KR100473214B1

KR100473214B1 - 벨트인장기

Info

Publication number: KR100473214B1
Application number: KR10-1998-0033196A
Authority: KR
Inventors: 에밀 에이 엠 백커
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2005-12-06
Also published as: EP0907040A1; DE69804400D1; JPH11166602A; HK1019245A1; BR9815759A; CA2243360C; US5967919A; ES2175619T3; EP0907040B1; CA2243360A1; KR19990036600A; DE69804400T2; JP3017176B2

Abstract

본 발명은 피벗 아암과, 이 피벗 아암에 부착되어 벨트 하중을 받는 풀리와, 피벗과, 베이스와, 상기 피벗 아암과 베이스 사이에서 유기적으로 연결되는 비틀림 스프링을 구비한 "제드(Zed)"형 벨트 인장기에 관한 것으로, 상기 피벗 아암의 감쇠 작용은 주로 스프링에 의해 발생되는 힘과 벨트 하중에 응답하는 피벗 부싱(pivot bushing)에 의해 이루어진다.

Description

벨트 인장기 {BELT TENSIONER}

본 발명은 벨트와 맞물린 풀리가 부착된 피벗 아암의 위치를 편향시키는 비틀림 스프링을 구비한 자동 벨트 인장기에 관한 것으로, 더 구체적으로 말하자면, 풀리의 반경 방향 중심면은 피벗 아암이 요동하는 중심인 피벗 축으로부터 횡방향으로 편심된 "제드(Zed)"형 인장기에 관한 것이다.

자동 벨트 인장기는 베이스에 대해 선회하는 피벗 아암을 구비한다. 풀리가 피벗 아암에 회전 가능하게 장착되고, 이 피벗 아암과 베이스 사이의 스프링은 벨트에 유도된 하중을 받으면서 피벗 아암의 위치를 편향시켜서 풀리가 벨트 구동 시스템의 무단 벨트에 대한 위치를 조절하여 벨트에 인장력을 가하도록 한다. 몇 가지 적용예에 있어서, 피벗용 부싱이 풀리와 공통의 반경 방향 면에 있도록 하여 이 피벗용 부싱에 의해 지탱해야 하는 하중을 단순화시키거나 경감시키는 것이 좋다. 이러한 종류의 인장기 중에는, 피벗 아암의 요동 운동에 대한 감쇠 및 베어링 지지를 모두 수행하는 부싱이 마련된 형태가 있다. 이러한 인장기가 미국 특허 제 4,723,934 B1호에 개시되어 있다 피벗 아암의 선회 운동에 대한 감쇠 및 베어링 지지를 모두 수행하는 부싱이 마련된 인장기의 또 다른 예가 미국 특허 제 5,478,285호에 개시되어 있다.

제드형 인장기의 예가 미국 특허 제4,473,362호에 개시되어 있는데, 여기에서 인장기는 편심된 환형 피벗 부재에 부착된 피벗 아암을 구비하여, 이 환형 피벗부재가 피벗 아암을 지지하고 베이스에 고정된 지주(支柱; post)에 대하여 요동한다. 비틀림 스프링이 사용되는데, 이 스프링의 일단은 피벗 아암으로의 연결에 의해서 두 지점에서 구속되고 상기 스프링의 타단은 베이스로의 연결과 스프링의 코일을 포함하는 감쇠 기구에 의한 연결에 의해 구속되며, 코일 스프링은 슬리브를 가압하고, 이 슬리브는 차례로 환형 피벗 부재를 가압한다. 스프링의 반경 방향 내측에 배치되고 지주와 환형 부재 사이에 위치하는 단일 슬리브형 부싱은 서로 연결된 피벗 아암과 함께 환형 부재를 지지하는 베어링 면을 구비한다. 피벗 부싱은 감쇠 기구와 협동하여 피벗 아암의 요동 운동을 감쇠시킨다. 이러한 형태의 인장기의 문제는, 피벗 부싱과 감쇠 기구가 비틀림 스프링의 반경 방향의 내측에 배치되고 피벗 아암의 길이보다 실질적으로 짧은 반경으로 작동하기 때문에 유효한 감쇠량이 어느 정도 제한된다는 것이다.

