KR100782241B1 - 비틀림 댐퍼 - Google Patents

비틀림 댐퍼 Download PDF

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Abstract

내연기관의 크랭크 샤프트(1)에 장착되는 비틀림 댐퍼는, 림(rim)부(11A)와 취부부(11B)를 구비한 허브(11)와 림부(11A)에 용접되는 보스(12)를 갖고, 림부(11A)의 외측에는 통상 탄성체(4)를 통하여 질량체(3)가 배치된다. 보스(12)의 외주면에는 엔진 조립체(20)에 장착된 오일실(5)의 실엘리먼트가 접촉되어 있다. 허브(11)는 탄소당량이 0.5% 이하이고, 보스(12)는 탄소당량이 0.5% 이하이며, 또한 탄소량이 0.2% 이상이다. 보스(12) 가운데 오일 엘리먼트가 접촉하는 부분은 고주파 담금질이 행해진다.

Description

비틀림 댐퍼{TORSION DAMPER}
도 1은 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 일 실시예를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 3은 용접시의 금속재료의 탄소당량(%)과 용접강도(kN) 사이의 관계를 나타낸 특성선도(特性線圖),
도 4는 고주파 담금질시의 금속재료의 탄소량(%)과 경도(HRC) 사이의 관계를 나타낸 특성선도,
도 5는 종래의 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도,
도 6은 다른 종래의 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도,
도 7은 또 다른 종래의 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도이다.
본 발명은, 내연기관의 크랭크 축에 장착되는 비틀림 댐퍼에 관한 것이다.
내연기관의 크랭크 샤프트에는, 크랭크 샤프트에 발생하는 비틀림 진동(torsional vibration)을 저감하기 위해, 비틀림 댐퍼가 장착된다. 비틀림 댐퍼는, 장착 공간을 고려하여 풀리부(pulley)에 장착되는 것이 보통이다.
도 5는 종래의 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도이고, 내연기관의 크랭크 샤프트(1)에는, 허브(2)가 취부되어 있다. 이 허브(2)는 축방향으로 신장하는 원통형상의 림(rim)부(2A)와, 이것과 일체로 되어 직경방향으로 신장하는 취부부(2B)를 갖고, 판재를 프레스 가공함으로써 형성되어 있다. 취부부(2B)의 표면은 크랭크 샤프트(1)의 단면(端面)에 접촉되고, 크랭크 샤프트(1)에 형성된 암나사(1A)에 나사 결합되는 볼트(6A)에 의해 와셔(washer)(6B)를 통하여 허브(2)는 크랭크 샤프트(1)에 고정되어 있다.
림부(2A)의 외방에는 통상(筒狀)의 금속제의 질량체(3)가 배치되고, 질량체(3)와 림부(2A)의 사이에는, 고무 등으로 이루어진 통상(筒狀)의 탄성체(4)가 압입 또는 접착에 의해 취부되어 있다. 엔진 조립체(20)에는 내부로부터 윤활유의 누출을 방지하기 위해, 오일실(5)이 취부되며, 이것의 실 엘리먼트(seal element)는 크랭크 샤프트(1)의 외주면에 접촉되어 있다. 질량체(3)의 외주면에는 V자형상의 복수의 구(溝)가 형성되어 풀리로 되어 있고, 이 풀리는 얼터네이트(alternate) 즉 교류발전기의 풀리와 공기조화장치의 냉매압축용 콤프레서(압축기)의 풀리에 벨트를 통하여 연결시키는 것으로 된다.
크랭크 샤프트(1)는 주로, 탄소량이 0.30∼0.50%의 중탄소강, 탄소량이 0.50∼0.80%의 고탄소강, 또는 합금강이 사용되고 있다. 이러한 재질로 이루어진 크랭크 샤프트(1)는 그 외주면의 내마모성이 높기 때문에, 외주면에 오일실(5)의 실 엘리먼트를 접촉시킬 수 있다. 또한, 판금제(板金製)의 허브(2)는 주로, 저탄소강 또는 극저탄소강(탄소량이 0.30% 이하)이 사용되고 있다.
