KR20050084569A - Air spring elliptical piston - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 에어 스프링에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에어 스프링 슬리브(sleeve)에서 균일한 응력(stress) 분포를 얻기 위하여 타원형 외부면을 갖는 피스톤을 구비하는 에어 스프링에 관한 것이다.The present invention relates to an air spring, and more particularly to an air spring having a piston having an elliptical outer surface in order to obtain a uniform stress distribution in the air spring sleeve.
롤링 로브 에어 스프링(rolling love air spring)의 압축 및 신장에 의하여 에어 스프링 슬리브에 피로도 손상(fatigue damage)이 발생한다. 상기와 같은 손상은 슬리브에 소정의 문제가 발생할때까지 에어 스프링의 사용 기간 동안 누적된다. 슬리브에 있어서 응력의 분포는 슬리브의 내구성에 있어서 중요한 요인이다. 응력이 슬리브의 원주면에 걸쳐 균일하게 작용할때, 내구성이 최대화 된다.Fatigue damage occurs in the air spring sleeve by compression and extension of the rolling love air spring. Such damage accumulates during the life of the air spring until some problem occurs with the sleeve. The distribution of stress in the sleeve is an important factor in the durability of the sleeve. When stress acts uniformly over the circumferential surface of the sleeve, durability is maximized.
사이드 로드 보상형 에어 스프링(side load compensating air spring)은 피스톤/스트루트(strut)의 축에 대하여 에어 스프링의 엔드 켑(end cap)을 경사지게 한다. 상기와 같은 작용으로 슬리브의 응력 분포가 타원형이 된다. 이와 같은 분포는 균일한 응력 분포와 비교하여 불균일한 응력 분포이다. 보다 구체적으로는, 스프링의 X-축을 따라 발생하는 응력은 Y-축을 따라 발생하는 응력과 다르다. 나아가, 보다 큰 사이드 로드 보상형에 대한 보다 큰 엔드 켑 경사각은 보다 높은 불균일 응력 분포와 보다 낮은 내구성을 여기한다. Side load compensating air springs incline the end cap of the air spring with respect to the axis of the piston / strut. By the same action as above, the stress distribution of the sleeve becomes elliptical. This distribution is a nonuniform stress distribution compared to a uniform stress distribution. More specifically, the stress that occurs along the X-axis of the spring is different from the stress that occurs along the Y-axis. Furthermore, larger end shock angles for larger side rod compensations excite higher non-uniform stress distributions and lower durability.
에어 스프링의 내구성은 타원형 또는 분균일 응력 분포에 의하여 감소된다. 응력 분포가 보다 더 불균일할수록, 내구성이 더 많이 감소된다. The durability of the air springs is reduced by elliptical or uniform stress distributions. The more uneven the stress distribution, the more the durability is reduced.
대표적인 종래기술은 크래비트리 외(Crabtree et al)의 미국 특허 5752692(1998)이다. 상기 중래 기술은 경사진 클로져(closure)에 부착된 챔버(chamber)와, 횡단 방향으로 설치된 피스톤에 부착된 에어슬리브(airsleeve)의 롤링 로브(rolling lobe portion)를 공개하고 있다.An exemplary prior art is US Pat. No. 5752692 (1998) to Crabtree et al. This technology discloses a chamber attached to an inclined closure and a rolling lobe portion of an airsleeve attached to a piston installed in the transverse direction.
종래기술의 에어 스프링은 슬리브에서 타원형 및 불균일 응력 분포를 발생시켜, 작동 수명을 단축시키게 된다.Prior art air springs generate elliptical and non-uniform stress distributions in the sleeve, resulting in a shorter operating life.
필요한 것은 타원형 단면을 갖는 사이드 로드 보상형 에어 스프링 피스톤이다. 필요한 것은 롤링 로브에 있어서 충분히 균일한 응력 분포를 갖는 스리브를 구비하는 사이드 로드 보상형 에어 스프링이다.What is needed is a side rod compensated air spring piston with an elliptical cross section. What is needed is a side rod compensated air spring with a rib having a sufficiently uniform stress distribution in the rolling lobe.
