KR20200140701A - 서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿 - Google Patents

서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿 Download PDF

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KR20200140701A
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suspension thrust
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bearing device
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KR1020200053547A
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찰스 참보네에우
프란코이스 데 렘프스
크리스토프 호우데이어
데시어 비도트
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명은 차량의 서스펜션 스트럿에서 서스펜션 스프링(3)과 함께 사용되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)로서, 상기 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는: 상대 회전운동을 하는 상부 환형 베어링 부재(20, 41)와 하부 환형 베어링 부재(30, 42)를 가진 베어링을 포함하고, 하부 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체(32)를 포함하고, 하부 환형 베어링 부재의 반경방향 몸체(32)에 오버몰딩되고 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소(50)를 포함하고, 상기 댐핑 요소(50)는 서스펜션 스프링(3)의 단부 코일을 축방향으로 지지하기 위하여 하부 지지 표면(53)을 갖는다. 하부 지지 표면(53)은 주변 방향으로 파형(60, 70, 80)을 형성하기 위하여 하나 이상의 상승부(54) 및 하강부(55)를 포함한다.

Description

서스펜션 스러스트 베어링 장치 및 이러한 장치가 구비된 서스펜션 스트럿{SUSPENSION THRUST BEARING DEVICE AND SUSPENSION STRUT EQUIPED WITH SUCH A DEVICE}
본 발명은, 서스펜션 스러스트 베어링 장치, 특히, 맥퍼슨 유형)"맥퍼슨 서스펜션 베어링 유닛(MacPherson Suspension Bearing Unit: MSBU))"에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 서스펜션 스러스트 베어링 장치와 댐퍼를 포함하는 차량용 스트럿에 관한 것이다. 본 발명의 기술분야는 서스펜션 시스템, 특히, 차량 서스펜션 시스템에 속한다.
공지된 바와 같이, 차량 서스펜션 시스템은 차량 휠과 액슬(axle)을 지지하는 서스펜션 스트럿(suspension strut)을 포함한다. 서스펜션 스러스트 베어링 장치는 차량 새시에 연결된 상부 지지 블록(support block)과 서스펜션 스프링 사이, 지면과 휠의 맞은편에 위치된 서스펜션 스트럿의 상부 부분에 배열된다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는 하나 이상의 베어링, 예를 들어, 롤링 베어링(rolling bearing)을 포함하는데, 이러한 베어링은 주 축 주위로 상대 회전을 하는 상부 및 하부 환형 베어링 부재들을 포함한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는, 차량의 몸체와 스프링 사이에 축방향 힘(axial force)을 전달할 수 있으며, 동시에, 몸체에 부착된 고정식 지지 블록과, 회전하는 스프링 사이에 상대적 각 운동(relative angular movement)을 가능하게 한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치의 댐핑 기능은 서스펜션 스프링과 하부 환형 베어링 부재 사이에 장착되고 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소를 사용하여 향상될 수 있다. 이러한 댐핑 요소는 스프링에 의해 스러스트 베어링 장치에 가한 충격 및 진동을 흡수할 수 있게 한다. 공지된 방식으로, 최적화된 정적 및 동적 강성을 보장하기 위해 재료, 댐핑 요소의 축방향 두께 및 장치의 소형화 사이에서 양호한 절충이 제공된다.
본 발명의 목적은 개선된 서스펜션 스러스트 베어링 장치를 제공함으로써 위에서 언급된 단점들을 해결하는 데 있다. 따라서, 상대적으로 비용이 저렴하며, 우수한 작동 안정성을 가지고, 늘어난 작동 수명을 가진 서스펜션 스러스트 베어링 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 본 발명은 차량의 서스펜션 스트럿(suspension strut)에서 서스펜션 스프링과 함께 사용되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치에 관해 기술된다. 서스펜션 스러스트 베어링 장치는 상대 회전운동을 하는 상부 및 하부 환형 베어링 부재(annular bearing member)를 갖는 베어링을 포함한다. 하부 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체를 포함한다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치는 하부 환형 베어링 부재의 반경방향 몸체 에 오버몰딩되고 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소를 추가로 포함한다. 상기 댐핑 요소는 서스펜션 스프링의 단부 코일을 축방향으로 지지하기 위한 하부 지지 표면을 갖는다.
