KR970006350B1 - Steering knuckle - Google Patents

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대우자동차 주식회사
김태구
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/18Steering knuckles; King pins

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
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Abstract

Among the A part(0.06kg), B part(0.25kg) and C part(0.24kg), A, C parts are eliminated having B part is changed with its size. The tie rod(4) joining part is 0.04kg removed, the control arm(5) joining part is changed approximately 0.02kg with the size. From among the brake caliper(2) joining part, D part(0.08kg) and E part(0.06kg) are removed. And the wheel spindle fixing part(3) is changed 0.21kg, while the antilock brake system sensor installation part(6) is changed 0.02kg.

Description

경량화된 스티어링 너클Lightweight steering knuckle

제1도는 본 발명의 사시도.1 is a perspective view of the present invention.

제2도는 종래의 너클 사시도.2 is a perspective view of a conventional knuckle.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 스트러트 체결부 2 : 브레이크 켈리퍼 연결부1: Strut fastening part 2: Brake caliper connection part

3 : 휠 스핀들 연결 부위 4 : 타이로드 연결부3: wheel spindle connection part 4: tie rod connection part

5 : 컨트롤 암 연결부 6 : 안티 록 브레이킹 시스템 장착부위5 Control arm connection 6 Anti-lock braking system mounting part

본 발명은 스티어링 너클의 경량화에 관한 것으로 보다 상세히 설명하면 샤시 부품 중의 하나인 스티어링 너클을 응력 해석을 통해 변경 부위를 선정하고 수정하여 무게를 줄여 강성을 보강한 너클에 관한 것이다.The present invention relates to the weight reduction of the steering knuckle. More specifically, the present invention relates to a knuckle that reinforces rigidity by reducing the weight by selecting and modifying a modified portion of the steering knuckle, which is one of the chassis parts, through stress analysis.

종래의 너클은 차량의 서스펜션 장치중에서 스트러트, 타이로드, 컨트롤암, 브레이크 켈리퍼, 휠 스핀들 등을 서로 연결해 주고 있으며 각각의 움직임이 차량의 바퀴의 움짐임에 직접적으로 영향을 끼친다.Conventional knuckles connect struts, tie rods, control arms, brake calipers, wheel spindles, etc. in a suspension device of a vehicle and each movement directly affects the movement of the wheel of the vehicle.

따라서 기능 부품 성격을 크게 띠고 있다고 할 수 있으며 너클이 파손될 경우 직접적으로 차량의 움직임에 악영향을 끼치므로 승객에게 피해를 줄 수 있어 안전 부품의 성격도 가지고 있어야 한다.Therefore, it can be said that it has a large characteristic of the functional parts, and if the knuckle is damaged, it directly affects the movement of the vehicle, which may damage the passengers, so it must also have the characteristics of the safety components.

이러한 특성으로 인해 너클은 오버디자인 되는 경우가 많다.Due to these characteristics, knuckles are often overdesigned.

이와 같은 오버디자인의 문제점으로는 너클의 중량화로 인한 재료비의 증가와 라이드 측면에 나쁜 영향을 끼치게 된다.Such problems of overdesign have a bad effect on the material cost and the ride side due to the weight of the knuckle.

이러한 상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 종래 너클의 응력 해석을 통해 응력의 분포를 조사하고 너클에 발생한 불균일한 응력의 분포를, 골고루 분포하게 하여 균일한 응력 분포를 가지고, 불필요한 무게를 줄인 너클을 만드는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention investigates the distribution of stress through the stress analysis of the conventional knuckle, and evenly distributes the distribution of non-uniform stress generated in the knuckle to have a uniform stress distribution, and reduce the unnecessary weight of the knuckle. The purpose is to make.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 종래 너클의 부분별 응력을 조사하고, 그 결과를 토대로 하여 너클에 발생한 불균일한 응력의 범위를 골고루 분포되게 형상을 변경한 것을 특징으로 하는 너클을 창출한 것이다.In order to achieve the above object, in the present invention, the knuckle is characterized by examining the stress of each part of the conventional knuckle, and changing the shape so as to evenly distribute the range of uneven stress generated in the knuckle based on the result. It is.

