KR102310502B1

KR102310502B1 - 이중 압축율 형성 방식 부시 및 서스펜션 시스템

Info

Publication number: KR102310502B1
Application number: KR1020170058213A
Authority: KR
Inventors: 성대운; 박준형; 류용현; 임수현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 평화산업주식회사
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2021-10-08
Also published as: DE102018102283A1; KR20180123882A; US10792968B2; CN108859643A; CN108859643B; US20180326804A1

Abstract

본 발명의 부시(1)는 꺾쇠 형상 단면(V 형상 단면)의 좌,우 탄성 압축부(31-1,31-2)로 1,2차 압입 하중에 맞춘 다른 크기의 1,2차 압축율을 형성하면서 압입 공정 시 체적 분산에 의한 응력 집중 분산으로 벌지 현상을 해소하고 서스펜션의 큰 거동에서도 탄성체가 압축상태를 유지하여 내구성을 향상하고, 반경방향 강성 대비 비틀림 강성을 저감하여 R&H 성능을 향상한다. 그 결과 부시(1)는 저 압축율에서 고 압축율로 변화되는 특성을 이용하여 부시 사이즈를 축소하고 기존 사양의 서스펜션 암에 공용 부품화가 가능하다. 특히 서스펜션 시스템(100)은 1차 압축율이 적용된 저압축용 부시(1)나 2차 압축율이 적용된 고압축용 부시(1)를 이용한 서스펜션 암(110)으로 구성될 수 있는 다양성이 구현된다.

Description

이중 압축율 형성 방식 부시 및 서스펜션 시스템{Double Compression Ratio type Bush and Suspension System thereby}

본 발명은 부시에 관한 것으로, 특히 서로 상반된 부시 설계 요소가 이중 압축율 형성으로 최적 조화된 부시를 적용한 서스펜션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 부시는 연결 부품의 상대 움직임을 위해 고무가 적용된 탄성체를 포함한다.

그러므로 상대 움직임이 요구되는 크로스맴버(또는 서브프레임)나 스텝 바(또는 스테빌라이저 바)나 서스펜션 암(또는 로어 암, 어퍼 암) 등이 적용된 차량은 부시를 적용한 체결부가 요구되고, 부시의 적용은 차량의 R&H(Riding and Handling)와 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 및 내구(Durability)를 향상시켜 준다.

특히 서스펜션 암의 체결부(또는 입력점)에 적용된 부시는 서스펜션 시스템의 움직임에 대한 반경 방향과 원주방향(비틀림 방향)의 강성을 확보해 주는 서스펜션 부시로 작용함으로써 차량의 R&H와 NVH 및 내구를 향상시켜 준다. 이러한 서스펜션 부시의 예로 R&H와 NVH 및 내구를 조화시켜준 중철 부시와 솔리드(Solid) 부시가 있다.

일례로, 상기 중철 부시는 외측 파이프와 내측 파이프 및 중간 파이프로 구성되고, 중간 파이프를 감싼 상태에서 외측 파이프와 내측 파이프의 사이로 가류된 고무로 이루어진다. 그러므로 상기 중철 부시는 가류 및 표면 청결도 유지가 필요한 중간 파이프로 인해 단품 중량 및 제조공정비가 높은 반면 부시의 반경방향(P방향) 횡강성 증대 및 부시의 원주 방향(R방향) 비틀림 프릭션 저감으로 R&H성능이 향상되면서 동시에 우수한 피로 내구력으로 내구성능이 향상된다.

일례로, 상기 솔리드 부시는 외측 파이프와 내측 파이프로 구성되고, 외측 파이프와 내측 파이프의 사이로 가류된 고무로 이루어진다. 그러므로 상기 솔리드 부시는 중철 부시 대비 부시의 원주방향(R방향) 비틀림 프릭션 증대로 R&H성능이 저하되고 이와 함께 저조한 피로 내구력으로 내구성능이 저하되는 반면 사이즈 축소 및 경량화가 가능한 장점이 있으며, 특히 중철 부시 대비 부시 제조 공정비가 낮아진다.

일본 특개 1998-038002(1998.2.13)

하지만 서스펜션 부시는 성능 충족을 위해 서로 상반되는 설계 요소인 R&H와 NVH 및 내구가 반드시 조화되어야 하는 점에서 구조 최적화에 어려움을 가질 수밖에 없는 부품이다.

하기 표 1은 서스펜션 부시에 적용된 설계 요소를 예시한다.

