KR100466041B1

KR100466041B1 - 티 에스 엘 코일 스프링

Info

Publication number: KR100466041B1
Application number: KR10-2002-0045970A
Authority: KR
Inventors: 나의전; 김진영; 김진웅
Original assignee: 대원강업주식회사
Priority date: 2002-08-03
Filing date: 2002-08-03
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20040012400A

Abstract

본 발명은 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링에 관한 것이며; 그 목적은 코일 스프링 재료경의 일부분을 테이퍼 가공함으로써 차량 서스펜션의 하중 축 방향으로 코일 스프링 중심축을 이동시켜 스트러트 쇼바의 로드에 작용하는 횡 방향 힘을 감소시킴으로서(마찰력 감소), 이를 통한 차량의 승차감을 향상시킬 수 있도록 한 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 재료의 직경을 테이퍼 가공한 제 1 직경부(11)와 테이퍼 가공을 하지 않은 제 2 직경부(12)가 교번 형성되어 일측은 제 1 직경부(11)가 위치하고 타측은 제 2 직경부(12)가 위치하도록 코일 스프링(1)이 형성 되어 상기 코일 스프링(1)의 중심축을 변화하여 차량 하중 축(2)과 일치하도록 함으로써 승차감을 향상 시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

티 에스 엘 코일 스프링{Taper Side Load Coil Spring}

본 발명은 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일 스프링의 재료경 중 일부분을 테이퍼 가공하여 코일 스프링 양측의 재료경을 서로 다르게 함으로써 해당 차량의 서스펜션 하중 축 방향으로 코일 스프링의 중심축을 자유롭게 이동시킬 수 있도록 하여 스트러트 쇽업 쇼바 로드에 작용하는 마찰력이 감소시키며, 동시에 차량의 승차감을 향상 시킬 수 있도록 한 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링에 관한 것이다.

도 6은 종래의 사이드 로드 코일 스프링의 형상을 도시한 것으로서, 일반적으로 차량의 승차감이 최적이 되기 위해서는 차량의 하중 축과 코일 스프링의 중심축이 일치하여야 최적의 승차감을 얻을 수 있다. 그리하여 종래에는 도 6에서 도시한 바와 같이 스프링 중심축이 "S" 자형 곡률을 가지도록 스프링의 형상을 가공하거나, 스프링의 피치를 한쪽으로만 키우는 형상으로 제작하며, 코일 스프링의 하단부 옵셋 피크 테일(Offset Pigtail)의 형상과 각도를 조정하며, 또한 중심축이 "C"자 형상을 기본으로 하여 좌면 각을 통해 하중 축을 조정 하였다. 그러나 상기와같이 스프링의 형상을 변형한 코일 스프링은 제작이 어려우며 생산설비의 변경이 있어야만 함으로써 과도한 투자 설비가 요구되는 문제점 있어 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링이 요구되고 있는 실정이다.

종래에는 상기와 같이 차량 하중 축과 코일 스프링 중심축을 일치시켜 차량의 승차감을 향상시키기 위하여 도 6에서 보는 바와 같이 코일 스프링의 중심축 형상을 조절하거나, 상기 코일 스프링의 피치를 한쪽으로만 키우거나, 하단부 옵셋 피그테일(Offset Pigtail)의 형상을 가지도록 하며, 중심축이 "C"자 형상을 기본으로 하여 좌면 각을 통해 하중 축을 조정할 수 있도록 하였다. 그러나 상기와 같은 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링은 제작이 어려우며, 생산 설비의 변경을 필요로 함으로써 기존 생산라인에서 생산이 불가능하게 됨으로써 투자 설비가 과도하게 요구된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 코일 스프링의 일측 재료경을 테이퍼 가공하여 상기 코일 스프링 양측의 재료경을 서로 다르게 함으로써 상기 코일 스프링에 하중이 가해질 때 상기 코일 스프링의 중심축이 차량 하중 축과 일치되도록 함으로써 마찰력 감소를 통한 차량의 승차감을 향상 시킬 수 있도록 한 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링을 제공함을 목적으로한다.