본 발명의 보다 자세한 실시예는 다음과 같다.A more detailed embodiment of the present invention is as follows.

(1) 목적(1) purpose

본 발명은 프론트(FRT) 너클에 관련한 사항으로 원가 절감 및 라이드(Ride) 특성 개선을 위한 경량화 작업의 일환으로 수행되었으며 현재 프론트 너클의 중량 4.1Kg에서 3.0Kg으로의 감량을 하는 것이 본 해석의 목표이다.The present invention was carried out as part of the weight reduction work to reduce the cost and improve the ride characteristics with respect to the front (FRT) knuckle, and the current goal is to reduce the weight of the front knuckle from 4.1Kg to 3.0Kg to be.

(2) 영역 설정(2) area setting

1) 너클의 경량화를 위한 본 발명에서는 부분적인 형상 변경을 통해 목적을 이루고자 했다.1) In the present invention for the weight reduction of the knuckles to achieve the object through a partial shape change.

2) 감량되어야 할 부분의 선정은 종래 너클의 해석 결과를 통해 결정하였다.2) Selection of the part to be reduced was decided through the analysis result of the conventional knuckle.

3) 너클의 감량 과정에서 발생하는 응력 집중 현상에 대해서는 모델에 대한 직접적인 수정이 아닌 추천을 통하여 해결 방안을 제시하였다.3) The stress concentration phenomenon occurring in the knuckle reduction process was suggested through the recommendation, not the direct modification to the model.

(3) 하중 조건(3) load condition

해석에 사용된 하중 조건은 리미트 로드 분석(Limit Load Analysis)에 사용되는 것으로서 다음 표 1과 같은 4가지의 경우에 대하여 고려하였다.The load conditions used in the analysis were used in the limit load analysis and were considered for four cases as shown in Table 1 below.

위의 조건들을 가지고 산출된 하중 데이타 FE 해석의 입력 하중으로 사용하였다.The load data calculated with the above conditions were used as the input load for the FE analysis.

(4) 경계 조건(4) boundary conditions

경계 조건은 두가지로 분류하여 사용하였는데, 이는 하중 조건이 주행 상황과 브레이킹 상태로 구분될 수 있는 관계로 각각에 적합한 조건을 다음과 같이 사용하였다.The boundary conditions were classified into two types, which were used as follows because the load conditions could be divided into driving conditions and breaking conditions.

1)주행 상태1) driving status

너클 휠 스핀들 장착 위치만을 리스트레인트(Restraint)를 사용, 3방향의 트랜스레이션(Translation)을 구속하였다.Only the knuckle wheel spindle mounting position was restrained by using the restraint.

2) 브레이킹2) Breaking

너클 휠 스핀들 장착 위치(1)에서 측방향의 로테이션(Rotation)을 허용하고, 브레이크 켈리퍼(Brake Caliper)(2)장착 위치에서 이를 고정시키도록 하였다. 그외의 조조건은 주행 상태와 동일하게 하였다.Lateral rotation was allowed at the knuckle wheel spindle mounting position (1) and fixed at the brake caliper (2) mounting position. The other conditions were the same as in the driving state.

(5) 재료적 특성(5) material properties

프론트(FRT) 너클에 사용되는 재료는 FCD450으로서 다음 표 2와 같은 기계적 특성을 가지고 있다.The material used for the front (FRT) knuckle is FCD450 and has the mechanical properties as shown in Table 2 below.

(6) 종래 너클 해석 결과(6) Conventional knuckle analysis result

제2도는 종래의 너클을 솔리드 모델링한 것이다. 이때 산출된 중량은 4.3kg으로 실제 측정된 무게와 약 0.2Kg 차이가 있다. 실제 중량이 약간 가벼운 이유는 스트러트 체결 위치(1')의 홀 주변 지지 부분이 주물가공후 절삭되어졌기 때문이다.2 is a solid model of a conventional knuckle. At this time, the weight is 4.3kg and the actual measured weight is about 0.2Kg difference. The actual weight is slightly lighter because the support around the hole at the strut fastening position 1 'has been cut after casting.