도 6은 종래의 다른 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도이고, 크랭크 샤프트(1)의 단부에는 내주면(7A)을 갖는 원통형상의 스페이서(spacer)(7)가 감합되어 있고, 스페이서(7)의 단면(端面)은 크랭크 샤프트(1)의 단면보다도 외방으로 돌출되어 있다. 판금제의 허브(2)는 볼트(6A)에 의해 크랭크 샤프트(1)에 고정되어 있고, 그 허브(2)의 표면은 스페이서(7)의 단면에 접촉되어 있다.
이 비틀림 댐퍼에 있어서는, 스페이서(7)는 탄소량이 0.30∼0.50%의 중탄소강, 탄소량이 0.50∼0.80%의 고탄소강, 또는 합금강이 사용되고 있다. 이러한 재질로 이루어진 스페이서(7)는 내마모성이 높기 때문에, 이 외주면에 오일실(5)의 실 엘리먼트를 접촉시킬 수 있다.
도 7은 종래의 또 다른 비틀림 댐퍼를 나타낸 단면도로서, 림부(2A)와 취부부(2B)를 갖는 허브(2)에는, 크랭크 샤프트(1)의 단부에 감합하는 보스(boss)(8)가 용접에 의해 고착되어 있다. 부호10은 용접부를 나타낸다. 보스(8)의 허브(2)에 대한 용접을 용이하게 하기 위해, 보스(8)는 저탄소강 또는 극저탄소강(탄소량 : 0.30% 이하)이 사용되고 있다. 실 엘리먼트에 대한 내마모성을 확보하기 위해, 보스(8)의 외주에는 크롬 도금과 고주파 담금질 등의 표면처리가 행해진 칼라(collar)(9)가 감합되어 있다.
도 5에 도시된 비틀림 댐퍼에 있어서는, 크랭크 샤프트(1)의 외주면에 오일실(5)의 실 엘리먼트를 직접 접촉시키도록 했기 때문에, 외주면에는 표면경화처리 를 행함과 동시에 외주면을 고정밀도로 평활화할 필요가 있다. 이 때문에, 크랭크 샤프트를 포함하여 비틀림 댐퍼의 제조 비용이 높게 된다. 한편, 도 6에 도시된 비틀림 댐퍼에 있어서는, 스페이서(7)의 외주면에 실 엘리먼트가 접촉하기 때문에, 스페이서(7)는 내마모성이 높은 부재를 사용할 수 밖에 없을 뿐만 아니라, 비틀림 댐퍼의 부품점수가 증가하여 조립성이 좋지 않다. 더욱이, 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 허브(2)는 그 중심의 취부부(2B)가 크랭크 샤프트(1)의 단면 혹은 스페이서(7)의 단면에 접촉한 상태로 된 크랭크 샤프트(1)에 취부되어 있기 때문에, 허브(2)의 취부 강도를 높일 수 없다.
이것에 대하여, 도 7에 나타낸 비틀림 댐퍼에 있어서는, 허브(2)는 보스(8)에 용접되어 있기 때문에, 허브(2)의 취부 강도는 높지만, 보스(8)의 외측에 내마모성이 높은 칼라(9)를 감합하지 않으면 안되기 때문에, 보스(8)와는 다른 부품으로 이루어진 칼라(9)를 보스(8)에 압입하는 작업이 필요하게 되어, 부품점수가 증가할 뿐만 아니라, 제조 비용이 고가로 된다.
이 칼라(9)를 폐지하기 위해, 보스(8)의 재료로서 탄소량이 0.30∼0.50%의 중탄소강, 또는 탄소량이 0.50∼0.80%의 고탄소강을 사용하면, 보스(8)와 허브(2) 사이의 용접부(10)가 경화하고, 강인성의 저하 및 잔류응력의 증가에 의해 강도가 저하되어 버린다. 이 열적인 영향을 제거하기 위해서는, 용접부(10)를 열처리하지 않으면 안된다. 이 때문에, 도 7에 나타난 비틀림 댐퍼를 제조하기 위해서는, 용접공정과, 용접부 담금질 공정과, 실엘리먼트가 접촉하는 부분에 고주파 담금질을 하는 고주파 담금질 공정의 3공정이 필요하게 되어, 비틀림 댐퍼의 제조 비용이 고가로 되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은, 크랭크 샤프트에 대한 조립성이 우수한 비틀림 댐퍼를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 허브와 이것에 용접되는 보스 사이의 용접부를 열처리하지 않고도, 목적의 용접강도를 수득할 수 있는 비틀림 