KR20130103857A - 트레일링 아암과 마찰용접되는 링부재를 갖는 토션빔 액슬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양단부가 원형단면인 토션빔(torsion beam)과 상기 토션빔의 양단부에 각각 수직으로 연결되어 일체화하는 한 쌍의 트레일링 아암(trailing arm)을 포함하는 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 관한 것으로서, 상기 한 쌍의 트레일링 아암은 각각 상기 토션빔의 양단부에 대응하여 반경방향으로 적어도 일정한 폭을 갖는 원형 접합면이 형성되고, 상기 토션빔 액슬은, 축방향으로의 일측 단면이 상기 원형 접합면에 일치되어 면접한 상태에서 마찰용접(friction welding)에 의해 결합하여 상기 트레일링 아암과 일체화되고, 축방향으로의 타측 단면은 상기 토션빔 양단부의 원형단면과 일치되어 면접한 상태에서 용접되어 상기 토션빔와 일체화되는 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 서로 이종(異種)의 재질인 트레일링 아암과 토션빔 간 향상된 결합력을 유지할 수 있다.

Description

트레일링 아암과 마찰용접되는 링부재를 갖는 토션빔 액슬{TORSION BEAM AXLE HAVING RING MEMBER FRICTION-WELDED TO TRAILING ARM}

본 발명은 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토션빔(torsion beam)과 트레일링 아암(trailing arm) 사이에 상기 트레일링 아암과 마찰용접되는 링부재가 개재되는 토션빔 액슬에 관한 것이다.

토션빔 액슬(도 1의 10 참조)은 자동차의 바퀴를 차체에 지지하는 현가장치로서, 크게 후륜(또는 전륜)의 좌우측 바퀴와 차체에 각각 결합하는 복수의 트레일링 아암(도 1의 11 참조)과, 트레일링 아암 간을 연결하는 토션빔(도 1의 12 참조)을 포함한다.

이러한 토션빔 액슬은 좌측 바퀴와 우측 바퀴 간 비틀림 시 함께 비틀리는 특성을 갖는 토션빔을 구현함으로써 독립 현가장치의 우수성을 가짐과 동시에 트렁크 룸의 확보나 가격적인 측면에서 우수성을 가지도록 한다는 점, 또한 토션빔의 최적화 설계를 통한 차체의 경량화를 달성한다는 점이 주요 기술과제라 할 수 있다.

토션빔 액슬의 소재 면에서는, 트레일링 아암의 경우 좌우측 바퀴의 지지력을 향상시키기 위해 알루미늄 합금이 이용되며, 토션빔의 경우에는 주행 시 발생하는 좌우 바퀴 간 비틀림을 용이하게 흡수하기 위해 탄성 비틀림 변형이 쉽게 이루어지는 스틸(steel)이 이용된다.

이때, 토션빔 액슬의 제조 과정에서 이에 요구되는 부하 조건을 만족할 수 있도록 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합 강도를 확보하여야 한다는 점에서, 상기와 같이 트레일링 아암과 토션빔 간에 상이한 재질을 사용함에 따라 이종 재질 간의 결합 방법이 중요한 문제로서 대두된다.

이러한 트레일링 아암과 토션빔의 결합 방법으로서, 종래에는 볼트, 너트 등의 체결요소를 이용한 사례가 있었으나 약한 결합 강도로 인해 쉽게 파손된다는 문제가 있었다.

