KR100500486B1 - 브이 벨트 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동기식 v-벨트를 포함한다. 상기 벨트(10)는 동기식 풀리(16)와 맞물리기 위해 치형 또는 코그형 프로파일을 가지는 풀리 맞물림 면(13)을 구비한다. 상기 풀리 맞물림 면(13)은 벨트 수명을 증가시키고, 소음을 감소시키기 위해 피복층을 추가로 포함한다. 또한, 상기 벨트는 v-벨트 또는 단일 홈 풀리(17)와 맞물리기 위한 협각 α를 형성하도록 절삭, 연삭 또는 성형된 대향한 경사 측면들을 가진다. 상기 벨트(10)는 하나의 동기식 풀리(16)와 하나의 v-벨트 풀리(17)와 연계하여 사용되는 것이 적합하다. 상기 벨트는 동기식 풀리(16)의 이빨들(23)과 맞물리고, 동시에, v-벨트 풀리(17)의 홈(18)내에서 연장한다. 시동시, v-벨트(10)는 v-홈 풀리(17)내에서 다소 슬립될 수 있으며, 그에 의해, 시스템에 대한 초기 시동 충격을 감소시킨다. 따라서, 동력 전달의 한계가 이제 보다 큰 v-벨트 풀리(17)의 포위각 β 및 크기에 따르게 된다. 부가적으로, 동기식 구동 풀리(16)는 능동적 기계적 벨트 구동 인터페이스를 제공하며, 이는, 보다 큰 v-벨트 풀리(17)와 연계하여, 시스템 설계 파라미터들에 따라, 동작 소음을 감소시키면서, 30% 이상의 토크가 본 발명의 벨트에 의해 전송되는 것을 가능하게 한다.

Description

브이 벨트 시스템{V-belt system}

본 발명은 동기식 v-벨트 시스템에 관한 것이다.

벨트 구동에 의한 동력 전달은 일반적으로 두가지 유형의 벨트들 중 하나로 달성된다. 이들은 일반적으로 동기식 벨트 또는 v-벨트이다. 동기식 벨트는 풀리 맞물림 면(pulley engaging surface)상에 이빨 또는 코그(cog)를 가진다. 이빨 또는 코그는 치형 풀리와 맞물린다. 동기식 벨트는 그들이 감겨지게 되는 풀리와 능동적으로 결합하고, 그에 의해, 높은 토크의 전달을 가능하게 한다.

v-벨트는 소정 각도로 절삭가공된 측면들을 가지는 벨트를 포함한다. 벨트의 측면들은 v-홈 풀리상의 단일 홈내에 감겨진다. v-벨트는 동기식 벨트 보다 더 낮은 토크에서 운용되지만, 더 조용하게 동작할 수 있다. 또한, v-벨트는 적용된 부하가 가장 작은 직경 또는 포위된 원주(circumference)를 갖는 풀리의 동력 전달 능력을 초과하는 부하 상태에 노출될 때 슬립(slip)되게 된다. 결과적으로, 마력 전달 또는 토크 용량은 시스템내의 가장 작은 풀리의 직경에 의해 결정되어 제한된다. 높은 비율의 구동시, 이것은, 더 작은 풀리에 대해 감소된 포위 각도가 구동 동력 및 토크 용량을 현저히 감소시키기 때문에, 특히 제한하고 있다.

비록, 동기식 구동이 v-벨트 구동의 다수의 단점들을 해결하지만, 다른 부정적 요인들도 발생된다. 동기식 구동은 측면 플렌지를 가진 고가의 치형 풀리들을 필요로 한다. 이들은 특히 대형 풀리가 사용될 때, 문제가 되며, 그 이유는 대형 풀리의 제조 비용이 고가이기 때문이다. 또한, 동기식 구동/벨트의 능동 결합 특성 때문에, 모든 시동 및 충격 부하가 시스템을 통해 전달되며, 이는 구조적 부품들에 과부하를 줄 수 있다. 또한, 이것은 보다 무거운 구조적 부품들을 사용할 것을 요구한다. 또한, 동기식 벨트는 특히 고속에서, v-벨트 구동부에 의해 발생되는 것 보다 큰 수준의 소음을 발생시킨다.

