KR101693998B1 - 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 회전동력을 휠에 전달하는 드라이브샤프트에 설치되어 진동을 흡수 제어하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.
본 발명은 다이나믹 댐퍼의 질량 역할을 하는 매스, 몸체를 구성하는 고무재료, 스프링상수를 높이기 위한 브릿지 내의 중철의 조합을 이용하여 온도 변화에 강건한 새로운 형태의 다이나믹 댐퍼를 구현함으로써, 온도 변화에 따른 고유진동수 변화를 줄일 수 있고, 이에 따라 온도 변화에 강건하게 유지할 수 있는 고유진동수를 확보할 수 있는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 제공한다.

Description

드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼{Dynamic damper for driveshaft}

본 발명은 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 회전동력을 휠에 전달하는 드라이브샤프트에 설치되어 진동을 흡수 제어하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 탑재되는 드라이브샤프트는 엔진의 회전동력을 휠에 전달하기 위한 부품으로, 독립현가방식의 전륜구동차나 후륜구동차에 있어서 종감속기에서 차륜으로 구동토크를 전달하는 샤프트를 말한다.

이러한 드라이브샤프트는 LH와 RH로 나뉠 수 있고, 디프센터가 한쪽으로 치우쳐 있어 RH 드라이브샤프트가 LH 드라이브샤프트에 비해 상대적으로 길며, 굽힘 현상으로 인한 고유진동수의 주파수 대역이 낮게 형성된다.

차량의 주행속도가 증가함에 따라 주파수 대역도 높아지게 되는데, RH 드라이브샤프트의 고유진동수와 차량의 주파수가 일치하면 공진현상이 나타나 부밍 노이즈가 발생한다.

RH 드라이브샤프트의 고유진동수를 높이기 위해 중공샤프트를 개발하여 사용하고 있으나, 제조공정이 복잡하고 원가가 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 대부분의 차종에서 다이나믹 댐퍼를 사용하여 NVH 성능을 향상시키고 있다.

다이나믹 댐퍼의 경우 질량 m₁ 공진에 따른 증폭 현상을 줄이기 위하여 질량 m₂를 더해주며 목표 주파수(m₁의 공진 주파수)에서 반대 위상의 진동을 가하여 진폭의 크기를 줄이는 원리이다.

목표 주파수에서 진동 증폭은 줄일 수 있으나, 온도나 습도 등과 같은 주변 환경의 영향에 대해 댐퍼의 고유진동수가 강건하지 못한 단점이 있다.

보통 다이나믹 댐퍼는, 도 1에 도시한 바와 같이, 내부에 스틸 등의 중량물(110)이 포함되는 구조로, 몸체(100)는 고무 소재(천연고무 및 스티렌-부타디엔 고무블렌드)를 사용한다.

다이나믹 댐퍼의 고유진동수는 내부 중량물의 질량(m)과 브릿지 형상과 고무 소재의 물성에 따른 강성(k)에 의해 변화한다.

드라이브샤프트는 엔진과 가까워 온도변화 폭이 크지만, 댐퍼 본체 구성에 주로 사용되는 고무 소재는 온도 변화에 따라 경도나 탄성 등의 물성이 변하는 단점이 있다.

온도 변화에 따라 브릿지 형상 및 고무 소재의 물성 변화로 다이나믹 댐퍼의 강성이 변하여 고유진동수가 일정하게 유지되지 못하고 고유진동수가 감소하는 문제점이 있다.

예를 들면, 온도가 증가함에 따라 댐퍼의 질량은 불변하나 고무의 스프링상수(k)가 작아져서 다이나믹 댐퍼의 고유진동수가 작아진다.

이러한 점을 고려하여 한국 공개특허 10-2013-0046719호에서는 댐퍼 내부에 질량 역할을 하는 두가지의 중량물을 배치하고, 열가소성 탄성체를 사용하여 몸체 및 댐퍼 내부를 구성한 형태의『다이나믹 댐퍼』를 제시하고 있다.

그러나, 상기 다이나믹 댐퍼는 주변 온도 증가에 대해 댐퍼의 목표 고유진동수가 강건하게 유지되지 못하는 단점이 있다.

즉, 형상 보완이 아닌 소재(열가소성 탄성체)를 사용하여 온도에 대한 강건성을 확보함으로 인해 댐퍼의 목표 고유진동수를 강건하게 유지할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 다이나믹 댐퍼의 질량 역할을 하는 매스, 몸체를 구성하는 고무재료, 스프링상수를 높이기 위한 브릿지 내의 스틸부재의 조합을 이용하여 온도 변화에 강건한 새로운 형태의 다이나믹 댐퍼를 구현함으로써, 온도 변화에 따른 고유진동수 변화를 줄일 수 있고, 이에 따라 온도 변화에 강건하게 유지할 수 있는 고유진동수를 확보할 수 있는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼는 고무재질의 몸체와, 상기 몸체의 내부에 형성되는 질량역할의 매스와, 상기 몸체의 전후측 단부에 형성되는 브릿지를 포함하는 구조로 이루어지는 한편, 특히 상기 브릿지의 내부에 고무재질로 되어 있는 브릿지 부분의 강성을 강화하는 역할을 하는 스틸부재가 삽입되어 있는 것이 특징이다.

여기서, 상기 스틸부재는 몸체 길이방향을 따라 앞뒤로 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 복수 개, 예를 들면 1개 내지 3개 등으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스틸부재는 링 모양으로 제작하여 브릿지의 내부에 동심원 상으로 일체 삽입되도록 할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 온도 변화에 따른 고유진동수 변화를 줄일 수 있어 온도 변화에 강건하게 유지할 수 있는 고유진동수를 확보할 수 있다.