각 로드 케이스(Load Case)별로 해석되어진 결과들을 보면 대부분이 스트러트와의 연결 부위에서 상대적으로 높은 응력을 나타냄을 볼 수 있다. 로드 케이스별 최대 응력 다음 표 3과 같다.The results analyzed for each load case show that most of them show relatively high stress at the connection with the strut. Maximum stresses per rod case are shown in Table 3 below.

스트러트와의 연결 부위를 제외한 다른 부위들은 작은양의 응력만이 나타나고 있다.Except for the connection with the strut, other parts show only a small amount of stress.

따라서 이러한 부위들이 감량해야 할 대상으로 선정되었으며 스트러트와의 연결 부위도 부분적으로 형상 변경을 통해 감량을 시도하였다.Therefore, these parts were selected as the target to be reduced, and the connection part with strut was also reduced by partially changing the shape.

제1도는 종래의 너클인 제2도의 감량되어진 너클 개략도로서 주요 변경치수들이 표기되어 있다.FIG. 1 is a schematic diagram of a reduced knuckle of FIG. 2, which is a conventional knuckle, in which major modification dimensions are indicated.

종래 너클의 해석 결과를 이용하여 감량을 수행한 부위와 세부 사항은 다음과 같다.The parts and details of the weight loss using the analysis results of the conventional knuckles are as follows.

1) 스트러트부(1) :1) Strut part (1):

0.06Kg(A파트)+0.25Kg(B파트)+0.24Kg(C파트)=0.57Kg0.06Kg (Part A) + 0.25Kg (Part B) + 0.24Kg (Part C) = 0.57Kg

…… A, C 파트 제거… … A, C part removal

…… B파트 : 치수변경… … Part B: Dimension Change

2) 타이로드(4) 연결 부위 :2) Tie-rod (4) connection part:

0.04Kg …… 제거0.04 Kg... … remove

3) 컨트롤 암(5) 연결 부위 :3) Control Arm (5) Connection Area:

0.02Kg …… 치수 변경0.02 Kg... … Change dimensions

4) 브레이크 켈리퍼(2) 연결 부위 :4) Brake caliper (2) connection part:

0.08Kg(D파트)+0.06Kg(E파트)=0.14Kg0.08Kg (D part) + 0.06Kg (E part) = 0.14Kg

…… D, E 파트 제거… … Remove D and E parts

5) 휠 스핀들 장착 부위(3) :5) Wheel spindle mounting area (3):

0.21Kg …… 치수 변경0.21 Kg... … Change dimensions

6) 안티 락 브레이킹 시스템 센서 장착 부위(6) :6) Anti-lock braking system sensor mounting area (6):

0.02Kg …… 치수 변경0.02 Kg... … Change dimensions

(7) 본 발명 너클의 해석 결과(7) Analysis result of knuckle of the present invention

제1도는 수정된 너클의 해석 결과를 나타낸다.Figure 1 shows the analysis results of the modified knuckles.

이들의 응력 분포는 종래 너클의 해석 결과들 보다 넓게 분포되는 경향을 띄고 있으며 최대 응력값들이 다소 상승한 상태로 나타나고 있다.These stress distributions tend to be wider than those of the conventional knuckle analysis, and the maximum stress values appear to be somewhat increased.

본 발명 너클의 해석 결과에서 나타난 최대 응력값들은 다음 표 4와 같다.The maximum stress values shown in the analysis results of the knuckles of the present invention are shown in Table 4 below.

위의 결과들에서 포트 홀 브레이킹(PHB)상태에서의 응력은 스트러트 연결부위(1)와 브레이크 켈리퍼(Brake Caliper)연결부위(2)간의 급격한 곡률 변화를 기인하고 있다.In the above results, the stress in the port hole breaking (PHB) state is caused by the sudden change in curvature between the strut connection part 1 and the brake caliper connection part 2.

