KR100663927B1 - 토션빔과 트레일링아암 간의 연결튜브를 구비한 토션빔액슬 - Google Patents

토션빔과 트레일링아암 간의 연결튜브를 구비한 토션빔액슬 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 관한 것으로서, 토션빔과, 상기 토션빔과 다른 재질을 가지는 트레일링 아암 및 상기 토션빔에 대한 접합성(weldability)이 상기 트레일링 아암보다 더 좋은 재질을 가지며, 일측이 상기 트레일링 아암에 일체로 결합되고 타측이 상기 토션빔에 용접결합되는 연결튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 서로 이종(異種)의 재질인 트레일링 아암과 토션빔 간 결합력을 향상시킬 수 있다.
토션빔 액슬, 용접, 연결튜브

Description

토션빔과 트레일링아암 간의 연결튜브를 구비한 토션빔 액슬{TORSION BEAM AXLE HAVING CONNECTING TUBE BETWEEN TORSION BEAM AND TRAILING ARM}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 토션빔 액슬의 사시도,
도 2는 도 1의 토션빔 액슬의 평면도,
도 3은 도 2의 AA단면을 따라 도시한 부분 확대 단면도,
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 연결튜브의 사시도 및 정면도,
도 5는 도 2의 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합 과정을 설명하기 위한 부분 사시도,
도 6은 도 2의 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합 과정을 설명하기 위한 부분 확대 평면도,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 토션빔 액슬의 사시도,
도 8은 도 7의 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합 과정을 설명하기 위한 부분 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 토션빔 액슬 110, 210: 토션빔
120: 트레일링 아암 130: 연결튜브
131: 슬롯 132: 테이퍼 단부
본 발명은 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토션빔(torsion beam)과 트레일링 아암(trailing arm) 사이에 결합력 강화를 위한 연결튜브가 개재된 토션빔 액슬에 관한 것이다.
토션빔 액슬은 자동차의 바퀴를 차체에 지지하는 현가장치로서, 크게 후륜(또는 전륜)의 좌우측 바퀴와 차체에 각각 결합하는 복수의 트레일링 아암과, 트레일링 아암 간을 연결하는 토션빔을 포함한다.
이러한 토션빔 액슬은 좌측 바퀴와 우측 바퀴 간 비틀림 시 함께 비틀리는 특성을 갖는 토션빔을 구현함으로써 독립 현가장치의 우수성을 가짐과 동시에 트렁크 룸의 확보나 가격적인 측면에서 우수성을 가지도록 한다는 점, 또한 토션빔의 최적화 설계를 통한 차체의 경량화를 달성한다는 점이 주요 기술과제라 할 수 있다.
토션빔 액슬의 재질 면에서는, 통상적으로, 트레일링 아암의 경우 좌우측 바퀴의 지지력을 향상시키기 위해서는 주철(cast iron)이 이용되며, 토션빔의 경우에는 주행 시 발생하는 좌우 바퀴 간 비틀림을 용이하게 흡수하기 위해 탄성 비틀림 변형이 쉽게 이루어지는 강(steel)이 이용된다.
이 때, 토션빔 액슬의 제조 과정에서 이에 요구되는 부하 조건을 만족할 수 있도록 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합 강도를 확보하여야 한다는 점에서, 상기 와 같이 트레일링 아암과 토션빔 간에 상이한 재질을 사용함에 따라 이종 재질 간의 결합 방법이 중요한 문제로서 대두된다.
이러한 결합 방법으로서, 종래에는 볼트, 너트 등의 체결요소를 이용한 사례가 있었으나 약한 결합 강도로 인해 쉽게 파손된다는 문제가 있었으며, 또한 트레일링 아암과 토션빔 간의 회전 접촉을 통해 양자를 접합시키는 마찰용접(friction welding)이 제안된 바 있으나 이를 위해서는 고가의 장비를 필요로 한다는 점에서 제조원가 측면에서 경쟁력이 떨어진다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 서로 이종(異種)의 재질인 트레일링 아암과 토션빔 간 향상된 결합력을 가지는 토션빔 액슬을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 토션빔 액슬에 있어서, 토션빔과; 상기 토션빔과 다른 재질을 가지는 트레일링 아암; 및 상기 토션빔에 대한 접합성(weldability)이 상기 트레일링 아암보다 더 좋은 재질을 가지며, 일측이 상기 트레일링 아암에 일체로 결합되고 타측이 상기 토션빔에 용접결합되는 연결튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬을 제공한다.