표 1로부터 요구 성능과 중량 및 원가의 다발적인 상충 상황으로 상호간 조화성능을 만족시킨 서스펜션 부시의 설계 및 개발의 어려움이 예시된다. 특히, 서스펜션 부시는 설계 요소 선정에 맞춘 제조 후 성능 튜닝에 이은 내구 시험을 진행하는 공정을 고려할 때 내구 성능을 만족시키지 못하는 설계 요소 선정은 제품 양산 지연이나 불가로 이어짐은 물론 필드 클레임의 한 원인일 수밖에 없다.

더구나 서스펜션 부시는 차종 구별 없는 공용화 대상 부품인 점에서 차종별 특성을 감안한 상반된 설계 요소의 조화가 이루어져야 함으로써 설계 및 개발의 어려움이 더욱 가중 될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 가해지는 부시 압입 하중의 크기 변화에 맞춘 탄성체의 단계적인 압축율(Compression Ratio)변화에서도 볼록 돌출부를 만드는 벌지 현상(Bulge Characteristics)이 해소되고, 서스펜션의 큰 거동에서도 탄성체가 압축상태에 있어 크게 향상된 피로 내구력으로 내구성능의 확보 및 열린 단면에 꺽쇠 형상을 추가하여 비틀림 강성을 줄여 R&H성능을 확보함은 물론 부시의 사이즈(size) 축소가 가능하다. 특히 하나의 부시가 저 압축율에서 고 압축율로 변화됨으로써 다양한 사양의 서스펜션 암에 공용 부품으로 적용될 수 있는 이중 압축율 형성 방식 부시가 적용된 서스펜션 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부시는 1차 압입 하중에 의한 압축 변형으로 1차 압축율을 형성하고, 상기 1차 압입 하중이 2차 압입 하중으로 커지면 상기 1차 압축율 보다 큰 2차 압축율로 눌려지는 탄성 압축부를 갖추고, 상기 탄성 압축부는 상기 1차 압입 하중으로 눌려진 1차 면 접촉 후 상기 2차 압입 하중으로 눌러지는 상태에서 체적 분산으로 벌지 현상 없이 2차 면 접촉되는 열린 단면이 부시 거동에 의해 마찰되는 방식으로 이루어지는 탄성체;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 탄성 압축부는 상기 탄성체의 양 끝부에 각각 형성되고, 상기 탄성체의 반경방향 강성 길이와 비틀림 강성 길이의 차를 20~30%로 하여 상기 열린 단면을 형성해주며, 상기 2차 압축율은 상기 1차 압축율 대비 170 ~ 260%로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 열린 단면은 상기 1차 압축율과 상기 2차 압축율을연속 형성해주는 꺾쇠 형상 단면부, 상기 꺾쇠 형상 단면부에 이어져 상기 2차 압축율에 따른 상기 벌지 현상을 해소해주고 응력집중을 제거하는 꺾쇠 노치 단면부로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 꺾쇠 노치 단면부는 상기 꺾쇠 형상 단면부의 노치부에서 개방 공간으로 형성되고, U자 형상 단면, 원형 단면, 타원형 단면, 다각형 단면 중 어느 하나로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 상부 꺾쇠 형상 단면부는 상기 꺾쇠 노치 단면부가 형성하는 노치 가상중심선의 위쪽에서 상향 개구각으로 벌어져 상부 고무 접착부 길이를 형성하고, 상기 하부 꺾쇠 형상 단면부는 상기 노치 가상중심선 K-K의 아래쪽에서 상기 상향 개구각은 보다 작은 각인 하향 개구각으로 벌어져 하부 고무 접착부 길이를 형성한다.

바람직한 실시예로서, 상기 상부 고무 접착부 길이는 상기 상향 개구각을 형성하는 상부 개구면, 상기 상향 개구각과 다른 각도로 상기 상부 개구면에서 이어진 상부 연결면으로 이루어지고; 상기 하부 고무 접착부 길이는 상기 하향 개구각을 형성하면서 상기 상부 연결면을 벗어난 길이로 형성되는 하부 개구면, 상기 하향 개구각과 다른 각도로 상기 하부 개구면에서 이어진 하부 연결면으로 이루어진다. 상기 상부 연결면이 상기 탄성 압축부의 상면과 이루는 각을 상기 상부 개구면이 상기 상면과 이루는 각보다 작게 설정하고, 상기 하부 연결면이 상기 탄성 압축부의 하면과 이루는 각을 상기 하부 개구면이 상기 하면과 이루는 각보다 작게 설정한다.