"제드"형 인장기의 또 다른 예가 미국 특허 출원 제08/828,216호에 개시되어 있는데, 이 인장기는 피벗 아암과, 이 피벗 아암의 일측에 연결된 피벗 핀과, 이 피벗 핀을 지지하는 적어도 1개의 저마찰 부싱을 보유하는 대략 "튜브-팬(tube-pan)" 형상의 베이스 부재와, 일단은 피벗 아암에 구속 부착되고 타단은 베이스에 구속 부착되는 비틀림 스프링을 구비한다. 인장기는 감쇠 기구를 포함하는데, 감쇠 기구에 있어서 스프링의 일단은 유기적으로 감쇠 기구에 연결되고, 이 감쇠 기구는 베이스 부재의 내벽에 대하여 마찰되는 외측 마찰면이 마련된 슈(shoe)를 구비하여 감쇠 작용을 수행하게 된다. 이러한 형태의 인장기와 관련된 특징은 실질적으로 모든 감쇠가 감쇠 기구를 통하여 이루어지며, 피벗 부싱에서는 풀리에서 받는 벨트 하중에 응답하는 감쇠가 거의 이루어지지 않는다는 것이다.

본 발명에 의하면, 자동차에 사용되는 V자 리브형 전방 단부 액세서리 벨트 구동 시스템(V-ribbed front-end accessory belt drive systems)에 유용한 인장기가 제공된다. 본 발명의 벨트 인장기는 "제드"형으로, 피벗 아암과, 이 피벗 아암에 부착되어 벨트와 맞물려서 벨트 하중을 받는 풀리와, 고정 단부가 상기 피벗 아암에 부착된 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 형태의 피벗과, 적어도 1개의 피벗 부싱과, 상기 피벗을 지지하는 베이스 부재와, 상기 피벗 아암과 베이스 사이에 유기적으로 연결되는 비틀림 스프링을 구비하고, 상기 피벗 아암의 요동 운동에 대한 감쇠 및 베어링 지지가 모두 피벗 두싱에 의해 주로 이루어진다.

베이스 부재는 환형 공동을 형성하는 캔틸레버형 지주와 캔틸레버형 환형 베이스 부재가 연장되는 저벽을 구비한다. 캔틸레버형 환형 피벗 부재는 캔틸레버형 환형 베이스 부재 내측에 위치하고, 이들 사이에는 피벗 부싱이 있다.

벨트 하중의 반력과 스프링 하중의 반력 사이의 넓은 스탠스(stance)는 비틀림 스프링이 유기적으로 연결되거나 "후크식 결합(hooked up)"으로 피벗 아암의 위치를 베이스에 대해 편향시킴으로써 달성된다. 스프링의 제1 단부는 캔틸레버형 지주의 개방 단부에 있는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 구속된다. 스프링의 제2 단부는 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 자유 단부에 있는 위치와 베이스 부재의 저벽과 나란히 배치된 위치 사이에서 구속된다.

스프링의 "후크식(hook-up) 결합"의 장점은 부싱에 의해 지탱되는 반력을 위하여 넓은 스탠스를 제공하고, 그 결과 부싱 마모가 인장기의 작동 수명에 걸쳐 풀리의 정렬을 실질적으로 금지하지 않는다는 것이다. 또한, 스프링의 "후크식 결합"은 풀리에 작용하는 벨트력과 캔틸레버형 환형 피벗 부재에 가해지는 스프링력을 조합하여 피벗 부싱에 반작용하는 감쇠력을 발생시킨다.

본 발명의 또 다른 장점은 상기 피벗 부싱이 비틀림 스프링의 반경 방향 외측에 배치되어 높은 비율의 감쇠를 제공한다는 것이다.

