KR20120126872A - 차량의 횡치 리프 스프링 장치 - Google Patents

차량의 횡치 리프 스프링 장치 Download PDF

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 횡치 리프 스프링에 관한 것으로서, 리프 스프링과 마운팅 구조물 간의 접촉상태를 개선하여, 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 클램핑 영향도를 줄일 수 있고, 궁극적으로 리프 스프링의 롤 강성 및 반력 향상, 차량의 조종 안정성 향상 등 여러 이점을 제공하게 되는 횡치 리프 스프링의 마운팅 구조를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차체 프레임의 마운팅 브라켓에 지지되도록 설치되는 차량의 현가장치용 횡치 리프 스프링에 있어서, 상기 마운팅 브라켓에 회전 가능하게 장착된 상부 롤러와 하부 롤러가 상하 양면에 접촉되도록 하여 상기 상부 롤러와 하부 롤러에 의해 마운팅 브라켓에서 지지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링을 제공한다. 여기서, 상기 상부 롤러와 하부 롤러는 원통형으로 형성되어 상기 상하 양면에서 선 접촉하도록 구비됨이 바람직하다.

Description

차량의 횡치 리프 스프링 장치{Transverse leaf spring of vehicle}
본 발명은 차량의 횡치 리프 스프링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리프 스프링과 차체측 마운팅 구조물 간의 접촉상태를 개선하여, 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 클램핑 영향도를 줄일 수 있고, 궁극적으로 리프 스프링의 롤 강성 및 반력 향상, 차량의 조종 안정성 향상 등 여러 이점을 제공하게 되는 횡치 리프 스프링의 마운팅 구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 차체는 휠과 연결되는 현가장치에 의해 지지된다.
상기 현가장치는 차량 주행 중 발생하는 각종 진동과 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고, 노면 상태에 따라 차체의 전체적인 밸런스를 조정하게 된다.
또한 선회시에는 원심력에 대항하여 운전자의 안정적인 조종성을 확보할 수 있도록 하고, 원심력에 따른 차체의 기울임 현상을 방지하게 된다.
이와 같은 현가장치에는 상기한 효과를 얻기 위해 보통 스프링 강판을 사용하는 리프 스프링(Leaf Spring)과, 코일 모양으로 둥글게 감아 만든 코일 스프링(Coil Spring)이 적용되고 있다.
이 중에서 리프 스프링은 주로 상용차량의 현가장치에 적용되는 것으로서, 그 자체가 현가장치의 일부로 구조부재의 역할을 수행하며, 차체 프레임에서 발생하는 상대적인 상하운동을 지지할 수 있도록 반력을 형성하여 외력이 차체 프레임으로 직접 전달되는 것을 방지하게 되고, 승차감을 결정하는 역할을 하게 된다.
또한 차량용 현가장치에 적용되고 있는 리프 스프링 중에 도 1에 나타낸 바와 같이 좌, 우측 현가장치 간을 차체 전후방향에 대해 횡방향으로 연결하도록 설치되는 리프 스프링을 횡치 리프 스프링(Transverse Leaf Spring)이라 한다.
도 1은 현가장치에 적용된 횡치 리프 스프링의 장착상태를 나타내는 저면 사시도로서, 이는 현가장치(10)와 차체 프레임(20)에 횡치 리프 스프링(22)이 장착된 일례를 나타내는 것으로, 횡치 리프 스프링(22)이 좌, 우측 로워암(21) 간에 연결되는 구조로 되어 있다.
한편, 도 2와 도 3은 도 1에 도시된 횡치 리프 스프링의 차체 마운팅 구조를 나타내는 도면으로서, 이는 횡치 리프 스프링(22)을 차체 프레임(20)에 마운팅하기 위해 부쉬(bush)(23)가 사용됨을 보여주고 있다.
도시된 바와 같이, 횡치 리프 스프링(22)의 양단은 좌, 우측 현가장치(20)의 로워암(21)에 결합되고, 이러한 횡치 리프 스프링(22)을 차체 프레임(10)에 마운팅하기 위해, 종래에는 차체 프레임(10)의 마운팅 브라켓(11)과 하부 브라켓(12)을 리프 스프링(22)과의 사이에 부쉬(23)를 개재한 상태로 조립하게 된다.