바람직한 실시예로서, 상기 탄성체는 내측 파이프와 외측 파이프의 사이에 구비되고, 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프를 일체화 하도록 가류 성형된다. 상기 외측 파이프는 상기 내측 파이프를 감싸고, 상기 내측 파이프의 좌,우 엔드부는 상기 외측 파이프의 양쪽에서 돌출된다. 상기 좌,우 엔드부의 각각은 상기 탄성 압축부를 형성하도록 상기 탄성체로 감싸인다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 서스펜션 시스템은 부시 홀이 좌,우 양쪽으로 형성된 서스펜션 암; 외측 파이프로 감싸인 내측 파이프와 가류 성형으로 일체화되고, 압입 하중의 증가에 맞춰 압축율을 높여주는 꺾쇠 형상 단면의 좌,우 탄성 압축부가 좌,우 양쪽으로 형성된 탄성체로 구성되며, 상기 외측 파이프가 상기 부시 홀로 압입되는 부시;가 포함되는 것을 특징으로 하는 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 내측 파이프는 축 홀이 뚫려지고, 상기 외측 파이프로 감싸인 상태에서 상기 외측 파이프의 양쪽에서 돌출되는 전장 길이로 이루어진다. 상기 탄성체는 상기 좌측 탄성 압축부와 상기 우측 탄성 압축부의 꺾쇠 폭 간격을 반경방향 강성 길이로 하여 상기 좌측 탄성 압축부와 상기 우측 탄성 압축부의 꺾쇠형성위치를 비틀림 강성 길이로 할 때, 상기 비틀림 강성 길이를 상기 반경방향 강성 길이의 0.70 ~ 0.80로 설정하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 서스펜션 암은 판재를 절곡시킨 구조로 이루어져 휠(W)의 너클과 차체로 이어지고, 상기 부시가 상기 서스펜션 암과 상기 너클의 영결부위 및 상기 서스펜션 암과 상기 차체의 연결부위로 구비된다.

이러한 본 발명의 서스펜션 시스템에 적용된 부시는 이중 압축율을 가짐으로써 다음과 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 탄성체의 이중 압축율 변화로 서로 상반되는 부시 설계 요소의 조화가 이루어짐으로써 부시 설계가 용이하다. 둘째, 이중 압축율에 의한 R&H와 NVH 및 내구의 성능 조화가 이루어진다. 셋째, 이중 압축율로 부품 공용화가 이루어짐으로써 실차 적용 시 차종 별 구분 없이 적용 가능하다. 넷째, 서스펜션 암에 대한 압입 공정 시 7%(저압축)에서 12~18%(고압축)에 이르는 이중 압축율로 주행 및 내구성능 확보를 위한 피로 내구력이 크게 높아진다. 다섯째, 꺽쇠나 V컷 닫힘 구조가 적용됨으로 저 압축율에서 고 압축율로 변화 시 벌지 현상을 제거할 수 있고 특히 벌지 현상의 해소로 내구 수명을 크게 연장할 수 있다. 여섯째, 탄성 압축부의 꺾쇠 폭 간격 및 꺾쇠 형성 위치를 설정하여 부시 비틀림 프릭션을 저감하여 R&H 성능이 향상된다. 일곱째, 12~18%에 이르는 고 압축율로 중량 저감소이 이루어지고 특히 중철 부시 대비 사이즈(size) 축소로 서스펜션 암 사이즈 축소가 이루어질 수 있다. 여덟째, 사이즈 축소로 부시와 서스펜션 암의 중량 및 원가 저감이 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 압축율 형성 방식 부시의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 탄성체의 레이아웃의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄성체의 탄성 압축부 상세도이고, 도 4는 본 발명에 따른 이중 압축율 형성 방식 부시가 적용된 서스펜션 시스템의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 부시가 가해진 하중에 맞춰 1차 압축율 형성 후 2차 압축율을 형성하는 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 부시가 갖는 비틀림 프릭션의 저감 선도의 예이며, 도 7은 본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 부시가 갖는 컴플라이언스 저감(즉, 서스페션의 큰 거동에서 부시의 변형율 저감이 이루어지는 상태) 선도의 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 부시(1)는 탄성체(30)의 가류 성형을 통해 일체화된 내측 파이프(10)와 외측 파이프(20)로 구성된다. 특히 상기 부시(1)는 가해진 외력 크기에 따라 7%(저압축)에서 12~18%(고압축)에 이르는 탄성체(30)의 압축 변형으로 이중 압축율을 형성한다. 그러므로 12~18%의 고압축 상태인 2차 압축율은 7%의 저압축 상태인 1차 압축율인 저압축 대비 약 170 ~ 260%의 범위로 형성된다.

