KR100570931B1 - 중차량용 부싱 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 도로를 주행하는 중차량의 스프링 아이(5, 7, 105, 107) 장착용 윤활 금속 대 금속 부싱(61, 81, 117)에 대한 대체 부싱(71, 91, 151)은 슬리브 부분(73, 93, 153)과 핀(75, 95, 155)을 포함하며, 상기 핀은 60D 보다 큰 쇼어 경도를 갖는 폴리우레탄 탄성중합체(78, 98, 157)에 접합된다. 유사한 부싱(321, 233, 235)이 도로를 주행하는 중차량의 브레이크와 서스펜션에서 다른 금속 대 금속 부싱(309, 313, 211, 225)을 대체한다.

Description

중차량용 부싱{BUSHING FOR HEAVY VECHICLES}

본 발명은 부싱에 관한 것으로, 특히 도로를 주행하는 중차량(heavy over-the-road vehicles)에 쓰이는 개량된 부싱에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 적어도 6천 파운드 차축 등급을 갖는 6, 7, 8급 차량용 윤활 금속 부싱을 대체하는 부싱과 직접적인 관련이 있다.

도로를 주행하는 트럭 등의 특정 중차량은 서스펜션 장치의 부품으로 금속 부싱을 이용한다. 이러한 금속 부싱이 사용되는 부위로는, 이런 차량의 판 스프링의 양단에, 특히 차량의 후방 차축뿐만 아니라 전방 차축 상에 설치되는 아이 부싱에 있다. 상기 부싱은 스프링 아이를 서스펜션의 다른 부품들 또는 차량의 프레임에 부착한다. 이런 부싱은 충격을 완화하도록 설계되어 있지 않다. 이 부싱은 대개 철, 황동이나 청동, 또는 이들의 조합으로 형성된다. 그러나, 이들 부싱은 규칙적인 윤활을 필요로 하고 그렇지 않으면 고장난다. 부싱에 그리스를 치는 것은 차량 운행의 정지를 필요로 하므로 많은 비용이 든다. 상기 그리스 자체도 환경 문제를 야기할 수 있다. 규칙적인 정비를 해도 부싱은 마모된다. 부싱과 짝을 이루는 부품들의 마모는 부싱의 고장을 초래할뿐만 아니라 차량과 서스펜션의 조향성 감소를 유발한다. 따라서, 해당 산업 분야에서는 도로를 주행하는 중차량의 스프링 아이 부싱 등의 금속 부싱에 대한 만족스러운 무정비 대체품을 오랫동안 찾아오고 있다. 이런 차량의 스티어링 링크 부싱과 브레이크용 S자형 캠 부싱 같은 다른 금속 부싱들도 유사한 문제점을 가지고 있다.

기존의 대부분의 스프링 아이 부싱은 분리 가능한 측면 바아에 의해 도로를 주행하는 중차량의 섀시나 프레임에 유지된다. 이러한 부싱은 측면 바아 중 하나를 분리함으로써 하나의 유닛으로 설치된다. 그러나, 다른 부품들은 브래킷의 아암 사이에 외측 슬리브 부분을 배치하고(일반적으로 스프링 아이 안에 슬리브를 설치하고 브래킷 아암 사이에 스프링 아이를 배치함으로써), 그 후 브래킷 아암 중 하나에 구멍을 통하여 다른쪽 아암에 있는 구멍에 핀이 수용될 때까지, 핀을 삽입함으로써 브래킷에 설치된다. 이러한 2부품 구조에서는 핀이 슬리브안으로 활주하며, 다른 구조에서는 슬리브와 핀에 나사가 형성되어 핀은 슬리브에 나사 체결된다. 이러한 형태의 2부품 금속 부싱 중 어느 하나를 위한 대체품을 공지의 방법으로 찾는 것은 매우 어렵다.

본 출원인 명의의 미국 특허 제4,840,395호는, 쓰레기 트럭, 비포장 도로 건설 트럭 등의 중차량에 사용되는 고무 부싱과 관련한 오랜 문제점을 해결했다. 이 응용례에서는, 탄성중합체 부싱을 이용함으로써, 부품들 간의 원뿔형 운동이 경미해지고, 충격이 완화되며, 하중이 가해질 때 순간적 오배열이 경미해지고, 정규적인 윤활의 필요성이 배제된다. 상기 특허는 개량된 탄성중합체, 바람직하게는 고무의 공칭의 경도보다 다소 큰 경도를 갖는 폴리우레탄을 대신 사용하고, 탄성중합체를 다른 부품에 접착하는 동시에, 부싱 중 일부분을 탄성중합체에 대하여 회전 가능하게 함으로써, 고무 부싱에서 오랫동안 지속되어온 조기 고장과 관련한 문제를 해결했다. 그러나, 도로를 주행하는 중차량에 금속 부싱을 폴리우레탄 부싱으로 대체하려는 시도는 성공적이지 못했다.

도로를 주행하는 중차량에서 윤활 금속 스프링 아이 부싱에 대한 만족할만한 대체품은 발견되지 않았다. 일부 용례에서는, 시일(seal)을 이용하여 윤활 간격을 늘리지만, 이 방법은 비용과 복잡성을 증가시키고 윤활의 필요성도 배제시키지 못한다. 보다 비싼 롤러 베어링을 사용하여 부싱의 수명을 늘렸지만, 이들 롤러 베어링도은 특별한 피팅을 필요로 하고 또한 윤활도 필요로 한다.

본 발명의 목적 중 하나는 지금까지 단지 윤활 금속 부싱만이 설치되어 왔던 도로를 주행하는 중차량 용례에 사용하기 위한 바람직한 무정비 부싱을 제공하는 데 있다.