본 발명에 따라서, 댐핑 요소는 주변 방향으로 복수의 교번하는 상승부 및 하강부를 포함한다.
본 발명에 따라서, 서스펜션 스프링은 댐핑 요소를 통해, 특히 하부 지지 표면을 통해 도로 충격 및 진동을 서스펜션 스러스트 베어링 장치에 전달한다.
주변 방향으로 상승부 및 하강부를 갖는 이 하부 지지 표면의 특수한 형태는 이러한 충격 및 진동의 전달을 균일하게 감쇠시킬 수 있다.
추가의 이점은 서스펜션 스프링이 댐핑 요소의 하부 지지 표면의 상승부와 접촉하고, 상기 상승부의 재료 변형은 원주 방향으로 인접한 하강부에 의해 수용된다는데 있다. 댐핑 요소의 댐핑 특성이 그 뒤에 개선된다.
본 발명의 바람직한 추가적인 양태들에 따르면, 이러한 서스펜션 스러스트 베어링 장치는 다음 특징들 중 하나 이상의 특징과 결합되는데:
- 서스펜션 스러스트 베어링 장치는, 상부 캡에 고정되어 서스펜션 스러스트 베어링의 상부 환형 베어링 부재를 형성하는 제1 링, 및 하부 캡에 고정되어 서스펜션 스러스트 베어링의 하부 환형 베어링 부재를 형성하는 제2 링을 가진 베어링을 포함하며, 제1 및 제2 링은 상대회전운동을 한다.
- 베어링은 롤링 베어링이며, 제1 및 제2 링은 상기 링들 사이에서 환형 롤링 챔버(annular rolling chamber)를 형성하고, 하나 이상의 롤링 요소 열(row)이 상기 롤링 챔버 내에 배열된다.
- 롤링 요소는 볼(ball)이다.
- 제1 및 제2 링은 스탬핑된 금속 시트로 제조된다.
- 상부 및 하부 캡은 강성 플라스틱 재료로 제조된다.
- 하부 캡은 반경방향 몸체를 포함한다.
- 하부 캡은 상기 반경방향 몸체의 내부 측면으로부터 축방향으로 하향 연장되는 축방향 허브를 포함한다.
- 댐핑 요소는 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 용융 처리식 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 발포체(elastomer cellular foam)를 포함한다.
- 댐핑 요소는 주변 방향으로 복수의 교번하는 상승부 및 하강부를 포함한다.
- 상승부는 주변 방향으로 동일 간격으로 배치된다.
- 상승부과 하강부의 파형은 주변 방향으로 사인 파형, 직사각형 또는 사다리꼴 형상이다.
- 하강부 폭과 하강부 깊이 사이의 비율은 1 내지 2 사이이다.
- 상승부 폭과 하강부 폭 사이의 비율은 1 내지 5 사이이다.
또한, 본 발명은, 댐퍼 로드(damper rod), 서스펜션 스프링(suspension spring), 및 위에서 언급된 서스펜션 스러스트 베어링 장치를 포함하는 차량 서스펜션 스트럿(motor vehicle suspension strut)에 관한 것이다.
본 발명은 이제, 예시적인 목적으로 제공된 첨부도면을 참조하여, 하기에서 보다 상세하게 기술될 것이다. 도면들에서:
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 서스펜션 스러스트 베어링 유닛, 및 댐퍼 로드와 서스펜션 스프링을 포함하는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 서스펜션 스트럿의 단면도;
도 2는 도 1의 서스펜션 스러스트 베어링 유닛의 하부 사시도; 및
도 3은 스러스트 베어링 유닛에 제공된 파형 형상의 개략도..