구체적으로 상기 내측 파이프(10)는 축 홀(11)을 형성한 중공 파이프로 구성되고, 상기 외측 파이프(20)는 내측 파이프(10)가 삽입된 상태에서 가류된 탄성체(30)로 채워지는 가류 공간(21)을 형성한 중공 파이프로 구성된다. 특히 상기 내측 파이프(10)의 길이는 외측 파이프(20)의 길이보다 길고, 상기 외측 파이프(20)는 내측 파이프(10)의 좌우 양쪽 끝부위가 외측 파이프(20)의 좌우 양쪽으로 돌출되는 위치로 결합된다. 또한 상기 내측 파이프(10)와 상기 외측 파이프(20)의 각 재질은 강(steel) 또는 유사 재질로 이루어지고, 설계 내구 강성에 맞춰 두께를 설정한다.

구체적으로 상기 탄성체(30)는 7% ~ 18%에 이르는 압축 변형이 일어나도록 탄성 압축부(31)를 형성하고, 상기 탄성 압축부(31)는 개구 단면을 이용하여 탄성체(30)의 좌우 양쪽으로 형성된 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)로 구성된다. 특히 상기 탄성체(30)의 재질은 고무로 이루어지고, 상기 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 각각은 꺾쇠 형상 단면(또는 V자형 단면)을 이용해 바깥쪽으로 열려진 동일한 구조로 이루어진다. 또한 상기 탄성체(30)는 외측 파이프(20)가 감싸이면서 외측 파이프(20)의 양쪽으로 돌출된 내측 파이프(10)의 좌,우 엔드부를 감싸도록 이어짐으로써 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 각각은 상기 좌,우 엔드부의 위치까지 연장된다.

도 2 및 도 3은 탄성 압축부(31)의 레이아웃과 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 세부 구조를 예시한다.

도 2의 레이아웃을 참조하면, 상기 탄성 압축부(31)는 좌측 탄성 압축부(31-1)와 우측 탄성 압축부(31-2)의 반경방향 강성 길이 La를 내측 파이프(10)의 전장길이 Ld와 외측 파이프(20)의 전장길이 Lc 사이에 위치되도록 설정하고, 반면 좌측 탄성 압축부(31-1)와 우측 탄성 압축부(31-2)의 비틀림 강성 길이 Lb를 외측 파이프(20)의 전장길이 Lc 보다 짧게 형성하여 외측 파이프(20)의 안쪽으로 위치되도록 설정한다.

일례로, 상기 반경방향 강성 길이 La과 상기 비틀림 강성 길이 Lb는 하기의 강성 유효길이 관계식으로 설정된다.

강성 유효길이 차 : La - Lb = 20~30%, Lb = (0.70 ~ 0.80) * La

여기서 " *"는 두 값의 곱하기를 의미한다.

그러므로 상기 탄성체(30)는 좌,우 탄성 압축부(31-1,31-2)의 꺾쇠 폭 간격을 반경방향 강성 길이 La로 하여 좌,우 탄성 압축부(31-1,31-2)의 꺾쇠형성위치를 비틀림 강성 길이Lb로 할 때, 반경방향 강성 길이 La와 비틀림 강성 길이 Lb의 차 La-Lb를 20~30%로 하여 꺾쇠 형상 단면(또는 V자형 단면)의 열린 단면으로 형성되거나 또는 비틀림 강성 길이 Lb를 반경방향 강성 길이 La의 0.70 ~ 0.80로 설정한다. 그 결과 반경방향 강성 길이 La과 상기 비틀림 강성 길이 Lb의 관계는 압입을 통한 1,2차 압축공정 후 반경방향 하중 지지력이 중철부시 대비 동등이나 증대로 R&H 및 내구성능 확보를 가능하게 하고 동시에 동사이즈의 솔리드부시 대비 비틀림 방향 비틀림 프릭션 저감으로 R&H 및 내구 성능 확보를 가능하게 하는데 일조한다.

도 3의 세부 구조를 참조하면, 우측 탄성 압축부(31-2)는 꺾쇠 노치 단면부(33)를 가장 중심선 k-k로 하여 꺾쇠 노치 단면부(33)에 대해 그 위쪽으로 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)를 그 아래쪽으로 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)를 형성한다. 그 결과 상기 우측 탄성 압축부(31-2)는 꺾쇠 노치 단면부(33)를 정점으로 하여 바깥쪽으로 열려진 꺾쇠 형상 단면(또는 V자형 단면)을 형성한다.

일례로, 상기 꺾쇠 노치 단면부(33)는 반경 0.5mm로 라운드 처리된 U자 형상 단면으로 이루어진다. 그 결과 상기 꺾쇠 노치 단면부(33)는 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)와 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)의 꺾쇠 형상 단면(또는 V자형 단면)이 시작되는 노치부를 바깥쪽을 향해 열린 상태로 유지함으로써 압축 변형에 따른 노치부의 응력 집중을 개선한다.

