KR100566361B1 - 선형 텐셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징(3)에 저어널링된 풀리(1)가 있는 텐셔너를 포함한다. 하우징은 또한 제2 받침 부재(4)를 포함한다. 이 제2 받침 부재는 베이스(6) 상의 제1 받침 부재(7, 17)에 활주 가능하게 맞물린다. 제2 받침 부재와 제1 받침 부재는 하우징이 미리 정해진 선형 경로를 따라 이동하도록 강제한다. 제1 받침 부재는 풀리에 의해 정해진 두 개의 축선으로부터 수평으로 오프셋되어 있다. 풀리 하중은 또한 제2 받침 부재의 이동 축선으로부터 수직으로 오프셋되어 있다. 제2 받침 부재와 제1 받침 부재는 미리 정해진 마찰 계수를 갖고 있어, 그 누적의 결과로 비대칭 감쇠 효과를 가져온다. 또, 링크 기구(8)가 하우징과 캐밍 본체(9) 사이에 연결되어 있다. 이 캐밍 본체는 베이스에 회전 가능하게 연결되어 있다. 토션 스프링(11)과 같은 압박 부재가 링크 기구를 통해 벨트 하중에 대항해 캐밍 본체를 압박한다. 캐밍 본체의 반경은 텐셔너 풀리가 하중 변화에 응답하여 이동할 때 일정한 벨트 하중이 유지되도록 가변적이다.

Description

선형 텐셔너{LINEAR TENSIONER}

본 발명은 텐셔너에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소정 범위의 선형 운동에 대해 일정한 장력을 갖는 텐셔너에 관한 것이다.

자동차 등에 사용되는 대부분의 엔진에는 그 엔진의 적절한 작동을 위해 필요로 하는 벨트 구동식 보조 시스템이 다수 있다. 이 보조 시스템으로는 얼터네이터, 공조기 압축기, 및 파워 스트리어링 펌프가 있을 수 있다.

보조 시스템은 일반적으로 엔진의 전면에 장착된다. 각 보조 시스템에는 몇몇 형태의 벨트 구동 장치로부터 동력을 받도록 샤프트 상에 장착된 풀리가 있다. 초창기 시스템에서, 각 보조 시스템은 그 보조 시스템과 크랭크샤프트 간에 작동하는 전용 벨트에 의해 구동되고 있었다. 벨트 기술의 발전으로, 현재에는 각종 보조 시스템 구성 요소를 경유하는 단일의 사행(蛇行)식 벨트가 대부분의 용례에 사용되고 있다. 이러한 사행식 벨트는 엔진의 크랭크샤프트에 의해 구동된다.

사행식 벨트가 모든 보조 시스템을 경유해야 하기 때문에, 그러한 사행식 벨트는 그 이전의 벨트보다 더 길어지게 되었다. 적절한 동작을 위해서, 벨트는 미리 정해진 장력으로 설치된다. 작동함에 따라, 벨트는 어느 정도 신장된다. 이 신장은 벨트의 장력을 감소시켜, 벨트에 슬립을 야기할 뿐만 아니라 심한 소음과 마모를 가져올 수 있다. 결과적으로, 벨트가 사용 중에 신장될 때에 그 벨트에 적절한 벨트 장력을 유지하기 위해 벨트 텐셔너가 요망된다.

벨트 텐셔너가 작동함에 따라, 벨트는 풀리와의 상호 작용으로 인해 통상 진동하게 된다. 이러한 진동은 벨트와 텐셔너의 조기 마모를 유발하기 때문에 바람직하지 않다. 그러므로, 벨트의 진동을 감쇠시킬 감쇠 기구가 텐셔너에 추가된다.

종래 기술의 텐셔너는 풀리에 작용하는 몇몇 하중 요소에 의존한다. 이들에는 압축 스프링, 쇽 업쇼바, 공기 스프링, 유압 실린더 등이 있다. 이러한 경우에, 벨트의 장력 및 그에 따른 풀리 상의 하중은 그것의 위치에 상관한다. 일반적으로, 벨트에서의 장력은 풀리의 위치에 따라 증가하거나 감소한다.

