KR20190059551A - 헬퍼 브라켓 러버 및 그것을 포함하는 헬퍼 브라켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차체에 면접하는 바닥면을 포함하는 외측 바디, 상기 바닥면에 결합되는 스프링 핀 및 상기 스프링 핀을 관통하고, 상기 스프링 핀을 축으로 회동 가능한 헬퍼 브라켓 러버를 포함하며, 상기 헬퍼 브라켓 러버의 저점은 차량이 공차시, 리프 스프링을 구성하는 헬퍼 스프링과 맞닿는 것을 특징으로 하는 헬퍼 브라켓으로서, 본 발명에 의하면, 헬퍼 스프링이 헬퍼 브라켓에 맞닿을 때 발생하는 충격을 최대한 완화시킬 수 있다.

Description

헬퍼 브라켓 러버 및 그것을 포함하는 헬퍼 브라켓{HELPER BRACHET RUBBER AND HELPER BRACKHET COMPRISING THIS}

본 발명은 차량에 장착되는 리프 스프링(leaf spring) 서스펜션을 위한 헬퍼 브라켓과 그것에 적용되는 러버에 관한 것이다.

리프 스프링(leaf spring)은 길이가 다른 몇 개의 철판을 겹쳐서 만든 스프링이다. 구조가 간단하고 링크의 구실도 하여 리어 서스펜션에 많이 쓰이며, 주로 화물 차량에 많이 쓰인다.

도 1과 같이, 리프 스프링 서스펜션에서 RR 부분은 일반적으로 메인 스프링과 헬퍼 스프링(1) 구조로 되어 있어, 일정 미만의 하중까지는 메인 스프링의 상수로 서스펜션이 운용되고, 일정 이상의 하중에서는 헬퍼 스프링이 차체(F)에 장착된 헬퍼 프라켓(2)의 헬퍼 브라켓 러버(3)에 닿아 메인 스프링 상수 + 헬퍼 스프링 상수로 서스펜션이 운용이 된다.

이는 짐을 실었을 경우와 그렇지 않은 경우에 하중 차이가 심하게 나는 상용차에서는 매우 유용한 서스펜션 구조이다.

이러한 종래 기술에서 헬퍼 브라켓과 헬퍼 브라켓 러버는 피동적 구조물로서, 하중에 의해 스프링의 변위가 생기게 되고, 접촉하중(헬퍼 브라켓 접촉하중)에서 헬퍼 스프링과 접촉하여 헬퍼 스프링이 작동하게 하는 구조이다.