즉, 상측으로 위치되는 마운팅 브라켓(11)과 그 하측의 리프 스프링(22) 사이, 그리고 하측으로 위치되는 하부 브라켓(12)과 그 상측의 리프 스프링(22) 사이에 각각 부쉬(23)를 삽입하여 마운팅하며, 이러한 구조에서 하부 브라켓(12)은 리프 스프링(22)을 하측에서 지지하도록 차체 프레임(10) 측에 결합되는 별도 부품이 된다.
상기와 같은 종래의 마운팅 구조에서 문제점을 도 4를 참조하여 설명하면, 도시된 바와 같이 횡치 리프 스프링(22)을 좌, 우측에서 부쉬(23)를 개재한 상태로 마운팅함에 있어서 상기 부쉬(23)는 리프 스프링(22)과 면 접촉상태로 조립된다.
이러한 면 접촉상태는 부쉬(23)와 리프 스프링(22) 간의 접촉면적을 크게 하므로, 면 접촉상태로 인해 부쉬(23)가 리프 스프링(22)을 크게 클램핑하는 형태가 된다.
이는 리프 스프링(22)의 강도, 롤 강성, 반력, 변형시 양상 및 양단의 변위 크기 등에 악영향을 미치게 되고, 결국 차량의 조종 안정성을 저해하는 요인이 된다.
무엇보다 부쉬(23)가 리프 스프링(22)을 클램핑함으로 인한 영향이 리프 스프링의 실제 길이에 비해 과다하여 리프 스프링 본연의 기능에 악영향을 주게 되고, 이에 따라 클램핑의 영향도를 줄이는 것이 필요한 실정이다.
또한 부쉬의 클램핑으로 인해 하중 작용시 도 4에 나타낸 바와 같이 특정 부위에 응력집중이 발생하는 문제가 있고, 이에 부쉬(23)의 조기 마모가 발생하는바, 이를 해결하기 위해서는 스프링(23)의 두께 증대 및 부쉬(22)의 강도 확보가 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 차체 프레임과의 마운팅 구조를 변경하여 종래의 면 접촉으로 인한 문제점을 해결할 수 있도록 한 차량의 횡치 리프 스프링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명의 목적은 리프 스프링과 마운팅 구조물 간의 접촉상태를 개선함으로써, 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 클램핑 영향도를 줄일 수 있고, 궁극적으로 리프 스프링의 롤 강성 및 반력 향상, 차량의 조종 안정성 향상 등 여러 이점을 갖는 횡치 리프 스프링의 마운팅 구조를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차체 프레임의 마운팅 브라켓에 지지되도록 설치되는 횡치 리프 스프링을 포함하는 차량의 현가장치용 횡치 리프 스프링 장치에 있어서, 상기 마운팅 브라켓에 회전 가능하게 장착된 상부 롤러와 하부 롤러가 상기 횡치 리프 스프링의 양면에 접촉되도록 하여, 횡치 리프 스프링이 마운팅 브라켓에서 상기 상부 롤러와 하부 롤러에 의해 지지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링 장치를 제공한다.
여기서, 상기 상부 롤러와 하부 롤러는 원통형으로 형성되어 횡치 리프 스프링의 상하 양면에 선 접촉하도록 구비됨이 바람직하다.
또한 상기 상부 롤러와 하부 롤러는 중심축이 마운팅 브라켓의 측벽에 고정된 상태에서 상기 중심축에 회전 가능하게 결합된 구조를 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 상부 롤러와 하부 롤러에 의해 지지되는 횡치 리프 스프링의 마운팅부 상하 양면에 각 롤러의 이탈 방지를 위한 요홈이 형성되고, 상부 롤러와 하부 롤러가 상기 요홈 내측면에서 구름 가능하도록 함이 바람직하다.
