KR100479530B1 - 치형 벨트 또는 체인을 구동하는 구동 장치 - Google Patents

치형 벨트 또는 체인을 구동하는 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 톱니바퀴(10) 및 하나 이상의 치형 벨트 또는 하나 이상의 체인을 구비하는 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치에 관한 것이다. 그러한 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치에서는 톱니바퀴(10)의 하나 이상의 톱니(A, B) 및/또는 치형 벨트(14)의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크가 각각의 잔여 톱니의 치면 형상과는 상이한 치면 형상을 갖는다.

Description

치형 벨트 또는 체인을 구동하는 구동 장치{TOOTHED BELT DRIVE OR CHAIN DRIVE}
본 발명은 적어도 하나의 톱니바퀴와, 적어도 하나의 치형 벨트 또는 적어도 하나의 체인을 구비하는 치형 벨트 또는 체인 구동 장치에 관한 것이다.
EP-0 255 333 B1호에는 톱니의 횡단면을 싸이클로이드 형상의 볼록한 곡선으로 형성하여 치형 벨트 구동 장치의 부하 특성을 개선시킨 치형 벨트가 개시되어 있다. 특히, 그러한 치형 벨트는, 예컨대 캠 샤프트 구동 장치에 있어서 작동하는 실린더에서의 점화 순간에 나타나는 것과 같은 주기적인 부하 피크로 인해 조기에 마모 및 손상된다. 치형 벨트 구동 장치의 부하 변화, 특히 단시간의 부하 피크 시에 국부적인 과부하가 유발되고, 이로 인하여 부하 피크가 얼마나 자주 발생되는지 또는 얼마의 시간 간격으로 발생되는가와는 상관없이 전체의 치형 벨트를 최대의 부하 피크에 대한 내성을 갖도록 설계해야만 한다. 그로 인해, 치형 벨트 구동 장치의 가격이 비싸지고, 치형 벨트 구동 장치는 종종 그 작동 시간 또는 그 작동 사이클의 95% 동안 과잉의 치수로 있게 되거나 조기에 교체되어야만 한다.
DE-43 31 482 A1, DE-29 06 619 B1 및 DE-31 09 172 C2에는, 톱니바퀴의 톱니 분포 및 그에 상응하는 체인의 체인 링크 분포를 불규칙적으로 형성함으로써 작동 시에 치형 벨트 또는 체인의 소음을 감소시키거나 방지하는 방안이 공지되어 있다. 그러나, 그에 의해서도 단시간의 부하 피크의 문제는 해소될 수 없는데, 그 이유는 톱니를 상이하게 분포시키는 것만으로는 치형 벨트의 부하를 바꾸지 못하기 때문이다.US-PS 3,377,875에는, 치면(齒面) 형상을 유지하면서 톱니 기어 휠의 개개의 톱니를 모따기하여, 그 개개의 톱니의 횡단면을 보다 좁게 하고, 즉 치면이 실질적으로 평행하게 연장되거나, 또는 그러한 평행한 연장에 추가하여 기본적으로 오목부의 형상을 유지하면서 해당 톱니들 사이의 약간의 오목부를 보다 깊게 형성하여, 체인과 그에 부속된 톱니바퀴를 구비하는 체인 구동 장치의 내구 수명을 연장시키고 소음을 줄이는 방안이 공지되어 있다. 즉, 단지 약간의 톱니가 보다 좁게 형성되거나, 또는 그와 같이 톱니가 좁게 형성되는 이외에 오목부가 보다 깊게 형성된다.
도 1은 종래의 치형 벨트 구동 장치의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 톱니바퀴의 바람직한 실시예를 나타낸 도면.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 구역 A 및 B에서의 톱니바퀴의 확대도.
도 4a 및 도 4b는 도 1 또는 도 2의 톱니바퀴의 톱니들에 걸친 부하의 변이를 개략적으로 나타낸 도표.
따라서, 본 발명의 목적은 내부하성(耐負荷性) 및 내구 수명이 개선되는 전술한 유형의 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치를 제공하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징을 수반하는 전술한 유형의 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치에 의해 달성된다.
그와 관련하여, 본 발명에 따르면, 톱니바퀴의 하나 이상의 톱니 및/또는 치형 벨트의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크가 각각의 잔여 톱니의 치면 형상과는 상이한 치면 형상을 갖게 되는 조치가 취해진다. 그러한 조치의 장점은, 치형 벨트 구동 장치의 개개의 톱니가 부하 피크로 인해 치형 벨트에 추가적인 부하를 가하지 않도록 형성된다는 것이다. 따라서, 특히 고부하를 받는 치형 벨트 구동 장치에서 치형 벨트의 부하가 감소된다.
치면 형상을 치형 벨트 및/또는 톱니바퀴의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크의 전방 치면과 후방 치면이 비대칭이 되도록 형성함으로써, 부하 피크 시에 매우 효과적으로 부하를 경감시킬 수 있다.
치형 벨트 및/또는 톱니바퀴의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크가 급한 경사의 치면 형상 또는 완만한 경사의 치면 형상을 갖게 하거나, 보다 크거나 작은 치선(齒先) 반경을 갖게 하거나, 또는 하나 이상의 톱니가 보다 크거나 작은 치원(齒元) 반경을 갖게 함으로써 특히 간단한 구조로 될 수 있다.
치형 벨트의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크가 잔여 톱니 또는 링크와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴와 맞물리게 배치되거나, 또는 톱니바퀴의 하나 이상의 톱니가 잔여 톱니와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 치형 벨트 또는 체인에 맞물리게 배치되는 것이 바람직하다. 그러한 톱니 또는 그러한 체인 링크는 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴와의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 배치되거나 치형 벨트나 체인과의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 이로 인하여, 치형 벨트 또는 체인과 톱니바퀴와의 사이의 부하는 최적으로 경감된다.
