KR102178250B1 - 복합재 판 스프링 서스펜션 장치 - Google Patents

복합재 판 스프링 서스펜션 장치 Download PDF

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KR102178250B1 KR1020190053699A KR20190053699A KR102178250B1 KR 102178250 B1 KR102178250 B1 KR 102178250B1 KR 1020190053699 A KR1020190053699 A KR 1020190053699A KR 20190053699 A KR20190053699 A KR 20190053699A KR 102178250 B1 KR102178250 B1 KR 102178250B1
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남철민
배금수
김성종
유연호
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도현석
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조대현
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Abstract

본 발명은 복합재 판 스프링 서스펜션 장치에 관한 것으로, 차체의 프레임에 선단과 후단이 연결될 수 있는 스프링부, 그리고 상기 스프링부와 결합되어 상기 차체의 차축과 연결될 수 있는 새들부를 포함하며, 상기 새들부는 상기 스프링부를 따라 곡선으로 형성되어 있다.

Description

복합재 판 스프링 서스펜션 장치{APPARATUS FOR COMPOSITE LEAF SPRING SUSPENSION}
본 발명은 복합재 판 스프링 서스펜션 장치에 관한 것이다.
차량의 서스펜션은 차축과 차체를 연결하여 주행할 때 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 함으로써 차체나 화물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다. 서스펜션의 일종인 판 스프링은 주로 대형 상용차 또는 버스 등의 서스펜션에 적용되는 것으로 조종 및 주행 안정성에 영향을 미치는 중요 부품이다.
판 스프링으로 이루어진 리어 서스펜션은 차량의 전후 방향으로 배치되면서 금속으로 이어진 판 스프링이 복수 적층된 스프링부, 복수의 판재를 고정하는 고정클립, 스프링부의 선단과 후단을 각각 차체와 연결하는 클립 및 스프링부 중앙에 배치되어 차축과 연결된 새들부를 포함한다.
한편, 판 스프링이 금속으로 이루어져 오랜 기간 사용 시 피로파괴나 부식 등으로 결함이 발생되었다. 이에 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)와 같은 복합재(composite material)로 이루어진 판 스프링이 이용되고 있다.
도 1을 참고하면, 복합재로 이루어진 스프링부(10a)의 중앙 부분에 차축과 연결되는 새들부(30a)가 배치되어 있다. 새들부(30a)를 통해 스프링부(10a)에 하중이 가해지기 전에는 도 1의 a)에서 도시한 바와 같이 새들부(30a)와 스프링부(10a)는 전체적으로 접하고 있다. 새들부(30a)를 통해 스프링부(10a) 중앙에 하중이 가해지면 스프링부(10a)의 양단이 고정되어 있어 스프링부(10a)의 중앙 부분이 위로 볼록한 형태로 변형된다. 이때 새들부(30a)가 금속으로 이루어져 있어 상대적으로 스프링부(10a) 보다 변형이 작다. 변형된 스프링부(10a)는 새들부(30a) 상면(321a) 가장자리(321b)와 접하고 상면(321a) 중앙 부분(321c)과는 떨어지게 된다. 이에 스프링부가 새들부 가장자리(321b)에만 접하고 있어 새들부와 접하는 면적이 협소하다. 접촉 면적이 협소한 부분에 응력이 집중되면서 스프링부가 파손되는 문제가 발생하였다.
공개특허 제10-2016-0134736호 (2016.11.23.) 공개특허 제10-2018-0016749호 (2018.02.20.)
본 발명은 복합재로 이루어진 스프링부와 금속으로 이루어진 새들부 사이에 발생하는 집중응력을 저감하는 복합재 판 스프링 서스펜션 장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 판 스프링 서스펜션 장치는, 차체의 프레임에 선단과 후단이 연결될 수 있는 스프링부, 그리고 상기 스프링부와 결합되어 상기 차체의 차축과 연결될 수 있는 새들부를 포함하며, 상기 새들부는 상기 스프링부를 따라 곡선으로 형성되어 있다.
상기 새들부는, 상기 스프링부의 상면과 접하는 어퍼새들, 상기 스프링부의 하면과 접하는 로우새들 및 상기 어퍼새들과 상기 로우새들을 상기 스프링부를 사이에 두고 결합하는 고정수단을 포함할 수 있다.
상기 스프링부 하면과 상기 어퍼새들 상면은 곡선을 가지며, 상기 어퍼새들의 곡선 곡률은 상기 스프링부의 하면의 곡선 곡률보다 클 수 있다.
상기 로우새들의 상면 모서리는 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 스프링부 하면의 곡선과 상기 어퍼새들 상면은 곡선을 서로 접하며, 상기 스프링부의 곡선 곡률은 500mm 내지 700mm이고, 상기 어퍼새들의 곡선의 곡률은 900mm 내지 1100mm일 수 있다.