도 1에 부분적으로 도시된 서스펜션 스트럿(1)이 차량 서스펜션 시스템에 통합된다. 서스펜션 스트럿(1)은 차량 액슬(axle)과 휠을 지지하는데, 차량 액슬과 휠은 명확성을 위해 본 발명의 도면에서는 도시되지 않는다. 서스펜션 스트럿(1)은 차량의 휠이 평평한 지면에 있을 때 실질적으로 수직 방향으로 배열된 주 축(X1)을 따라 연장된다. 서스펜션 스트럿(1)은 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)와 코일 서스펜션 스프링(3), 축(X2)의 댐퍼 로드(2) 및 피스톤 몸체를 포함하는 댐퍼 피스톤을 포함한다. 로드(2)와 스프링(3)은 도 1에서 부분적으로 도시되지만, 피스톤 몸체는 명확성을 위해 도시되지 않는다.
주 축(X10)을 가진 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는 차량의 새시에 연결된 지지 블록(도시되지 않음)과 스프링(3) 사이에 장착된다. 도 1에 예시된 것과 같이, 축(X2 및 X10)은 차량의 서스펜션 시스템이 정지 상태에 있을 때 주 축(X1)과 일치한다.
이제부터, 용어 "축방향" 및 "반경방향"은 환형의 스러스트 베어링 장치(10)의 주 축(X10)에 대한 방향으로 정의된다.
서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는 상부 캡(20), 하부 캡(30) 및 단일의 롤링 베어링(40)을 포함한다. 상기 실시예에서, 상기 3개의 구성요소(20, 30 및 40)들은, 전체적으로, 차량의 서스펜션 시스템이 정지 상태에 있을 때, 주 축(X10)과 일치하는 주 축(X40) 주위로 원형으로 구성된다.
상부 캡(20)은 플라스틱 합성 재료, 예를 들어, 폴리아미드, 선택적으로는, 유리 섬유로 보강된 재료로 제작된 일체형 부분으로 구성된다. 상부 캡(20)은, 반경 방향으로 연장되는 플랜지(21), 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)의 하부 측면을 향해 연장되고 상대적으로 작은 직경을 가진 내부의 축방향으로 연장되는 허브(22), 및 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)의 하부 측면을 향해 연장되고 상대적으로 큰 직경을 가진 외부의 축방향으로 연장되는 스커트(23)를 가진다. 내부 허브(22)는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)를 위한 내부 보어(24)를 형성하며, 내부 보어(24)에 댐퍼 로드(2)가 장착된다.
상부 캡(20)은 차량 새시의 지지 블록에 고정되도록 구성된다.
롤링 베어링(40)은, 압축된 시트 금속 내부 레이스(41), 압축된 시트 금속으로 구성된 외부 레이스(42), 일련의 롤링 요소(43), 여기서는, 볼, 및 롤링 요소(43)들 사이에 일정한 외주 간격을 유지하기 위한 케이지(도면부호 없음)를 포함한다. 롤링 요소(43)는 외부 레이스(42)와 내부 레이스(41)의 환상형 부분들에 의해 형성된 레이스웨이들 사이에 형성된 롤링 챔버(rolling chamber)에 배열된다.
도시되지는 않았지만, 한 대안예로서, 어떠한 롤링 요소도 사용될 필요가 없지만, 내부 및 외부 레이스들이 서로 직접 접촉될 수 있으며, 적절한 저-마찰성 재료, 코팅, 또는 윤활제가 사용된다.
롤링 베어링(40)은 상부 캡(20)의 외부 스커트(23)와 내부 허브(22) 사이에 일체형으로 반경 방향으로 위치된다. 외부 레이스(42)는 하부 캡(30)의 환상형 내부 부분 내에 끼워맞춤된다(fitted). 외부 레이스(42)와 하부 캡(30)은 하부 환형 베어링 부재를 형성한다. 내부 레이스(41)는 상부 캡(20)의 플랜지(21)의 하부 측면에 제공된 환상형 외부 부분 상에 끼워맞춤된다. 내부 레이스(41)와 상부 캡(20)은 상부 환형 베어링 부재를 형성한다. 상부 및 하부 환형 베어링 부재들은 축(X40)에 대해 상대 회전운동을 한다.