그러므로 상기 꺾쇠 노치 단면부(33)는 7% ~ 18%에 이르는 탄성 압축부(31)의 압축 변형 시 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)와 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)의 벌지 현상 없는 밀착과 체적분산 기능을 가능하게 하고 더불어 압축율 높임에 따른 응력 집중 완화로 피로 내구력 개선도 가능하다. 특히 상기 꺾쇠 노치 단면부(33)의 형상은 응력 완화가 이루어지는 원형이나 타원형이나 다각형으로 이루어질 수 있으나 사이즈는 부시(1)의 사이즈와 탄성체(30)의 압축율 및 조립상태에서 가해지는 하중 방향을 변수로 하여 달리한다.

일례로, 상기 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)는 상부 개구면(35)과 상부 연결면(36)으로 구분되어 꺾쇠 노치 단면부(33)의 노치 가상중심선 K-K에 대해 예각의 개구각 A_upper으로 상향 경사진다. 상기 상부 개구면(35)은 꺾쇠 노치 단면부(33)에서 노치 가상중심선 K-K에 대해 개구각 A_upper으로 상방향으로 이어지고 반면 상기 상부 연결면(36)은 상부 개구면(35)에서 개구각 A_upper보다 작은 각도를 갖고 하방향으로 꺽여져 탄성 압축부(31)의 상면에 연결됨으로써 적어도 2단 각도(two step angle)를 형성한다. 그리고 상기 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)는 하부 개구면(38)과 하부 연결면(39)으로 구분되어 예각의 개구각 A_lower으로 하향 경사진다. 상기 하부 개구면(38)은 꺾쇠 노치 단면부(33)에서 개구각 A_lower으로 하방향으로 이어지고 반면 상기 하부 연결면(39)은 개구각 A_lower보다 작은 각도를 갖고 상방향으로 꺽여져 탄성 압축부(31)의 하면에 연결됨으로써 적어도 2단 각도(two step angle)를 형성한다.

한편, 상기 탄성 압축부(31)의 상면은 외측 파이프(20)와 가류된 부분을 상기 탄성 압축부(31)의 하면은 내측 파이프(10)와 가류된 부분을 의미한다. 이 경우 상기 상부 연결면(36)이 상면과 이루는 각은 상기 상부 개구면(35)이 상면과 이루는 각보다 작게 설정되며 동시에 상기 하부 연결면(39)이 하면과 이루는 각은 상기 하부 개구면(38)이 하면과 이루는 각보다 작게 설정된다. 그리고 상기 상부 개구면(35)이 노치 가상중심선 K-K과 형상하는 개구각 A_upper가 상기 하부 개구면(38)이 노치 가상중심선 K-K과 형상하는 개구각 A_lower보다 크게 설정된다.

그러므로 상기 우측 탄성 압축부(31-2)에 부여된 각도 관계는 탄성체(30)가 7%의 저압축에서 12~18%의 고압축으로 압축 변형될 때 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)와 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)로 내구성 증대 및 체적 분산 유도 효과를 얻을 수 있도록 작용한다.

그리고 상기 우측 탄성 압축부(31-2)와 대향되는 위치에 형성된 좌측 탄성 압축부(31-1)도 꺾쇠 노치 단면부(33), 상부 개구면(35)과 상부 연결면(36)의 상부 꺾쇠 형상 단면부(34), 하부 개구면(38)과 하부 연결면(39)의 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)로 이루어짐으로써 구조 및 작용이 우측 탄성 압축부(31-2)와 동일하다.

따라서 탄성체(30)는 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 상,하부 꺾쇠 형상 단면부(34,37)가 압입 공정 후 면 접촉된 상태에서 반경방향 하중 지지를 위한 반경 방향 강성과 비틀림 프릭션 저감을 위한 비틀림 방향 강성을 형성한다. 그러므로 부시(1)는 탄성체(30)의 이중 압축율 기능을 통해 압축공정 후 동사이즈의 중철 부시 보다 증대된 반경방향 하중 지지 기능으로 R&H 및 내구성능 확보가 가능하고 동시에 동사이즈의 솔리드 부시 보다 향상된 비틀림 프릭션 저감으로 R&H 및 내구 성능 확보가 가능하다. 이로부터 상기 부시(1)는 중철 부시나 솔리드 부시 와 동일한 성능을 유지하면서 직경과 크기를 줄인 사이즈 콤팩트화가 가능하다. 일례로, 상기 부시(1)의 직경은 중철 부시나 솔리드 부시 대비 약 70~80%로 축소된 상태에서 반경방향 하중 지지 기능과 비틀림 프릭션 저감 기능이 중철 부시나 솔리드 부시와 동등함을 실험적으로 확인되었다.