본 발명의 전술한 목적과 그 밖의 목적은 도면과 그것에 대한 설명을 검토하면 명백해질 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 풀리(12)를 구비한 인장기(10)는 전형적으로 수개의 풀리(도시되지 않음)에 의해 구속되는 벨트(16)와 인장기 풀리(12)를 구비하는 벨트 구동 시스템(14)과 함께 사용된다. 풀리(12)는 벨트(16)와 맞물려 벨트 장력을 조정한다. 풀리(12)는 벨트와 맞물리면 인접한 벨트 스팬(18,20)의 벨트 장력(T1, T2)의 형태로 벨트 하중을 받는다. 벨트 장력(T1,T2)(또는 하중)은 합성되어 벨트 스팬(18,20) 사이에 형성된 각도의 이등분선을 따라 부호 A 지점에 작용하는 벨트력 성분(BF)을 발생시킨다. A 지점에 작용하는 벨트력 성분은 인장기의 피벗 핀(22)의 축으로부터 편심되고 힘과 모멘트를 포함하는 복잡한 내부 하중을 발생시킨다. 이와 같이 축으로부터 편심되는 인장기는 "제드"형으로 알려져 있다

인장기(10)는 기계적인 형태로서, 베이스 부재(24)와, 비틀림 스프링(26)과, 피벗 축(22)에 관하여 요동하는 피벗 아암(28)과, 풀리(12)를 회전 가능하게 장착하도록 상기 피벗 아암에 부착되는 볼 베어링(30)을 구비한다.

베이스 부재(24)는 환형 공동(38)을 형성하는 캔틸레버형 지주(34)와 캔틸레버형 환형 베이스 부재(36)가 연장되는 저벽(32)을 구비한다. 상기 베이스 부재(24)는 개방 단부(40)를 구비하고, 상기 저벽(32)과 개방 단부(40)는 피벗 아암(28)을 향하도록 배치되어 있다. 볼트 수용 구멍(44)이 있는 1개 이상의 이부(耳部; 42)가 베이스 부재에 일체형으로 형성되어, 벨트 구동 시스템(14)의 일부가 되는 엔진(도시되지 않음)에 고정구를 사용하여 인장기를 부착시키는 데 사용될 수 있다.

캔틸레버형 환형 피벗 부재(46) 형태인 피벗은 피벗 아암(28)의 일부로 성형되는 고정 단부(48)를 구비한다. 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 개방 단부는 캔틸레버형 환형 피벗 부재가 캔틸레버형 환형 베이스 부재(36) 내에 위치하도록 환형 공동(38) 내에 돌출한다.

바람직하게는 고분자 형태인 적어도 1개의 피벗 부싱(52)이 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 외면(54)과 캔틸레버형 환형 베이스 부재의 내면(56)의 사이에 배치된다. 상기 피벗 부싱은 연결된 피벗 아암과 함께 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 요동 활주 운동을 감쇠하기 위한 마찰과 베어링 지지 작용을 모두 수행하는 내면(58)을 구비한다. 상기 피벗 부싱과 환형 부재와 캔틸레버형 환형 베이스 부재는 원통형 또는 테이퍼형과 같이 서로에 대하여 임의의 상보적인 형상을 갖는다.

역시 바람직하게는 고분자 형태인 제2 부싱(60)은 캔틸레버형 지주(34)에 걸쳐 배치된다. 선택적으로, 피벗 부싱과 제2 부싱은 대략 "튜브 팬(tube-pan)" 형상인 단일의 복합 부싱(composite bushing)으로 함께 성형될 수도 있다.

피벗 아암(28)의 연장부 및 일체형 고정 단부(48)는 캔틸레버형 환형 베이스 부재(36)의 개방 단부(40)의 벽면(66)과 원주 방향으로 나란하게 배치되어 연장되는 반경 방향 플랫(64)을 구비할 수 있다. 선택적으로, 피벗 부싱은 상기 피벗 아암의 반경 방향 플랫과 캔틸레버형 환형 베이스 부재의 벽면 사이에 위치된 반경 방향의 플랜지(68)를 구비한다.