치형 벨트의 2개 이상의 톱니 또는 체인의 2개 이상의 링크가 잔여 톱니 또는 링크와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴와의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 위치하도록 배치되거나, 톱니바퀴의 2개 이상의 톱니가 잔여 톱니와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 치형 벨트 또는 체인과의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 위치하도록 배치됨으로써 부하가 더욱 경감되는 장점을 갖는다.
또 다른 바람직한 구성에서는, 구동 휠 뿐 아니라 종동 휠에서 또는 벨트 또는 체인의 대응 지점에서 톱니의 치면 형상이 개별적으로 적합하게 설계된다. 예컨대 자동차의 크랭크샤프트와 캠 샤프트와의 사이에 있는 벨트 구동 장치의 경우에는, 구동 휠 뿐 아니라 종동 휠에 있는 3개의 톱니가 불규칙적인 여기(勵起) 작용에 의해 발생되는 치형 벨트의 신장 및 그에 따른 톱니 피치의 오차를 보상하도록 형성된 개별적인 치면 형상을 갖는다. 그러한 오차의 보상에 의해, 다수의 치면 형상에 있어서 피치 오차가 신장의 함수로서 0의 값까지 감소되어 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치는 구동 조립체, 특히 자동차의 펌프/노즐 직접 분사 시스템의 구동 장치 또는 공통 레일 고압 분사 장치용 고압 펌프의 구동 장치에 매우 적합하다.
본 발명의 또 다른 특징, 장점 및 바람직한 구성은 종속 청구항 및 첨부 도면에 의거한 이후의 설명으로부터 잘 파악될 수 있을 것이다.
도 1은 톱니바퀴(10)의 톱니(1001 내지 1015)에 맞물리는 치형 벨트(14)를 구비한 종래의 치형 벨트 구동 장치의 단면도이다. 도시된 실시예에서는, 톱니바퀴(10)가 내연 기관의 크랭크샤프트(12)에 의해 구동되어 치형 벨트(14)를 통하여 캠 샤프트(도시 생략)를 작동시킨다. 화살표 16은 톱니바퀴(10)의 회전 방향을 나타낸다. 톱니(1001)는 톱니바퀴(10)와 치형 벨트(14)의 맞물림 개시 위치에, 그리고 톱니(1015)는 맞물림 종료 위치에 배치된다.
도 2는 톱니바퀴(10)의 바람직한 실시예를 도시하고 있으며, 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 구역 A 및 B의 확대도로서, 각각 톱니(24, 26)의 치면 형상을 나타내고 있다. 점선은 톱니(24, 26)의 치면 형상을 도시한 것인 데 반해, 실선은 잔여 톱니의 치면 형상을 도시한 것이다. 톱니(24, 26)의 치면(18, 20)은 상이한 형상을 갖고, 톱니바퀴(10)와 치형 벨트(도시 생략)와의 맞물림 개시 위치 및 맞물림 종료 위치에서 부하가 감소된다. 다시 말하면, 톱니(24, 26)는 비대칭적인 치면 형상을 갖는다.
이 때에, 톱니(24, 26)는 내연 기관의 해당 작동 실린더에서의 점화에 의해 부하 피크가 발생될 경우에 도 2에 도시된 위치에 정확히 배치되도록 선택된다.
도 4a 및 도 4b는 톱니바퀴(10)의 톱니(1001 내지 1015)에 걸친 톱니의 치면 힘의 변화를 나타내고 있다. 이들 도면에서, x축에는 톱니 번호 1001 내지 1015가, y축에는 톱니의 치면 힘이 각각 표시되어 있다. 실선은 정상적인 부하에서의 치면 힘의 변화를, 점선은 부하 피크에서의 치면 힘의 변화를 각각 나타내고 있다.
도 4a는 종래의 톱니바퀴의 치면 힘의 변화를 나타내는 반면에, 도 4b는 본 발명에 따른 톱니바퀴(10)의 치면 힘의 변화를 나타낸다. 톱니(1001 및 1015)에서의 치면 힘의 피크 범위에서 본 발명에 따른 톱니바퀴(10)에서의 부하가 종래의 톱니바퀴에서의 부하보다 작은 것을 바로 알 수 있다. 그러한 부하의 감소로 인해, 치형 벨트(14) 또는 톱니바퀴(10)의 마모가 보다 감소하고, 치형 벨트 구동 장치의 내구 수명은 보다 길어진다.
어느 톱니 또는 어느 체인 링크가 변경된 치면 형상을 갖고, 그 변경된 치면 형상이 어떻게 배치되는가의 여하는 치형 벨트 구동 장치 또는 체인 구동 장치를 사용하는 개개의 경우에 의존하는 것은 명백하다. 예컨대, 4 기통 또는 5 기통 내연 기관의 경우에는 여러 톱니가 그에 상응하게 변경될 수 있다.
변경된 톱니가 톱니바퀴(10) 및/또는 치형 벨트(14)에 있는 가의 여하에 따라, 톱니바퀴(10) 또는 치형 벨트(14)나 체인이 미리 정해진 위치에 정확히 부착될 수 있으므로, 내연 기관의 작동 시에 변경된 치면 형상이 시간적으로 정확하게, 즉 각각의 실린더의 점화에 의한 부하 피크 시에 크랭크샤프트 휠(10)에 대해 효과적으로 사용된다.
톱니바퀴(10)의 개개의 톱니 또는 모든 톱니가 최적의 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 치형 벨트(14) 또는 톱니바퀴(10)의 외주에 있어서의 부하의 변경을 알고 있는 경우에는 치면 형상을 치형 벨트(14) 또는 톱니바퀴(10)의 경로에 걸쳐 그에 상응하게 변경하는 것도 가능하다. 극단의 경우에는, 모든 톱니가 각각 다른 치면 형상을 갖는다.
또한, 본 발명은 도 1에 도시된 것과 같은 구동 시스템에만 한정되는 것이 아니다. 오히려, 통상적으로는 전동 시스템, 예컨대 자전거 구동 장치에서도 부하 피크가 발생될 수 있는데, 그러한 부하 피크는 본 발명에 따른 장치에 의해 적절하게 분산될 수 있다.

