KR101488282B1 - 에어 댐핑 방식 부시 - Google Patents

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본 발명은 엔진 및 서스펜션을 차체에 연결하여 지지함과 동시에 엔진 및 서스펜션에서 발생되는 충격, 진동, 소음을 차체로 전달되지 않도록 절연시키는 방진부재인 부시(bush)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기의 유동을 이용하여 댐핑 작용을 구현시킨 에어 댐핑 방식의 부시에 관한 것이다.
에어, 댐핑, 부시

Description

에어 댐핑 방식 부시{Air damping type bush}
본 발명은 엔진 및 서스펜션을 차체에 연결하여 지지함과 동시에 엔진 및 서스펜션에서 발생되는 충격, 진동, 소음을 차체로 전달되지 않도록 절연시키는 방진부재인 부시(bush)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기의 유동을 이용하여 댐핑 작용을 구현시킨 에어 댐핑 방식의 부시에 관한 것이다.
일반적으로 자동차가 운행함에 따라서 소음 및 진동이 필수적으로 수반되는데, 근래 차량에 적용되는 기술이 점차 발전하고 저진동 및 저소음에 대한 소비자의 요구가 증대됨에 따라, 차량에서 발생하는 충격, 진동, 소음 등을 분석하여 승차감을 극대화시키기 위한 기술 개발이 계속되고 있다.
자동차에서 발생하는 진동의 가장 큰 원인은 엔진의 진동과 주행중 노면으로부터 전달되는 충격이다. 상용 구간에서 발생하는 진동이 차체의 고유진동수와 일치하면 공진(resonance)이 일어나 큰 진동과 충격이 발생하기 때문에, 차량에서 발생하는 진동이 차체의 고유진동수를 피해서 제작하여야 한다. 진동의 종류로는 정지간의 진동 및 주행시의 진동이 있으며, 정지간의 진동은 공회전시 주로 발생되는 진동으로 휠 및 차체 바닥의 상하 진동(shake)을 말하고 오토매틱 차량이 수동차량 보다 심각하게 나타나며, 주행시의 진동으로는 차량 주행시 발생되는 휠에서의 상하 방향 진동과 원주 방향 진동(shimmy) 및 차체 바닥의 상하 방향 진동(shake) 등이 있다.
현가계 또는 현가장치(Suspension)는 차축과 차체를 연결하여, 차량이 주행할 때 차축이 지면에서 받는 진동이나 충격이 직접 전달되지 않도록 하여 차체의 손상을 방지하고 탑승자의 승차감을 좋게 하여주는 장치이다. 이러한 현가계의 체결부위나 연결부위에는 각각 부시(bush)가 연결되어 있다. 부시는 차량이 진동을 받거나 차체가 기울어짐에 따른 현가계의 변형을 최소화하기 위하여 설치되며, 연결부의 압축 또는 인장에 따라 부쉬가 변형 및 회복되어 그 진동 및 기울어짐을 줄여준다.
상기와 같은 현가장치로서 자동차의 프론트 로워암(front lower arm)은 3점 체결방식을 이용하며, 차륜 측의 너클부위에 볼 조인트가 체결되며, 이의 반대 부분에 차체쪽으로 2점 체결되도록 각각 차체 마운팅 부시(일명 A 부시라 함)와 지오메트리 부시(일명 G 부시라 함)가 형성되는 구조를 갖게 된다.
이중 상기 지오메트리 부시는 차량 성능을 좌우하는 중요한 요소로서, 차량의 전후와 더불어 좌우 충격을 완화시키고 현가장치의 강성을 유지하도록 지오메트리 부시만의 고유 구조를 갖는 특징이 있다.
즉, 상기 지오메트리 부시는 좌우 강성을 크게 하기 위해 좌우측으로 강성 영역(Hard Portion; 통상 브릿지(Bridge라 함))구간을 형성함과 더불어, 전후 충격을 완화시키기 위해 연성 영역(Soft Portion; 통상 보이드(Void)라 하며 빈 공간 임)구간을 형성하여, 강성과 연성 구간을 동시에 갖는 특징이 있게 된다.
그러나, 이러한 지오메트리 부시는 강성을 확보하기 위해 강성 영역을 두껍게 하면 부드러운 특성이 저하되고, 소프트한 특성을 유지하기 위해 연성 영역을 크게 하면 내구가 취약해지는 특성상, 강성과 연성 구간의 특성을 조화시키기 매우 어려운 한계가 있게 된다.
종래 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 전후 충격을 완화시키기 위해 부시 내부에 유체를 봉입시켜, 봉입된 유체의 유동을 이용하여 특정 주파수에서 부시의 감쇠가 증가하도록 한 유체봉입 부시가 개발되어 사용되고 있다.
그러나, 종래 유체봉입형 지오메트리 부시는 구조특성에 따라 상대적으로 내구적 측면에 취약하기 때문에, 반복되는 내구 시험 중 지오메트리 부시의 파손이 일어나는 현상이 있었으며, 기존의 고무 부시에 비해 원가 및 중량이 크게 증가하여 실제의 설계 적용시 제약 사항이 많이 야기되는 불리한 면이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 복수개의 에어 챔버 사이에서 공기를 유동시킴으로써 댐핑 작용을 구현하는 에어 댐핑 방식의 부시를 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 구성은, 자동차의 진동 감쇠용 부시에 있어서 중심에 위치되는 내측 부재와, 상기 내측 부재의 주위에 부착되는 고무 부재와, 상기 고무 부재의 외측에 위치하는 원통형의 외측 부재와, 상기 고무 부재의 외주면과 상기 외측 부재의 내주면 사이에서 원주 방향으로 밀폐되고 에어가 내재되며 상호 대향하는 제 1 챔버와 제 2 챔버와, 상기 제 1 챔버와 제 2 챔버를 연결하는 복수개의 에어유동로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 에어 댐핑 방식 부시는 종래 유체 봉입형 부시와 비교하여 구조가 간단하고 통상의 재질을 이용함으로써, 상대적으로 내구성이 강하고 원가 절감과 중량 면에서 유리하여 설계시의 제약 사항을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명 부시의 에어 챔버 사이에 형성된 에어유동로의 각각의 단면적과 길이를 조절함으로써, 부시에 가해지는 진동의 저주파 및 고주파 특성에 따라서 부시를 튜닝할 수 있는 효과가 있는 진보한 발명인 것이다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 에어 댐핑 방식 부시의 바람직한 실시예의 구성을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명 에어 댐핑 방식 부시는 중심에 위치되는 내측 부재와, 상기 내측 부재 주위에 부착되는 고무 부재와, 상기 고무 부재의 외주를 감싸도록 위치되는 외측 부재와, 상기 고무 부재의 외주면과 상기 외측 부재의 내주면 사이에 헝성된 한쌍의 에어 챔버와, 상기 한 쌍의 에어 챔버 사이에서 각각의 에어 챔버들을 상호 연결시키되 일측의 에어 챔버 내에 있는 에어를 타측의 에어 챔버로 유동시키는 복수개의 에어 유동로를 포함한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 댐핑 특성을 조절할 수 있도록 상기 에어 유동로의 크기 및 길이를 조절할 수 있는 것을 특 징으로 한다.