상기 스프링부는 하중이 가해지는 방향으로 변형될 수 있다.
상기 스프링부와 접하는 상기 새들부는 상기 스프링부의 최대 변형 형성과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 스프링부는 양단에서 중앙으로 갈수록 두께가 증가할 수 있다.
상기 스프링부는 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)일 수 있다.
상기 복합재 판 스프링 서스펜션 장치는 상기 스프링부와 상기 새들부 사이에 배치된 패드를 더 포함할 수 있다.
상기 패드는 고무, 플라스틱, 섬유강화플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에 선택된 어느 하나 일 수 있다.
상기 새들부는 금속일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스프링부의 고정영역 상면과 하면이 곡선으로 형성되고, 하면과 접하는 로우새들 상면 또한 곡선으로 형성된다. 이때 로우새들 상면 곡선 곡률이 스프링부의 고정영역 하면의 곡선 곡률보다 크다. 이에 스프링부가 하중에 의해 변형될 때 로우새들 상면과 스프링부의 고정영역 하면이 접하는 면적이 증가하여 스프링부와 새들부 사이에 집중되는 응력이 분산될 수 있다. 이에 응력분산으로 응력 집중에 의한 스프링부의 파손을 예방할 수 있다.
도 1은 종래 복합재 판 스프링 서스펜션 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 판 스프링 서스펜션 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 도 2의 새들부 분해도.
도 4는 도 2를 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도.
도 5는 도 4의 새들부 확대도.
도 6은 도 4의 스프링부가 변형된 상태를 나타낸 개략도.
도 7는 도 6의 새들부 확대도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 판 스프링 서스펜션 장치에 대하여 도 2 내지 도 7을 참고하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 복합재 판 스프링 서스펜션 장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2의 새들부 분해도이며, 도 4는 도 2를 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도이고, 도 5는 도 4의 새들부 확대도이고, 도 6은 도 4의 스프링부가 변형된 상태를 나타낸 개략도이며, 도 7는 도 6의 새들부 확대도이다.
도 2 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 복합재 판 스프링 서스펜션 장치(1)는, 스프링부(10), 그리고 새들부(30)를 포함하며, 복합재로 이루어진 스프링부(10)와 금속으로 이루어진 새들부(30) 사이에 발생하는 집중응력을 저감시킨다.
스프링부(10)는 차체의 길이 방향을 따라 배치될 수 있다. 스프링부(10)는 기 설정된 길이를 가지며, 선단과 후단에서 중앙 부분으로 갈수록 두께는 증가한다. 그러나 폭의 변화는 없다. 스프링부(10)는 단판으로 형성되어 있다.
스프링부(10)의 중앙 부분에는 새들부(30)가 배치되어 있다. 여기서, 스프링부(10)는 새들부(30)가 위치한 중앙 부분은 고정영역(11)이 될 수 있으며, 고정영역(11) 이외 부분은 변형영역(12a, 12b)으로 구분될 수 있다. 변형영역(12a, 12b)은 고정영역(11) 양측에 위치한다.
고정영역(11)의 상면(111)과 하면(112) 부분은 볼록한 곡선으로 형성되어 있다. 고정영역(11) 상면(111)과 하면(112)의 곡선 중심은 다르다. 고정영역(11)의 상면(111) 곡선의 중심은 고정영역(11)의 하면(112) 아래 가상 지점에 위치한다. 고정영역(11)의 하면(112) 곡선의 중심은 고정영역(11)의 상면(111) 위 가상 지점에 위치한다. 하면(112)의 곡선 곡률은 500mm 내지 700mm일 수 있다.
하면(112)의 곡선 곡률은 스프링부(10)의 길이, 설치되는 차량 등에 따라 달라질 수 있다.
스프링부(10)의 선단과 후단 즉, 변형영역(12a, 12b)의 끝에는 차체와 결합되는 클립(20a, 20b)이 장착되어 있다. 선단에 위치한 클립(20a)은 차체의 브라켓과 연결되어 있고 후단에 위치한 클립(20b)은 샤클을 통해 차체의 브라켓과 연결되어 있다. 스프링부(10)에 하중이 가해지면 스프링부(10)의 선단은 힌지를 기준으로 움직일 수 있고, 후단은 샤클에 의해 스프링부(10) 길이방향으로 움직일 수 있다.
클립(20)이 결합되어 있는 스프링부(10) 부분은 평면으로 형성되어 있다. 클립(20)과 스프링부(10)가 접하는 있는 부분에는 서로 걸리는 걸림턱(21, 123a)이 형성되어 있다. 아울러, 클립(20)과 스프링부(10)는 체결수단(도시하지 않음)으로 고정되어 있다. 체결수단은 클립(20)과 스프링부(10)를 관통한다. 클립(20)과 스프링부(10) 사이에는 고무 따위로 만들어진 패드(도시하지 않음) 따위가 배치될 수 있다.
스프링부(10)는 선단과 후단이 차체에 결합된 상태에서 중앙부분에 하중이 가해져 변형될 수 있다. 이때 하중은 스프링부(10) 하면에서 상면 방향으로 가해질 수 있다. 그러나 상면에서 하면 방향으로 가해질 수도 있다.
스프링부(10)는 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)으로 만들어질 수 있다.
새들부(30)는 어퍼새들(31), 로우새들(32) 및 고정수단(33)을 포함하며, 스프링부(10)와 차축(도시하지 않음)을 연결한다.
어퍼새들(31)과 로우새들(32)은 스프링부(10)의 고정영역(11)을 사이에 두고 마주하며 고정수단(33)에 의해 고정되어 있다. 제동 시 볼록한 고정영역(11)이 새들부(30)에 걸리어 고정영역(11)은 새들부(30)에서 이탈하지 않는다. 이에 스프링부(10)는 상하 변형과 무관하게 새들부(30)에 구속이 가능하다.
고정수단(33)은 유 볼트를 포함한다. 로우새들(32)은 고정수단(33)을 통해 차축과 연결되어 있다. 그러나 어퍼새들(31)이 차축과 연결될 수 있다. 이에 새들부(30)에는 차량의 하중이 가해질 수 있다.
어퍼새들(31)의 하면은 고정영역(11)의 상면(111)과 접하며, 로우새들(32)의 상면은 고정영역(11)의 하면(112)과 접한다.
고정영역(11) 상면과 접하고 있는 어퍼새들(31)의 하면(311), 그리고 고정영역(11) 하면과 접하고 있는 로우새들(32)의 상면(321)은 고정영역(11)의 길이 방향을 따라 곡선으로 형성되어 있다. 고정영역(11)의 상면(111) 곡선 방향과 어퍼새들(31) 하면(311) 곡선 방향은 대응된다. 또한, 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 방향과 로우새들(32)의 상면(321) 곡선 방향은 대응된다.
어퍼새들(31)의 곡선 곡률은 고정영역(11)의 상면(111) 곡선 곡률과 대응될 수 있다. 로우새들(32)의 곡선 곡률은 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률보다 크다. 이때 로우새들(32)의 곡선 곡률은 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률보다 1.5 내지 2배 정도 크다. 로우새들(32)의 곡선 곡률이 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률이 1.5배 미만으로 작은 경우 스프링부(10) 변형 시 집중 응력이 커져 스프링부(10)가 파손될 수 있다. 그리고 로우새들(32)의 곡선 곡률이 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률이 2배를 초과할 경우 제동시 고정영역(11)이 새들부(30)에서 이탈할 수 있다.
아울러, 로우새들(32)의 곡선 곡률은 900mm 내지 1100mm일 수 있다. 그리고 로우새들(32)의 상면 모서리는 곡면으로 형성되어 있다.
새들부(30)에 차량 하중이 가해지지 않을 경우 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률과 로우새들(32)의 상면(321) 곡선 곡률 차이로 인해 로우새들(32)의 상면(321) 중앙 부분은 고정영역(11)의 하면(112)과 접하고 있으며 상면(321) 가장자리 부분은 고정영역(11)의 하면(112)과 떨어져 있다.
그러나 새들부(30)에 차량 하중이 가해지면 스프링부(10)는 도면 도 6과 같이 변형될 수 있다. 즉, 스프링부(10)의 중앙부분이 상부 방향으로 볼록하게 휘어질 수 있다. 이때 로우새들(32)의 상면(321) 가장자리와 떨어져 있던 고정영역(11)의 하면(112) 부분이 로우새들(32)의 상면(321)과 접할 수 있다.
따라서, 새들부(30)를 통해 스프링부(10)에 하중이 가해지기 전에는 로우새들(32)과 스프링부(10)의 접촉 면적이 협소하지만 하중이 가해지면 스프링부(10)가 변형되면서 차량 하중을 지지한다. 이때, 로우새들(32)과 스프링부(10)의 접촉 면적이 증가한다. 스프링부(10)와 로우새들(32)의 접촉 면적이 증가되어 스프링부(10)와 로우새들(32) 사이에 발생한 응력이 분산되면서 종래에 상면 모서리와 스프링부 사이에 응력이 집중되는 현상이 발생하지 않는다. 즉, 응력 집중이 저감되어 집중 응력에 의한 스프링부(10)의 파손을 예방할 수 있다.
새들부(30)는 금속 따위로 만들어질 수 있다. 새들부(30)와 스프링부(10)의 마찰 감소를 위해 새들부(30)와 스프링부(10) 사이에는 패드(40)가 배치되어 있다. 패드(40)는 고무 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 패드(40)는 플라스틱, 섬유강화플라스틱 따위로 만들어질 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 복합재 판 스프링 서스펜션 장치
10: 스프링부 11: 고정영역
111, 121, 321: 상면 112, 122, 311: 하면
12a, 12b: 변형영역 21, 123a: 걸림턱
20a, 20b: 클립 30: 새들부
31: 어퍼새들 32: 로우새들
33: 고정수단 40: 패드

