KR20040097158A - 좌굴 발생부를 갖춘 조향 링크 - Google Patents

좌굴 발생부를 갖춘 조향 링크 Download PDF

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KR20040097158A KR10-2004-7013978A KR20047013978A KR20040097158A KR 20040097158 A KR20040097158 A KR 20040097158A KR 20047013978 A KR20047013978 A KR 20047013978A KR 20040097158 A KR20040097158 A KR 20040097158A
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Abstract

차량용 조향 링크 기구의 부품(12)은 소켓(42)과, 이 소켓에 수용되고 이 소켓에 대해 상대 피벗 이동하도록 지지되는 볼형 단부(48)를 갖는 스터드(10)를 포함한다. 상기 스터드(10)는 종축(52)을 갖고, 상기 소켓(42)으로부터 돌출하고 상기 종축을 중심으로 하는 섕크부(50)를 포함한다. 상기 볼 스터드(10)의 상기 섕크부(50)는 예정된 취약부(70)를 갖는다. 예정된 취약부(70)는 소정 크기의 힘이 가해지면 좌굴이 일어난다. 예정된 취약부(70)는 상기 종축(52)을 중심으로 하지 않는 횡단면 구조를 가질 수 있다.

Description

좌굴 발생부를 갖춘 조향 링크{STEERING LINK WITH BUCKLE PORTION}
차량용 조향 링크 기구(linkage)는 조향 기어를 차량의 조향 휠에 연결하는 하나 이상의 링크를 구비한다. 예컨대, 랙 앤드 피니언 조향 기어를 갖춘 차량은 랙의 각 단부에, 랙과 함께 이동하도록 연결되는 내부 타이 로드와, 조향 너클(knuckle)과 함께 이동하도록 연결되는 외부 타이 로드를 구비한다. 내부 및 외부 타이 로드는 공지의 방식으로 서로 연결되어 타이 로드 조립체를 형성한다. 타이 로드 조립체의 길이를 조정할 수 있어서, 차량의 토우(toe)를 조정할 수 있다.
차량이 상당히 빠른 속도로 도로의 연석(curb)에 부딪치는 경우에, 또는 연석으로부터 밀리는 경우에, 조향 휠로부터 조향 링크 기구를 통하여 조향 기어로 힘이 역으로 전달된다. 상당한 힘이 전달되면, 조향 기어가 손상될 수 있다.
이러한 손상을 방지하기 위하여, 예정된 취약부를 갖춘 타이 로드 조립체를 제공하는 것이 공지되어 있다. 예정된 취약부는 조향 기어 자체를 손상시킬 수 있는 힘의 크기보다 작은 레벨의 힘에서 좌굴(buckling)이 일어나거나 변형되도록 설계된다.
미국 특허 제6,234,704호는 적절한 크기의 종방향 압력이 가해지면 좌굴이 일어나도록 설계된 좌굴 발생부를 갖춘 볼 스터드를 개시하고 있다. 좌굴 발생부는 압연 공정에 의해 형성되며, 그 결과 골 부분과 산 부분이 볼 스터드의 일부를 따라 아코디언 형상으로 일체로 형성된다.
원통형의 조향 링크에 원통형의 링크 직경 감소부를 형성하는 것이 또한 알려져 있다. 이 직경 감소부는 링크의 나머지 부분보다 협소한 단면을 갖기 때문에 조향 링크에 있어서 예정된 취약부 또는 좌굴 발생부를 형성한다.
본 발명은 소정의 축방향 하중이 가해지면 좌굴이 일어나도록 설계되는 부분을 갖춘 링크 기구의 부품에 관한 것이다.
본 발명의 전술한 양태 및 그 외의 양태는 첨부 도면을 참고로 본 발명의 이하의 상세한 설명을 고려하면 당업자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 링크 기구의 부품과, 랙 앤드 피니언 조향 기어를 구비하는 차량용 조향 조립체의 일부를 개략적으로 도시하고 있고,
도 2는 도 1의 링크 기구의 부품의 일부를 확대하여 도시하고 있고,
도 3은 도 1의 링크 기구의 부품의 좌굴 발생부를 더욱 확대하여 도시하고 있고,
도 4는 도 3의 선 4-4를 따라 취한 도 3의 좌굴 발생부를 관통한 단면도이다.