상기와 같은 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링을 제공하기 위하여 코일 스프링은 재료의 직경을 테이퍼 가공한 제 1 직경부와 테이퍼 가공을 하지 않은 제 2 직경부가 교번 형성되어 코일 스프링의 일측은 제 1 직경부가 위치하고 타측은 제 2 직경부가 위치하도록 형성되어 코일 스프링의 중심축을 변화하여 차량 하중 축과 일치하도록 함으로써 승차감을 향상 시킬 수 있도록 한 티 에스 엘(TSL: Taper Side Load) 코일 스프링을 제공함으로써 달성된다.

도 1 은 본 발명에 의한 테이퍼 가공된 코일 스프링의 재료의 형상을 도시한 것이며,

도 2 는 코일 스프링이 장착된 맥퍼슨 타입의 서스펜션을 도시한 것이고,

도 3 은 하중 축 실험 장치에 의해 측정된 재료경 변화가 없는 코일 스프링의 하중 축 기울기를 도시한 것이며,

도 4 는 본 발명에 따른 테이퍼 가공된 코일 스프링의 하중 축 실험 장치에 의해 측정된 하중 축 기울기를 도시한 것이고,

도 5 는 스트러트에 작용하는 하중축이 코일 스프링의 하중 축과 일치하지 않는 경우 마찰력이 존재하는 형태를 도시한 것이며,

도 6 은 종래의 사이드 로드 코일 스프링의 형상을 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 코일 스프링 (11) : 제 1 직경부

(12) : 제 2 직경부 (2) : 차량 하중 축

(3) : 스트러트 축 (4) : 코일 스프링 중심축

(5) : 상부 스프링 시트/패드 (6) : 하부 스프링 시트/패드

본 발명의 구성에 대해 첨부도면과 연계하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 스프링 재료의 형상을 도시한 것으로서, 본 발명은 차량용 서스펜션 코일 스프링에 있어서, 상기 코일 스프링(1)은 재료의 직경을 테이퍼 가공한 제 1 직경부(11)와 테이퍼 가공을 하지 않은 제 2 직경부(12)가 교번 형성되어 상기 코일 스프링(1)의 일측은 상기 제 1 직경부(11)가 위치하고 타측은 제 2 직경부(12)가 위치하도록 형성되어 코일 스프링 중심축(4)을 이동시켜 차량 하중축(2)과 일치되도록 한다.

상기 제 1 직경부(11)는 최대응력이 100kgf/mm²이하가 되도록 상기 제 2 직경부(12)의 직경의 1.5~10% 사이에서 테이퍼 가공을 한다.

또한, 상기 제 1 직경부(11)의 테이퍼 가공 길이는 코일경의 중심을 기준으로 90~180도 사이에 위치한 코일경의 원주 길이로 테이퍼 가공을 한다.

상기와 같은 구성을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 맥퍼슨 타입 서스펜션을 도시한 것으로서, 상부 스프링 시트/패드(5)에 상기에서와 같이 일측을 테이퍼 가공한 테이퍼 사이드 로드(Taper Side Load) 코일 스프링(1)의 상부면을 장착하고, 하부 스프링 시트/패드(6)에 상기 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링(1)의 하부를 장착한다.