도1은 종래의 에어 스프링의 단면도이다. 에어 스프링(100)은 유연성 슬리브(10)를 구비하고 있다. 슬리브(10)는 밀봉되어 있으며 그리고 경사진 엔드 켑(11)의 일단에 부착된 챔버를 형성한다. 슬리브(10)는 크림프 링(crimp ring)(110) 또는 종래에 알려진 소정의 다른 수단에 의하여 엔드 켑에 부착되어 있다. 엔드 켑(11)은 평면으로 라운드(round) 형성되어 있다. 엔드 켑(11)은 에어 스프링에 인가되는 사이드 로드(side load)를 보상하기 위하여 소정의 각도θ 만큼 경사져 있다. 상기 각도θ는 엔드 켑 평면과 피스톤 주 축(major axis) A-A에 대한 수직선 사이의 각도이다. 나사와 같은 패스너(fasteners)(12)을 이용하여 에어 스프링을 마운팅 브래킷(미도시)에 부착한다. 슬리브(10)는 탄성 재료로 종래에 알려진 방법으로 만들어진다. 슬리브(10)는 탄성 재료 내에 나선형으로 감겨진 코드들을 구비하고 있다. 나선형으로 감긴 코드의 나선 각도는 본 발명의 특징들을 구현하기 위하여 특정 범위로 제한 할 필요는 없다. 1 is a cross-sectional view of a conventional air spring. The air spring 100 has a flexible sleeve 10. The sleeve 10 is sealed and forms a chamber attached to one end of the inclined end pin 11. Sleeve 10 is attached to end pin by crimp ring 110 or any other means known in the art. The end fin 11 is rounded in a plane. The end shock 11 is inclined by a predetermined angle θ to compensate for the side load applied to the air spring. The angle θ is the angle between the end 켑 plane and a vertical line with respect to the piston major axis A-A. Attach the air spring to the mounting bracket (not shown) using fasteners 12 such as screws. The sleeve 10 is made by a method known in the art of elastic material. The sleeve 10 has cords spirally wound in an elastic material. The helix angle of the spiral wound cord need not be limited to a specific range in order to implement the features of the present invention.
슬리브(10)의 타단(13)은 피스톤(20)에 부착되어 있다. 슬리브(10)는 크림프 링 또는 종래에 알려진 소정의 다른 수단에 의하여 피스톤에 부착되어 있다. 슬리브(10)는 크림프 링 또는 종래의 알려진 소정의 다른 수단에 의하여 피스톤에 부착되어 있다. 피스톤(20)이 압축하고 그리고 다시 내려오는 과정에서, 슬리브(10)는 피스톤(10)의 외부면(16) 상에 롤링 로브(15)를 형성한다. 롤링 로브(15)는 에어 스프링의 작동 중에, 피스톤(20)의 외부면(16) 길이를 따라 롤링한다. The other end 13 of the sleeve 10 is attached to the piston 20. The sleeve 10 is attached to the piston by a crimp ring or some other means known in the art. The sleeve 10 is attached to the piston by a crimp ring or some other known means in the art. As the piston 20 compresses and descends again, the sleeve 10 forms a rolling lobe 15 on the outer surface 16 of the piston 10. The rolling lobe 15 rolls along the length of the outer surface 16 of the piston 20 during operation of the air spring.
도1B는 종래 기술의 피스톤 단면의 평면도이다. 외부 표면(16)은 원형의 단면을 가지고 있다. 엔드 켑(11)이 경사져 있고 그리고 주(major) 축에 대하여 수직인 피스톤 평면에 평행하지 않기 때문에, 슬리브(10)는 충분히 타원 형상인 응력 분포(17)를 갖는다. 타원형 응력 분포는 압축 행정 동안에 슬리브 상에 주름부가 형성되기 때문에 더욱 확산될 수 있으며, 그로 인하여 작동 수명이 단축된다.1B is a plan view of a piston cross section of the prior art. The outer surface 16 has a circular cross section. Since the end fin 11 is inclined and not parallel to the piston plane perpendicular to the major axis, the sleeve 10 has a stress distribution 17 that is sufficiently elliptical in shape. The elliptical stress distribution can be further diffused as wrinkles are formed on the sleeve during the compression stroke, thereby shortening the operating life.
도1C는 종래 기술의 에어 스프링 슬리브 응력 분포의 평면도이다. 1C is a plan view of a prior art air spring sleeve stress distribution.
명세서에 포함된 그리고 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고, 그리고 그 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, explain the principles of the invention.
도1A는 종래 에어 스프링의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a conventional air spring.
도1B는 종래 피스톤 단면도의 평면도이다.1B is a plan view of a conventional piston cross-sectional view.
도1C는 종래 에어 스프링 슬리브 응력 분포의 평면도이다.1C is a top view of a conventional air spring sleeve stress distribution.