게다가, 여러 종래 기술의 감쇠 기구가 개발되었다. 이들에는 점성 유체계 댐퍼, 서로 활주 또는 상호 작용하는 마찰 표면을 기초로 한 기구, 일련의 상호 작용하는 스프링을 사용하는 댐퍼가 있다. 이들 각각은 감쇠 기능을 수행하도록 단일 형태의 감쇠 기구에 의존한다. 각각은 풀리의 외부에 감쇠 기구가 있는 풀리-댐핑 기구의 구성을 갖는다. 이러한 구성은 그러한 목적을 위한 장치가 과도하게 커지게 한다.

풀리의 소정 선형 운동 범위에 걸쳐 일정한 장력을 갖는 텐셔너가 요구된다. 소정 범위의 스프링 토크에 대해 일정한 힘을 제공하는 캐밍 본체(camming body)가 있는 텐셔너가 요구된다. 선형의 제2 받침 부재를 포함하는 감쇠 기구가 있는 텐셔너가 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.

본 발명의 주된 양태는 풀리의 소정 선형 운동 범위에 걸쳐 일정한 장력을 갖는 텐셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 소정 범위의 스프링 토크에 대해 일정한 힘을 제공하는 캐밍 본체가 있는 텐셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 선형 제2 받침 부재를 포함하는 감쇠 기구가 있는 텐셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태들은 본 발명의 후술되는 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 지적되고, 명백해질 것이다.

본 발명은 하우징에 저어널링된 풀리가 있는 텐셔너를 포함한다. 하우징은 또한 제2 받침 부재를 포함한다. 이 제2 받침 부재는 베이스 상의 제1 받침 부재에 활주 가능하게 맞물린다. 제2 받침 부재와 제1 받침 부재는 하우징이 미리 정해진 선형 경로를 따라 이동하도록 강제한다. 제1 받침 부재는 풀리에 의해 정해진 두 개의 축선으로부터 수평으로 오프셋되어 있다. 풀리 하중은 또한 제2 받침 부재의 축선으로부터 수직으로 오프셋되어 있다. 제2 받침 부재와 제1 받침 부재는 미리 정해진 마찰 계수를 갖고 있어, 그 누적의 결과로 비대칭 감쇠 효과를 가져온다. 또, 링크 기구가 하우징과 캐밍 본체 사이에 연결되어 있다. 캐밍 본체는 회전 가능하게 베이스에 연결되어 있다. 토션 스프링과 같은 압박 부재가 링크 기구를 통해 벨트 하중에 대항해 캐밍 본체를 압박한다. 캐밍 본체의 반경은 텐셔너 풀리가 벨트의 하중 변화에 응답하여 이동할 때 일정한 벨트 하중이 유지되도록 가변적이다.

명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실 시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 텐셔너의 측단면도이다.

도 2는 본 발명의 텐셔너의 평단면도이다.

도 3은 도 2의 선 3-3에서 본 제2 받침 부재와 제1 받침 부재의 도면이다.

도 4는 제1 받침 부재에 작용하는 힘에 대한 자유 물체도이다.

도 5는 제2 받침 부재에 작용하는 힘의 사시도이다.

도 1은 최대 텐셔서 부하 위치에서의 본 발명의 텐셔너의 측단면도로서, 최대 부하 위치의 텐셔너를 보여주는 도면이다. 텐셔너는 베어링(2)이 있는 하우징(3)에 저어널링된 풀리(1)를 포함한다. 하우징(3)은 또한 가이드 등의 제2 받침 부재(4)를 포함한다. 레일 등의 제1 받침 부재(7, 17)가 베이스(6)에 장착되어 있다. 상기 제1 받침 부재(7, 17)가 제2 받침 부재(4)에 활주 가능하게 맞물려 있어, 하우징(3)은 미리 정해진 경로에서 기계적 맞물림부에 의해 이동하도록 강제된다. 이 경로는 바람직한 실시예에서는 선형적이다.

