KR100220273B1 - 과부하클러치 - Google Patents

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KR100220273B1
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Abstract

허브를 갖춘 구동기를 포함하는 구동측으로부터 피구동기를 포함하는 피구동측으로 토크를 전달하고 제한하는 클러치, 한 압력링은 구동측상에 위치하고, 제2압력링은 피구동측상에 위치한다. 압력링들은 각각 서로 마주보는 측방표면을 포함한다. 측방표면들중 적어도 하나는 그 안에 형성된 함입부들을 갖는다. 잠금 스프링요소는 허브를 둘러싸고 함입부들과 확실한, 분리할 수 있는, 능동연결을 한다. 능동연결은 확실히 맞물리어서 압력링들 사이에 토크를 전달하고 분리되어서 압력링들 사이에 전달된 토크를 제한한다.

Description

과부하클러치
제1도는 볼(ball)모양의 하중전달체와 함께 이용되고 수용구멍을 가진 판스프링 및 구속요소의 횡단면도.
제2도는 제1도에 도시된 판스프링 및 구속요소의 확대단면도.
제3도는 대칭으로 배열된 수용구멍들을 가지고 제1도에 도시된 판스프링 및 구속요소의 정면도.
제4도는 비대칭으로 배열된 수용구멍들을 가지고 제1도에 도시된 판 스프링 및 구속요소의 정면도.
제5도는 개방된 과부하클러치를 형성하도록, 제1도의 판스프링 및 구속요소를 부착한 상태의 횡단면도.
제6도는 폐쇄된 과부하클러치를 형성하도록, 제1도의 판스프링 및 구속요소를 부착한 상태의 횡단면도.
제7도는 하중전달요소로서 볼(ball)모양의 구름체와 연결되는 판스프링의 수용구멍을 확대한 단면도.
제8도는 하중전달요소로서 볼(ball)모양의 구름체와 연결되고 판스프링내부에 형성된 컵(cup)모양 오목부의 확대단면도.
제9도와 제10도는 예비인장상태로 판스프링을 부착할 때 판스프링 및 구속요소의 횡단면도.
제11도는 외측 및 내측 원주상에서 마주보는 방향으로 물결모양을 이루는 주름구조들을 가진 판스프링 및 구속요소의 단면도.
제12도는 제11도에 도시된 판스프링의 정면도.
제13도는 제11도 및 제12도의 판스프링이 부착된 상태의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,4 : 판스프링 2,3 : 수용구멍
2a,3a :요홈 5 : 하중전달체
7,8 : 비드(bead) 16 : 구형헤드
20,21 : 압력링 22,23 : 요홈
24 : 조절나사 26 : 압력링
본 발명은 토크(torque)를 전달하기 위한 스프링 탄성 압력요소들을 이용하여 구동장치로부터 피동장치로 토크를 전달하기 위한 클러치에 관련된다. 클러치는 구동측 및 피동측상의 압력링들과, 이들 사이에서 토크를 전달하기 위해 압력링들과 완전히 결합하는 한 개 이상의 구속요소들을 포함한다.
한계토크를 초과한 후에, 서로에 대해 회전가능하고 완전결합 또는 불완전결합하는 운동부품들을 이용하는 과부하 클러치(overload clutch)들에 의해 구동력전달시 과도하게 큰 토크발생이 방지된다.
불완전결합하는 운동부품들이 특수 마찰코팅부들과 끼워맞춤되고, 이들은 축방향 탄성하중들에 의해 서로에 대해 가압된다. 설정된 한계토크가 초과된 후에, 정지마찰력은 충분한 양의 토크를 전달하기에 더 이상 불충분하다. 운동부품들이 서로에 대해 회전운동하고 잔류 토크와 적응하며, 정지마찰력은 미끄럼마찰력으로 변환하며, 이때 미끄럼마찰력은 정지마찰력보다 작은 것으로 알려져 있다. 계속적으로 잔류토크를 유지하면서 클러치가 미끄럼운동한다.
구속요소들에 의해 운동부품들의 완전결합이 이루어진다. 구속요소들의 오목부내에 배열되는 구름운동체들이 공지되어 있고, 돌출구조를 이루는 운동부품의 원주부분중 일부분이 접촉상태의 또다른 운동부품의 오목부가 결합한다. 압력링과 같은 운동부품은 정해진 크기의 초기 탄성인장력을 받는다. 동시에 탄성하중에 대하여 압력링들은 축방향운동이 가능하다. 조절가능한 한계토크에 도달될때, 운동부품들이 오목부로부터 빠져나오고, 인접한 오목부내부로 미끄러져 들어갈때까지, 압력링들은 서로에 대해 원주방향으로 회전운동할 수 있도록, 한 개이상의 구속요소들이 축방향으로 운동한다. 과부하상태가 지속되는 동안 상기 과정이 반복된다. 그결과 한계 토크값을 초과하는 동안에, 구속정지 및 구속해제과정이 지속된다.
전체적으로 과부하클러치들의 공지된 설계는 제조비용에 부정적 영향을 주는 기술적 비용지출을 요구한다. 따라서 경제적인 이유에서 과부하 클러치의 적용이 항상 유리한 것은 아니다. 마찰코팅부를 가진 클러치들이 상당히 정확하게 한계토크값으로 조정될 수 있다. 그러나 미끄럼운동과정에 의해 소산되어야 하는 상당량의 열이 발생된다. 구름운동체를 이용해 제조되는 완전 결합의 과부하클러치는 구조적으로 길이가 더 커져서, 유극(play)제거의 문제가 중요해진다. 또한 이물질 누적에 대해 상당한 정도의 둔감도를 가지고 유극없이 토크가 전달되는 것이 매우 중요해진다. 상기 문제를 해결하기 위한 방법에 따르면, 서로 마주보는 한 개이상의 횡방향표면들이 압력링들에 제공되고, 클러치의 보쓰(boss)를 고정하고 고정기능을 가지는 한 개 이상의 구속요소와 오목부들 또는 돌출부가 완전히 결합된다.
따라서 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점들을 극복하고, 토크를 전달하기 위해 완전결합하며, 한계토크값에 대해 분리되는 완전결합부를 가지며, 토크를 전달 및 제한하는 클러치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 용이하게 제조가능한 단순설계의 클러치를 제공하는데 있다.
본 발명의 스프링요소들에 의해 조절가능한 접촉압력은 한계토크값을 설정하고, 동시에 스프링요소들은 완전한 구속요소로서 작용한다. 결과적으로 스프링요소들은 운동부품들사이의 접촉압력을 발생시키고 완전한 구속이 이루어지게 한다. 그결과 설치부품들의 개수가 적어지고, 중략이 적어지며 더욱 단순한 구조가 형성된다. 제조비용이 감소될 수 있다. 조립품의 구성이 더욱 단순해져서, 전체 비용면에서 유리해진다.
두가지 크기의 판스프링(plate spring)구속요소들이 한 개의 제조용 다이(die(내에서 제조된다면, 제조과정이 최적화될 수 있다. 한계토크값이 조절너트에 의해 설정됨에 따라, 구동측 및 피동측상에서 압력링의 오목부들내부에 하중전달체들이 단순히 삽입되기 때문에, 조립상태에서 유극제거가 매우 중요하다. 예를 들어 서로 나사체결되는 운동부품 및 스프링요소들의 일체구성에 의해, 구성부품들의 개수가 적어지고 구조는 단순해진다. 구조상 길이가 더욱 짧아지는 것이 중요하다. 발생열량의 증가는 무시할 정도로 작아서, 열축적의 위험이 없어지고, 양호한 열소산이 이루어질 수 있다. 한 개의 다이내에서 특수한 판스프링들을 제조하는 것과 같이, 구동측 및 피동측의 압력링들이 구속플랜지로서 한 개의 몰드(mold)내에서 생산 가능하여, 서로 다른 직경을 가진 두 개의 압력링들내에서 구속요홈들이 정확하게 정렬된다. 구속요소들로서 스프링을 직접 이용하여, 토크가 더욱 정확하게 정렬된다.
허브(hub)를 가진 구동장치를 포함한 구동측으로부터, 피동장치를 포함한 피동측으로, 토크를 전달하고 제한하는 본 발명의 클러치(clutch)에 의해 상기 목적들 및 다른 목적들이 달성된다. 클러치는 구동측의 압력링 및 피동측의 압력링을 포한한다. 각각의 압력링들은 서로 마주보는 횡방향 표면들을 포함한다. 한 개이상의 횡방향표면들이 요홈을 가지며, 상기 요홈은 상기 횡방향표면내에 형성된다. 구속기능의 스프링요소가 허브를 둘러싸고, 상기 요홈들과 탈착가능하게 완전 결합상태를 이룬다. 압력링들 사이에서 토크를 전달하기 위해 완전결합상태가 이루어지고, 압력링들사이에서 전달된 토크를 제한하기 위해 완전 결합상태가 분리된다. 요홈들과 결합하기 위해 구속기능의 스프링요소는 돌출부를 가진다. 구속기능의 스프링요소는 비드(bead)를 가진 링(ring)모양의 판스프링이다.
압력링들중 한 개의 압력링 및 구속기능의 판스프링사이에 배치되고, 구름운동체들로 구성된 하중전달요소들이 클러치에 구성된다, 선택적으로 구속기능의 판스프링 및 압력링사이에 배치되고 볼록한 돌출부를 가지는 강성의 하중전달체가 클러치에 구성된다. 압력링들중 한개의 압력링상에 위치하는 구형 또는 반구형의 헤드(head)들을 가진 볼트가 상기 하중전달체로 구성된다. 구름운동체를 수용하기 위해 구속기능의 판스프링들은 판스프링내에 형성되고 카운터싱킹(counter sinking) 수용구멍들 또는 요홈들을 포함한다.
압력링들중 한 개가 허브 플랜지(hub flange)로서 구성된다. 구속기능을 가진 여러개의 스프링 요소들이 서로에 대해 배치된다. 구속기능의 스프링요소는 직사각형 이외의 단면형상을 가진다.
본 발명의 여러가지 실시예들을 도시하는 도면들을 참고로 하여, 하기 상세한 설명들로부터 본 발명의 다른 목적들 및 특징들이 분명해진다.
제1도, 2도 및 제3도에 판스프링(plate spring)(1)이 도시되고, 원형 또는 타원형이 선호되고 서로다른 반경들을 가진 수용구멍(2,3)들이 상기 판스프링(1)에 제공된다. 카운터싱킹(counter sinking)작업에 의해 압력링(20,21)들을 마주보는 수용구멍(2,3)들의 단부에 원추형의 요홈(2a,3a)들이 제공될 수 있다. 제5도 내지 제8도에 도시된 것처럼, 수용구멍(2,3)들이 구름운동하는 볼(ball)모양의 하중전달체(5)와 결합된다. 하중전달체(5)는 토크(torque)전달을 위한 전달부재로서 작용한다. 단계적인 결합작용을 허용하고 한 개의 수용구멍으로부터 다음 수용구멍까지 구속해제되도록, 서로 동일한 간격을 가지고 대칭구조를 이루거나 서로 다른 간격을 가지고 비대칭구조를 이루며 수용구멍(2,3)들이 배열가능하다. 비대칭적인 간격구조에 의해, 압력링(21)들은 완전한 회전운동을 한 후에야 판스프링과 다시 결합가능하다.
구름운동하는 볼모양의 하중전달체를 수용하기 위한 수용구멍들을 가진 판스프링의 부착상태가 제5도 및 제6도에 도시된다. 제5도의 클러치는 개방상태이고, 제6도의 클러치는 폐쇄상태이다. 압력링(21)은 나사가 체결되는 링(ring)모양의 커버(cover)(27)를 가지고, 상기 커버(27)는 토크를 전달하고, 커버의 내측원주부에서 원형의 씰(seal)(25)에 의해 압력링(26)과 씰링상태를 이룬다. 압력링(26)은 허브플랜지(hub flange)로서 설계된다. 상기 커버(27)에 제공된 구멍(31)들에 의해 구동되는 장치가 연결된다.
제7도의 확대도에 있어서, 볼(ball)모양의 하중전달체(5)를 수용하기 위해 카운터싱킹된 요홈(2a,3a)을 가진 각각의 수용구멍(2,3)들이 제공된다. 판스프링(1)의 탄성하중에 의해 요홈(2a,3a)을 가진 수용구멍(2,3)들이 하중전달체(5)에 압축되고, 각각의 압력링(21) 및 압력링(20)에 구성된 각각의 요홈(22)및 요홈(23)내부에 상기 하중전달체(5)들이 배열된다. 과부하(overload)가 작용할때, 하중전달체(5)들은 판스프링(1)으로부터 서로 떨어져 구름운동한다. 클러치허브(clutch hub)의 사용수명은 전적으로 경화된 하중전달체들 및 경화된 판스프링들의 마모상태에 의해 결정된다. 판스프링들 및 하중전달체들사이에서 이루어지는 구름운동에 의해 마모상태가 최소화된다. 상기 구성을 이루는 구성부품들이 간단히 대체될 수 있다. 허브플랜지 또는 압력링상에는 경화표면이 필요하지 않다. 제5도 및 제6도에 도시되고 고정가능한 조절나사(24)에 의해 구속해제모멘트(moment)가 자유롭게 조정될 수 있다. 과부하클러치의 제조시, 단순한 회전식 부품들이 이용될 수 있다. 과부하클러치를 위한 판스프링을 위하여, 상업적으로 이용가능한 판스프링들의 특성을 이용가능하다.
판스프링(1)에 구성되는 컵(cup)모양의 오목부(10)들이 구름운동을 하는 볼(ball)모양의 하중전달체들을 수용하고, 또한 완전결합에 의해 구속된다. 구속해제과정에서, 컵모양을 이루는 오목부(10)들의 경사면변화는 구속해제하중의 점진적인 변화를 야기하고, 이것은 특정한 적용예에서 유리할 수 있다. 제5도 및 제6도의 과부하클러치와 유사한 설계가 제9도 및 제10도에 도시된다. 클러치의 하중전달부품과 판스프링사이에서 하중전달부재들로서 볼(ball)을 이용하는 대신에, (제10도의) 반원형 헤드(head)(6) 또는 (제9도의)구형 헤드(16)를 가진 리벳(rivet) 또는 볼트(bolt)들과 같은 강성요소들이 이용된다. 반원형 헤드(6)의 증가된 마찰작용에 의해서 구속해제모멘트가 증가된다.
서로 다른 반경들에 위치하고 비드(bead)(7,8)들을 가진 또다른 판스프링(4)이 제11도 및 제12도에 도시된다. 판스프링(4)의 비드(7,8)들이 각각의 압력링(20) 및 압력링(21)의 수용구멍(28,29)들과 결합하는 적용예가 제13도에 도시된다. 압력링(21)은 축방향으로 예비인장력을 받는다. 클러치 허브(clutch hub)(30)로부터 판스프링(4)을 통해 압력링(21)으로 토크가 전달될 수 있도록, 압력링(20)은 구동측에서 압력링의 기능을 수행한다. 다음에 압력링에 나사체결되는 (도면에 도시되지 않은) 피동장치에 토크가 전달된다.
서로다른 한계토크값들을 얻기 위하여, 서로에 대해 지지되고 판모양을 가지며 패키지(package)형태를 이루고 박판구조를 가지는 복수개의 스프링구속요소들을 이용하는 것이 가능하다. 또한 스프링폭의 끼워맞춤식 설계이외에, 서로다른 단면형상을 가진 연장개구부를 통해 천공되는 반경방향 절단부를 제공하고, 직사각형 모양이외의 스프링단면을 형성하기 위한 준비가 이루어질 수 있다.
본 발명에 의해 다수의 다른 설계들이 가능하다. 따라서 상기 실시예들은 다수의 서로다른 공학적 해결방법들중 일부에 해당한다. 본 발명의 여러가지 실시예들이 도시되고 설명될지라도, 청구범위에서 정의된 것처럼 본 발명의 요지 및 범위로부터 벗어나지 않고 다수의 변형예 및 수정예들이 실시될 수 있다.

Claims (7)

  1. 허브를 가지고 구동측을 구성하는 구동장치로부터 피동측을 구성하는 피동장치로 토크를 전달 및 제한하는 과부하클러치에 있어서, 서로 마주보는 횡방향표면을 가지는 구동측상의 압력링(20)과 피동측상의 압력링(21)으로 한 쌍의 압력링들이 구성되고, 구동장치의 허브를 둘러싸고 상기 압력링(20,21)들 사이에 위치하는 링모양의 판스프링(1)이 구성되며, 상기 판 스프링91)이 내측 원주부 및 외측 원주부를 가지고, 상기 압력링(20,21)들 상에 배열된 복수개의 하중 전달체(5,6)들이 구성되며, 토크전달상태로부터 하중전달체(5,6)들을 판스프링(1)과 탈착가능하게 결합시키기 위한 결합수단이 구성되고, 상기 결합수단을 판스프링(1)의 내측원주부 및 외측 원주부에만 위치하고, 수용구멍(2,3)들 및 비드(7,8)들로부터 선택되며, 상기 하중전달체(5,6)들은 상기 판 스프링(1) 및 압력링(20,21)들 사이에서 탈착가능한 결합 상태를 형성하고, 상기 압력링(20,21)들 사이에서 토크를 전달하기 위해 상기 하중전달체(5,6)들은 결합상태를 이루고, 토크를 제한하기 위해 상기 하중전달체(5,6)들은 분리상태를 이루며, 상기 결합상태로부터 또 다른 결합상태가 형성될때까지, 상기 압력링(20,21)들은 서로에 대해 회전운동가능한 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  2. 제1항에 있어서, 또한 압력링(20,21)들내에 복수개의 요홈(22,23)들이 구성되고, 하중전달체(5)들은 압력링(20,21)들내에서 요홈내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  3. 제2항에 있어서, 하중 전달체(5)들은 구름운동체인 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  4. 제3항에 있어서, 하중 전달체들을 탈착가능하게 결합시키기 위한 수단은 상기 구름 운동체들을 수용하기 위한 카운터싱킹(counter sinking)된 복수개의 수용구멍들인 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  5. 제3항에 있어서, 하중전달체와 탈착가능하게 결합시키기 위한 수단은 상기 구름운동체들을 수용하기 위한 복수개의 요홈들인 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  6. 제1항에 있어서, 하중전달체들은 압력링들위에 배열된 볼록한 돌출부들인 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
  7. 제1항에 있어서, 하중전달체(6)들은 헤드를 가진 볼트들이고, 상기 볼트들은 상기 압력링들중 한 개에 장착되고, 상기 헤드는 구형 헤드 및 반구형헤들중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 과부하클러치.
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