도2A는 본 발명의 피스톤의 단면도이다.2A is a cross-sectional view of the piston of the present invention.
도2B는 본 발명 피스톤 단면 B-B와 슬리브 균일 응력 분포의 평면도이다.Fig. 2B is a plan view of the piston cross section B-B and the sleeve uniform stress distribution of the present invention.
도2C는 슬리브 타원형 응력 분포의 평면도이다.2C is a plan view of the sleeve elliptical stress distribution.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 타원형 단면을 갖는 사이드 로드 보상형 에어 스프링 피스톤을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a side rod compensated air spring piston having an elliptical cross section.
본 발명의 제2 목적은 롤링 로브에 있어서 충분히 균일한 응력 분포를 갖는 스리브를 구비하는 사이드 로드 보상형 에어 스프링을 제공하는 것이다.It is a second object of the present invention to provide a side rod compensated air spring having a rib having a sufficiently uniform stress distribution in a rolling lobe.
본 발명의 목적들은 본 발명의 하기 설명과 첨부된 도면에 의하여 지적되고 또는 명료해질 것이다. Objects of the invention will be pointed out or made clear by the following description of the invention and the accompanying drawings.
상기의 목적을 성취하기 위하여, 본 발명은 타원형 단면을 갖는 사이드 로드 보상형 에어 스프링 피스톤을 구비하고 있다. 상기 사이드 로드 보상형 에어 스프링은 챔버를 형성하고 그리고 롤링 로브를 구비하는 에어 스프링 슬리브를 구비하고 있다. 상기 슬리브의 일단은 사이드 로드 보상을 위하여 경사진 엔드 켑에 부착되어 있다. 상기 슬리브의 타단은 피스톤 타원형 외부면과 결합된 롤링 로브를 구비하고 있다. 피스톤 타원형 외부 면은 슬리브에서 타원형 응력 분포에 대하여 90°의 각도로 형성되어 있다. 따라서, 피스톤 상에서 롤링할때 슬리브 롤링 로브에서 균일한 응력 분포를 얻게 된다. In order to achieve the above object, the present invention includes a side rod compensated air spring piston having an elliptical cross section. The side rod compensated air spring has an air spring sleeve forming a chamber and having a rolling lobe. One end of the sleeve is attached to the inclined end pin for side rod compensation. The other end of the sleeve has a rolling lobe engaged with the piston oval outer surface. The piston elliptical outer face is formed at an angle of 90 ° to the elliptical stress distribution in the sleeve. Thus, a uniform stress distribution is obtained in the sleeve rolling lobe when rolling on the piston.
도2A는 본 발명 피스톤의 단면도이다. 피스톤(14)은 외부면(160)을 구비한다. 다른 구성 요소들은 도1A에 도시되어 있다. 외부면(16)은 축 A-A를 중심으로 보았을때, 타원 형상으로 하고 있다. 외부면(16)은 피스톤(140)의 일체부가 될 수 있다. 외부면(160)은 피스톤(140)에 부착되는 외부 슈라우드(shroud)(161)를 구비하고 있다. 도2A는 타원형 외부면(160)을 갖는 외부 슈라우드(161)를 도시하고 있다. 2A is a cross-sectional view of the present invention piston. The piston 14 has an outer surface 160. Other components are shown in FIG. 1A. The outer surface 16 has an elliptical shape when viewed from the axis A-A. The outer surface 16 can be an integral part of the piston 140. The outer surface 160 has an outer shroud 161 attached to the piston 140. 2A shows outer shroud 161 with elliptical outer surface 160.
슬리브(10)는 경사진 엔드 켑(11)으로 인하여 타원형 응력 분포를 구비한다. 도2C는 슬리브 타원형 응력 분포의 평면도이다. 슬리브 타원형 응력 분포는 Y-축에서 주(major) 축을 가지며, 그리고 X-축에서 부(minor)축을 갖는다.The sleeve 10 has an elliptical stress distribution due to the inclined end pin 11. 2C is a plan view of the sleeve elliptical stress distribution. The sleeve elliptical stress distribution has a major axis in the Y-axis and a minor axis in the X-axis.