피벗 아암(28)은 볼트(70) 또는 스택형 와셔(stacked washer)나 리벳형 와셔와 같은 고정구에 의해 베이스 부재(24)의 캔틸레버형 지주(34)에 고정된다. 상기 볼트(70)는 상기 피벗 아암(28)에 형성된 구멍(72)을 관통하여 연장되는데, 이 구멍은 그 직경이 고정구의 외경보다 커서 두 부분 사이의 간극(74)을 보장하게 된다. 조립된 경우에, 반경 방향 플랜지(68)는 상기 베이스 부재와 피벗 아암과의 사이에서 스러스트 와셔와 먼지 차폐구로 작용하고, 베이스 부재에 관하여 피벗 아암의 반경 방향 정렬이 유지되도록 보조하는 작용도 역시 수행한다. 볼트 헤드와 피벗 아암의 사이의 밀봉 디스크(75)는 조립시에 비틀림 스프링에 의해 발생되는 축방향 하중을 지탱하는 스러스트 와셔로서 작용한다. 축방향 하중은 스프링 탱(tang)의 후크식 결합 부위(S1,S2,S3)의 작용을 개선하는 데 도움을 준다.

풀리(12)는 피벗 아암(28)으로 형성된 스터브 축(stub-shaft; 77) 상에 위치하는 볼 베어링(30)에 의해서, 상기 피벗 아암(28)에 회전 가능하게 장착된다. 상기 볼 베어링(30)은 볼트(76) 및 와셔(78)와 같은 고정구에 의해 상기 스터브 축 상에 유지된다.

선택적으로, 피벗 아암의 회전 이동을 제한하기 위한 정지부가 베이스 부재와 피벗 아암과의 사이에 형성되어 마련될 수 있는데, 이것은 도 3에 가장 잘 나타나 있다. 반경 방향 벽으로 형성되는 정지부로서 반경 방향 벽(82,84)이 생기도록 원호형 절취부(80)가 캔틸레버형 환형 피벗 부재 내에 형성된다. 베이스 부재의 저벽(32)에 형성된 돌출부(86)는 상기 원호형 절취부 내로 돌출한다. 이 돌출부(86)는 캔틸레버형 환형 피벗 부재에 형성되는 정지부(82,84)와 협동하여 피벗 아암의 요동 운동을 제한하게 된다.

비틀림 스프링은 캔틸레버형 지주(34)와 캔틸레버형 환형 베이스 부재(36) 사이의 환형 공동(38) 내에 위치하여, 베이스 부재에 대해 피벗 아암의 위치를 편향시키도록 유기적으로 연결되어 있다.

특히, 도 1 및 도 2를 참조하면, 스프링(26)의 제1 단부(88)는 캔틸레버형 지주(34)의 자유 단부에 형성된 슬롯(92) 내로 연장되어 반경 방향 내측으로 만곡되는 탱(90)을 구비한다. 핀(94)이 캔틸레버형 지주(96)의 자유 단부에 형성된 제 2 슬롯(96) 내에 위치한다. 스프링의 제1 단부는 상기 슬롯(92)에 있는 제1 부위(S1)와 상기 핀(94)에 있는 제2 부위(S2)의 사이에 구속된다. 상기 부위(S1,S2)에서 스프링으로부터의 모든 하중은 베이스 부재(24)의 캔틸레버형 지주(34)에 의해 직접 지탱된다.

도 1 및 도3을 참조하면, 스프링(26)의 제2 단부(98)는 캔틸레버형 환형 피벗 부재(46)의 자유 단부에 형성된 반경 방향의 슬롯(102) 내로 연장되어 반경 방향 외측으로 만곡되는 탱(100)을 구비한다. 슬리브(104)가 베이스 부재의 저벽(32)과 나란하게 배치되는 제2 부싱에 걸쳐 배치된다. 스프링의 제2 단부는 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 자유 단부에 있는 제3 부위(S3)와 상기 베이스 부재의 저벽과 나란하게 배치되는 슬리브에 있는 제4 부위(S4)의 사이에서 구속된다. 부위(S4)에 있는 스프링 단부로부터의 하중은 상기 슬리브(104)로 전달되고, 제2 부싱(60)을 경유하여, 베이스 부재의 캔틸레버형 지주(34)로 전달된다. 스프링의 제2 단부의 탱(100)은 스프링이 부위(S3)에서 구속되는 것에 대응하는 B 지점에서 캔틸레버형 환형 피벗 부재에 스프링력(FS)을 가한다.