상기 상부 스프링 시트/패드와(5) 상기 하부 스프링 시트/패드(6) 사이에 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링(1)을 장착하게 되면 차량 하중 축(2)과 스트러트 축 (3)사이에 코일 스프링 중심축(4)이 위치한다. 상기와 같이 코일 스프링 중심축(4)과 차량 하중 축(2)이 일치하지 않으면 차량의 승차감이 저하된다. 그리하여 코일 스프링 중심축(4)을 차량 하중 축(2)과 일치시키기 위하여 코일 스프링(1)의 설치 각도를 변경하여 설치한다. 그러나 상기와 같이 코일 스프링(1)의 설치 각도를 변경하여 차량 하중 축(2)과 코일 스프링 중심축(4)을 일치시키면 차량 바디와의 간섭으로 인한 마찰력으로 인하여 차량의 승차감이 저하된다. 상기 코일 스프링(1)의 일측을 테이퍼 가공한 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링은 상기에서와 같이 코일 스프링(1)의 설치 각도를 변경하여 장착할 필요가 없다. 도 2에서 도시한 바와 같이 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링을 장착한다. 즉 상기 차량 하중 축(2)과 스트러트 축과(3)의 사이에 상기 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링 중심축(4)이 위치하도록 장착한다. 즉 테이퍼 가공한 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링의 제 1 직경부(11)가타이어 측으로 위치하고, 제 2 직경부(12)는 상기 제 1 직경부(11)의 반대측에 위치하도록 장착한다. 상기와 같이 장착된 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링(1)은 하중을 받게 되면 상기 제 1 직경부(11)가 상기 제 2 직경부(12)보다 큰 응력을 받게 됨으로 상기 제 1 직경부(11)와 제 2 직경부(12)의 형상 변화가 다르게 나타난다. 즉 상기와 같이 제 1 직경부(11)와 제 2 직경부(12)로 형성된 서로 다른 직경을 가지는 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링(1)은 하중을 받음으로써 코일 스프링 중심축(4)이 차량 하중축(3)과 일치하게 된다. 또한 충격 흡수장치는 상기 코일 스프링(1)이 응력을 받아 코일 스프링(1)의 형상이 변형되는 순간부터 작동한다. 즉 상기와 같이 제 1 직경부(11)와 제 2 직경부(12)로 형성된 테이퍼 사이드 로드 코일 스프링(1)은 압축하중 뿐만 아니라 모멘트가 발생함으로서 적은 하중으로도 코일 스프링(1)이 압축됨으로서 민감한 충격에도 충격흡수 장치가 작동되어 승차감을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1

도 3 은 재료경이 일정한 코일 스프링의 하중 실험 시 공차 시 하중을 가하고 이때 상 하측 코일 스프링의 중심점의 이동 위치를 도시한 것으로서, 전체 5.0권으로 형성되며, 재료경 ø13.8mm이며, 코일경 ø152mm이고, 자유고 344mm이며, 스프링 상수 2.6kgf/mm 이고, 코일 스프링(1)의 끝단부 형상은 오픈 탄젠트(OpenTangent) 형상이며, 공차 시 장착된 코일 스프링(1)의 높이는 203.2mm 이며 하중은 341kgf 이다. 상기와 같은 제원을 가지는 코일 스프링(1)을 하중 축 실험 장치를 통해 하중 축 실험을 한다. 즉 하중 축 실험 시 공차 시 하중을 가하고 이때 상 하측 코일 스프링(1) 중심점의 이동 위치와 이때의 각도를 계산한다.

표 1은 공차 시 하중 실험한 재료경이 일정한 코일 스프링(1)의 상부의 하중 축 실험 결과를 나타낸 것이며, 표 2는 공차 시 하중 실험한 재료경이 일정한 코일 스프링(1)의 하부의 하중 축 실험 결과를 나타낸 것이다.

상기 표 1과 표 2에서 한가지 예를 들어 상부와 하부의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량을 구하면 다음과 같다. 즉 상부 방향의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량은 후술하는 식 1과 같이 나타낼 수 있다.

5.48 x sin89.3° = 5.48 ----------------식 1

또한 하부 방향의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량은 후술하는 식 2와 같이 나타낼 수 있다.

5.07 x sin87.3° = 5.06 ----------------식 2

상기와 같이 재료경이 일정한 코일 스프링(1)의 하중축 실험을 한 결과 상기 코일 스프링(1)의 상부의 이동량은 5.48mm이고, 상기 코일 스프링(1)의 하부의 이동량은 5.06mm이다. 상기 코일 스프링(1)의 상하부의 이동량을 이용하여 구해진 기울기를 θ라고 하면 다음과 같이 상기 코일 스프링(1)의 기울기를 나타낼 수 있다.

즉, 상기와 같은 식 3을 계산하면 공차시 차량의 서스펜션에 장착한 재료경 변화가 없는 코일 스프링(1)의 기울기는 2.97°도가 된다.