도2B는 본 발명의 피스톤 단면 B-B의 평면도이며, 슬리브 균일 응력 분포를 도시한다. 외부면(160)의 타원형 단면(160)은 슬리브에서 타원형 응력 분포의 방향에 대하여 약 90°로 회전한다. 즉, 외부면(160)은 X-축에서 주축을 가지며, 그리고 Y-축에서 부축을 갖는다. 롤링 로브(15)가 형성되고 그리고 외부면(160) 상에서 롤링함에 따라, 슬리브(10) 에서의 타원형 응력 분포는 충분히 균일한 상태가 되며, 경우에 따라서는 충분히 원형(170)을 하게 된다. 슬리브(10)에서의 균일한 그리고 충분히 원형인 응력 분포(170)는 슬리브의 내구성을 현저히 증가시킨다. 응력 분포는 원형 보다는 소정의 형상을 하게되며 그리고 균일한 상태를 유지하게 된다.Fig. 2B is a plan view of the piston cross section B-B of the present invention, showing the sleeve uniform stress distribution. The elliptical cross section 160 of the outer surface 160 rotates about 90 ° with respect to the direction of the elliptical stress distribution in the sleeve. That is, the outer surface 160 has a major axis in the X-axis and a minor axis in the Y-axis. As the rolling lobe 15 is formed and rolled on the outer surface 160, the elliptical stress distribution in the sleeve 10 is sufficiently uniform, and in some cases sufficiently circular 170. The uniform and sufficiently circular stress distribution 170 in the sleeve 10 significantly increases the durability of the sleeve. The stress distribution has a predetermined shape rather than a circular shape and maintains a uniform state.
외부면(160)의 주축 길이 및 부축 길이의 비율은 슬리브(10)에서 충분히 균일한, 또는 다른 예에서는 원형인 응력 분포를 얻기 위하여 선택된다. 주축과 부축의 길이 비율은 아이드 로드 보상의 정도, 즉 엔드 켑 경사θ에 따라 결정된다. 비-사이드 로드 보상 에어 스프링(non-side load compensated air spring)에서, 엔드 켑의 경사 각도θ는 제로이며, 그 비율은 원에 해당하는 1.0이다. 약 12도 정도의 엔드 켑 경사 각도를 갖는 사이드 로드 보상형 에어 스프링의 경우에 있어서, 그 비율은 약 1.2이다. The ratio of major axis length and minor axis length of the outer surface 160 is chosen to obtain a stress distribution that is sufficiently uniform or otherwise circular in the sleeve 10. The length ratio of the major axis to the minor axis is determined by the degree of eye rod compensation, i. In a non-side load compensated air spring, the inclination angle θ of the end shock is zero, and the ratio is 1.0 corresponding to the circle. In the case of a side rod compensated air spring with an end shock tilt angle of about 12 degrees, the ratio is about 1.2.
예시에 의한, 제한적이지 않는 방법으로, 사이드 로드 보상형 에어 스프링 슬리브에 대한 태스트가 약 1.08 비율을 갖는 타원형 에어 스프링 피스톤 상에서 실시되었다. 테스트된 슬리브의 작동 수명은 원형 단면을 갖는 피스톤 상에 설치된 동일한 슬리브의 작동 수명과 비교하여 약 5배 길었다. 그리고, 상기의 예에서, 엔드 켑 경사 각도θ는 약 7도 였다.By way of example, and not by way of limitation, the task for the side rod compensated air spring sleeve was performed on an elliptical air spring piston having a ratio of about 1.08. The operating life of the sleeve tested was about 5 times longer compared to the operating life of the same sleeve installed on a piston having a circular cross section. And in the above example, the end shock angle θ was about 7 degrees.
본 발명에 의한 에어 스프링 피스톤에 대한 비율은 약 0° 내지 20°의 범위 내에서, 엔드 켑 경사 각도θ에 대하여 약 1.0 내지 1.5의 범위 내에 있게 된다. 상기 비율과 상기 엔드 켑 경사 사이의 관계는 모든 경우에 있어서 선형적이지 않다.The ratio for the air spring piston according to the invention is in the range of about 0 ° to 20 °, in the range of about 1.0 to 1.5 with respect to the end shock angle θ. The relationship between the ratio and the end shock tilt is not linear in all cases.
본 발명의 단일 형태가 상기에 설명되었지만, 여기에 설명된 본발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 당업자들에 의하여 요소들의 구성 및 관계에 있어 변형이 될수 있다는 것은 자명하다.Although a single form of the invention has been described above, it will be apparent that modifications may be made in the construction and relationships of the elements by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention described herein.
본 발명은 롤링 로브에 있어서, 균일한 응력 분포를 갖는 슬리브를 구비하는 사이드 로드 보상형 에어 스프링을 제공한다.The present invention provides a rolling rod, side rod compensated air spring having a sleeve having a uniform stress distribution.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |