KR100349112B1 - 비틀림진동댐퍼 - Google Patents

Abstract

비틀림진동댐퍼는 환형 피동부재(2)와 상기 피동부재(2)와 동축상태로 피동부재에 대하여 제한적으로 회전할 수 있는 환형 관성부재(3)로 구성된다. 제 1방향으로의 상기 피동부재(2) 및 관성부재(3)의 상대운동은 상기 챔버(22,23)중의 한 챔버의 용적을 감소시키고 다른 챔버(22,23)의 용적을 증가시키며, 반대방향으로의 상대운동은 상기 챔버(22,23)들의 용적을 역변화시키도록 배치된 적어도 한 셋트의 가변용적챔버(22,23)를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 수단(14,15)가 고정된다. 상기 부재(2, 3)중의 하나에 의해 적어도 하나의 환형스프링(27)이 지지된다. 상기 가변 용적챔버(22, 23)를 상기 스프링수단(27)의 적어도 일측과 연결하기 위해 수단(28,29,30,31)이 제공되며 상기 댐퍼에는 상기 챔버(22, 23)내의 유체원이 공급되므로 상기 부재(2, 3)의 상대회전운동으로 상기 스프링스단(27)의 일측을 압측시켜 휘게한다. 상기 챔버(22,23)의 적어도 하나의 챔버에는 유체를 유체원으로부터 스프링(27)의 압축측으로 펌핑할 수 있도록 하기 위해 입구 및 출구밸브(10a,11a,28a)가 제공된다.

Description

비틀림진동댐퍼

회전체가 내외측부재를 원하는 강성을 갖고 상대회전하도록 상호연결하는 강철스프링을 이용하는 엔진크랭크샤프트용의 비틀림진동댐퍼를 제공하는 것이 알려져 있다. 댐핑은 댐퍼구조물내의 서로 다른 캐비티사이에 엔진오일을 펌핑함으로써 달성된다. 이런 댐퍼는 많은 정밀기계부의 복잡한 조립체를 필요로 하여 근본적으로 비싸지게 된다.

영국특허출원 제 92 24489호는, 환형피동부재와, 상기 피동부재와 동축상태에서 제한된 회전운동할 수 있는 환형관성부재와, 제 1방향으로의 상기 피동부재 및 관성부재의 상대운동은 상기 챔버중의 한 챔버의 용적을 감소시키고 다른 챔버의 용적을 증가시키며, 반대방향으로의 상대운동은 상기 챔버들의 용적을 역변화시키도록 배치된 적어도 한 셋트의 가변용적챔버를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 고정된 수단과, 상기 챔버중의 한 챔버에 의해 지지되는 적어도 하나의 환형스프링을 형성하기 위한 수단과, 상기 환형스프링의 적어도 일측에 상기 가변용적챔버를 연결하기 위한 수단으로 구성되는데, 상기 챔버내의 유체원을 구비하므로상기 부재들의 상대 회전운동으로 상기 환형스프링수단의 일측을 가압하여 원주방향으로 휘게 하는 비틀림진동댐퍼를 제시한다. 앞서 제시한 상기 특허출원에 따른 비틀림진동댐퍼에 있어서, 가변용적챔버의 유체입구부위의 댐핑유체의 압력은 그 유체의 증기압까지 떨어질 수 있다. 그 결과로서의 증기는 환형스프링수단의 압축을 방해하고 휨을 방지하므로 댐퍼를 효과적이지 못하게 한다. 또한 댐핑경로내의 댐핑유체의 난류는 난류에 견디기 위해 댐핑경로에 걸친 큰 압력변화를 요구하여, 압력이 증기압이하로 떨어질 때 증기포켓이 형성되게 할 수 있다. 마지막으로 댐핑유체는 가변용적챔버내의 압력이 공급압이하일 때 가변용적챔버속으로만 유동할 수 있고 이런 현상이 발생하는 사이클시간의 비율이 극히 제한된다.

본 발명은 예를들어 엔진의 크랭크샤프트의 비틀림진동을 줄이기 위해 사용하는 비틀림진동댐퍼에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 비틀림진동댐퍼의 일 구체예의 측판이 제거된 상태의 측면도로서, 삽입도는 도면의 지시부를 확대하여 나타내는 도면이며, 도 2 내지 제 8도는 도 1의 지시선상의 단면도이며, 도 9는 도 1 내지 도 8에 도시한 비틀림진동댐퍼의 유체유동시스템의 개략도이며, 도 10은 도 9에 도시한 실린더(a1)내의 압력의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이며, 도 11은 도 9에 도시한 실린더(b1)내의 압력의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이며, 도 12는 변형된 비틀림진동댐퍼의 유체유동시스템의 개략도이다.

본 발명의 목적은 상기 결점을 제거하거나 감소시키는 비틀림진동댐퍼를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 환형피동부재와, 상기 피동부재와 동축상태에서 제한된 회전운동할 수 있는 환형관성부재와, 제 1방향으로의 상기 피동부재 및 관성부재의 상대운동은 상기 챔버중의 한 챔버의 용적을 감소시키고 다른 챔버의 용적을 증가시키며, 반대방향으로의 상대운동은 상기 챔버들의 용적을 역변화시키도록 배치된 적어도 한 셋트의 가변용적챔버를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 고정된 수단과, 상기 횐형피동부재와 상기 환형관성부재 중 하나의 부재에 의해 지지되는 적어도 하나의 환형스프링을 형성하기 위한 수단과, 상기 환형스프링의 적어도 일측에 상기 가변용적챔버를 연결하기 위한 수단으로 구성되는데, 상기 챔버내의 유체원을 구비하므로 상기 부재들의 상대회전운동으로 상기 환형스프링수단의 일측을 가압하여 원주방향으로 수축시키도록 하는 비틀림진동댐퍼에 있어서, 상기 챔버중의 적어도 하나의 챔버에는 유체를 유체원으로부터 스프링의 압축측으로 펌핑할 수 있도록 입구 및 출구가 제공된 것을 특징으로 하는 비틀림회전댐퍼가 제공된다.

바람직하게는, 스프링수단은 상기 피동 및 관성부재의 반대방향으로의 상대운동중에 스프링을 원주방향으로 교대로 휘게 하기 위해 각각의 펌핑챔버셋트에 연결된 2개의 환형스프링으로 구성되며, 이 스프링은 또한 스프링의 복귀운동에 의해 생긴 상기 챔버의 압축화가 상기 상대운동을 저지하도록 각각 비펌핑챔버에 연결된다. 2개의 펌핑챔버셋트가 직경방향의 양측위치에 제공되고 다수의 제 2챔버셋트가 상기 제 1챔버셋트사이에 제공된다.

바람직하게는, 모든 챔버셋트는 서로에 대하여 등각상태로 이격된다. 바람직하게는, 한쌍의 직경방향 양측의 비펌핑챔버는 상기 2개의 펌핑셋트사이에 대칭상태로 배치되고, 상기 쌍의 펌핑챔버셋트의 각각과 각 스프링사이의 연결부에 한쌍의 댐핑유체 출구오리피스가 제공된다. 바람직하게는, 상기 가변용적챔버셋트를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 고정된 상기 수단은 피동부재부분을 형성하는 교대로 된 절편과 관성부재부분을 형성하는 중간절편을 갖는 축방향으로 분할된 실린더로 구성된다. 바람직하게는, 스프링수단과 비펌핑챔버사이의 연결부는 난류를 피하기 위해 충분히 큰 단면적을 갖는다.

이하 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 예로서 보다 상세히 설명한다.

도면중의 도 1내지 도 8에 있어서, 예시한 비틀림진동댐퍼는 내측허브부재(2)와 외측관성부재(3)을 갖는 편평한 실린더형상의 회전체(1)로 구성된다. 내측허브부재(2)와 외측관성부재(3)은 정상상태에서 예를들어 엔진크랭크샤프트의 단부와 함께 회전하지만, 크랭크샤프트에서의 비틀림진동은 허브부재(2)가 외측관성부재에 대하여 제한적으로 상대회전하게 하는 경향이 있다. 댐핑효과는 이런 상대회전을 줄임으로써 달성된다. 다음의 설명에서, 진동댐퍼는 댐핑유체같은 엔진오일을 사용하여 엔진크랭크샤프트의 비틀림진동을 댐핑하기 위한 것이라고 가정한다. 그러나 그외의 댐핑 유체를 포함하는 다른 적용도 가능함을 알 수 있을 것이다. 허브부재(2)는 크랭크샤프트의 단부(도시하지 않았지만 도 2 내지 도 8의 단면도에서 우측으로부터 연장된다)를 수용하기 위한 보어(4)을 가지며, 이 크랭크샤프트의 단부에는 등각상태로 이격된 구멍(6)(특히 도 1 및 도 2를 참조)을 통해 삽입된 볼트(도시하지 않음)에 의해 허브부재(2)의 내향돌출플랜지(5)가 고정된다.보어(4)의 좌측단부(7)에 위치하는 커버(도시하지 않음)는 라인(8)상에 배치된 크랭크샤프트단부와 함께 크랭크사프트의 중심을 통해 가압공급되는 엔진오일을 보유하기 위한 중앙챔버(9)를 형성한다. 허브부재(2)는 중앙챔버(9)내의 오일저장기를 후술하는 댐핑압력회로와 연통시키는 양측의 두쌍의 방사상유로(10),(11) 및 (12),(13)가 천공된다. 오일의 압력과 원심력은 스프링이 장착된 비복귀 볼밸브(10a),(11a) 및 (12a),(13a)가 외측단부에 제공된 유로(10),(11) 및 (12),(13)를 통해 외측으로 중앙챔버(9)내의 오일을 구동한다(방사상 유로(10),(11) 및 각각의 밸브(10a),(11a)의 상세도로서는 도 4 및 도 7의 단면을 참조).

허브부재(2)의 외측부에는, 축방향으로 분할된 실린더형의 교대로 배치된 절편(14)에 의해, 외측관성부재(3)의 내측부를 형성하는 교대로 개재된 절편(15)이 제공된다. 절편(14)은 나사(16) 또는 핀(17)에 의해 허브부재(2)의 본체에 연결되며 절편(15)은 외측부재(3)의 본체와 일체로 되어 있다. 측판(18),(19)은 도시한 바와 같은 적절한 파스너에 의해 외측부재(3)의 양측에 고정된다(도 2 내지 도8 참조). 측판(18),(19)는 허브부재(2)와 겹쳐지며 그 접촉면에는 오일시일(20),(21)이 제공된다. 원통형절편(14),(15)은 도 1에 도시한 바와 같이 각 절편(14)의 좌측 및 우측에 가변용적챔버(22) 및 (23)를 한정하는 축방향 갭에 의해 분리된다.

외측부재(3)의 양측에는 도 2 내지 도7의 단면도에서 나란히 배치된 스프링챔버(24),(25)를 형성하는 완형오목부가 제공된다. 각 챔버(24),(25)는 바람직하게는 비적층형의 중공원통스프링인 각각의 스프링(26),(27)을 수용한다. 각스프링(26),(27)에는 측방시일(26a),(26b) 및 (27a),(27b)이 제공된다. 각 스프링(26),(27)의 내측에서의 각 스프링챔버(24),(25)의 부분은 가변용적챔버(22),(23)에 연결된다. 오일공급로(10),(11) 및 (12),(13)에 의해 횡단되는 절편(14)에 의해 이루어진 직경방향으로 반대 측에 위치한 챔버셋트의 쌍(22),(23)은 펌핑챔버를 구성한다. 펌핑챔버(22),(23)는 펌핑기구를 형성하는데, 여기서 각 절편(14)은 절편(15)사이의 외측부재(3)부분과 측절편(15)에 의해 이루어진 아치형실린더를 소제하는 이중작용의 피스톤으로 간주될 수 있다. 가변용적챔버(22),(23)는 절편(14)에 의해 이루어진 피스톤의 양단부에서 실린더부분을 형성한다. 댐핑오일은 입구유로(10),(11) 및 (12),(13)와 그 입구밸브(10a),(11a) 및 (12a),(13a)를 통해 챔버(22),(23)속으로 유동한다. 도 1의 삽입도에서 펌핑챔버셋트중의 하나를 도시한 바와 같이, 펌핑챔버(22),(23)로부터의 출구유로(28),(29)는 외측부재(3)을 통해 변경방향으로 연장되어 각각의 스프링챔버(25),(24)와 연결된다. 출구유로(28),(29)는 각각 스프링챔버로부터의 역류를 방지하기 위해 스프링이 장착된 비복귀볼밸브(28a),(29a)를 구비한다. 그외의 펌핑챔버셋트도 마찬가지로 스프링부재(24),(25)에 연결됨을 알 수 있을 것이다. 난류를 방지하기 위해 충분히 큰 단면적을 갖는 방사상슬롯(30),(31)(도 1의 삽입도 및 도 5 및 도 6 참조)에 의해 그외의 (비펑핑성)챔버셋트의 가변용적챔버(22),(23)가 각각의 스프링챔버(25),(24)에 연결된다. 동작에 있어서, 크랭크샤프트의 비틀림진동은 외측관성부재(3)에 대하여 허브부재(2)를 약간 회전시킨다. 도 1에서 허브부재(2)는 고정상태의 외측부재(3)에 대하여 시계방향으로 회전한다고 가정하자. 외측부재(3)의 부분을 형성하는 원통형절편(15)도 고정상태로 유지되지만 허브부재(2)의 부분을 형성하는 그 다음의 절편(14)파 역시 시계방향으로 움직인다. 따라서 각 챔버의 선두챔버(23)는 용적이 감소되고 후미챔버(22)는 용적이 증가된다. 2쌍의 펌핑챔버(22),(23)의 경우에, 방사상유로(10) 및 (12)를 통해 챔버(22)속으로 흡인되는 댐핑오일과 챔버(23)로 부터 출구유로, 예를들어 출구유로(29)를 통해 스프링챔버(24)로 배출되는 댐핑오일에 의해 펌핑작용이 계속되어 스프링(26)을 원주방향으로 휘게 한다. 외측부재(3)에 대한 허브(2)의 시계방향회전운동을 저지하기 위해 스프링(26)의 내측에서의 스프링 챔버(24)내의 증가된 압력은 스프링의 복원력에 의해 슬롯(31)을 통해 가변용적챔버(23)로 전달된다.

여기서 도 1에 도시한 바와 같이 허브부재(2)가 외측부재(3)에 대하여 반시계방향으로 회전한다고 생각하면 챔버(23)는 용적이 증가하는 한편 챔버(22)는 용적이 감소할 것이다. 이와 같이 스프링(27)을 원주방향으로 휘게 하기 위하여 댐핑오일은 펌핑챔버(23)속으로 흡인되고 펌핑챔버(22)로부터 출구유로, 예를들어 출구유료(28)를 통해 스프링챔버(25)속으로 배출된다. 허브(2)가 반시계방향으로 화전운동하는 것을 저지하기 위해 스프링(27)의 복원력은 유체압을 슬롯(30)을 통해 제 2챔버셋트의 가변용적챔버(22)에 전달한다. 따라서 비틀림진동의 영향은 2쌍의 출구밸브, 예를들어 출구밸브(28a),(29a)의 상류측의 유동시스템을 가압하는 것이다. 펌핑절편(14)에 대하여 대칭상태로 배치된 직경방향 양측의 슬롯쌍(30),(31)은 댐핑오일이 가압된 시스템을 통해 제한적으로 흐르고 그 시스템내의 오일이 보충오일에 의해 냉각될 수 있도록 하기 위해 인접측판(18),(19)의 출구오리피스(O)와 연결된다.

댐핑는 출구오리피스(O)를 통하는 유체의 유동과 또한 펌핑챔버(22),(23)의 출구밸브, 예를들어 출구밸브(28a),(29a)를 통해 스프링챔버(24),(25)속으로 들어가는 유체의 유동에 의해 달성된다.

그 동작모드가 도 9에 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 피스톤(A)은 역시 오리피스(O)에 연결된 슬롯(31),(30)에 의해 스프링챔버(24),(25)에 연결된 절편(14)을 나타내고, 피스톤(B)은 펌핑챔버(22),(23)과 관련된 절편(14)을 나타낸다. M은 로터관성부재(3)의 질량을 나타낸다.

도 10은 도 9에 도시한 실린더(a1)내의 압력을 나타내고 댐핑시스템의 가압측내의 압력을 나타내는 그래프이다. 압력은 개시시로부터 상승된 평균압력까지 상승됨을 알 수 있을 것이다.

도 11은 일련의 정점(피스톤의 압축행정)과 골(피스톤의 흡입행정)로서 도 9의 실린더(b1)내의 압력을 나타내는데, 빗금부분은 실린더(b1)내의 압력이 X축에 평행한 직선으로 나타낸 공급압력이하인 범위를 나타낸다.

첨부한 특허청구의 범위로부터 이탈함없이 상술한 설계에 많은 변형이 만들어질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를들어 스프링(26),(27)은 적층되거나 영국특허출원 제 92 24489(2261716)호에서 설명한 여러 가지 구체예중의 어느 구체예에 따른 단일 스프링구조로 고체될 수도 있다. 도 12는 단일 스프링(S)과 내외측스프링부재(32),(33)을 갖는 변형된 비틀림진동댐퍼의 유체유동시스템의 개략도이다. 도 9에 도시한 것과 대응하는 부분은 동일 숫자 및 문자로 나타내며 더 이상 설명하지 않는다. 스프링챔버(32),(33)는 각각 슬롯(34),(35)에 의해 피스톤(A)의 양측(절편(14)을 나타낸다)에 연결된다. 이 경우에 출구오리피스(O)는 실린더(b1)의 입출구유로에 연결되며 적절한 크기의 초크(C)를 구비함을 알 수 있을 것이다. 오리피스(O)는 도 9의 구체예에서와 마찬가지로 점선으로 나타낸 바와 같이 연결될 수 있다.

Claims (7)

1. 환형피동부재와, 상기 피동부재와 동축상태에서 제한된 회전운동할 수 있는 환형관성부재와, 제 1방향으로의 상기 피동부재 및 관성부재의 상대 운동은 상기 챔버중의 한 챔버의 용적을 감소시키고 다른 챔버의 용적을 증가시키며, 반대방향으로의 상대운동은 상기 챔버들의 용적을 역변화시키도록 배치된 적어도 한 셋트의 가변용적챔버를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 고정된 수단과, 상기환형피동부재와 상기 환형관성부재 중 하나의 부재에의해 지지되는 적어도 하나의 환형스프링을 형성하기 위한 수단과, 상기 환형스프링의 적어도 일측에 상기 가변용적챔버를 연결하기 위한 수단으로 구성되는데, 상기 챔버내의 유체원을 구비하므로 상기 부재들의 상대회전운동으로 상기 환형스프링수단의 일측을 가압하여 원주방향으로 수축시키도록 하는 비틀림진동댐퍼에 있어서, 상기 챔버중의 적어도 하나의 챔버에는 유체를 유체원으로부터 스프링의 압축측으로 펌핑할 수 있도록 입구 및 출구가 제공된 것을 특징으로 하는 비틀핌진동댐퍼.
2. 제 1항에 있어서, 스프링수단은 상기 피동 및 관성부재의 반대방향으로의 상대운동중에 스프링을 원주방향으로 교대로 휘게 하기 위해 각각의 펌핑챔버 셋트에 연결된 2개의 환형스프링으로 구성되며, 이 스프링은 또한 스프링의 복귀운동에 의해 생긴 상기 챔버의 압축화가 상기 상대운동을 저지하도록 각각 비펌핑챔버에 연결되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 2개의 펌핑챔버셋트가 직경방향의 양측 위치에 제공되고 다수의 제 2챔버셋트가 상기 제 1챔버셋트사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
4. 제 3항에 있어서, 모든 챔버셋트는 서로에 대하여 등각상태로 이격되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
5. 제 4항에 있어서, 한쌍의 직경방향 양측의 비펌핑챔버는 상기 2개의 펌핑셋트사이에 대칭상태로 배치되고, 상기 쌍의 펌핑챔버셋트의 각각과 각 스프링 사이의 연결부에 한쌍의 댐핑유체출구오리피스가 제공되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가변용적챔버셋트를 형성하기 위해 상기 피동 및 관성부재에 고정된 상기 수단은 피동부재부분을 형성하는 교대로 된 절편과 관성부재부분을 형성하는 중간절편을 갖는 축방향으로 분할된 실린더로 구성되는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스프링수단과 비펌핑챔버사이의 연결부는 난류를 피하기 위해 충분히 큰 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 비틀림진동댐퍼.