KR20170041019A - 상용차용 복합재 리프 스프링 - Google Patents

상용차용 복합재 리프 스프링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스프링의 강성을 이원화하고 승차감 및 화물보호 성능을 향상시키기 위해 그 구조가 개선된 상용차용 복합재 리프 스프링에 관한 것이다.
본 발명은 차체로 전달되는 충격을 흡수하고 차체의 하중을 지지하며, 양단부 하부에 러버스프링이 설치되는 상용차용 복합재 리프 스프링에 있어서, 중앙부는 양단부에 비해 두께가 두껍게 형성되고, 상기 양단부에는 길이 방향으로 바깥 측면에 관통홈이 형성되고, 상기 관통홈에는 탄성부재가 삽입 설치되며, 그리고, 상기 관통홈의 상부는 적차시 상기 탄성부재 쪽으로 밀려 상기 탄성부재에 접촉되는 밀림부가 형성되고, 또한, 상기 관통홈의 하부는 상기 탄성부재를 지지하는 지지부가 형성된 상용차용 복합재 리프 스프링을 제공한다.

Description

상용차용 복합재 리프 스프링{Composite Leaf Spring For Commercial Vehicle}
본 발명은 상용차용 복합재 리프 스프링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스프링의 강성을 이원화하고 승차감 및 화물보호 성능을 향상시키기 위해 그 구조가 개선된 상용차용 복합재 리프 스프링에 관한 것이다.
일반적으로 대형 트럭 등과 같은 상용차의 서스펜션장치는 주행 중에 노면으로부터 타이어와 차축을 통해 차체로 전달되는 충격을 흡수하여 승차감을 향상시키고 차체를 보호하기 위한 것이다.
이러한 상용차의 서스펜션 장치는 위로 휘어져 있는 여러 겹의 리프 스프링 양단을 액슬측에 고정하고, 그 하측 중간을 차체측에 설치한 구조로서, 차체의 하중을 견디면서 차체측으로 전달되는 충격을 리프 스프링의 휘어짐 등과 같은 변형을 통해 흡수하도록 구성되어 있다.
보통 상용차의 서스펜션 장치에서 리프 스프링은 소형 트럭의 경우에는 2 ~4개로 이루어지고, 대형 트럭의 경우에는 8~9개로 이루어진다.
도 1은 종래 상용차의 리프 스프링 및 설치상태를 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 리프 스프링은 여러 겹으로 되어 있는 스프링 부재(100)의 양단부는 전후측 액슬(110)의 사이에 걸쳐지면서 러버스프링(120)을 매개로 고정되고, 상기 스프링 부재(100)의 중간부는 "U"자형 볼트(130)에 의해 차체측에 고정되는 구조로 이루어진다.
여기서, 미설명 부호 140은 범프 스톱퍼이다.
이러한 리프 스프링은 스틸 소재로 이루어지고, 물건과 화물을 주로 싣고 다니는 사용 차량인 덤프트럭에 많이 쓰이고 있다.
보통 덤프 트럭의 경우 공차시의 중량이 차량의 연비 및 상품성에 미치는 영향이 크기 때문에 여러 부품 중에서 중량에 영향을 많이 끼치는 리프 스프링 등과 같은 스틸 소재에 대한 대체 소재 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
따라서, 최근에는 스틸 소재뿐만 아니라, FRP 등과 같은 복합재로 된 리프 스프링의 사용을 점차적으로 늘려나가고 있는 추세이다.
예를 들면, 일본공개특허 1997-112615호, 1995-077231호, 1983-021034호, 그리고 국내 등록특허 10-0152560호 등에는 복합재로 이루어진 다양한 리프 스프링이 개시되어 있다.
그러나, 종래의 복합재 리프 스프링은 스틸재 리프 스프링과 달리 연결부 및 마찰에 대한 문제점이 발생하여 단일 형상 적용이 불가피하다.
그리고 도 2에 도시된 스프링 강성 변화를 나타내 보인 그래프에서 보는 바와 같이, 기존의 복합재 리프 스프링의 경우, 스프링 강성의 일원화로 공차와 적차시에 강성이 동일하므로, 승차감이 떨어지고 화물보호에 불리하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 스프링 강성이 이원화되도록 복합재 리프 스프링의 형상을 변경하여 승차감 및 화물보호 성능이 향상되도록 한 상용차용 복합재 리프 스프링을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상용차용 복합재 리프 스프링은, 차체로 전달되는 충격을 흡수하고 차체의 하중을 지지하며, 양단부 하부에 러버스프링이 설치되는 상용차용 복합재 리프 스프링에 있어서,
중앙부는 양단부에 비해 두께가 두껍게 형성되고,
상기 양단부에는 길이 방향으로 바깥 측면에 관통홈이 형성되고, 상기 관통홈에는 탄성부재가 삽입 설치되며,