여기서, 상기 연결튜브는, 상기 일측이 상기 트레일링 아암의 주조(casting) 과정에서 상기 트레일링 아암에 삽입(insert)되어 일체로 결합되도록 할 수도 있다. 이 경우, 상기 연결튜브는, 상기 일측에 상기 트레일링 아암과의 결합력 향상을 위한 슬롯(slot)이 형성되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 연결튜브는 적어도 상기 타측이 상기 토션빔에 삽입될 수 있는 직경을 가지도록 할 수도 있다. 이 경우, 상기 연결튜브의 상기 타측은 상기 토션빔에 억지끼워맞춤되도록 할 수도 있다.
또한, 상기 토션빔과 상기 연결튜브는 서로 동일한 재질로 이루어지도록 할 수도 있다. 이 경우, 상기 트레일링 아암의 재질은 주철(cast iron) 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며, 상기 토션빔 및 상기 연결튜브의 재질은 강(steel)으로 이루어지도록 할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 토션빔 액슬(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 토션빔(110)과 그 양단에 결합된 복수의 트레일링 아암(120)을 포함한다.
토션빔(110)은 중앙부의 횡단면이 U자 혹은 V자로 굴곡된 모양을 이루고 양단부의 횡단면이 원형을 이루도록 연속체 튜브(tube) 형상을 가진다. 이러한 형상에 의해, 토션빔(110)의 중앙부는 탄성 비틀림 변형이 쉽게 이루어질 수 있다. 통상적으로 이러한 토션빔(110)의 제조는 원형 단면의 중공관을 하이드로포밍(hydro-forming)에 의해 가압 변형하는 방식으로 이루어진다. 토션빔(110)의 재질로는 강(steel)이 이용될 수 있다.
트레일링 아암(120)은 차체와 결합하는 차체결합부(121), 바퀴와 결합하는 바퀴결합부(122)를 구비하며, 후술하는 연결튜브(130)를 매개로 토션빔(110)에 고정 결합된다. 트레일링 아암(120)은 상기 토션빔(110)과는 달리 차체 또는 바퀴의 외력으로부터 변형이 쉽게 이루어지지 않도록 강도가 높은 재질을 가지는 것이 바람직하며, 통상적으로 주철(cast iron)이 사용된다. 혹은, 차체의 중량을 고려하여 고강도의 알루미늄 합금이 사용될 수도 있다.
이러한 구성을 가지는 토션빔 액슬(100)에 의해, 양측 바퀴로부터 서로 다른 외력이 작용할 경우 토션빔(110)의 비틀림 변형을 통해 이를 흡수할 수 있도록 함과 동시에, 트레일링 아암(120)에 의해 바퀴와 차체를 견고하게 지지할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 토션빔 액슬(100)은 토션빔(110)과 트레일링 아암(120) 간 연결을 매개하는 연결튜브(130)를 더 포함한다. 연결튜브(130)는 일측(도 3에서는 우측)이 트레일링 아암(120)에 삽입되어 일체로 결합되어 있으며, 타측(도 3에서 좌측)이 토션빔(110)에 삽입되어 외주연(133)을 통해 토션빔(110)과 용접결합된다.
여기서, 연결튜브(130)는 트레일링 아암(120)의 주조(casting) 시 주형(casting mold)에 삽입(insert)되어 상기 일측이 주형 내에서 돌출되도록 한 상태에서 용융 상태의 주철(cast iron)이 상기 주형 내에 주입되어 응고되는 과정에서 트레일링 아암(120)과 일체로 결합되도록 한다. 이 때, 트레일링 아암(120)과의 결합력을 향상시키기 위해, 연결튜브(130)의 상기 일측에는 다수의 슬롯(slot, 131; 도 4a 및 도 4b 참조)을 형성시킬 수도 있다. 물론, 연결튜브(130)와 트레일링 아암(120) 간의 결합은 상기와 같이 주조 결합에 한정되는 것은 아니며, 용접결합, 볼트결합 등에 의할 수도 있다.
연결튜브(130)는 토션빔(110)과의 용접성(weldability)이 트레일링 아 암(120)보다 더 좋은 재질을 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 점에서 토션빔(110)과 같은 재질의 강(steel)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 강(steel)이 주철(cast iron)보다 용융점이 더 높으므로, 연결튜브(130)가 트레일링 아암(120)의 주조 과정에서 주형에 삽입되어 용융상태의 주철과 접촉한다 하더라도 변형되지 않은 상태로 주철과 일체로 결합될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 2 또는 도 3에서 연결튜브(130)만을 별도로 분리 도시한 도면이다. 도시된 연결튜브(130)는 트레일링 아암(120)의 주조 과정에서 삽입될 때의 형상과는 다를 수 있으며, 이 때에는 주조가 완료된 후 도면에 도시된 형태로 가공된다.
또한, 연결튜브(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 토션빔(110)에 삽입될 수 있을 정도의 직경을 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 토션빔(110)에 결합되는 상기 타측 부분의 직경이 토션빔(110)에 삽입될 정도의 크기를 가지도록 가공할 수도 있다.
또한, 연결튜브(130)는 토션빔(110)과의 결합력을 강화시킬 수 있도록, 토션빔(110)과 억지끼워맞춤되는 직경을 가지는 것이 바람직하다. 이를 위해, 연결튜브(130)의 상기 타측 단부(132)는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 테이퍼지도록 가공함으로써 토션빔(110)으로의 억지끼워맞춤이 용이하게 이루어지도록 할 수도 있다. 이 때, 연결튜브(130)는 용접결합에 의한 결합력과 억지끼워맞춤으로 인한 마찰력에 의한 결합력이 함께 작용함으로써 토션빔(110)과의 전체 결합력을 높일 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 주조 과정에서 트레일링 아암(120)과 연결튜브(130)를 일체로 결합시킨 후 연결튜브(130)와 토션빔(110)을 용접결합할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 연결튜브(130)를 토션빔(110) 단부에 삽입시킨 상태에서 상기 토션빔(110)을 회전시킬 수 있으므로, 토션빔(110)의 전단중심(C)의 위치를 조절할 수 있게 된다. 따라서, 연결튜브(130)를 매개로 트레일링 아암(120)과 토션빔(110)을 결합할 경우에는 상기와 같이 토션빔 액슬(100)의 제조과정에서 토션빔(110)의 전단중심(C)의 위치를 정확하게 맞출 수 있다는 이점이 있다. 도 6은 회전에 의해 전단중심이 조절된 토션빔(110)이 연결튜브(130)와 용접되는 단계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 토션빔 액슬(200)로서, 토션빔(210)과 그 양단에 결합된 복수의 트레일링 아암(120), 토션빔(210)과 트레일링 아암(120) 간의 결합을 매개하는 연결튜브(도 8의 130 참조)를 포함한다. 여기서는, 제1 실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
토션빔(210)은, 장방형의 강판(steel plate)을 말아서 상호 접촉하는 양단부를 용접결합하여 형성된 것으로서, 내측의 일부가 절개된 개구(211)를 형성한다. 토션빔(210)은 상기 개구(211)로 인해 중심부의 비틀림 변형이 용이하게 이루어진다.
트레일링 아암(120)과 일체로 결합된 연결튜브(130)는, 상기와 같이 절개형의 토션빔(210)을 사용하는 경우에도 상기 제1 실시예의 경우와 동일한 방식으로 적용할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 연결튜브(130)를 절개형의 토션 빔(210)에 삽입한 후 토션빔(210)을 회전시켜가며 그 전단중심(C')의 위치를 조절한 후 연결튜브(130)와 토션빔(210) 간을 용접결합한다.
한편, 본 발명에 따른 토션빔 액슬은, 이상의 설명에서와 같이 토션빔 및 연결튜브의 횡단면의 형상이 원형인 것으로 한정되는 것은 아니고 필요에 따라서는 다각형, 타원 등의 형태를 취할 수도 있으며, 물론 그러한 경우에도 본 발명에 의한 연결튜브의 적용이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토션빔 액슬에 의하면, 트레일링 아암과 일체로서 결합되는 연결튜브를 매개로 하여 이종(異種) 재질인 트레일링 아암과 토션빔을 연결함으로써 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 특히, 연결튜브는 토션빔과의 용접성이 트레일링 아암보다 더 좋은 재질을 사용하여 토션빔과 용접결합함으로써 상기 결합력 향상을 달성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 토션빔 액슬에 있어서,
    토션빔과;
    상기 토션빔과 다른 재질을 가지는 트레일링 아암; 및
    상기 토션빔에 대한 접합성(weldability)이 상기 트레일링 아암보다 더 좋은 재질을 가지며, 일측이 상기 트레일링 아암에 일체로 결합되고 타측이 상기 토션빔에 용접결합되는 연결튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결튜브는,
    상기 일측이 상기 트레일링 아암의 주조(casting) 과정에서 상기 트레일링 아암에 삽입(insert)되어 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결튜브는,
    상기 일측에 상기 트레일링 아암과의 결합력 향상을 위한 슬롯(slot)이 형성된 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결튜브는 적어도 상기 타측이 상기 토션빔에 삽입될 수 있는 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결튜브의 상기 타측은 상기 토션빔에 억지끼워맞춤되는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 토션빔과 상기 연결튜브는 서로 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트레일링 아암의 재질은 주철(cast iron) 또는 알루미늄 합금으로 이루어지며,
    상기 토션빔 및 상기 연결튜브의 재질은 강(steel)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
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