KR102583253B1 - 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치 - Google Patents

프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센터베어링의 전체적인 중량은 줄이면서 기존의 스틸브라켓을 대체한 복합소재브라켓을 통해 응력 및 변위가 효과적으로 감소되어 내구성의 증진을 이룰 수 있는 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치에 관한 것이다.
본 발명은 프로펠러 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 감싸도록 장착되는 고무재질의 러버쿠션(100)과, 상기 러버쿠션(100)의 상측 평탄면(110)이 노출되도록 상기 러버쿠션(100)의 가장자리를 감싸도록 마련되고, 양측 상단에 볼트관통공(231)을 갖는 연장편(230)이 외측방향으로 연장되게 형성된 U자형 복합소재브라켓(200)과, 상기 러버쿠션(100)의 평탄면(110)에 밀착되는 마운팅밀착편(310)과, 상기 마운팅밀착편(310)의 길이방향 양측에 일체로 형성되어 상기 복합소재브라켓(200)의 양측 상단에 체결되는 단면상 "ㄷ"형상의 체결구(330)를 갖는 리테이너부재(300)를 포함하고, 상기 복합소재브라켓(200)은, PA66(PolyAmid 66)- GF60(Glass Fiber 60%)의 소재를 포함하여 140~150℃의 금형온도조건에서 제조되어 포아송비가 0.33으로, 상기 러버쿠션(100)의 외주연에 밀착되는 밀착편(210)과, 상기 밀착편(210)에서 폭방향 양단에서 수직절곡되어 연장되게 형성되는 연장플렌지(220)와, 하측방향으로 관통되는 중량감소공(211)과, 상기 중량감소공(211)이 형성된 위치를 중심으로 양측에 보강리브부(221)가 형성되어 구성될 수 있다.

Description

프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치{CENTER BEARING SUPPORTING APPARATUS OF PROPELLER SHAFT}
본 발명은 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센터베어링의 전체적인 중량은 줄이면서 기존의 스틸브라켓을 대체한 복합소재브라켓을 통해 응력 및 변위가 효과적으로 감소되어 내구성의 증진을 이룰 수 있는 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치에 관한 것이다.
일반적으로 후륜 차량에는 변속기의 토크를 종감속 기어장치로 전달하는 프로펠러 샤프트가 차량의 저면 중앙에 길이방향을 따라 장착된다. 프로펠러 샤프트의 일단은 변속기와 연결되며, 프로펠러 샤프트의 타단은 종감속 기어장치와 연결된다. 프로펠러 샤프트는 변속기를 거치면서 적절히 변화된 엔진의 동력을 구동바퀴 쪽으로 전달하는 역할을 수행하게 된다.
한편, 변속기는 엔진과 함께 프레임에 장착되어 있고, 구동 바퀴축은 섀시 스프링을 통하여 차체에 장착되어 상하로 이동하기 때문에 변속의 출력단과 구동바퀴 측의 입력단 사이에는 높이차가 존재하게 되고, 이에 따라 길이가 변화하게 된다.
따라서, 프로펠러 샤프트의 전단과 후단은 각각 유니버설 조인트를 매개로 변속기 출력단과 구동 바퀴 측 입력단에 장착되어 높이 차를 극복하고, 축을 분할하여 스플라인 결합시킴으로써 길이 변화에 대응할 수 있도록 되어 있다.
또한, 프로펠러 샤프트는 길이가 과도하게 길어질 경우, 중간부분에 센터베어링을 설치하고, 브라켓을 통해 센터베어링의 일측을 차체에 고정함으로써, 굽힘 방향으로의 진동을 방지하여 보다 안정적인 동력의 전달이 이루어지도록 하고, 진동에 의한 내구성의 저하도 방지하고 있다.
즉, 종래의 센터베어링은 프로펠러 샤프트를 지지하는 센터베어링을 감싸서 프로펠러 샤프트의 축방향 변위 및 진동을 흡수하는 베어링커버와, 상기 베어링커버를 감싸서 베어링커버의 형상을 유지하는 스틸브라켓으로 이루어지고, 상기 스틸브라켓은 차체의 크로스맴버에 볼트결합체를 매개로 결합된다.