또 다른 목적은 기존의 금속 부싱과 직접 대체할 수 있는 전술한 부싱을 제공하는 데 있다.

다른 목적들은 후술하는 설명으로부터 명확해 질 것이다.
본 출원인은 금속 스프링 아이 부싱이 차량의 적절한 조향성을 제공하기 위하여, 스프링 단부와 상기 스프링 단부가 부착되는 구조물 사이에서 회전이외의 상대적 운동을 엄격하게 제한하여야 하고, 부싱이 허용하는 부품들 간의 원뿔형 운동은 기껏해야 몇 천분의 1인치 또는 ±1°라는 것을 알아냈다. 금속 부싱은 부싱의 외측 슬리브와 핀 사이에 그리스 윤활층을 위한 간극을 필요로 하고, 새롭고 최근의 것이 느슨해질 때 전술한 정도의 원뿔형 정렬을 간신히 유지할 수 있다.
본 출원인은 도로를 주행하는 중차량에서 자신의 전 폴리우레탄 부싱의 실패 원인이 상기 부싱에 몇시간 동안에 걸쳐 지속적으로 가해지는 빠르고 높은 진동수(대체로 3 내지 15Hz)와 낮은 진폭의 진동이 열을 발생시키는 것이라고 결론지었다.

본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 도로를 주행하는 중차량용 무정비 스프링 아이 부싱은 스프링 아이 내에 설치되는 금속 외측 슬리브와, 이 외측 슬리브를 통해 연장되고 차량 섀시에 장착되는 내측 부재, 그리고 외측 슬리브와 내측 부재 사이의 탄성중합체 인터페이스를 포함하며, 상기 탄성중합체 인터페이스는 60D보다 큰 경도를 가지며, 외측 슬리브와 내측 부재 중 하나에 접합되고, 외측 슬리브와 내측 부재 중 다른 하나에 대해 회전 가능하게 되어 있다. 본 출원인 명의의 미국 특허 제4,840,395호에서 사용한 바와 같이, 본 명세서에서도 '인터페이스'란 용어는 외측 슬리브와 내측 부재 사이에 개재된 물질을 의미한다.

스프링 아이 부싱의 내측 부재는 부싱의 외측 슬리브의 축방향 단부를 수용하는 브래킷내에 장착되는 핀을 구비하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 이 핀의 직경은 약 1 내지 1.5 인치이다.

탄성중합체 인터페이스는 폴리우레탄 물질인 것이 바람직하다. 특별한 설명이 있는 경우를 제외하고, 본 명세서에 사용된 '폴리우레탄'이란 용어는 폴리우레탄, 폴리우레아, 그리고 이들의 혼합물을 포함한다. 탄성중합체는 60D 내지 80D의 경도와, 4,000 psi 이상의 인장 강도, 525 pli 이상의 파단 강도(다이 C), 2,500 이상의 100% 탄성률, 100% 이상의 최종 신장률을 갖는다. 100% 내지 300%의 최종 신장률이 바람직하다. 폴리우레탄 물질의 경도는 약 65D인 것이 바람직하다. 상기 물질은 금속처럼 반응하고, 외측 슬리브와 내측 부재의 실질적으로 원뿔형 정렬(±1°)을 유지하며, 응력이 가해지지 않은 상태로 빠르게 복원한다.

탄성중합체 인터페이스는 최대 베어링 면적을 제공하고 하중하에서 부싱의 변형과 응력을 감소시키기 위해 외측 슬리브 보다는 내측 부재에 접합되는 것이 바람직하다. 또한, 이 기법은 탄성중합체가 경화 중에 수축될 때 접합을 유지하는 데 도움이 된다.

상기 개선된 부싱은 통상의 표준 윤활 금속 부싱에 상응하거나, 또는 그 이상의 수명을 제공하며, 정비를 필요로 하지 않는다. 이는, 전방 차축의 용례에서 우수한 정렬 및 제어를 제공한다.

발명의 또 다른 실시 양태에 따르면, 도로를 주행하는 중차량용 금속 대 금속 부싱을 대체하고자 대체 부싱이 제공되는데, 상기 금속 대 금속 부싱은 금속 외측 슬리브와 이 외측 슬리브에 신축적으로 삽입되는 금속 내측 부재를 구비하며, 상기 내측 부재는 그리스 막에 의해 외측 슬리브의 내측 베어링면으로부터 분리된 외측 베어링면을 구비한다. 상기 대체 부싱은 외측 슬리브와, 내측 부재와, 그리고 60D보다 큰 경도를 갖는 탄성중합체 인터페이스를 갖는데, 이 인터페이스는 외측 슬리브와 내측 부재 중 하나에 접합되고, 외측 슬리브와 내측 부재 중 다른 하나에 대해 회전 가능하다. 상기 인터페이스의 외경은 금속 대 금속 부싱의 내측 부재의 최대 직경과 실질적으로 동일하다. 개량된 부싱의 인터페이스는 탄성중합체이기 때문에, 탄성중합체와 이에 맞닿아 회전하는 금속 부재 간의 끼워 맞춤은, 바람직한 실시예에서 핀과 슬리브의 정합 직경이 금속 대 금속 대응물의 직경과 동일할지라도, 금속 대 금속 부싱의 상응하는 금속 부분간의 끼워 맞춤보다 더 밀접할 수 있다. 따라서, 핀이나 내측 부재에 접합되는 탄성중합체는 대체로 외측 슬리브의 내경과 동일한 직경을 갖고, 외측 슬리브 내경의 공차 허용 범위내에서 최소 직경보다 약 0.005"까지 작은 공차가 허용된다. 한 가지 실시예에서, 금속 대 금속 부싱의 외측 슬리브와 내측 부재에는 나사가 형성되고, 대체 부싱은 내측 부재와 외측 슬리브, 그리고 탄성중합체 인터페이스를 포함한다. 상기 내측 부재는 금속 대 금속 부싱의 내측 부재에 형성된 나사산의 뿌리 직경과 실질적으로 동일한 외경의 부분을 갖고, 상기 대체 부싱의 외측 슬리브는 외측 슬리브에 형성된 나사산의 뿌리 직경보다 다소 작거나 실질적으로 동일한 내경을 가지며, 상기 탄성중합체 인터페이스는 내측 부재와 외측 슬리브사이의 공간을 채운다. 다른 실시예에서, 금속 대 금속 부싱의 내측 부재는 외측 슬리브안으로 축선방향으로 활주하고, 상기 대체 부싱은 탄성중합체 인터페이스를 위한 홈을 마련하기 위해 그 중앙 부분이 절취된 내측 부재를 포함한다. 이 실시예의 경우, 탄성중합체는 금속 대 금속 부싱의 내측 부재에 상응하는 부분의 외경과 실질적으로 같거나 그보다 약간 더 큰 외경을 갖고, 내측 부재에 접합되는 것이 바람직하다.