그런데, 차량 운행 중에 이 헬퍼 브라켓과 헬퍼 스프링이 맞닿는 순간에는 스프링 상수가 두 세배 가량 크게 증가함으로써 접촉 충격이 생겨 승차감을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-1999-0043287호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 헬퍼 스프링이 헬퍼 브라켓에 맞닿을 때 발생하는 충격을 최대한 완화시킬 수 있는 헬퍼 브라켓 러버 및 그것을 포함하는 헬퍼 브라켓을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 헬퍼 브라켓은, 차체에 면접하는 바닥면을 포함하는 외측 바디, 상기 바닥면에 결합되는 스프링 핀 및 상기 스프링 핀을 관통하고, 상기 스프링 핀을 축으로 회동 가능한 헬퍼 브라켓 러버를 포함하며, 상기 헬퍼 브라켓 러버의 저점은 차량이 공차시, 리프 스프링을 구성하는 헬퍼 스프링과 맞닿는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상은 상기 저점을 기준으로 대칭적이며, 상기 측면 형상은 평면상 포물선을 그리는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 측면 형상의 포물선은 y=d×x^n로 표현되고, 공차시 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 a, 적차 상태일 때 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 b라 할 때, 상기 헬퍼 스프링이 공차상태에서 적차 상태까지 하중을 받고 상기 헬퍼 브라켓 러버가 회전하는 동안 줄어드는 스프링 캠버(camber) 값 ΔH가 하기의 식을 만족하는 y=d×x^n으로 표현되는 포물선인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 측면 형상은, 정해진 ΔH 값을 만족하고, a와 b 간의 거리를 만족하는 y=d×x^n 형상으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 헬퍼 브라켓 러버는, 차체에 장착되는 헬퍼 브라켓에 회동 가능하게 결합되고, 저점이 리프 스프링을 구성하는 헬퍼 스프링과 차량 공차시 맞닿는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상은 상기 저점을 기준으로 대칭적이며, 상기 측면 형상은 평면상 포물선을 그리는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 측면 형상의 포물선은 y=d×x^n로 표현되고, 공차시 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 a, 적차 상태일 때 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 b라 할 때, 상기 헬퍼 스프링이 공차상태에서 적차 상태까지 하중을 받고 상기 헬퍼 브라켓 러버가 회전하는 동안 줄어드는 스프링 캠버(camber) 값 ΔH가 하기의 식을 만족하는 y=d×x^n으로 표현되는 포물선인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 측면 형상은, 정해진 ΔH 값을 만족하고, a와 b 간의 거리를 만족하는 y=d×x^n 형상으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 헬퍼 브라켓 러버 및 그것을 포함하는 헬퍼 브라켓에 의하면, 리프스프링의 RR 서스펜션부에서 RR 헬퍼 스프링 브라켓의 러버를 공차시부터 헬퍼 스프링에 접촉하게 하되, 하중을 받았을 때 생기는 캠버(camber) 변화를 러버가 공차시부터 접촉하여 적차시까지 회전할 때 생기는 ΔH와 같도록 설계하여 헬퍼 스프링의 충격이 완화될 수 있게 한다.

러버의 형상을 수치해석적으로 해석하여 수많은 해의 집합을 얻어내되, 설계자가 설계인자(접촉시작점, 접촉 끝단부, ΔH, 러버의 높이/넓이) 등을 고려하여, 설계 가능한 해를 골라내어 실제로 적용이 가능하게 한다.

도 1은 일반적인 헬퍼 스프링 및 헬퍼 브라켓에 대해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버 및 헬퍼 브라켓을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 A-A 지시선에 따른 단면 형상을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버의 프로파일을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버의 프로파일 형상의 설계 이론을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버 및 헬퍼브라켓의 적용에 따른 충격 완화 결과를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버 및 헬퍼 브라켓을 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 A-A 지시선에 따른 단면 형상을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버의 프로파일을 도시한 것이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 헬퍼 브라켓 및 헬퍼 브라켓 러버를 설명하기로 한다.

본 발명은 리프 스프링(leaf spring)을 구성하는 헬퍼 스프링(20)과, 일정 이상의 하중에 의해 헬퍼 스프링(20)이 범프(bump)시에 헬퍼 스프링(20)과 맞닿아 헬퍼 스프링(20)이 서스펜션 역할을 할 수 있도록 하는 헬퍼 브라켓(10)에 관한 것이다.

헬퍼 스프링(20)은 복수의 판이 겹판을 이뤄서 메인 스프링과 함께 차량의 차체(F)에 볼트 등에 의해 결합되고, 헬퍼 브라켓(10)은 헬퍼 스프링(20)보다 상측으로 차체(F)에 결합되어 헬퍼 스프링(20) 범프 시 헬퍼 스프링(20)과 맞닿을 수 있게 배치된다.

헬퍼 브라켓(10)은 볼트, 핀 등에 의해 차체에 결합되고, 외측 바디(11)가 차체와 면접하는 바닥면과 바닥면으로부터 대체로 수직하게 마련되는 측면으로 구성된다.

그리고, 내측 바디(12)가 외측 바디(11)의 바닥면으로부터 연장되고, 수평적으로 완충을 위해 절곡된 형상으로 스프링 역할을 하게 된다.

또한, 스프링 핀(13)이 외측 바디(11)를 관통하여 구성된다.