또한 상기 마운팅부는 횡치 리프 스프링에서 타 부위에 비해 두께를 증대시킨 구조로 형성됨이 바람직하다.
또한 상기 요홈이 형성된 마운팅부가 횡치 리프 스프링의 좌측과 우측으로 각각 위치되고, 좌측과 우측의 마운팅부에서 각각 한 쌍의 상부 롤러와 하부 롤러에 의해 지지되도록 함이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명의 횡치 리프 스프링 장치에서는, 롤러가 리프 스프링의 표면에 선 접촉상태로 리프 스프링을 지지하게 되고, 특히 각 롤러가 회전 가능한 구조이므로, 종래와 같은 부쉬의 면 접촉상태에 비해 클램핑 영향도(차체측 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 영향도)가 축소될 수 있게 된다.
이에 리프 스프링의 형상 변화시 스프링 양단의 변위 크기가 달라질 수 있으면서 롤 강성 및 반력이 증대될 수 있고, 나아가 차량의 조정 안정성이 향상될 수 있게 된다.
또한 본 발명에서는 롤러가 리프 스프링과 선 접촉함에 따라 응력 분산이 가능하고, 종래의 면 접촉시(부쉬 사용시)와 같은 응력집중 현상이 방지될 수 있게 된다.
또한 기존 사양 대비 리프 스프링의 두께 축소가 가능하고, 동일 리프 스프링 사양(동일 스프링 강성) 대비 롤 강성의 증대가 가능해지며, 하부 브라켓의 삭제로 부품수 축소, 중량 저감, 조립 공정 축소 등의 이점이 있게 된다.
도 1은 현가장치에 적용된 횡치 리프 스프링의 장착상태를 나타내는 저면 사시도이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 횡치 리프 스프링의 차체 마운팅 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따른 횡치 리프 스프링의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에서 리프 스프링이 장착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에서 리프 스프링과 마운팅 구조물이 되는 롤 기구의 결합상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 하중 작용시 리프 스프링의 형상 변화 및 롤 기구에 의한 지지상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 리프 스프링과 마운팅 구조물 간의 접촉상태를 종래의 면 접촉방식 대신 선 접촉방식으로 개선함으로써, 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 클램핑 영향도를 줄일 수 있고, 궁극적으로 리프 스프링의 롤 강성 및 반력 향상, 차량의 조종 안정성 향상 등 여러 이점을 제공하도록 한 것에 주안점이 있는 것이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에서 리프 스프링이 장착된 상태를 도시한 사시도로서, 도 5는 평면 사시도이고, 도 6은 저면 사시도이다.
도시된 바와 같이, 좌, 우측의 현가장치(20) 사이를 차체 전후방향에 대해 좌우 횡방향으로 연결하도록 횡치 리프 스프링(22)이 설치되고, 이 횡치 리프 스프링(22)을 차체 프레임(10)에 마운팅하기 위해 차체 프레임에는 좌우 횡방향으로 배치되는 마운팅 브라켓(11)이 장착된다.
여기서, 횡치 리프 스프링(22)의 양단은 좌, 우측 로워암(21)에 결합되고, 리프 스프링(22)의 좌측과 우측의 마운팅부(도 7 및 도 8에서 도면부호 22a임)가 상기 마운팅 브라켓(11)에 마운팅된 상태로 지지된다.
특히, 본 발명에서는, 상기 마운팅 브라켓(11)에서 리프 스프링(22)을 지지하는 마운팅 구조물로서, 마운팅 브라켓(11)에 회전 가능하게 장착되어 리프 스프링(22)의 표면과 구름 접촉하게 되는 롤 기구가 사용된다.
상기 롤 기구는 리프 스프링(22)을 상측에서 지지하는 상부 롤러(도 7 및 도 8에서 도면부호 24임)와, 하측에서 지지하는 하부 롤러(25)를 포함하여 구성되며, 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)가 모두 마운팅 브라켓(11)에 회전 가능하도록 장착된다.