하부 캡(30)은 내부 보어(33)를 형성하는 축방향으로 연장되는 허브(31)를 포함하며, 로드(2)가 축방향으로 연장된다. 하부 캡(30)은 허브(31)로부터 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 반경방향 몸체(32)를 추가로 포함한다. 롤링 베어링(40)의 내부 레이스(41)를 지지하는 환상형 외부 부분은 반경방향 몸체(32)의 상부 표면에 제공된다.
상부 캡(20) 및 하부 캡(30)은 강성 플라스틱 재료, 예를 들어 유리 섬유로 보강된 PA66로 제조된다.
하부 캡(30)에는, 진동이 필터링될 수 있도록(filtered) 하기 위하여 탄성 재료로 제작된 댐핑 요소(80)가 추가로 제공된다.
댐핑 요소(50)는 관형 축방향 부분(51)과 반경방향 부분(52)을 포함한다. 반경방향 부분(52)은 하부 캡(30)의 반경방향 몸체(32)의 하부 측면에 타이트하게 고정된다. 반경방향 부분(52)은 베어링 접촉부에서 서스펜션 스프링(3)의 엔드 턴(end turn)을 수용하기 위해 하부 지지 표면(53)을 포함한다. 댐핑 요소(50)의 반경방향 부분(52)은 서스펜션 스프링(3)으로부터 충격 및 축방향 하중을 지지한다.
관형 축방향 부분(51)은 반경방향 부분(52)으로부터 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)의 하부 측면을 향해 축방향으로 연장된다. 상기 관형 축방향 부분(51)은 하부 캡(30)의 허브(31)의 외부 원통형 표면에 타이트하게 고정된다. 댐핑 요소(80)의 상기 관형 축방향 부분(51)은 서스펜션 스프링(2)으로부터의 반경방향 하중 및 충격을 지지한다.
댐핑 요소(50)의 반경방향 부분(52)과 관형 축방향 부분(51)은 하부 캡(30)의 반경방향 몸체(32)와 축방향 허브(31)의 외부 표면을 덮기 위해 서로 연결된다.
댐핑 요소(50)는 탄성 재료, 가령, 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 용융 처리식 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 발포체(elastomer cellular foam)로 제조된다. 댐핑 요소(50)는 하부 캡(30)으로 오버몰딩된다.
본 발명에 따르면, 하부 지지 표면(53)은 주변 방향으로 파형을 형성하기 위하여 복수의 상승부(high, 54) 및 하강부(low, 55)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상승부(54)는 2개의 하강부(55)에 의해 주변이 둘러싸이고, 역으로 하강부(55)는 2개의 상승부(54)에 의해 둘러싸인다.
서스펜션 스프링(3)은 상승부(54)의 단부 표면과 직접 접촉한다. 파형 하부 지지 표면은 서스펜션 스프링(3)에 의해 축방향으로 가해지는 충격 및 진동의 전달을 균일하게 감쇠시킨다.
더욱이, 상기 충격 또는 진동이 서스펜션 스프링(3)에 의해 댐핑 요소(50) 상으로 축방향으로 가해질 때, 상승부(54)는 축방향 및 반경 방향으로 변형된다. 원주방향으로 인접한 하강부(55)에 의해 상승부(54)의 재료 변형이 수용된다. 그 후 댐핑 요소(50)의 댐핑 특성이 개선된다.
도시된 실시예에서, 상승부(54)는 주변 방향으로 동일하게 이격된다. 따라서, 하강부(55)는 주변 방향으로 동일하게 이격된다. 댐퍼 요소(50)의 댐핑은 진동의 특정 주파수 범위, 특히 음향적으로 들을 수 있는 주파수 범위에 매칭될 수 있다. 도시되지 않은 실시예에 따르면, 상승부 및 하강부는 주변 방향으로 불균일하게 분포될 수 있다.