A 지점에 가해지는 벨트력과 B 지점에 가해지는 스프링력은 대략 동일한 방향으로서 캔틸레버형 환형 피벗 부재에 의해 지탱된다. 피벗 부싱(52)은 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재를 지지하여, 이로써 벨트력(BF)과 스프링력(FS)은 반력(N)에 의해 균형을 이루게 된다. 환형 피벗 아암 부재의 활주면과 피벗 아암 부싱의 사이에는 피벗 아암의 요동 운동을 감쇠시키는 작용을 하는 마찰이 존재한다. 상기 활주면은 상기 피벗 아암의 반경(PR)보다 크거나 작을 수 있는 평균 반경(DR)에서 작용한다. 선회 운동과 감쇠는 모두 피벗 부싱에 의해 이루어진다. 약간의 감쇠가 상기 슬리브(104)와 제2 부싱(60) 사이에서 효과적으로 이루어진다.

도 3에서 특히 구체적으로 나타낸 바와 같이, 벨트력(BF)의 작용점은 상기 피벗 아암의 각운동 X와 관련하여 A지점으로부터 A' 지점으로 이동하게 된다. 그러나, 벨트력(BF)의 방향에는 거의 변화가 없다. 캔틸레버형 환형 피벗 부재는 피벗 아암의 각운동과 함께 각도상 이동하므로 스프링 슬롯은 각도[Y; 각도 (X)와 동일함]에서 점선으로 도시한 바와 같이 새로운 작용점(106)으로 이동한다. 스프링력(FS)의 작용점은 B 지점에서 B' 지점으로 이동한다. B 지점에서 스프링에 의해 가해지는 힘(FS)은 B' 지점으로 이동함에 따라 방향을 바꾸게 되고, 그것의 새로운 작용점(106)에서 상기 슬롯에 대하여 실질적으로 수직을 이루도록 유지된다.

벨트력(BF)과 스프링력(FS)은 합성되어 부싱에서 감쇠력을 발생시키는데, 이 감쇠력은 반력(N)에 의해 평형을 이루게 된다. 부싱의 큰 직경[DR; 즉, 비틀림 스프링의 외측에 형성됨)은 그것의 길이를 따라 마모와 풀리의 오(誤)정렬을 억제한다.

전술한 설명은 단지 예시하고자 하는 목적으로 이루어진 것이며, 첨부된 청구항에 의해 결정되는 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 의도가 아니다.

본 발명에 의하면, 피벗 부싱에 의해 지탱되는 반력을 위하여 넓은 스탠스가 제공하고, 그 결과 부싱 마모가 인장기의 작동 수명에 걸쳐 풀리의 정렬을 실질적으로 금지하지 않도록 한다. 또한, 풀리에 작용하는 벨트력과 캔틸레버형 환형 피벗 부재에 가해지는 스프링력을 조합하여 피벗 부싱에 반작용하는 감쇠력을 발생시킨다.

그 밖에, 피벗 부싱이 상기 비틀림 스프링의 반경 방향 외측에 배치되어 높은 비율의 감쇠가 이루어지도록 한다.