링크 기구(8)의 일단부가 하우징(3)에 부착되어 있고, 타단부가 고정구(10)에 의해 캐밍 본체(9)에 부착되어 있다. 캐밍 본체(9)는 또한 토션 스프링(11)에 연결되어 있다. 이 토션 스프링(11)은 베이스(6)에 연결되어 있다. 피벗(13)이 베이스(6)에 부착되어 있다. 캐밍 본체(9)가 피벗(13)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 이에 의해 캐밍 본체가 토션 스프링(11)으로부터의 토크에 응답하여 주축을 중심으로 회전할 수 있게 된다. 링크 기구(8)는 작동 중에 캐밍 본체(9)를 둘러싸는 단부에서는 가요성을 갖는다.

캐밍 본체(9)는 가변적인 반경을 더 포함한다. 텐셔너의 무부하 위치에서, 링크 기구의 접선 방향 접촉점(P)에서의 캐밍 본체의 반경(R)은 최소이다. 최대 텐셔너 부하 위치에서, P에서의 캐밍 본체의 반경(R)은 최대이다. 반경의 차이는 벨트 장력을 일정하게 유지하기 위해, 풀리의 상이한 위치에 대한 스프링의 토크 변화를 보상한다. 캐밍 본체의 반경은 사용자가 필요로 하는 벨트 장력 범위를 수용하도록 선택될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

도 2는 본 발명의 텐셔너의 평단면도이다. 링크 기구(8)의 중심선은 풀리의 중심 "C"의 제1 축선(수평 중심선)으로부터 변위 "A" 만큼 오프셋되어 있다. 제1 받침 부재(7, 17)는 또한 풀리의 중심 "C"의 제2 축선(수직 중심선)을 따라 변위 "B"만큼 서로 오프셋되어 있다. 제1 받침 부재(17)는 변위 "D" 및 "F"만큼 풀리 중심(C)에서 오프셋되어 있다. 제1 받침 부재(7, 17)는 또한 변위 "E" 만큼 서로 오프셋되어 있다. 변위 "A"는 제2 받침 부재(4) 상의 제1 받침 부재(7, 17)에 변위 "B" "D" "E" "F"에 의해 결정되는 반작용력(F _R)을 야기한다. 이 F _R은 제1 받침 부재 상에서 활주하는 제2 받침 부재에 의해 초래되는 마찰력을 결정한다. A, B, D, E 및 F의 크기 및 비가 제1 받침 부재 상에서의 제2 받침 부재의 작용에 의해 생성되는 감쇠 특성을 결정한다. 감쇠는 벨트가 작동할 때, 벨트의 진동을 저지시킨다. 몇몇 경우에는 벨트에 부하가 걸리거나 그렇지 않은 경우에 상이한 감쇠 특성을 갖는 것이 매우 유리하다. 이는 비대칭형으로서 공지되어 있고, 이러한 구성에서는 A, B, D, E, 및 F 간의 비에 의해 용이하게 제어될 수 있다. 이러한 관계가 이하에 나타나 있다.

벨트 부하 상태

F_R(17) - F_R(7) = 0

F_S - Damping₍₇₎ - Damping₍₁₇₎ - F_B = 0

F_S*A - F_R(17)*D - Damping₍₁₇₎*F + Damping₍₇₎*(E-F) - F_R(7) *(B-D) = 0

DampingTotal_I = Damping₍₇₎ + Damping₍₁₇₎

벨트 무부하 상태

F_R(17) - F_R(7) = 0

F_S + Damping₍₇₎ + Damping₍₁₇₎ - F_B = 0

F_S*A - F_R(17)*D + Damping₍₁₇₎*F - Damping₍₇₎*(E-F) - F_R(7) *(B-D) = 0

DampingTotal_II = Damping₍₇₎ + Damping₍₁₇₎

감쇠의 비대칭

비대칭 = (DampingTotal_II/DampingTotal_I)