Claims (10)

  1. 차체의 프레임에 선단과 후단이 연결될 수 있는 스프링부, 그리고
    하면이 상기 스프링부의 상면과 접하는 어퍼새들 및 상면이 상기 스프링부의 하면과 접하는 로우새들를 포함하고 상기 스프링부와 결합되어 상기 차체의 차축과 연결될 수 있는 새들부
    를 포함하며,
    상기 스프링부는 상기 새들부가 위치한 중앙 부분이 고정영역(11)이고 상기 고정영역(11) 이외 부분은 변형영역(12a, 12b)으로 구분되고, 상기 어퍼새들의 하면(311)이 접하고 있는 상기 고정영역의 상면(111)과 상기 로우새들의 상면(321)이 접하고 있는 상기 고정영역의 하면(112)은 곡선으로 형성되어 있으며, 상기 로우새들의 상면(321) 곡선 곡률은 상기 고정영역의 하면(112) 곡선 곡률보다 1.5 내지 2배 크고, 상기 로우새들의 상면(321) 모서리는 곡면으로 형성되어 있으며,
    상기 고정영역(11)의 하면(112) 곡선 곡률과 상기 로우새들의 상면(321) 곡선 곡률 차이로 인해 상기 로우새들의 상면(321) 중앙 부분은 상기 고정영역의 하면(112)과 접하고 있으며 상기 로우새들의 상면(321) 가장자리 부분은 상기 고정영역의 하면(112)과 떨어져 있고, 상기 스프링부(10)의 중앙부분이 상부 방향으로 볼록하게 휘어지면 상기 로우새들의 상면(321) 가장자리와 떨어져 있던 상기 고정영역의 하면(112) 부분이 상기 로우새들의 상면(321)과 접하는
    복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 새들부는, 상기 어퍼새들과 상기 로우새들을 상기 스프링부를 사이에 두고 결합하는 고정수단을 더 포함하는 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에서,
    상기 스프링부의 곡선 곡률은 500mm 내지 700mm이고, 상기 로우새들의 곡선의 곡률은 900mm 내지 1100mm인 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 스프링부는 하중이 가해지는 방향으로 변형되며, 상기 스프링부와 접하는 상기 로우새들 상면은 상기 스프링부의 최대 변형 형상과 대응되는 형상을 갖는
    복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 스프링부는 양단에서 중앙으로 갈수록 두께가 증가하는 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 스프링부는 섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP)인 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 스프링부와 상기 새들부 사이에 배치된 패드를 더 포함하는 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 패드는 고무, 플라스틱, 섬유강화플라스틱 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에 선택된 어느 하나인 복합재 판 스프링 서프펜션 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 새들부는 금속인 복합재 판 스프링 서스펜션 장치.
KR1020190053699A 2019-05-08 2019-05-08 복합재 판 스프링 서스펜션 장치 KR102178250B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2845581B2 (ja) * 1990-06-28 1999-01-13 本田技研工業株式会社 繊維強化樹脂製リーフスプリングの取付構造
KR20160134736A (ko) 2014-03-13 2016-11-23 3세 존 프리켈 판스프링 및 마운트
KR20180016749A (ko) 2016-08-08 2018-02-20 현대자동차주식회사 복합재 리프 스프링 서스펜션 장치
KR20190016759A (ko) * 2017-08-09 2019-02-19 현대자동차주식회사 복합재 리프스프링을 구비한 차량용 현가장치

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