둘째, 진동 절연 향상(차량과의 공진현상 회피)에 따라 드라이브샤프트의 내구 성능에 유리하다.

셋째, 고속 주행에 의한 부밍 노이즈 회피가 가능하여 차량의 NVH 성능 향상에 유리하다.

도 1은 종래의 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 나타내는 단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼를 나타내는 단면도이다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 다이나믹 댐퍼는 일반 다이나믹 댐퍼와 마찬가지로 고무재질로 이루어진 원통형의 몸체(10), 상기 몸체(10)의 내부에 형성되어 질량역할을 하는 스틸재질의 매스(11), 상기 몸체(10)의 전후측 단부에 형성되면서 라운드 단면형상의 바깥둘레면을 가지는 고무재질의 브릿지(12)를 기본적으로 포함하는 구조로 이루어진다.

특히, 상기 브릿지(12)의 내부에는 고무재질로 되어 있는 브릿지 부분의 강성을 강화하는 역할을 하는 스틸부재(13)가 삽입된다.

이때의 스틸부재(13)는 링 모양으로 이루어지고, 브릿지(12)의 내부에서 몸체(10)와 동심원을 이루며 일체 삽입된다.

여기서, 상기 스틸부재(13)는 몸체 성형 시 인서트되어 일체 성형될 수 있게 된다.

그리고, 상기 스틸부재(13)의 경우 복수 개가 구비될 수 있으며, 예를 들면 2개가 구비되어 몸체 길이방향을 따라 앞뒤로 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 형태로 삽입될 수 있게 된다.

이와 같은 다이나믹 댐퍼의 고유진동수는 내부 중량물의 질량(m)과 브릿지 형상과 고무재질의 물성에 따른 강성(k)에 의해 변화한다.

여기서, 상기 강성(k)은 브릿지의 형상에 따라 변화하는 인자이나, 온도 변화에 따라 고무의 물성이 변화하여 강성이 변하게 된다.

브릿지의 형상을 육면체로 단수화한다면, 브릿지 형상에 대한 강성 수식은 다음과 같다.

k = A/L ×E

여기서, L은 브릿지 높이이고, A는 브릿지 단면적(원주방향을 따라 형성되는 라운드 단면형상 부분의 바깥둘레면 전체 단면적)이고, E는 탄성계수이다.

온도가 증가하면 고무의 경도가 낮아지고, 이에 특성(스프링상수)가 작아져서 고무 자체의 변화율이 증가한다.

드라이브샤프트가 회전함에 따라 특성이 작아진 고무는 원심력 방향으로 변화하면서 브릿지의 높이가 증가하게 된다.

이렇게 브릿지의 높이가 길어짐에 따라 강성이 낮아지고, 다이나믹 댐퍼의 주파수 특성도 낮아지게 된다.

따라서, 브릿지 높이 방향으로 스틸부재를 삽입하여, 온도 증가 시에 고무의 물성 변화에 따른 브릿지 높이 증가를 억제시킴으로써, 온도 변화에 주파수 변화를 줄이게 된다.

보통 드라이브샤프트에 적용되고 있는 다이나믹 댐퍼의 높이는 약 5mm, 단면적은 너비는 3mm 정도이므로, 레이아웃 상의 한계로 스틸부재의 두께는 0.5mm 정도가 적당하며, 2개 정도의 스틸부재를 적용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 다이나믹 댐퍼의 브릿지에 스틸부재 삽입 시 강성변화를 살펴보면 다음과 같다.

총 단면적 A, 스틸부재에 의해 나누어진 고무의 단면적 2/3 A로 식 k = A/L ×E에 의해 강성은 감소하나, 브릿지의 높이를 기존 대비 2/3([2/3]×L)로 변화시켜 강성을 그대로 유지하며 온도 변화에 강건한 다이나믹 댐퍼 제작이 가능하다.

그리고, 다이나믹 댐퍼의 최대 반경은 28mm로서, 브릿지 높이를 5mm에서 50% 증가 시 7.5mm로 구성함에 있어서 제약이 없다.

이와 같이, 본 발명에서는 다이나믹 댐퍼의 스프링 상수를 높이기 위해 브릿지 내부에 스틸부재를 삽입한 새로운 다이나믹 댐퍼를 구현함으로써, 온도 변화에 따른 고유진동수 변화를 줄일 수 있고, 따라서 온도 변화에 강건하게 유지할 수 있는 고유진동수를 확보할 수 있는 등 다이나믹 댐퍼의 성능을 향상시킬 수 있다.

10 : 몸체
11 : 매스(Mass)
12 : 브릿지
13 : 스틸부재

Claims (3)

1. 고무재질의 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 내부에 형성되는 질량역할의 매스(11)와, 상기 몸체(10)의 전후측 단부에 형성되는 브릿지(12)를 포함하는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼에 있어서,
   상기 브릿지(12)의 내부에 고무재질로 되어 있는 브릿지 부분의 강성을 강화하는 역할을 하는 스틸부재(13)를 삽입한 구조로 이루어지고,
   상기 스틸부재(13)는 몸체 길이방향을 따라 앞뒤로 일정간격을 두고 나란하게 배치되는 복수 개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스틸부재(13)는 링 모양으로 이루어져 브릿지(12)의 내부에 동심원 상으로 일체 삽입되는 것을 특징으로 하는 드라이브샤프트용 다이나믹 댐퍼.

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