본 발명의 한 가지 양태는 종축을 갖는 섕크로 이루어지는 링크 기구의 부품을 제공하는 것이다. 섕크는 상기 종축을 따라 예정된 위치에 릴리프 영역(relief area)을 포함한다. 섕크는 소정 크기의 축방향 힘이 가해지면 상기 릴리프 영역에서 좌굴이 일어난다. 섕크는 릴리프 영역에서 종축을 중심으로 하지 않는 단면 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 소켓과, 이 소켓에 수용되고 이 소켓에 대해 상대 피벗 이동하도록 지지되는 볼형 단부를 갖춘 스터드를 구비하는 차량용 조향 링크 기구의 부품을 제공하는 것이다. 상기 스터드는 종축을 가지며, 섕크부가 소켓으로부터 돌출하고 종축을 중심으로 하고 있다. 볼 스터드의 섕크부는 예정된 취약부를 갖는다. 예정된 취약부는 예정된 크기의 힘이 가해지면 좌굴이 일어난다.
본 발명은 소정의 축방향 하중이 가해지면 좌굴이 일어나도록 설계된 부분을 갖춘 링크 기구의 부품에 관한 것이다. 본 발명은 각종 링크 기구의 구조에 적용될 수 있다. 본 발명의 예로서, 도 1은 차량용 조향 링크 기구(12)에 합체된 링크 기구의 부품(10)을 도시하고 있다.
링크 기구(12)는 유압식 랙 앤드 피니언 조향 기어(14)와 연결되어 있다. 본 발명이 여러 상이한 타입의 조향 기어와 함께 사용되는 조향 링크 기구에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
조향 기어(14)는 하우징(16), 피니언(18) 및 랙(20)을 구비한다. 랙은 하우징(16)을 통해 종방향으로 연장된다. 하우징(16)은, 랙(20)에 고정된 피스톤(도시 생략)이 위치되는 유체 챔버의 일부를 형성한다. 랙(20)은 하우징(16)에 대해 축방향으로 이동하도록 지지되어 있다. 차량용 조향 휠(22)의 회전 시에, 가압 유체가 피스톤을 향해 지향되어, 랙(20)을 하우징(16) 내에서 조향 축(24)에 평행한 방향으로 이동시킨다. 랙(20)이 축방향으로 이동하면, 랙의 단부에 연결된 조향 링크 기구(12)가 이동한다.
차량용 조향 링크 기구(12; 도 1 및 도 2 참조)는 타이 로드 조립체(30)를 구비하며, 이 조립체는 랙(20)의 일단과 조향 너클(일부가 32로 도시됨) 사이에서 연장하고 이들 부분을 상호 연결한다. 조향 너클(32)은 차량의 조향 휠(도시 생략)에 연결되어 있다. 따라서, 조향 기어(14)가 동작하면, 타이 로드 조립체(30)는 랙(20)으로부터 조향 너클(32)로 힘을 전달하여 조향 휠의 조향 운동을 실행하게 한다.
타이 로드 조립체(30)는 내부 타이 로드(40)와 외부 타이 로드(60)를 구비한다. 내부 타이 로드(40)는 소켓(42)과 링크 기구의 부품(10)을 구비하며, 이 부품은 볼 스터드로서 형성되어 있다. 소켓(42)은 랙(20)에 나사 체결되는 나사 형성 단부(44)를 구비한다. 따라서, 소켓(42)은 랙에 고정되어 랙(20)과 함께 이동한다. 소켓(42)은 볼 스터드(10)의 피벗 중심(46)을 형성한다.
볼 스터드(10)를 탄소강과 같은 균일한 재료의 단일 피스(piece)에 의해 하나의 부품으로 제조하는 것이 바람직하다. 강봉을 냉간 압조(cold heading)하고 열처리함으로써 볼 스터드(10)를 형성할 수 있다.
볼 스터드(10)는 볼형 단부(48)와 섕크부(50)를 구비한다. 볼 스터드(10)의 볼형 단부(48)는 소켓에 수용된다. 볼 스터드(10)의 볼형 단부(48)는 피벗 중심부(46)를 중심으로 랙에 대해 상대 피벗 이동하도록 볼 스터드를 랙(20)에 지지한다.