본 발명의 탄성중합체 인터페이스는 0.375"보다 큰 본 출원인 명의의 미국 특허 제4,840,395호의 인터페이스보다 더 얇게 형성되어도 좋다. 본 발명의 인터페이스의 두께는 0.3"(12 mm)미만인 것이 바람직하고, 0.1" 내지 0.25"(4~10 mm)인 것이 더 바람직하다.

본 발명의 다른 양태는 이하의 설명 및 청구범위를 통해 명백해질 것이다.

도 1은 판스프링의 양단부에 본 발명이 적용되기에 적합한 스프링 아이 부싱을 구비하는, 도로를 주행하는 중차량의 판스프링 서스펜션의 전방 단부를 보여주는 분해 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 서스펜션에 사용되는 종래의 금속 대 금속 스프링 아이 부싱을 보여주는 분해 저면도.

도 3은 도 1의 서스펜션에 도 2의 부싱 대신에 사용되기에 적합한 본 발명의 스프링 아이 부싱을 부분 파단하여 보여주는 분해 측면도.

도 4는 도 3에 도시된 스프링 아이 부싱을 조립한 상태에서 역전된 위치 관계로 보여주는 단면도.

도 5는 도 1에 도시된 서스펜션의 일반적인 수정예에 사용되고, 나사부를 포함하는 종래의 금속 대 금속 스프링 아이 부싱을 보여주는 분해 저면도.

도 6은 도 1의 서스펜션에 도 5의 부싱 대신에 사용되기에 적합한 본 발명의 스프링 아이 부싱을 부분 파단하여 보여주는 분해 측면도.

도 7은 도 6에 도시된 스프링 아이 부싱의 조립 상태를 보여주는 단면도.

도 8은 판스프링의 양단부에 본 발명이 적용되기에 적합한 스프링 아이 부싱을 구비하는, 도로를 주행하는 중차량의 다른 판스프링 서스펜션의 전방 단부를 보여주는 분해 사시도.

도 9는 도 8에 도시된 서스펜션에 사용되는 종래의 금속 대 금속 스프링 아이 부싱을 보여주는 분해 저면도.

도 10은 도 8의 서스펜션에 도 9의 부싱 대신에 사용되기에 적합한 본 발명의 스프링 아이 부싱을 부분 파단하여 보여주는 분해 측면도.

도 11은 도 10에 도시된 스프링 아이 부싱의 조립 상태를 보여주는 단면도.

도 12는 본 발명이 적용되기에 적합한 S자형 캠 부싱을 구비하는, 도로를 주행하는 중차량용 스티어링 차축 브레이크를 보여주는 분해 사시도.

도 13은 도 12에 도시된 스티어링 차축 브레이크에 사용되는 종래의 금속 S자형 캠 부싱을 보여주는 사시도.

도 14는 도 13에 도시된 부싱을 대체하기에 적합한 본 발명의 S자형 캠 부싱의 단면도.

도 15는 본 발명이 적용되기에 적합한 스티어링 링크 부싱을 구비하는, 군용 탱크 수송용의 도로를 주행하는 캐리어의 부분 평면도.

도 16은 도 15의 캐리어의 스티어링 링크를 보여주는 사시도.

도 17은 본 발명에 따른 도 16의 스티어링 링크 부싱을 조립된 상태로 보여주는 단면도.

도 18은 도 17의 부싱의 단부를 보여주는 도면.

도면을 참고하면, 도 1은 도로를 주행하는 중차량(6, 7 또는 8등급)의 스티어링 차축용 전방 서스펜션 장치(1)를 보여준다. 예시된 서스펜션 장치는 Freightliner Corporation에서 제작한 트럭용의 것이다. 서스펜션 장치(1)는 일단(전방 단부)에 제1 스프링 아이(5)가 마련되고 타단에 제2 스프링 아이(7)가 마련되어 있는 판 스프링 조립체(3)를 포함한다. 상기 판 스프링 조립체(3)의 중앙부는 새들(saddle)과 U자형 볼트 조립체(11)에 의해 전방 또는 스티어링 차축(9)에 대해 유지된다.

제1 스프링 아이(5)는 스프링 아이 부싱(15)에 의하여 트럭의 섀시 상의 주조 스프링 행거 또는 새들(13)에 장착된다. 스프링 아이 부싱(15)은 스프링 아이(5)에 의해 밀접하게 마찰식으로 파지되어 있는 외측 슬리브(17)와, 스프링 아이(5)에서 슬리브(17)가 점 용접되거나 화학적으로 접착된 후에 그 슬리브(17)를 통하여 축선방향으로 활주하는 핀(19)을 포함한다. 부싱 핀(19)의 양단부는 스프링 새들(13)의 상부에 볼트로 결합되는 바닥 판 또는 캡(21)에 의해 스프링 새들(13)에 유지된다. 심(Shim)(23)은 스프링 새들(13)에서 스프링 아이(5)의 위치를 설정하고, 이 스프링 아이가 부싱(15)의 축선을 따라 축선방향으로 유동하는 것을 제한한다.

제2 스프링 아이(7)는 H자형의 주조 스프링 섀클(Shackle)(27), 제2 부싱(29) 및 제3 부싱(31)에 의해 제2 주조 스프링 행거(25)에 장착된다. 제2 부싱(29)과 제3 부싱(31)은 제1 부싱(15)과 동일하다. 제2 부싱(29)은 스프링 아이(7)에 의해 밀접하게 마찰식으로 파지되어 이 스프링 아이에 부착된 외측 슬리브(33)와 핀(35)을 포함한다. 주조 스프링 섀클(27)의 하부 다리(39)에 있는 섀클(37)은 제2 스프링 아이(7)의 양단부를 수용하고, 핀(35)은 섀클(37)과 슬리브(33)를 통해 연장된다. 섀클 볼트(41)는 섀클(37)의 교차 구멍들을 통해 연장되고 핀(35)의 양단부를 클램핑한다. 또한, 섀클 볼트(41)는 스프링 섀클(27)에 대한 핀(35)의 회전을 방지하기 위해 핀(35)의 양단에 있는 횡방향 요부(43)를 통해 연장된다. 제3 부싱(31)은 외측 슬리브(45)와 핀(47)을 포함한다. 제3 부싱(31)의 외측 슬리브(45)는 제2 스프링 행거(25)의 구멍(49)에 압입된다. H자형 주조 스프링 섀클(27)의 상부 다리(53)에 있는 섀클(51)은 제2 스프링 행거(25)에 있는 보어(49)의 양단부를 수용하고, 핀(47)은 슬리브(45)와 섀클(51)을 통해 연장된다. 섀클 볼트는 섀클(51)의 교차 구멍을 통해 연장되고 핀(47)의 양단부를 클램핑한다. 또한, 섀클 볼트는 스프링 섀클(27)에 대한 핀(47)의 회전을 방지하기 위해 핀(47)의 양단부에 있는 횡방향 요부(57)를 통해 연장된다. 스프링 아이(5, 7)를 장착하기 위한 부싱(15, 29, 31)을 사용함으로써, 스프링이 굽혀질 때 스프링 아이가 트럭의 섀시에 대하여 회전할 수 있게 되고, 또한 주조 스프링 섀클(27)이 회전할 수 있게 되어 스프링이 굽혀질 때 스프링의 길이 변화에 순응한다. 부싱에 의해 핀이 부싱 슬리브 내에서 원활하게 회전하고, 핀이 슬리브와 동축으로 유지되어, 몇 천분의 1인치를 초과하는(바람직하게는 만분의 일 미만) 핀축의 병진 운동이 발생하지 않고, 실질적인 원뿔형 운동도 발생하지 않도록(바람직하게는 약 1°이하), 트럭을 제어할 필요가 있다.

하부 캡(21)이 스프링 행거(13)에 장착되기 전에, 제1 부싱(15)을 조립하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 그러나, 제2 부싱(29)의 핀(33)은 스프링 아이(7)가 주조 스프링 섀클(27)의 하부 다리(39) 사이에 배치된 후 삽입되어야만 하고, 제3 부싱(31)의 핀(47)은 제2 스프링 행거(25)가 주조 스프링 섀클(27)의 상부 다리(53) 사이에 배치된 후 삽입되어야만 한다.

각 부싱은 부싱 슬리브의 단부 유동(遊動)과, 그에 따른 스프링 단부의 유동이 적정한 값으로 이루어지도록, 적절하게 심에 의해 조절된다.

이상 설명한 서스펜션은 잘 알려진 통상적인 서스펜션이다.

공지의 서스펜션에서, 부싱(15, 29, 31)은 도 2에서 도시된 바와 같이 윤활식 금속 대 금속 부싱이다. 통상적인 부싱(61)은 그리스 막에 의해 구분되는 금속 슬리브(63)와 금속 핀(65)을 포함한다. 슬리브(63)는 내경이 1.249 ±0.001"이고, 외경은 1.500"이며, 길이는 4.0"이다. 핀의 외경은 1.2445 ±0.0015"이고 길이는 6.875"이다. 핀(65)의 일측에 있는 작은 평판(67)은 윤활제 저장소를 제공한다. 횡방향 요부(69)는, 전술한 바와 같이 핀(65)의 회전 위치가 고정되도록 한다. 통상적인 그리스 피팅(fitting)(68)에 의해 부싱(61)을 주기적으로 윤활할 수 있게 된다. 실제로 부싱은 10,000 내지 15,000 마일마다 윤활되어야만 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 도 2의 통상적인 금속 대 금속 부싱(60)은 도 1의 서스펜션에서 도 3 및 도 4의 개량된 부싱(71)으로 대체된다. 개량된 부싱(71)은 통상적인 슬리브(63)와 동일한 슬리브(73)를 포함한다. 슬리브(73)는 스프링 행거 또는 스프링 아이 속으로의 슬리브 삽입이 용이해지도록 슬리브 모서리에 외측 모따기를 형성한, 맨드렐로 인발 가공한(drawn-over-mandrel) AISI 1020/1026 강관인 것이 바람직하다. 개량된 핀(75)은 통상적인 핀(65)과 치수나 모양이 동일하지만, 다르게 형성된다. 핀(75)은 전체 길이가 4.250"이고 직경이 1.000"인 감소된 직경의 홈(77)이 그 중심에 형성되도록 기계 가공된 SAE 1144 내응력강으로 제조된다. 홈(77)의 양단부는 45°로 경사져 있어 홈의 바닥에서 길이는 4.004"이다. 100% 내지 300% 사이의 최종 신장률과 60D 이상의 경도를 갖는 폴리우레탄층(78)이 홈(77)에 접합된다. 접합은 통상적인 방법으로 수행되고, 바람직하게는 주로 Thixon(등록상표) 423(Morton International, Inc)을 사용하는 통상적인 방법으로 수행된다. 폴리우레탄층(78)은 테네시주 샤타누가에 소재하는 Synair Corporation에서 시판하는 규소를 주성분으로 한 이형제, Synlube 1000등의 통상적인 이형제를 사용하여 몰드(mold) 내에서 핀 상에 성형되는 것이 바람직하다. 폴리우레탄은 통상적인 핀(65)의 직경과 동일한 최종 직경으로 가공된다.

바람직한 폴리우레탄은 적당한 촉매를 사용하거나 사용하지 않은, 루이지애나주 배턴로그에 소재하는 Albemarle Corportion에서 시판하는 ETHACURE(등록상표) 경화제 등과 같은 에테르 폴리올 방향족 아민 경화 혼합물에서 연장 처리된 MDI를 주성분으로 하는 폴리에테르 준 프리폴리머(prepolymer)로부터 형성된다. 이 물질은 20초 정도의 겔화 시간을 포함한 단시간에 경화되어 쇼어 경도가 65D인 금속형 물질을 형성한다. 바람직한 물질은 아이오와주 말콤에 소재하는 ITWC, Inc에서 판매하는 E65D 폴리우레탄이다. 준 프리폴리머는 "QZ-22"라는 명칭으로 같은 회사에서 판매된다. E65D 물질은 약 6,400psi의 인장강도, 175pli의 파단강도, 약 3,500psi의 100% 탄성률, 약 5,100psi의 200% 탄성률 및 약 270%의 최종 신장률을 갖는다.
바람직한 E65D 폴리우레탄 인터페이스를 사용하는 부싱을 실온 대기 조건하에서 3Hz와 15Hz의 진동 부하 조건하에 실험하였을 때, 상기 물질의 온도가 약 125℉로 상승된 후 그 온도로 유지된다는 것이 밝혀졌다. 반면에 55D 이하의 경도를 갖는 폴리우레탄 인터페이스를 구비한 동일한 부싱을 시험하였을 때, 상기 물질의 온도가 계속 상승했다.

삭제

백만번의 사이클 동안 6천 파운드의 하중을 받는 조건하에서 부싱(71)을 예비 시험한 것에서는, 부싱에 심각한 마모가 나타나지 않았다. 이는 부싱이 정비 없이 약 50만 마일을 사용할 수 있다는 것을 의미한다.

상기 부싱(71)은 부싱(61)과 정확히 동일하게 장착된다. 심과 섀클 볼트는 종래와 동일한 방법으로 장착된다. 그러나, 개량된 부싱(71)이 장착되면 정비는 불필요해지고, 최소한 적절히 정비되는 금속 대 금속 부싱 정도의 수명을 갖는 것으로 고려된다. 이 부싱에 의하여, 뛰어난 내마모성이 얻어지고, 핀과 슬리브가 양호하게 정렬되어, 트럭이 양호하게 제어된다.

이제 도 5를 참조하면, 특히 미국 서부 해안 지역에서의 사용에 적합하고, 도 1의 서스펜션에서 부싱(61) 대신에 사용되는 수정된 종래 부싱이 도시되어 있다. 상기 수정된 부싱은, 핀(85)의 일단(82)의 직경이 더 작게 형성되고, 핀의 중앙 부분에서 나사산(86)이 형성되어 있다는 점이 전술한 부싱(61)과 다르다. 슬리브(83)에는 대응하는 작은 직경의 부분이 마련되고, 슬리브 내측면에는 대응하는 암나사산(88)이 형성되어 있다. 이 수정예에 따르면, 마운팅 섀클에 있는 개구들의 크기는 제1 행거 브래킷(13)의 양측면과 H자형 주조 스프링 섀클(27)의 양측면에서 서로 다르다. 따라서, 핀은 한쪽 측면으로부터만 삽입될 수 있고, 다른쪽 측면의 섀클 개구는 핀(85)의 작은 단부(82)만을 수용할 수 있는 크기로 설정된다. 각 부분의 나사산의 깊이는 0.125"이다. 부싱(81)의 슬리브 부분(83)은 제1 종래 부싱(51)의 슬리브(53)와 같은 방법으로 배치되지만, 핀은 슬리브 안으로 활주하여 축선방향으로 움직이기 보다는 슬리브에서 나사 체결된다. 핀(85)이 섀클에 체결되어 섀클에 핀이 고정된 경우, 슬리브(83)안에서 핀(85)의 축선방향 운동을 나사산이 제한하기 때문에, 이러한 구조에 의해 심의 필요성이 배제된다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 개량된 부싱(91)은 부싱(81)을 대체할 수 있다. 부싱(91)은 슬리브(93)와 핀(95)을 포함한다. 슬리브(93)는 슬리브(73)와 동일하다. 실제로, 슬리브(93)는 기단부에 나사산(88)이 형성된 도 5의 통상적인 부싱의 슬리브 부분(83)이다. 금속 핀(95)은 그 중앙 부분의 외경이 나사산(86)의 뿌리 직경과 동일하다는 것을 제외하고는 크기와 모양이 핀(85)과 동일하다. 폴리우레탄층(98)은 도 3 및 도 4의 층(78)과 같은 물질로 형성되고, 도 3 및 도 4의 층(78)과 같은 방법으로 금속 핀(95)에 접합된다. 층(98)은 스프링 아이(5, 7)의 폭보다 큰 0.125"의 길이를 가진다. 도 7에 도시된 바와 같이, 층은 핀(95)의 작은 단부(92)에 인접한 슬리브(93)의 단부 쪽으로만 축선방향으로 연장되고, 따라서 층은 종래의 나사 형성 핀의 나사산(86)보다 낮다. 이는 부싱 행거에 대한 스프링 아이의 위치를 축선방향으로 적절하게 설정하려면, 부싱(91)이 심에 의해 조절되어야 하기 때문이다. 핀의 중앙 부분은 직경이 0.994 ±0.005"이고, 폴리우레탄층(98)은 외경이 1.247 ±0.001"이다. 따라서, 층은 두께가 약 0.127"이다. 상기 실시예의 폴리우레탄은 제1 실시예에서와 마찬가지로 E65D 물질이고, 제1 실시예와 동일한 방식으로 적용된다.

도 8은 도로를 주행하는 중차량, 특히 Navistar Corporation International(등록상표)의 트럭용 전방 차축 서스펜션(101)의 다른 형태를 보여준다. 상기 서스펜션은 종래의 금속 대 금속 스프링 아이 부싱을 사용하는 것으로 도시되어 있다. 서스펜션(101)은 일단에 제1 스프링 아이(105)가 마련되고 타단에 제2 스프링 아이(107)가 마련되어 있는 판 스프링 조립체(103)를 포함한다. 판 스프링 조립체(103)의 중앙부는 통상적인 방법으로 스티어링 차축에 유지된다.

스프링 아이(105, 107)는 나사 형성 부싱(115, 117, 119)에 의해 트럭 프레임에 장착된다. 스프링(103)의 제1 단부(즉, 전방 단부)를 지지하는 제1 나사 형성 부싱(115)은 도 5의 나사 형성 부싱(81)과 유사하다. 제2 스프링 아이(107)는 상단부와 하단부에 섀클(129)이 마련된 2개의 측면 바아(127)와, 제2 부싱(117), 그리고 제3 부싱(119)에 의해 주조 스프링 행거(125)에 장착된다. 제2 부싱(117)과 제3 부싱(119)은, 도 9에 상세히 도시된 바와 같이 이들 부싱의 핀의 양단부가 나사 형성된 중앙 부분의 직경보다 작은 직경을 갖는다는 점에서 나사 형성 부싱(81)과 다르다. 따라서, 핀은 측면 바아(127)가 부착되고 섀클 볼트(131)가 조여지기 전에 대응하는 슬리브 내로 나사 체결되어야 한다. 부싱(117)의 슬리브(133)는 주조 스프링 행거(125)에 압입된 후, 용접되거나 그 밖의 방식으로 부착된다. 제3 부싱(119)의 슬리브(135)는 스프링 아이(107)에 끼워 맞춰지고 용접되거나 부착된다. 그 후, 제2 및 제3 부싱의 핀(137, 139)은 각기 대응하는 슬리브에 나사 체결되며, 측면 바아(127)는 핀의 양단부에 끼워 맞춰지고, 볼트(131)가 죄어진다.

도 9에 더 상세히 도시된 바와 같이, 종래의 부싱(117)은 암나사가 형성된 슬리브(133)와, 수나사가 형성된 핀(137)을 포함한다. 핀(137)의 양단부(141)는 나사 형성된 중앙 부분(143)보다 직경이 더 작다. 나사산(143)의 깊이는 약 0.25"이다. 횡방향 요면(145)에 의해 섀클 볼트(131)는 측면 바아(127)에 대하여 핀(137)의 회전 위치를 고정시킬 수 있다. 부싱을 주기적으로 윤활하기 위하여 핀(137)의 일단부에는 종래의 그리스 피팅(147)이 마련되고, 타단부에는 종래의 렌치 피팅(149)이 마련된다.

본 발명의 부싱의 다른 실시예에 따르면, 부싱(115)은 도 6 및 도 7의 부싱(91)과 같은 부싱으로 대체되고, 부싱(115, 117)은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 부싱(151)으로 대체된다. 부싱(151)은 슬리브(133)의 치수와 동일한 외부 치수(즉, 길이 4.0", 직경 1.765")를 갖는 슬리브(153)를 포함한다. 슬리브에 충분한 압축 강도를 부여하기 위해서, 슬리브의 내경은 슬리브(133)의 암나사산의 뿌리 직경보다 다소 작은 1.501 ±0.001"이다. 또한, 부싱은 나사산(143)이 편평하게 밀링 가공되었다는 점을 제외하고는 핀(137)과 동일한 치수를 갖는 금속 핀(155)을 포함한다. 금속 핀(155)의 외경은 1.062 ±0.005"이다. 슬리브(153)와 핀(155)은 제1 실시예의 슬리브(73)와 핀(75)과 동일한 물질로 제조된다. 제1 실시예의 부싱(71)에 사용된 것과 동일한 E65D 타입의 폴리우레탄층(157)은 전술한 기술을 사용하여 핀(155)의 중앙 부분에 성형되어 접합된다. 폴리우레탄층(157)은 슬리브(153)와 동일한 길이를 갖는다. 폴리우레탄층의 외경은 1.499 ±0.001"이다. 따라서, 층(157)의 두께는 약 0.22"인 것을 알 수 있다.

부싱(151)은 부싱(137)과 마찬가지로 측면 바아 사이에 설치되지만, 축선방향 위치를 설정하기 위해 심을 사용할 필요가 있다. 그러나, 일단 설치되면 부싱(151)은 전술한 부싱(71)과 마찬가지로 부싱(137)에서 필요로 하는 정기적인 정비를 필요로 하지 않고, 축선방향 동심 상태로부터의 편향과 원뿔형 운동에 대한 저항성을 제공하며, 그 저항 정도는 금속 대 금속 부싱과 동일하거나 더 양호하다.

도 12 내지 도 14는, 중장비 트럭 브레이크의 S자형 캠샤프트용 금속 대 금속 부싱 대신에 본 발명을 적용한 것을 보여준다. 이 구성은 록크웰(Rockwell) 스티어링 차축 브레이크용으로 도 12에서 도시된다. S자형 캠(201)은 처짐 조정기(205)의 회전에 응답하여 브레이크 슈우(203)를 전개시키고, 이에 의해 제동력을 인가한다. 캠샤프트(207)는, 근위단에 제1 부싱(211)과 시일(213)이 유지되고 말단부에 제1 부싱(211) 및 시일(213)과 동일한 제2 부싱(215)과 시일(217)이 유지되는 행거 튜브(209)에 의해 차축에 회전 가능하게 지지된다. 잠금 링(219)과 스페이서 와셔(221)에 의해 S자형 캠 조립체가 완성된다. 제1 부싱(211) 및 제2 부싱(215)은 약하게 변동하는 큰 하중이 작용하는 상황에서 제동력을 발생시키고, 또한 스프링(223)의 경미한 스프링력에 의해 그 비작동 위치로 브레이크를 복귀시킬 수 있다는 점에서 캠샤프트의 자유회전을 허용하여야만 한다. 이를 위해, 부싱(211, 215)은 정확하게 정렬되어야 하고, 실질적인 마모없이 반복되는 정지를 견딜 수 있어야 한다. 종래의 S자형 부싱(211)은 도 13에 도시되어 있다. 부싱은 외경이 2.00"이고 내경이 1.625 ±0.002"이다. 환형 홈(225)은 그리스 저장소를 제공하고, 시일(213)은 그리스의 누설을 방지한다.

본 발명에 따르면, 부싱(211)과 시일(213)은 개량된 부싱(231)으로 대체된다. 부싱(231)은 금속 슬리브(233)를 포함하는데, 이 금속 슬리브는 벽의 두께가 0.065"인 설계 최적화 모델(DOM) 관이고, 외경이 2.000"인 형태이다. E65D 폴리우레탄층(235)은 관(233) 내부에 접합된다. 폴리우레탄층(235)은 내경이 1.625 ±0.002"이고, 층 벽의 두께는 약 0.123" 정도이다. 부싱 슬리브와 폴리우레탄 라이닝은 길이가 약 1.250"이다. 청동 및 분말 금속으로 제조된 종래의 부싱(211)과 본 발명의 부싱을 각각 비교 실험하였더니, 250,000 사이클후 청동 부싱은 약 0.025" 마모되고, 분말 금속 부싱은 약 0.033" 마모되며, 본 발명의 부싱은 0.003" 마모된 것으로 나타났다.

본 발명의 다른 용례는 M1000 탱크 수송용 중장비 다륜 캐리어의 스티어링 링크에 있다. 이러한 캐리어는 미주리주 세인트 루이스에 소재하는 System & Electronics, Inc에서 제조된다. 상기 캐리어는 도 15에서 개략적으로 도시되어 있다. 캐리어(301)는, 연속하는 각 쌍의 차륜에 대하여 애크만(Ackerman)의 기하 구조로 스티어링 링크 장치(305)를 매개로 하여 결합되는 복수 쌍의 2중 차륜(303)을 구비한다. 스티어링 링크 장치(305)중 하나가 도 16에 도시되어 있다. 링크 장치(305)는 캐리어의 프레임에 회전 가능하게 설치되는 삼각형 판(311)에 부싱(309)에 의해 일단부가 장착되는 아암(307)을 포함한다. 아암(307)의 타단부는 캐리어의 차륜을 지지하는 가위형 브래킷(315)에 부싱(313)에 의해 장착된다. 상기 부싱(309)과 부싱(313)은 동일하다. 각각 2인치의 직경을 갖는 강제(鋼製) 다웰핀(dowel pin)에 장착된다. 캐리어와 그 화물의 중량이 크기 때문에, 스티어링 링크 장치 부싱(311, 315)은 상당한 하중을 견뎌내야 한다. 원래, 부싱은 구입 및 유지가 비싼 테이퍼 롤링 부싱이었다. 본 출원인 명의의 미국 특허 제4,840,395호의 부싱으로 상기 부싱을 대체하려 했으나 실패했다. 도 17 및 도 18에서 도시된 부싱(321)은 매우 만족할만한 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 상기 부싱(321)은 E65D 폴리우레탄으로 제조된 폴리우레탄 링(325)에 접합되는 슬리브(323)를 포함한다. 슬리브(321)의 내측은 경사져 있어, 폴리우레탄을 기계적으로 고정하도록 되어 있다. 폴리우레탄 링(325)의 반경방향 내부(327)는 각각의 축선방향으로 약 0.250" 정도 링을 넘어 연장된다. 폴리우레탄 링의 내측은 2"의 다웰핀이 쉽게 삽입될 수 있도록 모따기 되어 있다. 폴리우레탄 링의 중앙부의 직경은 1.960 ±0.002"이다. 따라서, 폴리우레탄은 다웰핀보다 약간 더 작고, 부싱은 다웰핀에 압입되어야 한다, 그럼에도 불구하고, 부싱은 정비를 받지 않고도 차륜의 원활한 회전을 가능하게 하고, 신뢰 가능하게 기능한다.

이상의 설명에 의해 첨부한 청구범위 내에서, 본 발명의 부싱에 관한 다양한 변형은 해당 분야의 숙련된자들에게 명백할 것이다. 한 가지 예로써, 다른 폴리우레탄 및/또는 폴리우레아가 필요한 강도와 경도를 가진다면 이용될 수 있다. 다른 형태의 탄성중합체도 현재 발명자에게 알려지지 않았지만 사용 가능하다. 이러한 방법이 부싱을 설치하는 데 더 많은 노력을 필요로 하지만, 상기 스프링 아이 부싱과 그 밖의 부싱은 부싱 슬리브에 있는 개구보다 약간 큰 핀 상에 폴리우레탄으로 제조될 수 있다.

스프링 아이 부싱에서 상기 방법은 몇몇 단점을 가지고 있지만, 폴리우레탄은 핀 보다는 슬리브에 접합될 수 있다. 단점 중 하나는 기존의 통상적인 금속 대 금속 부싱에 비해 개량된 부싱으로 교체하기 위해서는, 완전한 크기 및 형상으로 형성되지 않은 스프링 아이에 압입될 정도로 매우 얇은 슬리브가 필요하다는 것이다. 또한, 폴리우레탄을 슬리브에 접합한다는 것은 탄성중합체가 경화되고 수축할 때 핀에 더 밀접하게 접합되기 보다는 금속면에서 이탈하려는 경향이 있다는 것을 의미하고, 또한 탄성중합체가 용해될 우려가 있기 때문에 슬리브는 용접되기 보다는 스프링 아이에 다른 방법으로 접합되어야만 한다는 것을 의미한다. 상기 방법에서는 상대적으로 큰 슬리브 면으로부터 상대적으로 작은 핀의 면에 이르는 최대 응력을 받는 표면 면적을 줄이는 것이 가장 중요한 것이다.

나사 형성 부싱은 본 발명대로 축선방향으로 지지하고자 핀에 환형 홈을 파고(제1 실시예에서 처럼), 통상적인 나사 형성 핀의 나사산의 외경과 동일한 크기의 직경을 갖는 핀 상에 폴리우레탄층을 성형하며, 그 후에 폴리우레탄에 나사산을 형성함으로써 제조될 수 있다. 또한, 나사산은 폴리우레탄으로 성형될 수 있다. 이 방법은 폴리우레탄 안에 보강 섬유를 사용하는 것을 필요로 한다.

이런 방법들은 단지 예시적인 것이다.

Claims (32)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 도로를 주행하는 중차량에 사용되는 부싱으로서,

   외측 슬리브와,

   상기 외측 슬리브 내에 신축적으로 삽입되는 내측 부재, 그리고

   상기 외측 슬리브와 상기 내측 부재 사이에 있는 탄성중합체 인터페이스

   를 포함하며, 상기 탄성중합체 인터페이스는 상기 외측 슬리브와 상기 내측 부재 중 하나에 대해 접합되고, 상기 외측 슬리브와 상기 내측 부재 중 다른 하나에 대해 회전 가능하며, 쇼어 경도 60D 이상의 공칭 경도를 갖는 것인 부싱.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서, 상기 탄성중합체 인터페이스는 쇼어 경도 60D 내지 80D의 경도를 갖는 폴리우레탄인 것인 부싱.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제7항에 있어서, 상기 탄성중합체 인터페이스는 내측 부재에 접합되어, 상기 슬리브와 상기 내측 부재 사이에 단일의 인터페이스를 형성하며, 이 탄성중합체 인터페이스는 외측 슬리브에 대한 내측 부재의 원뿔형 운동을 ±1°이하로 제한하는 것인 부싱.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 도로를 주행하는 중차량에 장착되고 일단부에 아이 부분을 포함하는 판스프링과, 상기 차량의 섀시에 상기 판스프링을 장착하는 부싱과의 조합체로서,

    상기 부싱은 판스프링의 아이에 끼워 맞춰지는 외면을 갖는 외측 슬리브와, 이 외측 슬리브 안으로 신축적으로 삽입되는 내측 부재, 그리고 상기 외측 슬리브와 내측 부재 사이에 있는 탄성중합체 인터페이스를 포함하고, 상기 탄성중합체 인터페이스는 상기 내측 부재와 상기 외측 슬리브 중 하나에 대해 접합되며, 상기 내측 부재와 상기 외측 슬리브 중 다른 하나에 대해 회전 가능하며, 쇼어 경도 60D 이상의 공칭 경도를 갖는 것인 조합체.
23. 제22항에 있어서, 상기 탄성중합체 인터페이스는 폴리우레탄으로 제조되고, 상기 내측 부재에 접합되는 것인 조합체.
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제

Images