도 4를 참조하면, 서스펜션 시스템(100)은 쇽업소버(S)의 장착부위를 형성하여 휠(W)로 구비된 너클(N)에서 차체(P)로 이어지는 서스펜션 암(110), 서스펜션 암(110)과 너클(N)의 연결부위 및 서스펜션 암(110)과 차체(P)의 연결부위에 구비된 부시(1)를 포함한다.

구체적으로 상기 부시(1)는 내측 파이프(10)와 외측 파이프(20) 및 이들 사이에서 가류되어져 탄성 압축부(31)의 작용으로 7%(저압축)에서 12~18%(고압축)에 이르는 이중 압축율을 형성하는 탄성체(30)로 구성된다. 그러므로 상기 부시(1)는 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 부시(1)와 동일하다.

구체적으로 상기 서스펜션 암(110)은 부시(1)의 압입을 위한 부시 홀이 양쪽 끝으로 형성되도록 판재를 사각 단면으로 절곡시킨 구조로 이루어지고, 상기 부시 홀은 부시(1)의 축소된 직경(D)에 맞춰 중철부시 홀이나 솔리드부시 홀 대비 약 70~80%로 축소된다. 그러므로 상기 서스펜션 암(110)은 양끝부의 직경 축소된 부시 홀을 이용해 전체 길이 L_span을 짧게 하면서 동시에 폭 크기를 약 70~80%로 축소할 수 있다.

도 5는 서스펜션 암(110)의 부시 홀에 압입되는 부시(1)의 1,2차 압축율 형성 상태를 나타낸다.

부시(1)는 압입 전 도 5(a)와 같이 탄성체(30)의 탄성 압축부(31)가 변화되지 않음으로써 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 열려진 꺾쇠 형상 단면(또는 V자형 단면)이 그대로 유지된다. 하지만 부시(1)는 1차 압입 후 도 5(b)와 같이 탄성체(30)의 탄성 압축부(31)가 부시 홀로 압입 되는 외경 파이프(20)에 가해지는 1차 압입 하중 Fa로 압축 변형됨으로써 상,하부 꺾쇠 형상 단면부(34,37)가 서로 밀착되어 면접촉 성태로 변화된다. 이어 부시(1)는 2차 압입 후 도 5(c)와 같이 탄성체(30)의 탄성 압축부(31)가 부시 홀로 압입 되는 외경 파이프(20)에 1차 압입 하중 Fa보더 더 크게 가해지는 2차 압입 하중 Fb로 더 크게 압축 변형됨으로써 상,하부 꺾쇠 형상 단면부(34,37)의 밀착 부위 증가로 면접촉 면적이 더욱 증가된다.

일례로 도 5(c)의 우측 탄성 압축부(31-2)의 예와 같이, 우측 탄성 압축부(31-2)를 눌러주는 1차 압입 하중 Fa은 상부 개구면(35)과 상부 연결면(36) 및 하부 개구면(38)과 하부 연결면(39)을 꺾쇠 노치 단면부(33)의 노치 가상중심선 K-K쪽으로 밀착시켜 1차 압축율을 형성한다. 그 결과 상기 1차 압축율 상태에서 상부 개구면(35)은 노치 가상중심선 K-K에서 밀착되어 하부 개구면(38)과 면접촉을 형성한다. 이어 1차 압입 하중 Fa 보다 더 큰 힘으로 우측 탄성 압축부(31-2)를 눌러주는 2차 압입 하중 Fa은 상부 개구면(35)과 상부 연결면(36) 및 하부 개구면(38)과 하부 연결면(39)을 꺾쇠 노치 단면부(33)의 노치 가상중심선 K-K쪽으로 밀착시켜 2차 압축율을 형성한다. 그 결과 상기 2차 압축율 상태에서 상부 개구면(35)과 상부 연결면(36)은 노치 가상중심선 K-K에서 더욱 밀착되어 하부 개구면(38)과 면접촉을 형성한다. 또한 꺾쇠 노치 단면부(33)는 1차 압입 하중 Fa과 2차 압입 하중 Fb에 의한 우측 탄성 압축부(31-2)의 눌림으로 변형되어 체적 분산 효과를 발생함으로써 벌지 현상 없이 1,2차 압축율이 달성되도록 작용한다.

한편 부시 압축 공정시 고무 팽창에 대한 내구성 증대 및 부시 압축공정 후 체적 분산 유도의 측면에서 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)의 상/하부 개구면(35,38)과 상/하부 연결면(36,39)이 형성하는 각도 관계로부터 얻는 효과는 하기와 같다.