도 1은 도 2의 선 1-1을 따른 본 발명의 인장기의 단면도이고,

도 2는 도 1의 S-S 방향을 따른 부분적인 개략도와 도 1의 선 2-2를 따른 단면도로서, 인장기와 관련된 여러 구성 요소 및 힘을 나타내며,

도 3은 도 1의 S-S 방향을 따른 부분적인 개략도와 도 1의 선 3-3을 따른 단면도로서, 인장기와 관련된 여러 구성 요소 및 힘을 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인장기

12 : 풀리

16 : 동력 전달 벨트

24 : 베이스 부재

26 : 비틀림 스프링

28 : 피벗 아암

32 : 저벽

34 : 캔틸레버형 지주(支柱)

36 : 캔틸레버형 환형 베이스 부재

38 : 환형 공동

46 : 캔틸레버형 환형 피벗 부재

48 : 고정 단부

52 : 피벗 부싱

88 : 제1 단부

98 : 제2 단부

S1 : 제1 부위

S2 : 제2 부위

S3 : 제3 부위

S4 : 제4 부위

Claims

피벗 아암과, 이 피벗 아암에 부착되고 벨트와 맞물려서 벨트 하중을 받는 풀리와, 고정 단부가 상기 피벗 아암에 부착된 캔틸레버형 환형 피벗 부재 형태의 피벗과, 적어도 1개의 피벗 부싱과, 이 피벗을 지지하는 베이스 부재와, 이 베이스 부재에 대해 상기 피벗 아암의 위치를 편향시키도록 유기적으로 연결되는 비틀림 스프링을 구비하고, 마찰이 활주면들 사이에 생겨서 상기 피벗 아암의 요동 운동을 감쇠시키는 형태의 동력 전달 벨트 인장용 인장기에 있어서,

상기 베이스 부재는 함께 환형 공동을 형성하는 캔틸레버형 지주와 캔틸레버형 환형 베이스 부재를 상호 연결시키는 저벽을 구비하고,

상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재는 이 캔틸레버형 환형 피벗 부재가 상기 캔딜레버형 환형 베이스 부재 내에 위치하도록 상기 환형 공동 내로 돌출하는 개방 단부를 구비하며,

상기 피벗 부싱은 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 외면과 상기 캔틸레버형 환형 베이스 부재의 내면의 사이에 배치되어, 상기 피벗 부싱과 연결되는 피벗 아암을 갖는 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 요동 활주 운동을 감쇠시키기 위한 마찰 및 베어링 지지 작용을 모두 제공하는 내면을 구비하며,

상기 스프링은 제1 단부가 상기 캔틸레버형 지주의 자유 단부에서 제1 부위와 제2 부위 사이에 구속되고, 제2 단부는 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재의 자유단부에 있는 제3 부위와 상기 베이스 부재의 저벽과 나란하게 배치되는 제4부위의 사이에 구속되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트 인장용 인장기.
제1항에 있어서, 상기 스프링의 제2 단부는 원주 방향 위치에서 상기 캔틸레버형 환형 피벗 부재 상의 위치에 유지되어, 상기 벨트 하중에 의해 발생된 벨트력과 결합하여 상기 스프링에 의해 상기 제3부위에 가해지는 힘은 상기 부싱에 반력을 발생시켜 감쇠가 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트 인장용 인장기.
제1항에 있어서, 상기 캔틸레버형 지주는 상기 저벽과 나란하게 배치되는 실질적으로 원통형인 표면부와, 상기 캔틸레버형 지주에 걸쳐 배치되는 지주 부싱과, 상기 스프링의 제2 단부와 코일에 나란하게 배치되는 상기 지주 부싱 위에 걸쳐 배치되는 슬리브를 구비하고, 상기 원통형인 표면부와 지주 부싱과 스프링 코일은 상기 스프링의 제2 단부가 구속되는 베이스 부재의 저벽과 나란하게 배치된 제4 부위를 형성하는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트 인장용 인장기.
제3항에 있어서, 상기 피벗 부싱과 지주 부싱은 대략 튜브 팬(tube-pan) 형상인 단일의 복합 구조로서 함께 성형되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트 인장용 인장기.
제3항에 있어서, 상기 피벗 부싱과 캔틸레버형 환형 피벗 부재와 캔틸레버형 환형 베이스 부재는 서로에 대해 상보적인 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트 인장용 인장기.