이와 같이 롤 기구는 마운팅 브라켓(11)에서 상측과 하측으로 장착되는 한 쌍의 롤러(24,25)로 구성되며, 이러한 구성의 롤 기구가 횡치 리프 스프링(22)의 좌측과 우측의 각 마운팅부(22a)를 마운팅하도록 설치된다.
또한 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)는 원통형으로 구성되는 것이 바람직하며, 원통형의 롤러(24,25)가 리프 스프링(22)의 상하 양면에 접촉되도록 함으로써 리프 스프링과 롤러가 선 접촉되도록 한다.
도 6을 참조하면, 상부 롤러(미도시)와 하부 롤러(25)가 마운팅 브라켓(11)의 측벽에 장착되는데, 각 롤러의 중심축(25a)이 마운팅 브라켓(11)의 측벽에 고정된 상태에서 중심축(25)에 의해 회전 가능하게 지지되는 각 롤러(25)가 리프 스프링(22)의 양면, 즉 상, 하면에 선 접촉되도록 한다.
본 발명에서, 중심축(도 7에서 도면부호 24a,25a임)이 마운팅 브라켓(11)에 고정된 상태에서 중심축에 회전 가능하게 결합된 롤러(24,25)가 리프 스프링(22)의 표면과 선 접촉상태로 리프 스프링을 지지하는 구조이므로, 상기 롤러는 중심축 및 이 중심축에 결합된 내륜이 고정되고 외륜이 회전 가능한 기구, 즉 베어링을 포함하는 개념이 된다.
상기 마운팅 브라켓에 중심축을 고정하여 각 롤러가 분리되지 않도록 함에 있어서는 용접 또는 나사체결방식이 적용될 수 있는데, 예컨대 나사체결방식으로는 나사산이 형성된 볼트 형상의 중심축 양단부를 마운팅 브라켓의 측벽에 형성된 체결홀에 삽입 관통한 뒤 상기 측벽의 바깥쪽에서 상기 중심축 양단부에 너트를 체결하여 고정하는 방식이 적용될 수 있다.
도 7과 도 8은 리프 스프링과 마운팅 구조물이 되는 롤 기구의 결합상태를 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 리프 스프링(22)의 마운팅부(22a)에는 스프링 변형시 롤러(24,25)의 이탈을 방지하기 위한 요홈(22b)을 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 리프 스프링(22)의 마운팅부(22a)는 그 상하 양면에 곡면의 내측면을 갖는 요홈(22b)을 형성하여 구성될 수 있는데, 원통형 롤러(24,25)의 위치가 마운팅 브라켓(11)에 고정된 상태로 리프 스프링(22)이 조립되어 상기 롤러(24,25)가 요홈(22b) 내에 안착된 상태일 때 리프 스프링(22)의 변형이 발생하더라도 요홈(22b) 내에서만 각 롤러(24,25)가 작은 궤적으로 구름 이동하고, 이에 롤러의 이탈이 방지되게 된다.
또한 리프 스프링(22)의 양면에 요홈(22b)을 바로 형성하게 되면, 요홈(22b)이 형성된 부위에서 리프 스프링(22)의 두께가 축소될 수 있고, 이 경우 리프 스프링의 강도에 문제가 있을 수 있다.
따라서, 마운팅부(22a)를 리프 스프링(22)에서 타 부위에 비해 두께를 증대시킨 구조, 즉 리프 스프링의 양면에서 돌출시킨 구조로 형성하고, 이와 같이 돌출시킨 구조의 양면에 요홈(22b)을 형성하는 것이 바람직하다.
도 7과 도 8을 참조하면, 상기와 같은 원통형 롤러(24,25)는 리프 스프링(22)의 표면, 보다 명확히는 마운팅부(22a)의 요홈(22b) 내측면에서 선 접촉상태로 리프 스프링을 지지하게 되고, 특히 상, 하부의 롤러(24,25)가 회전 가능한 구조이므로, 종래와 같은 부쉬의 면 접촉상태에 비해 클램핑 영향도(차체측 마운팅 구조물이 리프 스프링을 클램핑하는 영향도)가 축소될 수 있게 된다.