일례로 상기 내구성 증대 측면에서, 상기 상부 연결면(36)이 상면과 이루는 각은 상기 상부 개구면(35)이 상면과 이루는 각보다 작게 설정되며 동시에 상기 하부 연결면(39)이 하면과 이루는 각은 상기 하부 개구면(38)이 하면과 이루는 각보다 작게 설정된다. 그 결과 부시 압축공정 시 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)는 외측 파이프(20)에 가류된 고무 접착부 끝단 라인부의 고무 팽창 상태에서도 탄성체(30)의 내구성 증대를 가능하게 한다. 그리고 상기 체적 분산 유도 측면에서, 상기 상부 개구면(35)이 노치 가상중심선 K-K과 형상하는 개구각 A_upper가 상기 하부 개구면(38)이 노치 가상중심선 K-K과 형상하는 개구각 A_lower보다 크게 설정된다. 그 결과 부시 압축공정 후 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2) 는 외측 파이프(20)에 가류된 우측 탄성 압축부(31-2)의 고무의 접착부의 길이보다 더 긴 길이를 갖는 내측 파이프(10)에 가류된 우측 탄성 압축부(31-2)의 고무의 접착부를 통해 탄성체(30)의 체적 분산 유도를 가능하게 한다.

그러므로 상기 좌,우측 탄성 압축부(31-1,31-2)는 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)와 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)의 면 접촉 상태에서 반경 방향 강성으로 반경방향 하중을 지지 기능과 비틀림 방향 강성으로 비틀림 프릭션 저감 기능이 부여될 수 있고, 특히 탄성체(30)가 7%의 저압축에서 12~18%의 고압축으로 압축 변형될 때 상부 꺾쇠 형상 단면부(34)와 하부 꺾쇠 형상 단면부(37)로 내구성 증대 및 체적 분산 유도 효과가 얻어질 수 있다. 그 결과 부시(1)는 탄성체(30)의 이중 압축율 기능을 통해 압축공정 후 동사이즈의 중철부시보다 증대된 반경방향 하중 지지 기능으로 R&H 및 내구성능 확보가 가능하고 동시에 동사이즈의 솔리드부시보다 향상된 비틀림 프릭션 저감으로 R&H 및 내구 성능 확보가 가능하다.

따라서 상기 부시(1)는 중철부시나 솔리드부시 와 동일한 성능을 유지하면서 직경과 크기를 줄인 사이즈 콤팩트화가 가능하다. 일례로, 상기 부시(1)의 직경은 중철부시나 솔리드부시 대비 약 70~80%로 축소된 상태에서 반경방향 하중 지지 기능과 비틀림 프릭션 저감 기능이 중철부시나 솔리드부시와 동등함을 실험적으로 확인되었다.

한편 도 6은 중철 부시(1-1)와 대비된 부시(1)의 비틀림 프릭션 저감 선도를 도 7은 휨과 비틀림 응력 비인 컴플라이언스(compliance) 저감 선도의 예이다. 상기 부시(1)는 도 6의 비틀림 프릭션 저감 선도와 같이 중철 부시(1-1) 대비 비틀림 프릭션이 약 13~23% 저감되고 동시에 도 7의 컴플라이언스 저감 선도와 같이 컴플라이언스가 약 10~20% 저감됨이 실험적으로 입증되었다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부시(1)는 꺾쇠 형상 단면(V 형상 단면)의 좌,우 탄성 압축부(31-1,31-2)로 1,2차 압입 하중에 맞춘 다른 크기의 1,2차 압축율을 형성하면서 압입 공정 시 체적 분산에 의한 응력 집중 분산으로 벌지 현상을 해소하고 서스펜션의 큰 거동에서도 탄성체가 압축상태를 유지하여 내구성을 향상하고, 반경방향 강성 대비 비틀림 강성을 저감하여 R&H 성능을 향상한다. 이로부터 부시(1)는 저 압축율에서 고 압축율로 변화되는 특성을 이용하여 공용 부품화가 가능하고, 특히 서스펜션 시스템(100)은 1차 압축율이 적용된 저압축용 부시(1)나 2차 압축율이 적용된 고압축용 부시(1)를 이용한 서스펜션 암(110)으로 구성될 수 있는 다양성이 구현된다.