헬퍼 스프링(20) 범프시 헬퍼 스프링(20)과 맞닿도록 구성되는 헬퍼 브라켓 러버(14)는 중앙 홀이 형성되어, 스프링 핀(13)에 의해 위치 고정되고, 스프링 핀(13)과 헬퍼 브라켓 러버(14) 사이에는 황동 부시(15)가 개재됨으로써 헬퍼 브라켓 러버(14)가 스프링 핀(13)을 축으로 회전하는 운동을 돕는다.

도 4에 도시된 헬퍼 브라켓 러버(14)는 헬퍼 브라켓 러버(14)의 평면을 도시한 것으로서, 도시와 같이 헬퍼 브라켓 러버(14)는 중앙 홀을 기준으로 상부에 무게 중심을 가지는 형상으로 마련되고, 저점이 공차시에도 헬퍼 스프링(20)과 맞닿을 수 있는 형상으로 설계된다.

그리고, 저점을 기준으로 양 측면 형상은 대칭을 이루며, 측면의 형상은 평면상 포물선 형상이 된다.

본 발명에 의한 헬퍼 브라켓 러버(14)는 그 저점이 공차시에도 헬퍼 스프링(20)에 접촉되도록 구성되고, 하중이 발생하여 헬퍼 스프링(20)이 상하 및 스팬(span) 방향 운동시에 헬퍼 브라켓 러버(14)의 측면 형상(profile)을 따라 회전함으로써, 종래와는 차별되게 접촉 충격을 완화시키게 된다.

본 발명의 이러한 헬퍼 브라켓 러버(14)의 측면 형상(profile)은 스프링 및 RR 서스펜션의 설계 사양에 맞게 특정한 측면 형상으로 설계된다.

즉, 도 4와 같이, 헬퍼 브라켓 러버(14)의 측면 형상은 y=d×x^n 꼴의 함수에서 서스펜션 설계 인자를 만족하는 곡선으로 정해진다.

도 5에서 y=d×x^n 그래프가 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상 프로파일이라고 하고, 헬퍼 스프링과 헬퍼 브라켓 러버는 초기(공차상태)에 a에서 접촉하고, 적차 상태일 때 b에서 접촉한다고 하면, 여기서 ΔH가 스프링이 공차에서 적차 상태까지 하중을 받고 러버가 회전하는 동안 줄어드는 스프링 캠버(camber) 값이 된다.

즉, ΔH는 공차에서 적차 상태로 변할 때 스프링의 총 변위로서, 차량의 축하중과 스프링 상수에 의해 정해지는 값이 된다.

이 경우 다음과 같은 수식이 성립하게 된다.

이렇게 도출된 수학식에서 a,b,d,n 값을 찾아내어 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상(프로파일)을 설계한다.

4개의 미지수가 있으며, 수식은 ΔH를 구하는 식만 있으므로 해가 무한히 많게 된다.

MATLAB의 수치 해석을 통해서 수만 개의 a,b,d,n 값의 짝을 찾아내고, 그 중 설계상 적합한 인자를 정하여 러버의 측면형상을 결정한다.

먼저 ΔH를 설정하고, 그에 맞는 a,b,d,n의 해를 찾는다.

도 6의 그래프는 모두 ΔH=20(스프링 캠버가 20mm의 변위 발생)을 만족하는 해의 집합이다.

먼저, d=4.5이고 n=2.3인 그래프는, a=0.2, b=2.5가 도출된다.

이 경우에는 a와 b의 차이가 2.3mm 밖에 나지 않으므로 설계가 불가하다.

다음으로, d=5이고 n=5.2인 그래프는, a=0.1, b=1.3이 도출된다.

이 경우에도 a와 b의 차이가 1.2mm 밖에 나지 않으므로 설계가 불가하다.

그리고, d=4.4이고 n=1.3인 그래프는, a=0.4, b=15.1이 된다.

이 경우에는 a와 b의 차이가 14.7mm이 되지만, 러버의 높이가 150mm 가 되므로 러버의 제원으로 적합하지 못하다. 즉, 러버의 높이는 공차시 헬퍼브라켓의 장착위치에서 스프링 상면까지의 거리가 되므로, 러버의 높이는 전체 구성에서 일정 이하의 높이로 제한되어져야 한다.