도 1 은 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 사시도, 도 2 는 측면도, 도 3 및 도 4 는 도 1 의 A-A' 선 단면 및 B-B' 선 단면도이다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어 댐핑 부시는, 중심에 위치되는 내측 부재(10)와, 상기 내측 부재(10)의 주위에 부착되는 고무 부재(20)와, 상기 고무 부재(20)의 외측에 위치하는 원통형의 외측 부재(30)를 포함하여 구성된다.
상기 내측 부재(10) 및 외측 부재(30)의 재질은 철이나 알루미늄 등의 메탈을 이용할 수 있으나, 부시의 경량화 측면을 고려하여 합성수지재를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 고무 부재(20)의 외주면과 상기 외측 부재(30)의 내주면 사이에 원주 방향으로 밀폐되고 에어(공기)가 내지된 한쌍의 에어 챔버가 상호 대향하도록 형성된다. 구체적으로는, 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 에어 챔버는 본 발명 부시의 전면 내측에 형성된 제 1 챔버(40)와 후면 내측에 형성되는 제 2 챔버(50)를 포함한다.
이때, 상기 제 1 챔버(40)와 제 2 챔버(50)는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 복수개의 에어 유동로(60)에 의하여 상호 연결된다.
상기 에어 유동로(60)는 상기 외측 부재(30)의 내주면과 상기 고무 부재(30)외주면 사이에서 상호 다른 단면적 및/또는 다른 길이를 가지도록 형성된 것으로서, 본 발명 부시로 작용하는 진동이 발생하여 상기 제 1 챔버(40) 또는 제 2 챔 버(50) 중 어느 하나의 챔버의 체적이 감소되면, 감소된 체적의 챔버 내부에 내재하던 에어가 상기 에어 유동로(60)를 통하여 다른 하나의 챔버로 유동할 수 있도록 형성된 것이다.
따라서, 상기와 같이 각각의 에어 유동로(60)의 형상을 상호 상이하도록 형성하게 되면 각각의 상기 에어 유동로(60)를 통과하는 에어의 공기 저항도 상호 상이하게 발생되므로, 어느 하나의 챔버 내부의 에어가 다른 하나의 챔버로 이동하는 유동 현상이 발생할 때 부시에 작용하는 진동의 양상에 따라서 각각의 에어 유동로(60)를 통과하는 에어의 양도 상호 상이하게 나타나게 되면서 본 발명 부시의 진동 감쇠 특성이 결정되는 것이다.
본 발명 실시예에서는 도시된 바와 같이 상기 제 1 챔버(40)의 일측과 상기 제 2 챔버(50)의 일측을 연결한 제 1 에어 유동로(61)와, 상기 제 1 챔버(40)의 타측과 상기 제 2 챔버(50)의 타측을 연결한 제 2 에어 유동로(62)를 형성하였다.
상기 제 1 에어유동로(61)는 그 단면적이 제 2 에어유동로(62)보다 크나 유동로의 길이는 제 2 에어유동로(62)보다 짧게 형성된 유동로(일명 'short 유동로')이고, 상기 제 2 에어유동로(62)는 그 단면적이 제 1 에어유동로(61)보다 작으나 유동로의 길이가 제 1 에어유동로(61)보다 길게 형성된 유동로(일명 'long 유동로')이다.
상기 제 1 에어유동로(61)는 단면적이 크고 그 길이는 짧은 유동로를 형성하기 때문에 유동로 내부는 상대적으로 낮은 공진주파수를 가지는 저주파 진동에 대해 공기 저항이 크다(즉, 고주파 진동에 대하여 공기 저항이 작다). 반면, 상기 제 2 에어유동로(62)는 단면적은 작으나 그 길이는 긴 유동로를 형성하기 때문에 유동로 내부는 상대적으로 높은 공진주파수를 가지는 고주파 진동에 대한 공기 저항이 크다(즉, 저주파 진동에 대하여 공기 저항이 작다).
　　　　　 따라서, 본 발명 부시에 입력되는 진동이 저주파 대변위의 진동일 경우에는 상기 제 1 챔버(40) 또는 제 2 챔버(50) 내에 내재된 에어가 상대적으로 저주파 진동에 대하여 공기 저항이 작은 제 2 에어유동로(62)(일명 'long 유동로')를 통하여 에어가 유동된다.
또한, 본 발명 부시에 입력되는 진동이 고주파 소변위 진동일 경우에는 상기 제 1 챔버(40) 또는 제 2 챔버(50) 내에 내재된 에어가 상대적으로 공기 저항이 작은 제 1 에어유동로(61)(일명 'short 유동로')를 통하여 에어가 유동된다.
따라서, 상술한 바와 같이 부시에 작용하는 진동의 공진주파수에 따라서 제 1 챔버(40)와 제 2 챔버(50) 사이에 형성된 복수개의 에어유동로(60)를 통하여 유동되는 에어의 양도 각각 상이하기 때문에, 상기 에어유동로(60)의 단면적과 크기를 상이하게 함으로써 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 저주파 및 고주파 특성을 조절할 수 있게 된다.
이상의 설명에서 본 발명의 에어 댐핑 방식 부시의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 은 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 사시도,
도 2 는 본 발명 에어 댐핑 방식 부시의 측면도,
도 3 은 도 1 의 A-A' 선 단면도,
도 4 는 도 1 의 B-B' 선 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 본 발명 에어 댐핑 방식 부시
10; 내측 부재
20; 고무 부재
30; 외측 부재
40; 제 1 챔버
50; 제 2 챔버
60; 에어유동로
61; 제 1 에어유동로
62; 제 2 에어유동로