그러나, 종래의 이러한 센터베어링은 상기 베어링커버를 감싸는 상기 스틸브라켓이 스틸재질로 이루어짖기 때문에 장기간 프로펠러 샤프트의 축방향 변위가 지속적으로 발생하게 되어 파손이 발생되는 문제가 발생함은 물론 스틸재질로 이루어짐에 따라 차체의 중량을 증가시키는 요인으로 작용하게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2007-0006193호의 프로펠러 샤프트의 센터베어링이 개시되어 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기존의 스틸브라켓을 대체한 복합소재브라켓을 통해 응력 및 변위가 효과적으로 감소될 수 있도록 하면서 상기 복합소재브라켓의 중량감소 및 강성보강을 통해 내구성의 증진을 이룰 수 있도록 하고, 상기 복합소재브라켓의 상부에 리테이너부재를 장착하여 결속볼트유닛의 체결시 발생하는 회전력인 토크로 인한 복합소재브라켓에 손상을 방지할 수 있도록 하는 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치는 프로펠러 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 감싸도록 장착되는 고무재질의 러버쿠션(100)과, 상기 러버쿠션(100)의 상측 평탄면(110)이 노출되도록 상기 러버쿠션(100)의 가장자리를 감싸도록 마련되고, 양측 상단에 볼트관통공(231)을 갖는 연장편(230)이 외측방향으로 연장되게 형성된 U자형 복합소재브라켓(200)과, 상기 러버쿠션(100)의 평탄면(110)에 밀착되는 마운팅밀착편(310)과, 상기 마운팅밀착편(310)의 길이방향 양측에 일체로 형성되어 상기 복합소재브라켓(200)의 양측 상단에 체결되는 단면상 "ㄷ"형상의 체결구(330)를 갖는 리테이너부재(300)를 포함하고, 상기 복합소재브라켓(200)은, PA66(PolyAmid 66)- GF60(Glass Fiber 60%)의 소재를 포함하여 140~150℃의 금형온도조건에서 제조되어 포아송비가 0.33으로, 상기 러버쿠션(100)의 외주연에 밀착되는 밀착편(210)과, 상기 밀착편(210)에서 폭방향 양단에서 수직절곡되어 연장되게 형성되는 연장플렌지(220)와, 하측방향으로 관통되는 중량감소공(211)과, 상기 중량감소공(211)이 형성된 위치를 중심으로 양측에 보강리브부(221)가 형성되며, 상기 리테이너부재(300)는, 상기 마운팅밀착편(310)의 폭방향 양측에 상기 러버쿠션(100) 방향으로 수직절곡되어 상기 러버쿠션(100)의 양측면에 가압밀착되는 가압편(320)과, 상기 가압편(320)의 내측방향으로 돌출되는 돌출그립(321)이 길이방향을 따라 형성되어 구성될 수 있다.
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본 발명에 따르면 기존 스틸브라켓을 대체한 복합소재브라켓에 의해 센터베어링의 중량감소 및 강성이 보강되어 내구성 증진효과를 기대할 수 있고, 복합소재브라켓의 상부에 장착되는 리테이너부재로 인해 결속볼트유닛의 체결시 발생하는 회전력인 토크로 인한 복합소재브라켓의 손상을 효과적을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치가 장착된 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치의 분리도,
도 3은 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 저면도,
도 4는 본 발명에 따른 리테이너부재의 확대도,
도 5는 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 응력분포상태도,
도 6은 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 변위분포상태도,
도 7은 금형온도조건별 복합소재브라켓의 결정화도를 나타낸 그래프,
도 8은 금형온도조건별 복합소재브라켓의 인장강도를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치를 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자나 제조자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있을 것이며, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있고, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치가 장착된 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치의 분리도이며, 도 3은 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 저면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 리테이너부재의 확대도이다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 응력분포상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 복합소재브라켓의 변위분포상태도이며, 도 7은 금형온도조건별 복합소재브라켓의 결정화도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 금형온도조건별 복합소재브라켓의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
상기 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치는, 프로펠러 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 감싸도록 장착되는 고무재질의 러버쿠션(100)과, 상기 러버쿠션(100)의 가장자리를 감싸도록 마련되는 U자형의 복합소재브라켓(200)과, 상기 러버쿠션(100)의 상측면에 밀착되게 장착되는 리테이너부재(300)로 구성된다.
본 발명에 따른 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치는 차체의 크로스맴버(20)에 장착되는 마운팅브라켓(30)에 결속볼트유닛(40)을 매개로 장착되어 상기 프로펠러 샤프트(10)를 회전가능하게 지지하면서 진동에 의한 내구성 저하를 방지할 수 있도록 함은 물론 센터베어링의 전체적인 중량은 줄이면서 기존의 스틸브라켓을 대체한 복합소재브라켓을 통해 응력 및 변위가 효과적으로 감소되어 내구성의 증진을 이룰 수 있도록 하는 것이다.
상기 러버쿠션(100)은, 고무재질로 이루어져 상기 프로펠러 샤프트(10)를 회전가능하게 지지하는 베어링을 감싸도록 장착되는 것으로, 상기 러버쿠션(100)의 상측은 평탄면(110)을 갖도록 형성되고, 본체는 다수개의 완충공(120)이 형성된다.
상기 복합소재브라켓(200)은, U자형상으로 상기 러버쿠션(100)의 평탄면(110)이 노출되도록 상기 러버쿠션(100)의 가장자리를 감싸도록 마련되고, 양측 상단에 볼트관통공(231)을 갖는 연장편(230)이 외측방향으로 연장되게 형성된다.