볼 스터드(10)의 종축(52)은 볼형 단부(48)의 중심 및 소켓(42)의 피벗 중심부(46)를 통해 연장된다. 볼 스터드의 종축(52)은 도 1에 도시된 바와 같이 조향 축(24)과 일치할 수도 있고, 타이 로드 조립체(30)가 피벗 중심부(46)를 중심으로 하여 랙(20)에 대해 상대 이동한 때에는 조향 축에 대해 경사질 수도 있다. 볼 스터드(10)의 섕크부(50)는 볼형 단부(48)로부터 연장된다. 이 섕크부(50)는 종축(52)을 중심으로 하는 원통형의 봉형 구조를 갖는다. 섕크부(50)는 볼형 단부(48)의 반대측에 나사 형성 외측 단부(54)를 구비한다.
외부 타이 로드(60)는 조향 너클(32)과 연결되는 볼 조인트로서 형성되는 외측 단부(62)를 구비한다. 볼 조인트(62)는 외부 타이 로드(60)의 피벗 중심부(64)를 포함한다. 외부 타이 로드(60)의 내측 단부(66)가 암나사 형성 슬리브로서 형성되어 있다. 볼 스터드(10)의 수나사 형성 단부(54)가 외부 타이 로드(60)의 암나사 형성 단부(66)에 나사 체결되어, 두 부품을 함께 결합한다. 외부 타이 로드(60) 상의 잼 너트(60; jam nut)가 두 부품을 함께 고정한다.
따라서, 타이 로드 조립체(26)는 랙(20)과 조향 너클(32) 사이에서 연장된다. 타이 로드 조립체(26)는 랙(20)과 조향 너클(32)을 힘 전달 관계로 상호 연결한다. 타이 로드 조립체(26)의 길이는, 잼 너트(68)를 해제하고, 내부 타이 로드(40)의 볼 스터드(10)를 소켓(42) 및 외부 타이 로드(60)에 대해 상대 회전시키고, 잼 너트를 다시 체결함으로써 조정할 수 있다.
볼 스터드(10)의 섕크부(50)는 그 길이를 따라 실질적으로 일정한 직경을 갖고, 종축(52)을 중심으로 하고 있다. 그러나, 주로 볼 스터드(10)의 제조 중에 열처리 공정이 실행되기 때문에, 섕크부(50)는 그 전체 길이를 따라 완전히 직선일 필요는 없다. 따라서, 볼 스터드(10)의 섕크부(50)의 길이를 따라서는, 종축(52)에 대해 중심이 편심된 부분, 즉 완전히 종축을 중심으로 하지 않는 부분이 있을 수 있다.
전술한 바와 같이 차량을 사용하는 중에 일반적으로 일어날 수 있듯이, 볼 스터드(10)의 종축(52)을 따라 충분한 압축력이 가해지는 경우에는, 섕크부(50)에 좌굴이 일어나는 경향이 있다. 이러한 좌굴은 종축을 따라 소정의 섹션에서 발생하는데, 이 섹션은 중심이 종축으로부터 가장 많이 벗어난 섕크부(50)의 부분, 즉 종축(52)에 대해 중심이 가장 많이 편심된 부분이다.
섕크부(50)의 좌굴 발생 위치를 제어하는 것이 유리한데, 즉 좌굴이 일어나는 경우에 섕크부의 길이를 따라 예정된 위치에서 좌굴이 일어나는 것을 보장하는 것이 유리하다. 또한, 링크 기구의 부품, 즉 볼 스터드(10)에 좌굴을 일으키는 데 필요한 힘의 크기를 제어하는 것이 유리하다.
이를 위하여, 볼 스터드(10)의 섕크부(50)에는 예정된 취약부, 즉 〔"퓨즈(fuse)"로서 또한 공지되어 있는〕 좌굴 발생부(70)가 마련되어 있다. 바람직하게는, 볼 스터드(10)의 좌굴 발생부(70)는 (단부에서 단부에 이르기까지) 타이 로드 조립체(26)의 대략 축방향 중심에 위치되어 있다. 좌굴 발생부(70)는, 원통형 외면(71)을 갖는 원형 횡단면 구조의 섕크부(50)의 일부 영역에 마련되어 있다.
