KR20130049921A

KR20130049921A - 차량용 후륜 에어스프링 장치

Info

Publication number: KR20130049921A
Application number: KR1020110114974A
Authority: KR
Inventors: 김형주
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-15

Abstract

본 발명은 차량용 후륜 에어스프링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비틀림 응력을 흡수하여 에어스프링의 파손을 방지할 수 있도록 한 차량용 후륜 에어스프링 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 상부피스톤과 하부지지체가 밀폐공간을 이루는 벨로우즈에 의하여 연결되고, 상부피스톤의 상단에 탑캡(top cap) 및 우레탄패드가 장착된 차량용 후륜 에어스프링 장치에 있어서, 차체측에 조립되는 상부피스톤의 상단 내부에 베어링을 장착하여, 비틀림 진동 및 응력을 베어링에서 흡수하여 베어링 아래쪽의 벨로우즈에 비틀림 진동 및 응력이 전달되는 것을 차단할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 에어스프링 장치를 제공한다.

Description

차량용 후륜 에어스프링 장치{Air spring for vehicle}

본 발명은 차량용 후륜 에어스프링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비틀림 응력을 흡수하여 에어스프링의 벨로우즈 파손을 방지할 수 있도록 한 차량용 후륜 에어스프링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 상용차의 현가장치에는 스프링 판을 여러 장 겹쳐서 만든 리프스프링을 사용하거나, 작은 진동의 흡수에 유리하고 충격을 보다 부드럽게 흡수할 수 있는 에어스프링이 사용되고 있다.

특히, 대형차종에 적용중인 리어 에어스프링은 차량의 적재 하중 등을 지지해야 하므로, 액슬과 연결되는 로워 암과 차체 프레임 사이에 설치된다.

첨부한 도 4를 참조로 상기 에어스프링(10)의 구성을 간략하게 살펴보면, 상부피스톤(12)과 하부지지체(16)가 상하로 이격 배치되고, 상부피스톤(12)과 하부지지체(16)가 밀폐공간을 이루는 벨로우즈(14)에 의하여 연결되며, 또한 상부피스톤(12)의 상단에는 탑캡(18, top cap) 및 우레탄패드(20)가 장착되고, 벨로우즈(14)의 외곽에는 이물질 침투 방지를 위한 프로텍터(22)가 부착되어 있다.

상기 벨로우즈(14)는 공기를 가두어서 스프링 역할을 하는 것으로서, 차량 주행중에 노면 상태에 따라 차체가 내려 앉는 범프(bump)와 반대로 차체가 떠 오르는 리바운드(rebound) 현상을 완충시키며 압축 및 팽창을 반복하게 된다.

이러한 벨로우즈(14)의 단면을 보면 코드지(재질: 고무)와 코드(재질: 섬유)로 구성되며, 상기 코드(14a)는 첨부한 도 5a에서 보듯이 크로스 플라이(방향이 90도인 코드 2개가 겹쳐진 것) 구조로 되어 있고, 겹쳐진 코드(14a)는 첨부한 도 5b에서 보듯이 코드지(14b)에 의하여 감싸여진 상태가 된다.

그러나, 상기 코드는 인장에는 매우 강하나 압축에는 매우 약해서 압축이 발생하면 파단되어, 벨로우즈내의 공기가 누기되는 현상이 발생될 수 있다.

즉, 벨로우즈가 비틀리게 되면, 2개의 코드중 하나는 반드시 압축되는 현상이 발생하게 되므로, 압축되는 코드에 파단이 발생하게 되고, 이에 첨부한 도 6에서 보듯이 벨로우즈(14)에 핀홀이 형성되는 동시에 핀홀을 통해 에어 누기가 발생함으로써, 결국 차량이 주저 앉는 현상과 함께 주행 자체가 불가능하게 되는 문제점이 있다.