상기 복합소재브라켓(200)은, 수지와 섬유를 적용하여 제조되는 것으로, 일실시 예로 PA66(PolyAmid 66)-GF60(Glass Fiber 60%)의 소재를 적용하여 140~150℃의 금형온도조건에서 제조되어 기존의 스틸형 브라켓에 비해 중량을 줄일 수 있어 연비절감효과를 기대할 수 있다. 상기 PA66-GF60은 PA66 수지를 기본재료로 보강을 위한 60% 유리섬유를 추가하여 얻은 유리섬유강화나일론일 수 있다.
상기와 같은 복합소재브라켓(200)의 강성해석을 위한 물성은 아래 표 1에서와 같다.
Part Material Density[kg/mm3] Elastic Modulus[GPa] Poisson’s Ratio
복합소재브라켓 PA66+GF60 1.578x10-6 206 0.33
러버쿠션 Rubber 1.52x10-6 0.0417 0.3
상기와 같은 소재와 조건을 적용하여 제조된 상기 복합소재브라켓(200)은 아래 구조해석 결과에 대한 비교를 나타낸 표 2에서와 같이 기존의 스틸형 브라켓에 비해 응력과 변위를 효과적을 감소시킬 수 있어 내구성 증진을 이룰 수 있게 된다.

구분
기존의
스틸형 브라켓
본 발명의
복합소재브라켓		 comparison
감소율(%)
(기존의 스틸형 브라켓/ 본 발명의 복합소재브라켓)
응력(MPa) 3.53 0.48 87.3%
변위(mm) 0.00263 0.00251 4.56%
무게(kg) 0.92 0.628 31.7%
즉, 기존 스틸형 브라켓 대비하여 경량화 31.7%, 강성 4.56% 증가 및 최대 응력 87.3%의 감소 등 무게와 구조 안전성 측면에서 우수한 것을 알 수 있다.
일실시 예의 상기 복합소재브라켓(200)은 상기 러버쿠션(100)의 외주연에 밀착되는 밀착편(210)과, 상기 밀착편(210)에서 폭방향 양단에서 수직절곡되어 연장되게 형성되는 연장플렌지(220)와, 상기 밀착편(210)의 양측 상단에서 외측방향으로 수직절곡되게 형성되되 상기 결속볼트유닛(40)의 관통을 위한 볼트관통공(231)이 형성되어 상기 연장플렌지(220)와 연결되는 연장편(230)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 복합소재브라켓(200)에는 하측방향으로 관통되는 중량감소공(211)이 형성되고, 상기 복합소재브라켓(200)의 외측면에는 상기 중량감소공(211)이 형성된 위치를 중심으로 양측에 보강리브부(221)가 형성될 수 있다.
상기 중량감소공(211)은 상기 밀착편(210)의 하측 내주면에서 외주면 방향으로 관통되게 형성되고, 상기 보강리브부(221)는 상기 밀착편(210)의 하측 외주면에 상기 중량감소공(211)을 중심으로 양측에 위치하여 상기 연장플렌지(220)와 연결되도록 형성된다.
이와 같은 구조를 갖도록 이루어진 상기 복합소재브라켓(200)은 도 5에 나타난 응력분포상태와 같이 응력 최대값이 0.48Mpa임을 알 수 있고, 도 6에 나타난 변위분포상태와 같이 관심부위 변위의 최대값이 0.00251mm을 알 수 있으며, 이러한 복합소재브라켓을 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치에 적용시 기존의 스틸형 브라켓에 비해 응력 및 변위, 중량의 감소를 이룰 수 있어 차량의 연비절감과 내구성 증진효과를 기대할 수 있게 된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 복합소재브라켓(200)의 제조를 위한 금형온도에 따라 수지의 결정화도에 차이가 발생하며 이에 따른 물성값의 변화폭이 큼을 알 수 있고, 금형온도조건 80℃ ~ 150℃ 영역에서 결정화도가 21~37%까지 차이가 발생함을 알 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 복합소재브라켓의 시험편을 이용한 인장강도의 변화를 나타낸 그래프에서 금형온도조건(80℃~150℃)에 따라 인장강도(191.3Mpa~197.5Mpa) 및 엘라스틱 모듈러스(14.6GPa~15.7GPa)의 값에서 차이가 발생함을 알 수 있다. 즉, 상기 금형온도조건의 범위내에서 인장강도가 3.2%까지 차이가 발생하고, 상기 금형온도조건의 범위내에서 엘라스틱 모듈러스가 7.9%까지 차이가 발생함을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 복합소재브라켓의 제조시 금형온도를 140~150℃ 유지시켜 소재 물성에 대해 일정한 강도 및 엘라스틱 모듈러스에 수려함을 알 수 있어 복합소재브라켓의 성형시 금형온도를 140~150℃ 수준으로 유지하는 것이 바람직할 것이다.