1 : 부시 1-1 : 중철 부시
10 : 내측 파이프
11 : 축 홀 20 : 외측 파이프
21 : 가류 공간 30 : 탄성체
31 : 탄성 압축부 31-1, 31-2 : 좌,우측 탄성 압축부
33 : 꺾쇠 노치 단면부 34 : 상부 꺾쇠 형상 단면부
35 : 상부 개구면 36 : 상부 연결면
37 : 하부 꺾쇠 형상 단면부
38 : 하부 개구면 39 : 하부 연결면
100 : 서스펜션 시스템 110 : 서스펜션 암

Claims

1차 압입 하중에 의한 압축 변형으로 1차 압축율을 형성하고, 상기 1차 압입 하중보다 큰 2차 압입 하중에 의해 상기 1차 압축율 보다 큰 2차 압축율로 눌려지는 탄성 압축부를 갖추고, 상기 탄성 압축부는 상기 1차 압입 하중으로 눌려진 1차 면 접촉 후 상기 2차 압입 하중으로 눌러지는 상태에서 체적 분산으로 벌지 현상 없이 상기 1차 면 접촉 대비 더 넓게 2차 면 접촉되는 열린 단면으로 이루어진 탄성체;가 포함되며,
상기 탄성 압축부는 상기 탄성체의 양 끝부에 각각 형성되고, 상기 탄성체의 반경방향 강성 길이와 비틀림 강성 길이의 차를 20~30%로 하여 상기 열린 단면을 형성해주는 것을 특징으로 하는 부시.

삭제

청구항 1에 있어서, 상기 2차 압축율은 상기 1차 압축율 대비 170 ~ 260%로 설정되는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 1에 있어서, 상기 열린 단면은 상기 1차 압축율과 상기 2차 압축율을연속 형성해주는 꺾쇠 형상 단면부, 상기 꺾쇠 형상 단면부에 이어져 상기 2차 압축율에 따른 상기 벌지 현상을 해소하고 응력 집중을 제거하는 꺾쇠 노치 단면부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 4에 있어서, 상기 꺾쇠 노치 단면부는 상기 꺾쇠 형상 단면부의 노치부에서 개방 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 4에 있어서, 상기 꺾쇠 노치 단면부는 U자 형상 단면, 원형 단면, 타원형 단면, 다각형 단면 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 4에 있어서, 상기 꺾쇠 형상 단면부 중 상부 꺾쇠 형상 단면부는 상기 꺾쇠 노치 단면부가 형성하는 노치 가상중심선의 위쪽에서 상향 개구각으로 벌어져 상부 고무 접착부 길이를 형성하고, 상기 꺾쇠 형상 단면부 중 하부 꺾쇠 형상 단면부는 상기 노치 가상중심선의 아래쪽에서 하향 개구각으로 벌어져 하부 고무 접착부 길이를 형성하는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 7에 있어서, 상기 상향 개구각은 상기 하향 개구각보다 큰 각인 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 7에 있어서, 상기 상부 고무 접착부 길이는 상기 상향 개구각을 형성하는 상부 개구면, 상기 상향 개구각과 다른 각도로 상기 상부 개구면에서 이어진 상부 연결면으로 이루어지고; 상기 하부 고무 접착부 길이는 상기 하향 개구각을 형성하는 하부 개구면, 상기 하향 개구각과 다른 각도로 상기 하부 개구면에서 이어진 하부 연결면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 9에 있어서, 상기 하부 개구면은 상기 상부 연결면을 벗어난 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 9에 있어서, 상기 상부 연결면이 상기 탄성 압축부의 상면과 이루는 각을 상기 상부 개구면이 상기 상면과 이루는 각보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 9에 있어서, 상기 하부 연결면이 상기 탄성 압축부의 하면과 이루는 각을 상기 하부 개구면이 상기 하면과 이루는 각보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 부시.

청구항 1 및 3 내지 12 중 어느 한 항에 의한 부시가 적용된 서스펜션 시스템에 있어서,
부시 홀이 좌,우 양쪽으로 형성된 서스펜션 암;이 포함되고,
상기 부시는 외측 파이프로 감싸인 내측 파이프와 가류 성형으로 일체화되고, 압입 하중의 증가에 맞춰 압축율을 높여주는 꺾쇠 형상 단면의 좌,우 탄성 압축부가 좌,우 양쪽으로 형성된 탄성체로 구성되며, 상기 외측 파이프가 상기 부시 홀로 압입되는
것을 특징으로 하는 서스펜션 시스템.

청구항 13에 있어서, 상기 탄성체는 상기 좌측 탄성 압축부와 상기 우측 탄성 압축부의 꺾쇠 폭 간격을 반경방향 강성 길이로 하여 상기 좌측 탄성 압축부와 상기 우측 탄성 압축부의 꺾쇠형성위치를 비틀림 강성 길이로 할 때, 상기 비틀림 강성 길이를 상기 반경방향 강성 길이의 0.70 ~ 0.80로 설정하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 시스템.