이와 같이, 벨로우즈에 핀홀이 형성됨과 함께 에어 누기가 발생하는 것은 벨로우즈에 비틀림 응력이 집중되는 현상이 원인이므로, 이를 해결하기 위한 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 에어스프링의 상단부에 베어링을 장착하여, 에어스프링의 벨로우즈에 작용하는 비틀림 응력을 흡수할 수 있도록 함으로써, 벨로우즈의 파손에 따른 에어 누기를 용이하게 방지할 수 있는 차량용 후륜 에어스프링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부피스톤과 하부지지체가 밀폐공간을 이루는 벨로우즈에 의하여 연결되고, 상부피스톤의 상단에 탑캡(top cap) 및 우레탄패드가 장착된 차량용 후륜 에어스프링 장치에 있어서, 차체측에 조립되는 상부피스톤의 상단 내부에 베어링을 장착하여, 비틀림 진동 및 응력을 베어링에서 흡수하여 베어링 아래쪽의 벨로우즈에 비틀림 진동 및 응력이 전달되는 것을 차단할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 에어스프링 장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 베어링은 상부피스톤의 상면에 밀착되는 하부케이스와, 탑캡의 저면에 밀착되는 상부케이스와, 상부 및 하부케이스내에 내재되어 슬라이딩 마찰력을 제공하는 센터 플레이트로 구성된 것임을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 차량(대형트럭 등)의 후륜 에어스프링을 구성하는 상부피스톤과 탑캡 사이에 베어링을 장착하여, 차량 주행시 진동에 따른 비틀림 진동 내지 응력을 베어링에서 흡수하도록 함으로써, 에어스프링의 벨로우즈에 비틀림 진동 내지 응력이 인가되는 것을 최소화시킬 수 있고, 결국 벨로우즈에 핀홀이 형성되어 에어누기가 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 후륜 에어스프링 장치를 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 후륜 에어스프링 장치에 사용되는 베어링 구조를 나타내는 일부 단면 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 후륜 에어스프링 장치의 실험 장치 구성예를 나타내는 개략도,
도 4는 기존의 에어스프링 장치를 나타내는 단면도,
도 5a 및 도 5b는 에어스프링 장치의 벨로우즈 구조를 설명하는 개략도,
도 6은 기존의 에어스프링 장치의 벨로우즈에 핀홀이 형성된 모습을 보여주는 사진.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 차량(대형트럭 등)의 후륜 에어스프링 장치에 베어링을 부가하여, 차량 주행 진동에 따른 비틀림 진동 내지 응력을 베어링에서 흡수하도록 함으로써, 에어스프링의 벨로우즈에 비틀림 진동 내지 응력이 인가되는 것을 최소화하여 벨로우즈의 파손을 방지할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 에어스프링(10)은 상하로 이격 배치되는 상부피스톤(12)과 하부지지체(16)를 비롯하여, 상부피스톤(12)과 하부지지체(16)를 연결하면서 밀폐공간을 형성하는 벨로우즈(14)와, 상부피스톤(12)의 상단에 씌워지는 탑캡(18, top cap) 및 우레탄패드(20)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 상부피스톤(12)은 차체측에 조립되고, 하부지지체(16)는 액슬측에 조립되며, 벨로우즈(14)내에는 공기가 채워지게 된다.

따라서, 차량 주행중에 노면 상태에 따라 차체가 내려 앉는 범프(bump)와 반대로 차체가 떠 오르는 리바운드(rebound) 현상이 반복될 때, 벨로우즈(14)가 압축 및 팽창을 반복하면서 범프 및 리바운드시 충격을 완충시키게 된다.

본 발명에 따르면, 차체측에 조립되는 상부피스톤(12)의 상단 내부에 베어링(30)을 장착하여, 주행시 노면상태에 따른 비틀림 진동 및 응력을 베어링(30)에서 흡수하도록 함으로써, 베어링(30) 아래쪽 위치되는 벨로우즈(14)에 비틀림 진동 및 응력이 전달되는 것을 최소화시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 베어링(30)은 상부피스톤(12)의 상면에서 내측 단차면에 밀착되는 수직 절곡 형상을 갖는 하부케이스(34)와, 상면은 탑캡(18)의 저면에 밀착되고 저면은 하부케이스(34)의 상면과 이격되며 마주보는 수직 절곡 형상의 상부케이스(32)와, 상부 및 하부케이스(32,34)내에 내재되어 슬라이딩 마찰력을 제공하는 센터 플레이트(36)로 구성된다.