상기 리테이너부재(300)는, 상기 러버쿠션(100)의 평탄면(110)에 밀착되는 마운팅밀착편(310)과, 상기 마운팅밀착편(310)의 길이방향 양측에 일체로 형성되어 상기 복합소재브라켓(200)의 양측 상단에 체결되는 단면상 "ㄷ"형상의 체결구(330)로 이루어진다.
여기서, 상기 마운팅밀착편(310)의 폭방향 양측에는 상기 러버쿠션(100) 방향으로 수직절곡되어 상기 러버쿠션(100)의 양측면에 가압밀착되는 가압편(320)이 형성될 수 있고, 상기 가압편(320)에는 내측방향으로 돌출되는 돌출그립(321)이 길이방향을 따라 형성될 수 있다.
따라서, 상기 마운팅밀착편(310)을 상기 러버쿠션(100)의 상측 평탄면(110)에 밀착되게 하면서 상기 가압편(320)이 상기 러버쿠션(100)의 양측면에 가압밀착되도록 하여 상기 리테이너부재(300)의 장착성을 높일 수 있다.
상기 체결구(330)는 상기 마운팅밀착편(310)의 길이방향 양측에 단면상 "ㄷ"형상으로 형성되어 상기 연장편(230)을 수용하도록 끼움결합된다. 이때, 상기 체결구(330)에는 상기 볼트관통공(231)과 연통되는 마운팅연통홀(331)이 형성된다.
이와 같이 상기 리테이너부재(300)는 상기 체결구(330)에 의해 상기 복합소재브라켓(200)의 연장편(230)에 길이방향 양측이 끼워져 견고히 결합됨은 물론 상기 가압편(320)이 상기 러버쿠션(100)의 양측면에 가압밀착되게 장착되어 상기 결속볼트유닛(40)에 의한 체결시 발생하는 회전토크에 의한 상기 복합소재브라켓(200)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
즉, 상기 복합소재브라켓(200)과 상기 리테이너부재(300)의 경우 소재가 서로 상이하여 상기 결속볼트유닛(40)의 체결시 발생하는 회전력인 토크에 의해 상기 복합소재브라켓(200)에 손상이 발생하게 되고, 이는 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치의 강성 하락 및 체결부의 이탈현상을 초래하게 되므로 본 발명에서는 상기와 같은 리테이너부재(300)를 통해 상기 결속볼트유닛(40)을 체결하더라도 상기 복합소재브라켓(200)에 손상이 발생되지 않도록 하고 있다.
상기와 같이 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 한정하지 않고, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 러버쿠션 200: 복합소재브라켓
210: 밀착편 220: 연장플렌지
230: 연장편 300: 리테이너부재
310: 마운팅밀착편 320: 가압편
330: 체결구

Claims (3)

  1. 프로펠러 샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링을 감싸도록 장착되는 고무재질의 러버쿠션(100)과,
    상기 러버쿠션(100)의 상측 평탄면(110)이 노출되도록 상기 러버쿠션(100)의 가장자리를 감싸도록 마련되고, 양측 상단에 볼트관통공(231)을 갖는 연장편(230)이 외측방향으로 연장되게 형성된 U자형 복합소재브라켓(200)과,
    상기 러버쿠션(100)의 평탄면(110)에 밀착되는 마운팅밀착편(310)과, 상기 마운팅밀착편(310)의 길이방향 양측에 일체로 형성되어 상기 복합소재브라켓(200)의 양측 상단에 체결되는 단면상 "ㄷ"형상의 체결구(330)를 갖는 리테이너부재(300)를 포함하고,
    상기 복합소재브라켓(200)은, PA66(PolyAmid 66)-GF60(Glass Fiber 60%)의 소재를 포함하여 140~150℃의 금형온도조건에서 제조되어 포아송비가 0.33으로, 상기 러버쿠션(100)의 외주연에 밀착되는 밀착편(210)과, 상기 밀착편(210)에서 폭방향 양단에서 수직절곡되어 연장되게 형성되는 연장플렌지(220)와, 하측방향으로 관통되는 중량감소공(211)과, 상기 중량감소공(211)이 형성된 위치를 중심으로 양측에 보강리브부(221)가 형성되며,
    상기 리테이너부재(300)는, 상기 마운팅밀착편(310)의 폭방향 양측에 상기 러버쿠션(100) 방향으로 수직절곡되어 상기 러버쿠션(100)의 양측면에 가압밀착되는 가압편(320)과, 상기 가압편(320)의 내측방향으로 돌출되는 돌출그립(321)이 길이방향을 따라 형성된 프로펠러 샤프트의 센터베어링 지지장치.
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