마지막으로, d=0.5이고 n=1.5인 그래프는, a=0.4, b=14.6이 도출이 된다.

이 경우에는 a와 b의 차이가 14.2mm가 되고, 러버의 높이도 불가하지 않으므로 이를 적절한 설계값으로 설정할 수 있다.

여기서, a와 b의 거리는 스프링 캠버의 변화를 고려할 때 ΔH의 80%~120%인 것이 바람직하므로, 위 케이스에서 2.3mm와 1.2mm는 범위를 만족하지 못한다.

이와 같이 본 발명의 헬퍼 브라켓 러버는 설정된 ΔH(스프링 캠버 변위 발생값)에 해당하는 y=d×x^n을 만족하는 포물선 형상 중 a,b 값이 러버의 제원으로 적합한 값을 가지는 y=d×x^n을 결정함으로써 결정된 포물선 형상을 측면 형상(profile)으로 설정하여 헬퍼 브라켓 러버를 설계한다.

그러므로, 공차시 헬퍼 브라켓 러버의 저점은 헬퍼 스프링과 맞닿아 있게 되고, 도 7과 같이 적차에 의한 하중 발생시 헬퍼 스프링은 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상을 따라 충격이 완화되며 범프(bump)함으로써, 메인 스프링과의 스프링 상수 차이에도 불가하고 충격이 차량에 완화되어 전달되게 할 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 헬퍼 브라켓
11 : 외측 바디
12 : 내측 바디
13 : 스프링 핀
14 : 헬퍼 브라켓 러버
15 : 황동 부시
20 : 헬퍼 스프링

Claims (8)

1. 차체에 면접하는 바닥면을 포함하는 외측 바디;
   상기 바닥면에 결합되는 스프링 핀; 및
   상기 스프링 핀을 관통하고, 상기 스프링 핀을 축으로 회동 가능한 헬퍼 브라켓 러버를 포함하며,
   상기 헬퍼 브라켓 러버의 저점은 차량이 공차시, 리프 스프링을 구성하는 헬퍼 스프링과 맞닿는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상은 상기 저점을 기준으로 대칭적이며, 상기 측면 형상은 평면상 포물선을 그리는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 측면 형상의 포물선은 y=dㅧx^n로 표현되고,
   공차시 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 a, 적차 상태일 때 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 b라 할 때, 상기 헬퍼 스프링이 공차상태에서 적차 상태까지 하중을 받고 상기 헬퍼 브라켓 러버가 회전하는 동안 줄어드는 스프링 캠버(camber) 값 ΔH가 하기의 식을 만족하는 y=d×x^n으로 표현되는 포물선인 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓.
   

   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 측면 형상은,
   정해진 ΔH 값을 만족하고, a와 b 간의 거리를 만족하는 y=d×x^n 형상으로 결정되는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓.
5. 차체에 장착되는 헬퍼 브라켓에 회동 가능하게 결합되고, 저점이 리프 스프링을 구성하는 헬퍼 스프링과 차량 공차시 맞닿는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓 러버.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 헬퍼 브라켓 러버의 측면 형상은 상기 저점을 기준으로 대칭적이며, 상기 측면 형상은 평면상 포물선을 그리는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓 러버.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 측면 형상의 포물선은 y=d×x^n로 표현되고,
   공차시 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 a, 적차 상태일 때 상기 헬퍼 스프링이 상기 헬퍼 브라켓 러버에 접촉하는 점을 b라 할 때, 상기 헬퍼 스프링이 공차상태에서 적차 상태까지 하중을 받고 상기 헬퍼 브라켓 러버가 회전하는 동안 줄어드는 스프링 캠버(camber) 값 ΔH가 하기의 식을 만족하는 y=d×x^n으로 표현되는 포물선인 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓 러버.
   

   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 측면 형상은,
   정해진 ΔH 값을 만족하고, a와 b 간의 거리를 만족하는 y=d×x^n 형상으로 결정되는 것을 특징으로 하는,
   헬퍼 브라켓 러버.

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