좌굴 발생부(70)는 볼 스터드(10)의 섕크부(50) 상에 긴 홈(72), 즉 릴리프 영역을 생성함으로써 형성된다. 이 홈(72)은 공작물을 선반에서 선삭하는 것과 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 예시된 실시예의 좌굴 발생부는 원통형 외면(74)을 갖는 원형 횡단면 구조를 갖는다.
볼 스터드(10)의 종축(52)은 좌굴 발생부(70)를 통하여 연장된다. 그러나, 좌굴 발생부(70)의 원통형 외면(74)은 상기 종축을 중심으로 하지 않는다. 오히려, 좌굴 발생부(70)의 원통형 외면(74)은 상기 종축(52)으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 릴리프 중심선(76)을 중심으로 한다. 예시된 실시예에 있어서, 릴리프 중심선(76)은 종축(52)에 평행하게 연장된다. 그 결과, 좌굴 발생부(70)〔및 외면 (74)〕은 종축(52)에 대해 편심되어 있다. 따라서, 좌굴 발생부(70)는 종축(52)으로부터 의도적으로 "편심되는" 볼 스터드(10)의 섕크부(50)의 일부를 구성한다.
좌굴 발생부(70)에 제공되는 편심률의 크기는 통상적으로 제작된 볼 스터드(10)의 측정치를 기초로 하여 경험적으로 결정된다. 구체적으로, 통계적으로 충분히 큰 수의 볼 스터드(10)를 측정하여 섕크부(50)의 최대 편심률, 즉 측정했을 때 스터드의 섕크부에서 관찰된 최대 편심량을 결정한다. 이러한 최대 편심량은 임의의 유사하게 제작된 볼 스터드(10)에서 발견되는 편심률의 최대 크기인 것으로 생각된다.
그에 따라, 이러한 방식으로 제작된 각각의 볼 스터드(10)에는 측정된 볼 스터드의 군에서 관찰된 최대 편심량보다 큰 크기의 편심률을 갖는 좌굴 발생부(70)가 마련되어 있다.
그 결과, 이들 제작된 볼 스터드(10)의 좌굴 발생부(70)는, 축방향 압축 하중 작용하에서 가장 좌굴이 일어나기 쉬운 볼 스터드의 부분일 것이다. 볼 스터드(10)는, 좌굴 발생부의 편심률 증가 때문에 볼 스터드의 길이를 따른 일부 다른 위치가 아닌 좌굴 발생부(70)에서 좌굴이 일어난다.
따라서, 볼 스터드(10)와 유사한 볼 스터드를 타이 로드 조립체(26)와 유사한 타이 로드 조립체에 채용하는 경우에, 타이 로드 조립체는 타이 로드 조립체의 길이를 따라 임의의 다른 지점이 아닌 좌굴 발생부(70)에서 좌굴이 일어난다.
또한, 볼 스터드(10)에 좌굴을 일으키는 데 필요한 힘의 크기는 좌굴 발생부(70)에서의 편심률의 크기에 따라 결정된다. 이러한 좌굴 발생부(70)를 구비하도록 제작된 각각의 단일 볼 스터드(10)가 좌굴 발생부에서 동일한 크기의 편심률을 갖기 때문에, 각각의 볼 스터드는 소정 크기의 동일한 인가 하중이 작용하는 때에 좌굴이 일어날 수 있다. 따라서, 타이 로드 조립체(26)의 좌굴 특징은 예정 위치(advance location)에서, 그리고 소정 크기의 힘(amount of force)에서 공지되어 있다.
본 발명에 따라 구성된 볼 스터드(10)에 따르면, 볼 스터드의 섕크부(50)의 직경은 15.5㎜이다. 좌굴 발생부(70)의 직경은 12.5㎜이다. 좌굴 발생부는 약 0.15 내지 0.3㎜만큼 편심되어 있다.