그리고, 상기 관통홈의 상부는 적차시 상기 탄성부재 쪽으로 밀려 상기 탄성부재에 접촉되는 밀림부가 형성되고,
또한, 상기 관통홈의 하부는 상기 탄성부재를 지지하는 지지부가 형성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복합재 리프 스프링에 2단 강성 스프링 형상을 적용하여, 기존의 단일 강성 스프링을 보완하였다.
따라서, 스프링의 강성이 이원화되어 공차시와 적차시에 상이하게 됨으로써, 상용차의 승차감과, 조정 안정성을 확보하고, 화물보호 성능을 향상시키며, 경량화가 가능하게 되었다.
도 1은 종래의 상용차 리프 스프링 및 설치상태를 나타내는 사시도.
도 2는 종래의 상용차용 복합재 리프 스프링이 적용된 스프링 강성을 나타내 보인 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 구성을 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 요부 구성을 나타내 보인 정면도.
도 5는 도 3의 복합재 리프 스프링의 적차시 작용을 나타내 보인 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 구성을 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 요부 구성을 나타내 보인 상세도.
도 8은 도 6의 리프 스프링의 요부 구성의 상세도.
도 9는 본 발명에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 중앙부의 구성 및 장착 상태를 나타내 보인 사시도.
도 10 및 도 11은 본 발명이 적용된 스프링 및 모듈 강성을 나타내 보인 그래프.
도 12 내지 도 15는 여러 차로에서의 실차 실험 결과를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 구성을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 요부 구성을 나타내 보인 정면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링(210)은 물론이고 후술하는 다른 실시예의 복합재 리프 스프링(210a)은 공히, 차체로 전달되는 충격을 흡수하고 차체의 하중을 지지하며, 양단부 하부에 러버스프링(120)이 설치된다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링(210)은, 중앙부는 양단부에 비해 두께가 두껍게 형성되고, 상기 양단부에는 길이 방향으로 바깥 측면에 관통홈(213)이 형성된다.
그리고 상기 관통홈(213)에는 탄성부재(220)가 삽입 설치되며, 그리고 상기 관통홈(213)의 상부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 적차시 탄성부재(220) 쪽으로 밀려 탄성부재(220)에 접촉되는 밀림부(211)가 형성된다.
또한, 상기 관통홈(213)의 하부에는 탄성부재(220)를 지지하는 지지부(212)가 형성된다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 구성을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 요부 구성을 나타내 보인 상세도가 도시되어 있으며, 도 8에는 도 6의 리프 스프링의 요부 구성의 상세도가 도시되어 있다.
설명에 앞서, 전술한 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에서 도면번호가 동일한 경우에는 동일한 부재를 나타내는 것이므로, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기한 동일한 부재의 상세 설명은 생략하기로 한다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링(210a)의 지지부(212)에는 러버스프링(120)과 마운팅이 이루어지도록 하는 마운팅 브라켓(230)이 장착되도록 장착돌기(214)가 형성된다.
또한, 상기 탄성부재(220)는 복합재 리프 스프링(210,210a)의 양단부 지지부(212)에 접착되는데, 이때 탄성부재(220)가 지지부(212)에 접착되도록 하는 접착제가 적용된다.
한편, 상기한 접착제는, 적용되는 접착제에 의해 탄성부재(220)나 지지부(212)가 변형되지 않으며, 양단부가 외부 하중이나 충격이 가해져도 탄성부재(220)가 이탈되지 않을 정도이면 특정한 접착제로 한정되지 않는다.
그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 복합재 리프 스프링(210,210a) 중앙부(215)의 상면 및 저면은 라운드(R) 형태로 형성되고, 상기 중앙부(215)에 결합되는 마운팅 브라켓(150)의 장착면도 라운드(R) 형태로 형성되는 것도 물론이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링의 작용을 설명하면 다음과 같다.
한편, 물건 및 화물을 주로 싣고 주행하는 사용차인 덤프 트럭의 경우, 공차시의 중량이 차량의 연비 및 상품성이 미치는 영향이 크다.
이에 본 발명은, 도 1과 같은 기존의 스틸 리프 스프링을 대체하여 차량의 중량을 저감(1대당 약 100kg)시킬 수 있는 복합재 리프 스프링과 이 스프링의 구조적인 문제점인 단일 강성 스프링 시스템을 보완하기 위해 복합재 리프 스프링의 구조(또는 형상)를 개선하였다.
이를 보다 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 9를 다시 참조하면, 본 발명에 따른 상용차용 복합재 리프 스프링(210,210a)의 양단부에 길이 방향으로 바깥 측면에 관통홈(213)을 형성하고, 관통홈(213)에 탄성부재(220)를 삽입 설치하였다.
이에 따라, 상기 관통홈(213)의 상부에는 적차시 탄성부재(220) 쪽으로 밀려 탄성부재(220)에 접촉되는 밀림부(211)가 형성되고, 관통홈(213)의 하부에는 탄성부재를 지지하는 지지부(212)가 형성된다.
따라서, 차량 공차시에는 도 4에 도시된 바와 같은 상태를 유지하다가, 차량 적차시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밀림부(211)와 지지부(212)가 탄성부재(220)에 접촉하게 되어, 복합재 리프 스프링(210,210a)에 강성이 발생한다.
도 10은 본 발명이 적용된 스프링 강성을 나타내 보인 그래프로, 전술한 도 2의 그래프와 비교됨을 알 수 있다.
즉, 상기 밀림부(211)와 지지부(212)가 적용된 본 발명에 따른 복합재 리프 스프링(210,210a)의 경우에는, 스프링의 강성이 차량의 공차시와 적차시에 다른 양상을 보이게 된다.
다시 말해서, 종래의 복합재 리프 스프링의 경우 스프링의 강성이 일정하게 상승하는 반면, 본 발명에 따른 복합재 리프 스프링(210,210a)이 적용된 경우에는 스프링의 강성이 공차인 경우에는 완만하게 상승하다가, 적차가 되면 스프링의 강성이 급격하게 상승하는 것을 알 수 있다.
마찬가지로, 상기 탄성부재(220)가 적용된 경우에도 도 11에 도시된 바와 같이, 전체적인 모듈 강성도 공차와 적차시에 다른 양상을 보임을 알 수 있다.
아래의 표 1은 종래의 복합재 리프 스프링과 러버스프링을 포함하는 스프링의 강성과 본 발명이 적용된 스프링의 강성을 계산하여 비교하였다.
스프링의 강성은, 1/K = 1/K1 + 1/K2의 식으로 계산하며, 상기 식에서 K1은 복합재 리프 스프링의 상수이며, K2는 복합재 리프 스프링의 양단 하부에 배치된 러버 스프링의 상수이다.
구분 종래 기술 본 발명 비고
공차 적차 공차 적차
스프링 K1 359 248 399 Kgf/mm
러버 K2 1565(782.5×2) ← 1565(782.5×2) ← Kgf/mm
전체모듈 K 300 ← 214 318 Kgf/mm
위의 표 1에서 보는 바와 같이, 공차시와 적차시에 모듈 스프링의 강성이 변화할 수 있음을 알 수 있고, 본 발명에 따른 스프링의 강성은 도 10 및 도 11의 그래프에서 보는 바와 같이 변화됨을 알 수 있다.
그리고 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 복합재 리프 스프링(210a)의 지지부(212)에 마운팅 브라켓(230)이 장착되도록 장착돌기(214)를 형성하였다.
또한 도 9에 도시된 바와 같이, 복합재 리프 스프링(210,210a) 중앙부(215)의 상면 및 저면을 라운드(R) 형태로 형성하고, 상기 중앙부(215)에 결합되는 마운팅 브라켓(150)의 장착면도 라운드(R) 형태로 형성하였다.
따라서, 복합재 리프 스프링(210a)과 마운팅 브라켓(230)의 결합성을 향상시켰고, 복합재 리프 스프링(210,210a)과 마운팅 브라켓(150)의 장착성도 향상시켰다.
반면, 기존에는 FRP 특성상 마찰에 의한 지지 장착이 불가능하여 기존 스틸재 브라켓 적용이 불가능하였다.
또한, 상기 탄성부재(220)는 지지부(212)에 접착제가 적용되어 접착되므로, 외부 충격이나 하중에 의해 탄성부재(220)가 이탈되지 않는다.
아래의 표 2에는 기존과 본 발명이 적용된 스프링을 포함하는 모듈 사양을 비교한 표이다.
종래 기술 본 발명 비고
특성




 매수 1매 3매

강성 359kgf/mm (일체형 구조) 348 & 399 kgf/mm (밀림부, 탄성부재 및 지지부 구조)
모듈중량 150kg/1대(스프링: 44kg/1대) 135kg/1대(스프링: 44kg/1대)
*브라켓 형상 중량 추가 또는 저감 가능
고유진동수 공차 2.48Hz 2.06Hz 고유진동수 유리
적차 1.04Hz 1.09Hz
내구수명 약 100만회 이상
(IFC S/N 기준)		 약 100만회 이상
(IFC S/N 기준)
그리고 도 12 내지 도 14에는 여러 형태의 차로(또는 도로)에서의 실차 실험 결과를 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 12 내지 도 15의 그래프를 참조하면, 가속도 값 비교에서 단차 노면 파형로 30kph, 피치 바운스로 40kph로 가속도 값이 동일하고, FFT 분석에서 콘크리트로 40kph, 고속주회로 80kph로 유사하다.
위 실험에서 센서는 캡 플로어에 위치시켰다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
120. 러버스프링
210,210a. 복합재 리프 스프링
211. 밀림부
212. 지지부
213. 관통홈
214. 장착돌기
220. 탄성부재
230. 마운팅 브라켓

Claims (4)

  1. 차체로 전달되는 충격을 흡수하고 차체의 하중을 지지하며, 양단부 하부에 러버스프링이 설치되는 상용차용 복합재 리프 스프링에 있어서,
    중앙부는 양단부에 비해 두께가 두껍게 형성되고,
    상기 양단부에는 길이 방향으로 바깥 측면에 관통홈이 형성되고, 상기 관통홈에는 탄성부재가 삽입 설치되며,
    그리고, 상기 관통홈의 상부는 적차시 상기 탄성부재 쪽으로 밀려 상기 탄성부재에 접촉되는 밀림부가 형성되고,
    또한, 상기 관통홈의 하부는 상기 탄성부재를 지지하는 지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 상용차용 복합재 리프 스프링.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부에는 상기 러버스프링과 마운팅이 이루어지는 마운팅 브라켓이 장착될 수 있도록 장착돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 상용차용 복합재 리프 스프링.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 지지부에 접착되어 설치된 것을 특징으로 하는 상용차용 복합재 리프 스프링.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 중앙부의 상면 및 저면은 라운드 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 상용차용 복합재 리프 스프링.
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