실시예 2

도 4 는 본 발명에 의한 테이퍼 가공을 하여 재료경의 변화를 준 코일 스프링의 하중 실험시 공차시 하중을 가하고 이때 상 하측 코일 스프링의 중심점의 이동 위치를 도시한 것으로서, 전체 5.0권으로 형성되며, 재료경은 0.25권부는ø14.2mm이고, 0.75권부는 ø13.4mm이며, 코일경은 ø152mm이고, 자유고는 334mm이며, 스프링 상수는 2.6kgf/mm이고, 코일 스프링의 끝단부 형상은 오픈 탄젠트(Open Tangent) 형상이며, 공차시 장착된 코일 스프링(1)의 높이는 203.2mm이며 하중은 341kgf인 코일 스프링(1)을 하중 축 실험 장치를 통해 하중 축 실험을 한다. 상기와 같은 제원을 가지는 코일 스프링(1)을 하중 축 실험 장치를 통해 하중 축 실험을 한다. 즉 하중 축 실험 시 공차 시 하중을 가하고 이때 상 하측 코일 스프링(1) 중심점의 이동 위치와 이때의 각도를 계산한다.

표 3은 공차 시 하중 실험한 재료경의 변화를 준 코일 스프링(1)의 상부의 하중 축 실험 결과를 나타낸 것이며, 표 2는 공차 시 하중 실험한 재료경의 변화를 준 코일 스프링(1)의 하부의 하중 축 실험 결과를 나타낸 것이다.

상기 표 3과 표 4에서 한 가지 예를 들어 상부와 하부의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량을 구하면 다음과 같다. 즉 상부 방향의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량은 후술하는 식 4과 같이 나타낼 수 있다.

8.44 x sin86.1° = 8.42 ----------------식 4

또한 하부 방향의 코일 스프링 중심축(4)의 이동량은 후술하는 식 5와 같이 나타낼 수 있다.

4.68 x sin86.1° = 4.67 ----------------식 5

상기와 같이 테이퍼 가공을 하여 재료경의 변화를 준 코일 스프링(1)의 하중 축 실험을 한 결과 상기 코일 스프링(1)의 상부의 이동량은 8.42mm이고, 상기 코일 스프링(1)의 하부의 이동량은 4.67mm이다. 상기 코일 스프링(1)의 상하부의 이동량을 이용하여 구해진 기울기를 θ라고 하면 다음과 같이 상기 코일 스프링(1)의 기울기를 나타낼 수 있다.

즉, 상기와 같은 식 6을 계산하면 공차시 차량의 서스펜션에 장착한 테이퍼 가공을 하여 재료경의 변화를 준 코일 스프링(1)의 기울기는 3.69°가 된다.

즉 상기와 같이 다양한 차량의 조건에 따라 코일 스프링(1)의 재료경을 테이퍼 가공하여 재료경의 변화를 줌으로써 차량 하중 축(2)과 상기 코일 스프링 중심축(4)를 최대한 일치시킬 수 있도록 하여 스트러트에 작용하는 마찰력 감소를 최소화하여 차량의 승차감을 최대화 할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 차량용 서스펜션 코일 스프링의 재료경을 테이퍼 가공하여 코일 스프링의 중심축을 해당 차량의 하중 축에 일치하도록 하여 차량의 승차감을 향상시키는 효과를 가지고 있으며, 일반적인 사이드 로드 코일 스프링에 비하여 코일 스프링의 제작이 용이하고, 다양한 조건의 차량의 하중 축에 따라 코일 스프링의 중심축 이동이 용이하며, 생산 설비의 변경 없이 기존의 생산라인에서 제작이 가능하도록 하여 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

테이퍼 가공한 제 1 직경부와 테이퍼 가공을 하지 않은 제 2 직경부가 교번 형성된 재료로 형성된 차량용 서스펜션 코일 스프링에 있어서,

상기 코일 스프링(1)의 일측은 제 1 직경부(11)가 위치하고 타측은 제 2 직경부(12)가 위치하도록 형성되어 상기 코일 스프링 중심축(4)을 원하는 방향 및 각도로 자유롭게 변화시킬 수 있으므로 해당차량의 하중 축(2)과 일치하도록 함으로써 승차감을 향상 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 티 에스 엘 코일 스프링.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 직경부(11)는 최대응력이 100kgf/mm²이하가 되도록 상기 제 2 직경부(12)의 직경의 1.5~10% 사이의 두께와 코일경의 중심을 기준으로 90~180도 사이에 위치한 코일경의 원주 길이로 테이퍼 가공을 하는 것을 특징으로 하는 티 에스 엘 코일 스프링.