종래의 경우 면 접촉하는 부쉬가 리프 스프링의 마운팅부를 잡아주는 힘이 과도하여 실제 리프 스프링의 변형시 스프링 양단의 변위가 제한적이나, 본 발명에서는 상기와 같이 선 접촉상태에서 리프 스프링을 구름 지지하는 롤러들이 사용됨으로써, 리프 스프링의 형상 변화시 스프링 양단의 변위 크기가 달라지면서 롤 강성 및 반력이 증대될 수 있고, 나아가 차량의 조정 안정성이 향상될 수 있게 된다.
특히, 본 발명에서는 마운팅 구조물인 롤러가 리프 스프링과 선 접촉함에 따라 응력 분산이 가능하고, 종래의 면 접촉시(부쉬 사용시)와 같은 응력집중 현상이 방지될 수 있게 된다.
또한 기존 사양 대비 리프 스프링의 두께 축소가 가능하고, 동일 리프 스프링 사양(동일 스프링 강성) 대비 롤 강성의 증대가 가능해진다.
도 9는 하중 작용시 리프 스프링의 형상 변화 및 롤 기구에 의한 지지상태를 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이 리프 스프링(22)을 구름 지지하는 롤러(24,25)의 회전으로 도 4와 같은 응력집중 없이 리프 스프링의 자연스러운 변형이 가능해진다.
그리고, 종래에는 부쉬와 더불어 리프 스프링 하측에서 부쉬와 리프 스프링을 함께 지지하는 하부 브라켓의 사용이 필요하였으나, 본 발명에서는 중량물인 하부 브라켓이 삭제됨에 따라 부품수 축소, 중량 저감, 조립 공정 축소 등의 이점이 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는 바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
10 : 차체 프레임 11 : 마운팅 브라켓
12 : 하부 브라켓 20 : 현가장치
21 : 로워암 22 : 횡치 리프 스프링
22a : 마운팅부 22b : 요홈
23 : 부쉬 24 : 상부 롤러
24a : 중심축 25 : 하부 롤러
25a : 중심축

Claims (6)

  1. 차체 프레임(10)의 마운팅 브라켓(11)에 지지되도록 설치되는 횡치 리프 스프링(22)을 포함하는 차량의 현가장치용 횡치 리프 스프링 장치에 있어서,
    상기 마운팅 브라켓(11)에 회전 가능하게 장착된 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)가 상기 횡치 리프 스프링(22)의 양면에 접촉되도록 하여, 횡치 리프 스프링(22)이 마운팅 브라켓(11)에서 상기 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)에 의해 지지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)는 원통형으로 형성되어 횡치 리프 스프링(22)의 상하 양면에 선 접촉하도록 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)는 중심축(24a,25a)이 마운팅 브라켓(11)의 측벽에 고정된 상태에서 상기 중심축(24a,25a)에 회전 가능하게 결합된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)에 의해 지지되는 횡치 리프 스프링(22)의 마운팅부(22a) 상하 양면에 각 롤러(24,25)의 이탈 방지를 위한 요홈(22b)이 형성되고, 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)가 상기 요홈(22b) 내측면에서 구름 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 마운팅부(22a)는 횡치 리프 스프링(22)에서 타 부위에 비해 두께를 증대시킨 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 요홈(22b)이 형성된 마운팅부(22a)가 횡치 리프 스프링(22)의 좌측과 우측으로 각각 위치되고, 좌측과 우측의 마운팅부(22a)에서 각각 한 쌍의 상부 롤러(24)와 하부 롤러(25)에 의해 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 횡치 리프 스프링.
KR1020110044976A 2011-05-13 2011-05-13 차량의 횡치 리프 스프링 장치 KR20120126872A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160058460A (ko) * 2014-11-17 2016-05-25 현대자동차주식회사 가변형 횡치 리프 스프링 구조
KR20180066540A (ko) 2016-12-09 2018-06-19 현대자동차주식회사 조립성 향상을 위한 분리형 횡치 리프 스프링
KR20190033163A (ko) * 2017-09-21 2019-03-29 현대자동차주식회사 차량용 현가장치

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