본 발명은 상이한 치수를 갖는 볼 스터드와 같은 링크 기구의 부품에 적용될 수 있다. 이러한 링크 기구의 부품은 통상적으로 직경이 약 12㎜ 내지 약 21㎜의 범위로 있는 섕크부를 구비하지만, 섕크부의 직경은 다른 직경일 수도 있다. 이러한 볼 스터브의 좌굴 발생부의 직경은 약 8㎜ 내지 약 18㎜의 범위일 수 있다. 좌굴 발생부는 약 0.1㎜ 내지 0.5㎜ 또는 그 이상 편심될 수 있다. 좌굴 발생부는상기 섕크부의 직경의 약 1% 내지 약 5%에 해당하는 양만큼 편심될 수 있다.
본 발명의 전술한 설명으로부터, 당업자는 본 발명에 있어서의 개선, 수정 및 변형을 인식할 것이다. 예컨대, 본 발명은 조향 링크 기구의 부품뿐 아니라 서스펜션 링크 기구의 부품으로도 사용될 수 있다. 또한, 예컨대, 본 발명은 원통형의 링크 기구의 부품 상에 좌굴 발생부를 형성하는 것에 한정되지 않고, 비원통형 구조를 갖는 링크 기구의 부품에도 또한 사용될 수 있다. 당업계의 기술 사상 내에 있는 이러한 개선, 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (10)

  1. 종축을 갖는 섕크를 포함하는 링크 기구의 부품으로서,
    상기 섕크는 상기 종축을 따라 소정의 위치에 릴리프 영역을 포함하며, 축방향으로 소정 크기의 힘이 가해지면 상기 릴리프 영역에서 좌굴이 일어나며,
    상기 섕크는 상기 릴리프 영역에서 상기 종축을 중심으로 하지 않는 횡단면 구조를 갖는 것인 링크 기구의 부품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섕크는 원형 횡단면 구조를 갖고, 상기 섕크는 상기 릴리프 영역에서 상기 종축을 중심으로 하지 않는 원형 횡단면 구조를 갖는 것인 링크 기구의 부품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 섕크는 상기 릴리프 영역에서 상기 섕크의 임의의 다른 편심부보다 큰 거리만큼 상기 종축에 대해 편심되어 있는 횡단면 구조를 갖는 것인 링크 기구의 부품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 섕크의 직경은 약 12㎜ 내지 약 21㎜이고, 상기 섕크는 상기 릴리프 영역에서 약 8㎜ 내지 약 18㎜의 직경을 갖고, 상기 섕크는 상기 릴리프 영역에서 약 0.1㎜ 내지 0.5㎜ 범위의 크기만큼 상기 종축에 대해 편심되어 있는 것인 링크 기구의 부품.
  5. 소켓과,
    상기 소켓에 수용되고 상기 소켓에 대해 상대 피벗 이동하도록 지지되는 볼형 단부와, 종축, 그리고 상기 소켓으로부터 돌출하고 상기 종축을 중심으로 하는 섕크부를 구비하는 스터드
    를 포함하며,
    상기 볼 스터드의 상기 섕크부는 예정된 취약부를 갖고, 이 예정된 취약부는 소정의 힘이 가해지면 좌굴이 일어나는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
  6. 제5항에 있어서, 상기 예정된 취약부는 상기 종축을 중심으로 하지 않는 횡단면 구조를 갖는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 볼 스터드의 상기 섕크부는 상기 종축을 중심으로 하는 원형 횡단면 구조를 갖고, 상기 취약부는 상기 종축을 중심으로 하지 않는 원형 횡단면 구조를 갖는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
  8. 제5항에 있어서, 상기 볼 스터드의 상기 섕크부는 상기 종축을 중심으로 하는 원형 횡단면 구조를 갖고, 상기 예정된 취약부는 상기 종축을 중심으로 하지 않는 원형 횡단면 구조를 갖는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
  9. 제6항에 있어서, 상기 예정된 취약부는 상기 볼 스터드의 상기 섕크부의 최대 편심량보다 큰 거리만큼 상기 종축에 대해 편심되어 있는 횡단면 구조를 갖는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 볼 스터드의 상기 섕크부는 상기 종축을 중심으로 하는 원형 횡단면 구조를 갖고, 상기 예정된 취약부는 원형 횡단면 구조를 갖는 것인 차량용 조향 링크 기구의 부품.
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