작동시에, 긴장 상태에 있는 벨트가 시스템의 풀리(도시 생략) 둘레에 걸려 있어, 풀리(1)에 가해지는 벨트 하중 F _B가 생성된다. 이 벨트 하중 F _B에 대해 실질적으로 크기가 같으면서 반대 방향인 스프링 힘 F _S를 생성하도록 토션 스프링(11)에 미리 하중이 걸린다. 토션 스프링(11)은 캐밍 본체(9)와 링크 기구(8)의 작동을 통해 하중 F _B에 저항한다.

바람직한 실시예에서, 링크 기구는 캐밍 본체(9)에 연결되어, 링크 기구의 접선 방향 접촉점(P)에서 캐밍 본체의 반경(R)이 주어진 벨트 하중 F _B에 대해 최소값으로 된다. 이어서, 예를 들면 벨트 장력이 감소하거나 무부하로 되고, 이에 따라 벨트의 길이가 풀리(1)에 비해 증가하게 되면, 풀리/하우징 및 제2 받침 부재는 제1 받침 부재(7, 17)를 따라 이동할 것이다. 캐밍 본체에 대한 토션 스프링의 작용은 링크 기구(8)가 캐밍 본체(9) 둘레에 부분적으로 감기게 한다. 이러한 예에서, 캐밍 본체상의 링크 기구의 접선 방향 접촉점(P)은 보다 작은 반경에서부터 보다 큰 반경 위치로 이동할 것이고, 이에 의해 캐밍 본체의 회전에 의해 초래된 스프링 토크의 상응하는 감소를 보상하도록 링크 기구에서의 모멘트가 증가한다. 따라서, 캐밍 본체의 가변적인 반경의 효과는 벨트 하중의 변화에 응답하여 하우징이 이동하는 경우라도 하우징에 일정한 힘이 가해지게 한다. 이는 하우징의 이동 범위에 걸쳐 벨트에 일정한 하중이 유지되게 한다.

하우징(3)은 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 받침 부재(4)와 제1 받침 부재(7, 17)의 협동 작용에 의해 미리 정해진 경로를 따라 이동하도록 강제된다. 하우징(3)이 이동하는 거리와, 그것의 이동의 특성은 스프링 상수와, 본 명세서에 기재된 바와 같은 제2 받침 부재와 제1 받침 부재의 감쇠 효과의 함수이다.

도 3은 도 2의 선 3-3에서 본 제2 받침 부재와 제1 받침 부재의 도면이다. 제2 받침 부재(4)는 경사진 측면(41, 42)을 포함한다. 제1 받침 부재(7, 17)는 제2 받침 부재(4)의 경사진 측면(41, 42)과 활주 가능하게 맞물리며, 이에 의해 제2 받침 부재(4)와 하우징(3)이 미리 정해진 경로에서 이동하도록 강제된다. 바람직한 실시예에서, 바람직한 경로는 링크 기구(8)의 축선에 대해 실질적으로 평행한 축선을 따른 선형 경로이다. 제1 받침 부재(7, 17) 및 측면(41, 42)의 마찰 계수는, 윤활제가 있는 Nylon 4/6과 Nylon 6/6을 비롯하여(이에 한정되지 않음) 감쇠 기술 분야에 공지된 각종 재료로부터 사용자가 선택할 수 있다.

도 4는 제1 받침 부재에 작용하는 힘에 대한 자유 물체도이다. 도 2에 도시한 바와 같이 반작용력은 F _R이다. 제1 받침 부재로부터의 대향력은 R ₇, R ₁₇이다. 수직 성분은 N ₇, N ₁₇이다. 벨트 하중에 의해 야기되는 풀리 힘은 P ₇, P ₁₇이다.

도 5는 제2 받침 부재에 작용하는 힘을 나타내는 사시도이다. 평형 토크, T_Bal은,

T_Bal = T = (P₁₇ -P₇)*B 와 같다.