Claims (21)

  1. 하나 이상의 치형 벨트(14) 또는 하나 이상의 체인과 맞물리는 하나 이상의 톱니바퀴(10)를 구비하며, 이 톱니바퀴의 하나 이상의 톱니(24, 26)와, 상기 치형 벨트의 하나 이상의 톱니 또는 상기 체인의 하나 이상의 링크 중 적어도 하나는 잔여 톱니 또는 링크의 치면 형상과 상이한 치면 형상(18/20)을 갖는 것인 치형 벨트 또는 체인을 구동하는 구동 장치에 있어서,
    상이한 치면 형상(18/20)을 갖는 치형 벨트의 톱니 또는 상이한 치면 형상(18/20)을 갖는 체인의 링크가 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴(10)와 맞물리도록 배치되거나,
    상이한 치면 형상(18/20)을 갖는 톱니바퀴(10)의 톱니가 부하 피크의 순간에 하나 이상의 치형 벨트 또는 체인과 맞물리도록 배치되며,
    맞물리는 부분의 맞물림 개시 또는 종료에 의하여 부하 피크의 순간이 정해지는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 치면 형상은 상기 치형 벨트(14)와 톱니바퀴(10) 중 적어도 하나의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크의 전방 치면(18)과 후방 치면(20)이 비대칭이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 톱니바퀴(10)와 치형 벨트 중 적어도 하나의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크는 경사가 급한 치면 형상 또는 경사가 완만한 치면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 톱니바퀴(10)의 하나 이상의 톱니는 잔여 톱니와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 치형 벨트(14) 또는 체인과 맞물리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치형 벨트(14)와 톱니바퀴 중 적어도 하나의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크는 보다 크거나 작은 치선 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치형 벨트(14)의 하나 이상의 톱니 또는 체인의 하나 이상의 링크는 잔여 톱니 또는 링크와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴(10)와의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 톱니바퀴(10)의 하나 이상의 톱니는 잔여 톱니와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 치형 벨트(14) 또는 체인과의 맞물림 개시 위치 또는 종료 위치에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 치형 벨트(14)의 2개 이상의 톱니 또는 체인의 2개 이상의 링크는 잔여 톱니 또는 링크와는 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 하나 이상의 톱니바퀴(10)와의 맞물림 개시 위치와 종료 위치 중 적어도 하나의 위치에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 톱니바퀴(10)의 2개 이상의 톱니는 잔여 톱니와 상이한 치면 형상을 갖고, 부하 피크의 순간에 치형 벨트(14) 또는 체인과의 맞물림 개시 위치와 종료 위치 중 적어도 하나의 위치에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 모든 톱니 또는 체인 링크는, 톱니바퀴(10) 또는 치형 벨트(14)나 체인의 외주에 걸리는 부하의 변화에 따라 상이한 치면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상이한 치면 형상은 구동 휠뿐 아니라 종동 휠에 또는 치형 벨트 또는 체인의 대응 구역에도 마련되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상이한 치면 형상은 작동으로 인해 생기는 치형 벨트 또는 체인의 길이 변동 및 그에 수반되는 피치의 오차가 복수의 치면에 걸쳐서 0 또는 대략 0의 값으로 제거되도록 휠에 마련되는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
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