또한 트레일링 아암과 토션빔 간의 회전 접촉을 통해 양자를 접합시키는 마찰용접(friction welding)의 방법을 상정할 수 있겠으나 이를 위해서는 비교적 대형 및 고중량인 토션빔으로 인해 고가의 대형장비가 필요할 뿐 아니라 접합위치의 정밀도를 맞추기가 어려워 적절한 대안이 되지 못하였다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 이종(異種)의 재질인 트레일링 아암과 토션빔 간 향상된 결합력을 유지할 수 있는 토션빔 액슬을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 양단부가 원형단면인 토션빔(torsion beam)과, 상기 토션빔의 양단부에 각각 수직으로 연결되어 일체화하는 한 쌍의 트레일링 아암(trailing arm)을 포함하는 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 있어서, 상기 한 쌍의 트레일링 아암은 각각 상기 토션빔의 양단부에 대응하여 반경방향으로 적어도 일정한 폭을 갖는 원형 접합면이 형성되고, 상기 토션빔 액슬은, 축방향으로의 일측 단면이 상기 원형 접합면에 일치되어 면접한 상태에서 마찰용접(friction welding)에 의해 결합하여 상기 트레일링 아암과 일체화되고, 축방향으로의 타측 단면은 상기 토션빔 양단부의 원형단면과 일치되어 면접한 상태에서 용접되어 상기 토션빔와 일체화되는 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬을 제공한다.

여기서, 상기 토션빔과 상기 한 쌍의 트레일링 아암은 서로 다른 소재로 이루어지고, 상기 링부재는 상기 토션빔에 대한 접합성(weldability)이 상기 트레일링 아암보다 더 좋은 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 상기 트레일링 아암은 알루미늄 합금 소재로서 주조(casting)에 의해 성형되고, 상기 토션빔과 상기 링부재는 스틸(steel) 소재로 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 링부재는 상기 토션빔과 동일한 소재로 이루어진 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 토션빔 액슬에 의하면, 토션빔과 트레일링 아암 사이에 링부재를 개재시켜 이를 상기 트레일링 아암에 마찰용접에 의해 일체화시킨 상태에서 상기 토션빔과 상기 링부재를 통상의 용접으로 일체화시킬 수 있으므로 트레일링 아암과 토션빔 간의 결합력을 향상시킴은 물론, 토션빔에 비하여 사이즈 면에서 크게 작은 소형의 링부재를 통해 마찰용접을 접목시킴으로써 접합에 필요한 장비의 소형화 및 접합위치의 고정밀도를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 토션빔 액슬의 사시도,
도 2는 도 1의 토션빔 액슬의 일 구성요소인 트레일링 아암의 사시도,
도 3은 도 2의 트레일링 아암에 링부재를 마찰용접에 의해 결합시키는 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 4는 도 1의 토션빔 액슬의 일 구성요소인 토션빔의 사시도,
도 5는 도 3의 트레일링 아암에 도 4의 토션빔을 연결시키는 과정을 설명하기 위한 부분 확대 사시도이다.

본 발명의 실시예에 따른 토션빔 액슬(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 트레일링 아임(trailing arm, 11)이 토션빔(torsion beam, 12)의 양단에 각각 수직으로 연결되어 일체로 이루어진 구조를 갖는다.

트레일링 아암(11)은 차체와 바퀴 측에 각각 결합하는 부위가 형성되며, 후술하는 바와 같이 링부재(도 3의 13)를 매개로 토션빔(110)에 연결되어 일체화한다.

트레일링 아암(11)은 토션빔(12)과는 달리 차체 또는 바퀴의 외력으로부터 변형이 쉽게 이루어지지 않도록 강도가 높은 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 통상 고강도의 알루미늄 합금이 사용된다.

토션빔(12)은 연속체 튜브(tube)의 형상을 가지고, 중앙부의 횡단면이 U자 혹은 V자로 굴곡된 모양을 이루어 탄성 비틀림 변형이 쉽게 이루어질 수 있도록 한다. 이러한 토션빔(110)의 소재로는 스틸(steel)이 이용될 수 있다.

토션빔(12)의 제조는 원형단면의 중공관을 하이드로포밍(hydro-forming)에 의해 가압 변형하는 방식으로 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 토션빔 액슬(10)에 의해, 양측 바퀴로부터 서로 다른 외력이 작용할 경우 토션빔(12)의 비틀림 변형을 통해 이를 흡수할 수 있도록 함과 동시에, 양단부의 트레일링 아암(11)에 의해 바퀴와 차체를 견고하게 지지할 수 있다.