본 발명의 한 가지 형태를 본 명세서에 설명하였지만, 당업자들에게는 본 명세서에 기재된 본 발명의 사상 및 보호 범위를 벗어남이 없이 구성품의 구성 및 관계에서 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (15)

1. 베이스와,

   하우징과,

   상기 베이스와 상기 하우징 사이에 위치하여, 상기 하우징이 미리 정해진 경로 상에서 이동하도록 그 하우징을 실질적으로 강제하는 기계적 맞물림부와,

   상기 베이스에 회전 가능하게 연결된 캐밍 본체에 연결되고, 그리고 상기 하우징에 연결되는 링크 기구와,

   상기 베이스에 일단부가 연결되고 타단부가 상기 캐밍 본체에 연결되며, 상기 캐밍 본체의 회전 운동을 저지하는 압박 부재와,

   상기 하우징에 저어널링된 풀리

   를 포함하는 텐셔너.
2. 제1항에 있어서, 상기 캐밍 본체는 가변적인 반경을 더 포함하는 것인 텐셔너.
3. 제2항에 있어서, 상기 하우징의 이동 범위 내의 임의의 지점에서 상기 하우징에 실질적으로 일정한 힘이 가해지는 것인 텐셔너.
4. 제3항에 있어서, 상기 기계적 맞물림부는,

   소정 마찰 계수를 갖고 상기 베이스에 장착되는 제1 받침 부재와,

   소정 마찰 계수를 갖고 상기 하우징에 장착되어, 상기 제1 받침 부재와 활주 맞물림 상태에 있는 제2 받침 부재를 포함하는 것인 텐셔너.
5. 제4항에 있어서, 상기 미리 정해진 경로는 실질적으로 선형적인 것인 텐셔너.
6. 제5항에 있어서, 상기 압박 부재는 토션 스프링을 포함하는 것인 텐셔너.
7. 제6항에 있어서, 상기 링크 기구는, 링크 기구의 접선 방향 접촉점에서의 캐밍 본체의 반경 R이 최대 부하에서 최대가 되도록 상기 캐밍 본체에 연결되는 것인 텐셔너.
8. 제7항에 있어서, 제1 받침 부재의 쌍을 더 포함하는 것인 텐셔너.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 받침 부재는 각각 상기 풀리의 제1 축선에 대해 서로 오프셋되어 있는 것인 텐셔너.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 받침 부재는 각각 상기 풀리의 제2 축선에 대해 서로 오프셋되어 있는 것인 텐셔너.
11. 베이스와,

    하우징과,

    상기 베이스와 상기 하우징 사이에 배치되어, 상기 하우징이 미리 정해진 경로 상에서 이동하도록 그 하우징을 실질적으로 강제하는 기계적 맞물림부와,

    상기 베이스에 일단부가 연결되고 타단부가 상기 하우징에 연결되어 있고, 소정 축선을 따라 상기 하우징을 압박하고 상기 하우징의 이동을 저지하여, 벨트 하중에 대항하도록 상기 하우징에 실질적으로 일정한 힘을 가해지게 하는 압박 부재와,

    상기 하우징에 저어널링된 풀리

    를 포함하는 텐셔너.
12. 제11항에 있어서, 상기 기계적 맞물림부는,

    상기 베이스에 장착되는 적어도 하나의 제1 받침 부재와,

    상기 제1 받침 부재와 활주 맞물림 상태로 상기 하우징에 장착되는 제2 받침 부재를 포함하는 것인 텐셔너.
13. 제12항에 있어서, 상기 미리 정해진 경로는 실질적으로 선형적인 것인 텐셔너.
14. 제13항에 있어서, 상기 압박 부재는 스프링을 포함하는 것인 텐셔너.
15. 제14항에 있어서, 제1 받침 부재의 쌍을 더 포함하며, 각 제1 받침 부재는 제1 축선 및 제2 축선에 대해 서로 오프셋되어 있는 것인 텐셔너.

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