작은 직경의 풀리상에서의 v-벨트 동작에 관련하여, 슬립 경향을 감소시키기 위해 반드시 벨트 장력이 높은 수준으로 유지되어야만 하며, 또한 높은 지지 및 구조적 부하를 부여한다. 부하 변경 동안 및 시동시 제한된 슬립 양을 허용하는 v-벨트는 단기 피크 부하들의 크기를 감소시킨다.

대표적인 기술은 스테클라인 등의 미국 특허 제 4,332,576호이며, 이는 단일 또는 다중 스트렌드 성형된 노치 v-벨트를 개시하고 있다. 노치들은 굽힘 응력을 분산시켜 최소화하도록 기능하는 대략적인 사인곡선형 형상을 가진다. 벨트는 크래킹을 제어하기 위해 압축부의 외면을 따라 섬유가 부분적으로 적용되어 있다. 치형 스프로켓 둘레에 벨트를 감는 것에 관하여서는 언급되어 있지 않다.

또한, 대표적인 기술은 탄고라 등의 미국 특허 제 4,657,526호이며, 이는 종방향에 대해 횡단방향으로 배열된 복수의 노치들 또는 이빨들을 가지며, 특정 방향으로 배향된 층들 및 섬유들을 구비한 v-벨트를 개시하고 있다. 이 발명은 단일 v-홈 풀리에만 사용하도록 의도된 것이며, 공지된 벨트를 동기식 또는 치형 풀리와 함께 사용하는 것에 관해서는 어떠한 가르침도 포함되어 있지 않다.

종래 기술에 사용된 벨트 "이빨"의 형태는 벨트의 압축 부위, 즉, 노치의 응력 감소자들로서 설계되어 있다. 이들은 벨트가 압축 부위에서 감소된 응력을 가지는 상태로 풀리 둘레에 감겨지는 것을 허용한다. 이것은 동력 전달을 위해 동기식 풀리 이빨과 맞물리도록 설계되어 있는 벨트 노치와는 반대이다. 종래 기술은 동력 전달을 위해 사용되는 v-벨트 프로파일(profile)을 갖춘 동기식 프로파일을 가지는 벨트를 개시하지 않는다.

피복층에 의해 완전히 피복되어 있으며, 치형 풀리면과 맞물리는 치형 풀리 맞물림 면을 가진 동기식 v-벨트가 필요하다. 또한, v-홈 풀리와 맞물리기 위한 대향한 경사 측면(opposing inclined side surface)들을 가지는 동기식 v-벨트가 필요하다. 본 발명은 이들 요구사항을 충족시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 동기식 v-벨트 시스템의 양호한 실시예의 부분 절단 시시도.

본 발명에 따라서, 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템이 제공되고, 상기 시스템은 풀리 맞물림 면과, 대향한 경사 측면들과, 순환 부재의 주 축을 따라 연장하는 하나 이상의 인장 부재를 구비한 순환 부재(endless member)와, 홈을 가지는 제 1 직경의 v-벨트 풀리와, 제 2 직경의 치형 풀리를 포함하고, 상기 풀리 맞물림 면은 치형 풀리와 맞물리기 위한 치형 프로파일을 가지고, 상기 대향한 경사 측면들은 v-벨트 풀리 홈과 맞물리기 위한 협각(included angle) α를 형성하고, 상기 제 1 직경은 제 2 직경 보다 크고, 상기 풀리 맞물림 면과, 상기 대향한 경사 측면들은 상기 순환 부재의 동일 측면상에 배치되고, 상기 순환 부재의 동일 측면은 v-벨트 풀리 홈 및 치형 풀리와 구동가능하게 맞물리며, 상기 순환 부재는 부하 변화 동안, 상기 대향한 경사 측면들과 상기 v-벨트 풀리 홈 사이에서 순간 슬립이 발생하도록 사전설정된 장력을 가지는 것을 특징으로 한다.

피복층은 벨트 수명을 증가시키고 소음을 감소시킨다. 대향한 측면들은 절삭, 연삭 또는 성형으로 가공될 수 있다. 시동시, v-벨트는 v-홈 풀리내에서 다소 슬립되고, 그에 의해, 시스템에 대한 초기 시동 충격을 감소시킨다. 따라서, 동력 전달을 위해 제한하는 것은 보다 큰 v-벨트 풀리의 포위 각도와 크기이다. 이들 동기식 구동 풀리는 시스템 설계 파라미터들에 따라, 작동 소음을 감소시키면서도 본 발명의 시스템에 의해 30% 이상 토크를 상승시킬 수 있게 하는, 능동적 기계적 벨트 인터페이스를 제공한다.

본 발명의 동기식 v-벨트 시스템의 양호한 실시예가 부분 절단 사시도인 첨부 도면을 참조로 예로서 설명된다.

도면을 참조하면, 순환 부재 또는 벨트(10)가 동기식 치형 풀리(16)와 v-벨트 풀리(17) 사이에 감겨져 도시되어 있다. 동기식 치형 풀리(16)와 v-형 벨트 풀리(17)는 사용자의 요구에 따라 회전 샤프트(미도시)에 연결된다. 벨트(10)는 오버코드(11)와 언더코드(19)를 포함한다. 오버코드(11)와 언더코드(19) 각각은 엘라스토머성 또는 우레탄 재료들을 포함하지만 그에 한정되지는 않는 동기식 또는 v-벨트 기술에서 공지된 소정의 재료를 포함한다. 또한 벨트(10)는 인장 코드(15)를 포함한다. 인장 코드(15)는 벨트의 주 축 A에 평행하게 배열된다. 인장 코드(15)는 유리섬유, 아라미드, 나일론, 폴리에스터 또는 PBO를 포함하는, 그러나, 이에 한정되지는 않는 동기식 또는 v-벨트 기술에 공지된 소정의 재료를 포함할 수 있다. 인장 코드들은 꼬여지거나, 짜여진다.

또한, 엘라스토머성 재료는 대향한 경사 측면(12, 13)으로부터 연장하는 짧은 섬유들(미도시)을 포함할 수도 있다. 짧은 섬유들은 벨트의 동작으로부터의 소음을 감소시킨다. 섬유들은 0.5-6mm의 길이 및 0+ 내지 18㎛의 직경을 가진다. 섬유들은 유기 섬유, 무기 섬유, 목화, 펄프, 아라미드, KEVLAR^TM, 및 PBO를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는 본 기술분야에 공지된 소정의 것을 포함한다.

이빨(14)은 언더코드(19)를 가로질러 횡단방향으로 배열된다. 이빨은 동기식 풀리(16)의 치형면(23)과 맞물리도록 설계되어 있다. 풀리(16)의 이빨들 사이의 홈들은 본 기술분야에서 공지된 바와 같이 벨트 이빨의 한짝이다. 벨트의 이빨 프로파일도 궁형 및 사다리꼴형을 포함하는 동기식 벨트 기술에 공지된 소정의 것을 포함할 수 있다. 이빨 간격 또는 피치 ρ는 사용자에 의해 결정되지만, 그러나, 제한이 아닌 예로서 3mm 내지 14mm의 범위에 포함될 수 있다. 다른 피치들이 사용자의 설계 필요성에 따라 허용될 수 있다.

언더코드(19)는 피복층(22)을 구비할 수 있다. 피복층은 본 기술분야에 공지된 나일론, 직조 또는 부직포 재료를 포함할 수 있으며, 이에만 한정되는 것은 아니다. 피복층(22)은 소음을 감소시키고, 벨트의 사용 수명을 증가시킨다. 피복층(22)은 동기식 풀리(16)와 접촉하는 언더코드(19)의 전체 외면을 덮으며, 상기 피복층(22)은 대향한 경사 측면들(12, 13) 사이에서 연장한다.

풀리(17)는 본 기술 분야에 공지된 v-벨트 또는 v-홈 풀리이다. 이는 벨트 측면 각도 α와 협력하는 풀리 홈 각도를 갖는다. 대향한 벨트 측면(12)과 벨트 측면(13)은 벨트 측면 협각 α를 형성한다. 풀리 홈 각도는 벨트 측면 협각 α와 같거나, 협각 α보다 최대 12°작을 수 있다. 벨트는 절삭, 연삭 또는 성형되어 대향한 경사 측면(12, 13) 및 협각 α를 형성한다. 절삭, 연삭 또는 성형도 v-벨트 기술에 공지된 바와 같이, 계획된 용도에 따라 적합한 마찰 계수를 가지는 측면들을 만들어낸다. α의 값은 30°내지 60°의 범위이다. 결과적으로, 벨트는 사용자의 특정 설계 요구조건을 수용하는 소정의 상업적으로 가용한 v-벨트 풀리에서 동작한다.