본 실시예에서, 트레일링 아암(11)은 토션빔(12)의 양단부에 대응하는 부분에 도 2에 도시된 바와 같은 원형 접합면(11a)이 돌출 형성된다.

원형 접합면(11a)은 반경방향으로 적어도 일정한 폭(W)을 갖도록 형성되어, 도 3에 도시된 바와 같이, 링부재(13)의 축방향 일측 단면이 상기 원형 접합면(11a)에 면접하여 수용될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 원형 접합면(11a)을 통해 축방향 일측 단면이 트레일링 아암(11)에 면접된 링부재(13)는 이후 상기 트레일링 아암(11)과 함께 축방향으로 가압된 상태에서 고속 회전됨으로써 상호 간 마찰용접(friction welding)에 의해 결합하여 일체화된다(도 3의 우측 그림 참조).

이와 같이 마찰용접에 의해 트레일링 아암(11)에 결합하여 일체화된 링부재(13)의 타측 단면으로는 토션빔(도 1의 12 참조)의 일측 단부와 결합한다.

이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 토션빔(12)의 길이방향으로의 양단부(12a)는 상기 링부재(13)의 타측 단면과 일치되도록 형성된 원형단면을 갖는다.

토션빔(12)과 트레일링 아암(11)의 연결은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 토션빔(12)의 일측 단부(12a)를 링부재(13)의 축방향 단면에 일치시켜 면접한 상태에서 상호 용접하여 일체화함으로써 달성할 수 있다.

이때의 용접은 상기한 바와 같은 마찰용접일 필요는 없으며 가스용접, 아크용접 등 통상의 용접방법에 의할 수 있다. 본 실시예에서는 종래의 용접 방법 중 마그네틱 용접(magnetic welding)을 이용한다.

한편, 상기에서 언급한 마찰용접은 이종(異種)의 소재 간의 접합에 적용됨에 반해, 통상의 용접은 소재 간 접합성(weldability)이 좋은 서로 동종의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 토션빔(12)은 주로 스틸(steel) 소재로 이루어지므로, 상기한 링부재(13)는 토션빔(12)과의 용접성(weldability)이 트레일링 아암(11)보다 더 좋은 소재, 특히 토션빔(12)과 동일한 스틸 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이상에서 설명된 토션빔 액슬(10)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 상기 설명된 바에 한정되는 것으로 이해되어서는 곤란하다.

본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.

10: 토션빔 액슬(torsion beam axle) 11: 트레일링 아암(trailing arm)
11a: 원형 접합면 12: 토션빔(torsion beam)
12a: 단부 13: 링부재

Claims (4)

1. 양단부가 원형단면인 토션빔(torsion beam)과, 상기 토션빔의 양단부에 각각 수직으로 연결되어 일체화하는 한 쌍의 트레일링 아암(trailing arm)을 포함하는 토션빔 액슬(torsion beam axle)에 있어서,
   상기 한 쌍의 트레일링 아암은 각각 상기 토션빔의 양단부에 대응하여 반경방향으로 적어도 일정한 폭을 갖는 원형 접합면이 형성되고,
   상기 토션빔 액슬은,
   축방향으로의 일측 단면이 상기 원형 접합면에 일치되어 면접한 상태에서 마찰용접(friction welding)에 의해 결합하여 상기 트레일링 아암과 일체화되고, 축방향으로의 타측 단면은 상기 토션빔 양단부의 원형단면과 일치되어 면접한 상태에서 용접되어 상기 토션빔와 일체화되는 링부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
2. 제1항에 있어서,
   상기 토션빔과 상기 한 쌍의 트레일링 아암은 서로 다른 소재로 이루어지고,
   상기 링부재는 상기 토션빔에 대한 접합성(weldability)이 상기 트레일링 아암보다 더 좋은 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
3. 제2항에 있어서,
   상기 트레일링 아암은 알루미늄 합금 소재로서 주조(casting)에 의해 성형되고,
   상기 토션빔과 상기 링부재는 스틸(steel) 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 링부재는 상기 토션빔과 동일한 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬.

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