18)이 서로에 대해 연결되도록 선택된다.

본 발명에 따르는 방법의 최종 단계 동안, 치부(5)는 도 4에서 도면부호 19로 도시되고 점선으로 도식적으로 도시된 공지된 성형 공구를 사용하여 오비탈 성형을 통해 전술된 기하학적 및 치수 매개변수를 가는 최종 칼라(10) 상에서 임프레싱된다(impress).

이에 따라, 치부(5)는 축(A)에 대해 평행하도록 지향된 톱니의 높이 및 축(A)에 대해 주변방향으로 지향된 두께를 가지며, 반경방향의 세로로 지향된 일정한 피치에 따라 주변 방향으로 이격되고, 축(A) 주위에서의 원형 크라운 내에 배열되는 복수의 톱니(20)를 갖는다.

전방 치부(5)의 각각의 톱니(20)는 도 4에서의 시트 평면으로 나타내진 휠 허브(1)의 반경방향 단면에 최외측 반경방향 위치인 톱니의 기저(22)에 배치된 모든 지점들 간의 일 지점인 제1 지점(A)과 최내부 반경방향 위치인 톱니의 기저(22)에서 모든 지점들 내의 일 지점인 제2 지점(B) 사이에서 변화하고, 톱니(20)의 기저(22)와 톱니(20)의 헤드 또는 리지(21) 사이의 축방향(A)으로 측정된 높이를 갖는다. 지점(A)에서, 톱니(20)의 높이는 그 뒤에 최대값에 도달하도록 0이고, 그 뒤 재차 지점(B)에서 널값(null value)으로 떨어진다.

본 발명의 양태에 따라서, 휠 허브(1)의 반경방향 단면 내에서 지점(A)과 지점(B) 사이의 각각의 톱니(20)의 높이는 불연속부의 지점들, 따라서 모서리 변부가 없는 모든 위치인 톱니(20)의 헤드(21) 또는 리지에 의해 형성된 윤곽(contour, 23)에 의해 정해진다.

바람직하게는, 윤곽(23)은 휠 허브(1)의 반경방향 평면상에 결코 무한대가 아니고, 1 mm 초과의 곡률을 갖는다. 즉, 윤곽은 완전히 만곡되고 볼록하며(모든 곡률이 기저(22)의 일부 상에서 중심에 배치됨) 연속적인 윤곽이다.

그러나, 전방 치부(5)의 각각의 톱니(20)의 윤곽(23)은 휠 허브의 반경방향 평면 상에 불연속부가 없는 프로파일(23)이 고려되는 한, 곡률이 무한대인 것으로 여겨지는 하나 이상의 직선형 부분과 모든 곡이 1 mm 초과의 곡률을 갖는 만곡된 세그먼트를 가질 수 있다.

축(A)에 대한 주변방향 단면에서, 전방 치부(5)의 각각의 톱니(20)는 웨지-형 형상(wedge-like shap)을 가지며, 톱니의 헤드 또는 리지(21)에 의해 획정된 이의 상측 변부는 곡률 반경(R)에 따라 주변 방향으로 둥글게 형성된다. 이러한 반경(R)은 일정할 수 있거나 또는 본 발명의 가능한 실시예에 따라서 곡률 반경(R)이 휠 허브(1)의 대칭 축(A)에서 0이 되도록 제2 지점(B)에서 R2로 지시된 최소값과 제1 지점(A)에서 R1으로 지시된 최대값 사이에서 반경 방향의 선형 방식으로 변화할 수 있다.

상당히 선호되는 것으로 밝혀진, 치부(5) 및 치부의 톱니(20)의 전술된 특징은 냉간 소성 변형에 의해 수득될 수 있으며, 이에 따라 전술된 설계에 따라 형성된 단지 칼라(10)만이 제공된다.