도 3a는 직사각형 형상의 파형(60) 및 이 파형이 주변에 걸쳐 댐핑 요소(50)의 하부 지지 표면(53)의 윤곽으로서 어떻게 구성될 수 있는지를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 사다리꼴 형상의 파형(70)을 개략적으로 도시하며, 여기서 상승부(71)는 경사진 측면 벽(72)을 포함한다. 하강부(73)은 주변 방향으로 하부 벽에 비해 더 긴 길이의 개구를 갖는다. 이러한 파형(70)은 오버몰딩된 댐핑 요소(50)에 특히 적합하며, 몰드는 쉽게 제거가능하다.
도 3c는 사인형 파형(80)을 개략적으로 도시한다. 그러나, 하부 지지 표면(53)의 윤곽은 상술한 파형으로 제한되지 않는다. 새로운 형상으로 이러한 파형의 원하는 조합이 허용될 수 있다.
유리하게는, 하강부 폭과 하강부 깊이 사이의 비율은 1 내지 2 사이로 구성된다. 유리하게는, 상승부 폭과 하강부 폭 사이의 비율은 1 내지 5로 구성된다.
첨부도면들을 참조하여, 본 발명의 비-제한적인 예들이 위에서 상세하게 기술되었다. 통상의 기술자라면, 이렇게 상세하게 기술된 내용이 본 발명의 바람직한 양태들을 실시하기 위해 제공된 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위해 제공되는 것이 아니라는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 위에서 기술된 각각의 특징들은, 개선된 캠 팔로워 롤러 장치(cam follower roller device)를 제공하기 위하여, 개별적으로 사용되거나 또는 그 밖의 다른 특징들과 결합하여 사용될 수 있다.
또한, 위에서 기술된 예들뿐만 아니라 하기 다양한 독립 청구항 및 종속항들의 다양한 특징들은, 본 발명의 추가적인 실시예들을 제공하기 위하여, 구체적으로 열거되지 않은 특징들과도 결합될 수 있다.

Claims (10)

  1. 차량의 서스펜션 스트럿에서 서스펜션 스프링(3)과 함께 사용되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)로서,
    상기 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)는:
    상대 회전운동을 하는 상부 환형 베어링 부재(20, 41)와 하부 환형 베어링 부재(30, 42)를 가진 베어링을 포함하고, 하부 환형 베어링 부재는 반경방향 몸체(32)를 포함하고,
    하부 환형 베어링 부재의 반경방향 몸체(32)에 오버몰딩되고 탄성 재료로 제조된 댐핑 요소(50)를 포함하고, 상기 댐핑 요소(50)는 서스펜션 스프링(3)의 단부 코일을 축방향으로 지지하기 위하여 하부 지지 표면(53)을 가지며,
    하부 지지 표면(53)은 주변 방향으로 파형(60, 70, 80)을 형성하기 위하여 하나 이상의 상승부(54) 및 하강부(55)를 포함하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  2. 제1항에 있어서, 댐핑 요소(50)는 주변 방향으로 복수의 교번하는 상승부(54) 및 하강부(55)를 포함하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  3. 제2항에 있어서, 상승부(54)는 주변 방향으로 균등하게 이격되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 파형(80)은 주변 방향으로 사인 곡선형으로 형성되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 파형(60)은 주변 방향으로 직사각형 형태로 형성되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 파형(70)은 주변 방향으로 사다리꼴 형태로 형성되는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 하강부 폭과 하강부 깊이 사이의 비율은 1 내지 2인 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상승부 폭과 하강부 폭 사이의 비율은 1 내지 5인 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 댐핑 요소(50)는 고무 열가소성 엘라스토머(TPE), 특히, 열가소성 폴리우레탄(TPU), 용융 처리식 엘라스토머(MPE) 또는 엘라스토머 셀룰러 발포체(elastomer cellular foam)를 포함하는 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 댐퍼 로드(2), 서스펜션 스프링(3) 및 서스펜션 스러스트 베어링 장치(10)를 포함하는 차량 서스펜션 스트럿(1).
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