Claims (3)

  1. 자동차의 진동 감쇠용 부시에 있어서,
    중심에 위치되는 내측 부재(10)와,
    상기 내측 부재(10)의 주위에 부착되는 고무 부재(20)와,
    상기 고무 부재(20)의 외측에 위치하는 원통형의 외측 부재(30)와,
    상기 고무 부재(20)의 외주면과 상기 외측 부재(30)의 내주면 사이에서 원주 방향으로 밀폐되고 에어가 내재되며 상호 대향하는 제 1 챔버(40)와 제 2 챔버(50)와,
    상기 제 1 챔버(40)와 제 2 챔버(50)를 연결하는 복수개의 에어유동로(60)를 포함하여 구성되고,
    상기 에어유동로(60)는,
    상호간 다른 단면적 및/또는 다른 길이를 가지도록 형성되며, 상기 제 1 챔버(40)의 일측과 상기 제 2 챔버(50)의 일측을 연결한 제 1 에어 유동로(61)와, 상기 제 1 챔버(40)의 타측과 상기 제 2 챔버(50)의 타측을 연결한 제 2 에어 유동로(62)를 포함하되,
    상기 제 1 에어유동로(61)는 그 단면적이 제 2 에어유동로(62)보다 크나 유동로의 길이는 제 2 에어유동로(62)보다 짧게 형성하고,
    상기 제 2 에어유동로(62)는 그 단면적이 제 1 에어유동로(61)보다 작으나 유동로의 길이가 제 1 에어유동로(61)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 댐핑 방식 부시.
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