따라서 이 부분에서 리브(Rib)를 이용하여 완만한 곡률로의 연결이 요망된다.Therefore, in this part, a connection to a smooth curvature using ribs is desired.

완만한 곡률의 리브를 사용한 너클의 최종 형상은 위에 계산된 최대 응력값 보다 낮아져 각 로드 케이스(Load Case)에 대한 안전한 결과를 나타내리라 사료된다.The final shape of the knuckles with ribs of gentle curvature is lower than the maximum stress value calculated above, which is considered to be a safe result for each load case.

(8) 결론(8) Conclusion

1) 종래 너클(Knuckl)과 본 발명 너클의 해석을 통해 포트 홀 브레이킹(Pot Hole Braking)시 발생하는 응력이 페일러(Failure)를 발생시킬 수 있는 상황이라 사료되며, 이는 스트러트 연결부위와 브레이크 켈리퍼(Brake Caliper) 연결부위간에 완만한 곡률의 리브를 사용함으로써 해결될 수 있다.1) It is considered that the stress generated during the pot hole braking can generate the fail through the analysis of the conventional knuckle and the present invention knuckle. This is the strut connection part and the brake caliper. (Brake Caliper) This can be solved by using gentle curvature ribs between the joints.

2) 종래 프론트(FRT) 너클의 본 보고서에서 제시한 방법으로 3.3Kg의 중량까지 도달할 수 있다.2) The weight of 3.3 Kg can be reached by the method presented in this report of conventional front (FRT) knuckles.

3) 안티 록 브레이킹 시스템 센서(Sensor) 장착위치는 설계 변경을 통해 작은 체적의 형태로 바뀌어야 한다. 이는 너클의 무게를 증가시키는 효과만 나타낼 뿐 주변의 응력에 영향을 끼치지 못하고 있다.3) Anti-lock braking system The sensor mounting position should be changed to a small volume through design change. This only has the effect of increasing the weight of the knuckle and does not affect the surrounding stress.

상기와 같은 발명의 효과로는 너클의 응력 해석을 통해 응력의 분포를 조사하고 너클에 발생한 불균일한 응력의 분포를, 균등하게 분포하게하여 균일한 응력 분포를 가지게 너클의 모양을 변형하여 불필요한 무게를 줄여 재료비의 감소와 라이드 측면에 좋은 영향을 끼치게 되었다.The effect of the invention is to investigate the distribution of stress through the knuckle stress analysis and to evenly distribute the non-uniform stress distribution in the knuckle, to deform the shape of the knuckle to have a uniform stress distribution and to eliminate unnecessary weight. This reduces the cost of materials and has a positive impact on the ride side.

Claims (1)

스트러트부(1)의 A파트(0.06Kg), B파트(0.25Kg), C파트(0.24Kg)중에서 A,C파트를 제거하고 B파트는 치수변경하고, 타이 로드(4) 연결 부위를 0.04Kg 제거하고, 컨트롤 암(5) 연결 부위는 0.02Kg 정도 치수 변경하고, 브레이크 켈리퍼(2) 연결 부위는 D파트(0.08Kg), E파트(0.06Kg)를 제거하고, 휠 스핀들 장착 부위(3)는 0.21Kg 치수 변경하고, 안티 록 브레이킹 시스템 센서 장착 부위(6)를 0.02Kg 치수 변경한 것을 특징으로 하는 경량화된 스티어링 너클.Remove the A and C parts from the A part (0.06Kg), B part (0.25Kg) and C part (0.24Kg) of the strut part 1, change the B part dimension, and connect the tie rod (4) to 0.04 Remove the Kg, change the control arm (5) connection to 0.02 Kg, remove the brake caliper (2), remove the D part (0.08 Kg) and E part (0.06 Kg), and install the wheel spindle mounting area (3). ) Is a 0.21Kg dimension change, and an anti-lock braking system sensor mounting portion (6) 0.02Kg dimension change, lightweight steering knuckle.
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