보다 작은 v-홈 풀리를 동기식 풀리로 교체하는 것은 보다 높은 설치 벨트 장력을 필요로 하지 않게 하며, 순수 v-벨트 풀리 시스템의 동력 보다 시스템의 동력 용량을 증가시킨다. 벨트의 장력의 증가는 또한 그 사용 수명을 감소시킨다. 또한, 순수 v-벨트 시스템에서 보다 작은 풀리상의 감소된 포위 각도 δ가 고속비율을 가진 구동 시스템들에서 시스템의 동력 전달 특성을 감소시킨다. 결과적으로, 동기식 풀리에서 어떠한 슬립도 발생하지 않기 때문에, 본 발명의 벨트를 가진 동력 전달에 대한 한계는 보다 큰 v-벨트 풀리의 포위 각도와 크기에 의해 결정된다.

시동시, 피크 순간 부하가 보다 큰 v-홈 풀리에서는 벨트 슬립과 벨트의 반경방향 이동에 의해 감소된다. v-홈 풀리(17)내의 비교적 큰 포위 각도 β는, 모두 보다 낮은 설치 장력에서, 동력 전달 용량이 보다 작은 동기식 풀리의 것과 호환될 수 있다는 것을 보장한다. 시동시, 벨트 슬립이 대향한 경사 측면들(12, 13)과 풀리(17)의 v-홈(18)의 측면들 사이에서 발생한다. 벨트 슬립은 짧은 거리 및 시간 기간에 걸쳐 발생한다.

비록, 본 발명의 일 형태가 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자들은 여기에 기술된 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 부품들의 구성 및 관계를 변경할 수 있음은 명백하다.

Claims (6)

1. 풀리 맞물림 면(14, 22)과, 대향한 경사 측면(12, 13)들과, 순환 부재(10)의 주 축 A를 따라 연장하는 하나 이상의 인장 부재(15)을 구비한 순환 부재(10)와;

   홈(18)을 가지는 제 1 직경의 v-벨트 풀리(17)와;

   제 2 직경의 치형 풀리(16)를 포함하고,

   상기 제 1 직경은 제 2 직경 보다 크고,

   상기 풀리 맞물림 면(14, 22)은 치형 풀리(16)와 맞물리기 위한 치형 프로파일을 가지고,

   상기 대향한 경사 측면(12, 13)들은 v-벨트 풀리 홈(18)과 맞물리기 위한 협각 α를 형성하는 구성으로 되어 있는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템에 있어서,

   상기 풀리 맞물림 면(14, 22)과, 상기 대향한 경사 측면(12, 13)들은 상기 순환 부재(10)의 동일 측면상에 배치되고,

   상기 순환 부재의 동일 측면은 v-벨트 풀리 홈(18) 및 치형 풀리(16)와 구동가능하게 결합되며,

   상기 순환 부재(10)는 부하 변화 동안, 상기 대향한 경사 측면(12, 13)들과 상기 v-벨트 풀리 홈(18) 사이에서 순간 슬립이 발생하도록 사전설정된 장력을 가지는 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 순환 부재는 이 순환 부재(10)의 주 축 A에 횡단하는 방향으로 배열된 이빨(14)들로 이루어진 풀리 맞물림 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 풀리 맞물림 면(14, 22)상의 피복층(22)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 대향한 경사 측면(12, 13)들로부터 연장하는 섬유들을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 순환 부재(10)는 v-벨트 풀리(17)에 대해 포위각 β를 가지고,

   상기 순환 부재(10)는 치형 풀리(16)에 대해 포위각 δ를 가지며,

   β는 δ보다 큰 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단 두 개의 풀리들(16, 17)이 제공되는 것을 특징으로 하는 동기식 v-벨트 동력 전달 시스템.