이에 따라, 차량의 주행중 노면 상태에 따라 비틀림 진동 및 응력이 상부피스톤(12)에 작용하는 경우, 탑캡(18)과 상부피스톤(12) 사이에 장착된 베어링(20)의 상부 및 하부케이스(32,34)가 센터 플레이트(36)를 사이에 두고 상대적인 슬라이딩 운동을 하여 비틀림 진동 및 응력을 흡수하게 됨으로써, 기존에 비틀림 진동 및 응력이 벨로우즈(14)에 집중되어 벨로우즈(14)에 핀홀 등이 발생하는 것을 용이하게 방지할 수 있다.

또한, 차량의 주행중 비틀림 진동 및 응력이 하부지지체(16)를 통하여 그 위쪽의 벨로우즈(14)에 전달되더라도, 벨로우즈(14)의 상단이 상부피스톤(12)에 연결된 상태이므로, 상부피스톤(12)에 밀착된 베어링(20)의 하부케이스(34)가 센터 플레이트(36)를 사이에 두고 상대적인 슬라이딩 운동을 하여, 벨로우즈(14)에 인가되는 비틀림 진동 및 응력을 흡수하게 됨으로써, 벨로우즈(14)의 파손을 용이하게 방지할 수 있다.

본 발명의 실험예로서, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 우레탄패드의 외경에 비틀림 측정센서를 센서지그를 이용하여 연결하는 동시에 비틀림 측정센서의 몸체부를 센서 암을 매개로 로워 암에 연결한 다음, 베어링 장착 전후의 벨로우즈 비틀림 각을 측정하였다.

- 정적상태 시험

차량의 정차 상태에서, 타이어를 z축 방향으로 스트로크(Stroke) 130mm 만큼 들어올려서, 우레탄패드와 벨로우즈의 비틀림각을 측정하였는 바, 기존에 베어링 없을 때는 우레탄패드의 비틀림각이 0.8°, 벨로우즈의 비틀림각이 9.2°로 측정되었지만, 본 발명에 따른 베어링 장착시 우레탄패드의 비틀림각이 4.3°, 벨로우즈의 비틀림각이 5.7°로 측정되어, 결국 베어링 장착에 따른 벨로우즈의 비틀림을 최소화시킬 수 있음을 알 수 있었다.

- 동적상태 시험

리그 시험기를 이용한 차량의 실제 주행 상태를 모사하되, 타이어에 z축 방향으로 스트로크(Stroke) 100mm 만큼을 인가하여, 우레탄패드와 벨로우즈의 비틀림각을 측정하였는 바, 기존에 베어링 없을 때는 우레탄패드의 비틀림각이 0.8°, 벨로우즈의 비틀림각이 9.2°로 측정되었지만, 본 발명에 따른 베어링 장착시 우레탄패드의 비틀림각이 3.2°, 벨로우즈의 비틀림각이 6.8°로 측정되어, 결국 차량의 실제 주행시에도 베어링 장착에 따른 벨로우즈의 비틀림을 최소화시킬 수 있음을 알 수 있었다.

10 : 에어스프링
12 : 상부피스톤
14 : 하부지지체
18 : 탑캡
20 : 우레탄패드
22 : 프로텍터
30 : 베어링
32 : 상부케이스
34 : 하부케이스
36 : 센터 플레이트

Claims

상부피스톤(12)과 하부지지체(16)가 밀폐공간을 이루는 벨로우즈(14)에 의하여 연결되고, 상부피스톤(12)의 상단에 탑캡(18) 및 우레탄패드(20)가 장착된 차량용 후륜 에어스프링 장치에 있어서,
차체측에 조립되는 상부피스톤(12)의 상단 내부에 베어링(30)을 장착하여, 비틀림 진동 및 응력을 베어링(30)에서 흡수하는 동시에 베어링(30) 아래쪽의 벨로우즈(14)에 비틀림 진동 및 응력이 전달되는 것을 차단할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 후륜 에어스프링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 베어링(30)은 상부피스톤(12)의 상면에 밀착되는 하부케이스(34)와, 탑캡(18)의 저면에 밀착되는 상부케이스(32)와, 상부 및 하부케이스(32,34)내에 내재되어 슬라이딩 마찰력을 제공하는 센터 플레이트(36)로 구성된 것임을 특징으로 하는 차량용 후륜 에어스프링 장치.