댐퍼를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 실 엘리먼트가 접촉하는 부분의 내마모성이 우수한 비틀림 댐퍼를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 비틀림 댐퍼는, 내연기관의 크랭크 샤프트에 장착되는 비틀림 댐퍼에 있어서, 상기 크랭크 샤프트에 감합되고, 엔진 조립체에 설치된 오일실이 외주면에 접촉하는 원통형상의 금속제의 보스와, 상기 보스의 단면(端面)에 용접되는 취부부와 이 취부부의 외주측에 동심상으로 일체로 이루어진 원통형상의 림부를 구비하고, 판금 또는 냉간 단조에 의해 형성되는 허브와, 상기 림부의 외측에 동심상으로 배치되는 통상의 질량체와, 상기 림부와 상기 질량체의 사이에 설치된 통상 탄성체를 갖고, 상기 허브의 금속재료는, 그 탄소당량이 0.5% 이하 이고, 상기 보스의 금속재료는 그 탄소당량이 0.5% 이하 이며, 또한 그 탄소량이 0.2% 이하 이고, 오일실에 접촉하는 부분을 담금질한 것을 특징으로 한다. 상기 허브의 오 일실에 접촉하는 부분을 고주파 담금질하여도 좋다.
본 발명 허브의 취부부에는 크랭크 샤프트에 감합되는 보스가 용접되어 있다. 본 발명자가 예의 연구 개발하고, 시험 제작한 결과, 우선, 허브의 탄소당량(Ceq)이 0.5%를 초과하면, 보스의 용접강도(보스 빼는힘)가 저하되는 사실, 더욱이, 오일실의 실 엘리먼트가 접촉하는 부분의 요구경도(HRC)는 약 40(HRC) 전후라는 사실로부터, 고주파 담금질하는 부분의 탄소량(C)은 0.2% 이상 필요하다는 것을 판명하였다. 본 발명은 이러한 식견에 기초하여 성안된 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비틀림 댐퍼는 판금제의 허브(11)를 가지고 있다. 이 허브(11)는 거의 원통형상으로 이루어진 림부(11A)와, 이 램부(11A)에 일체로 이루어진 직경방향으로 신장하는 취부부(11B)를 구비하고 있고, 판금제이며, 판재를 프레스 가공하는 것에 의해 성형된다. 취부부(11B)에는 관통구멍이 형성되어 있고, 이것을 관통하여 크랭크 샤프트(1)에 형성된 암나사(1A)에 나사 결합되는 볼트(6A)에 의해 와셔(6B)를 통하여 허브(11)는 크랭크 샤프트(1)에 고착된다. 이 허브(11)의 재료는, 탄소당량(Ceq)이 0.5% 이하 이다.
이 허브(11)의 취부부(11B)에는, 크랭크 샤프트(1)의 외측에 감합되는 원통형상의 금속제의 보스(12)가 그 단면에서 용접에 의해 일체로 고착된다. 도 1에 있어서, 부호 13은 용접부를 나타낸다. 이 보스(12)의 재료는, 탄소당량(Ceq)을 0.5% 이하로 하고, 또한, 탄소량(C)은 0.2% 이상이다.
엔진 조립체(20)에는 실 엘리먼트가 보스(12)의 외주면에 접촉하도록 오일실(5)이 장착되어 있고, 보스(12)의 가운데 오일실이 접촉하는 부분에는 고주파 담금질이 행해진다. 도 1에 있어서, 부호 14는 고주파 담금질이 행해진 부분을 나타낸다.
이 비틀림 댐퍼는, 상술한 바와 같이, 탄소당량(Ceq)이 0.5% 이하인 금속판재를 사용하여 프레스에 의해 일체 성형되는 허브(11)와, 탄소당량(Ceq)이 0.5% 이하 이며, 또한, 탄소량(C)이 0.2% 이상인 금속재료에 의해 형성되는 보스(12)를 가지고 있고, 보스(12)는 용접부(13)에서 허브(11)에 용접되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 피용접부재의 탄소당량(Carbon equivalent)(Ceq)이 0.5%를 넘으면 용접강도가 저하한다. 한편, 도 4에 나타난 바와 같이, 실 엘리먼트가 접촉하는 부분의 요구경도는 약 40(HRC)이며, 고주파 담금질에 의해 이 경도를 수득할 수 있는 탄소량(C)은 0.2% 이상 이다.
따라서, 용접부(13)는, 템퍼링 처리 등의 열처리를 행하지 않고, 도 3에 도시한 바와 같이, 충분한 용접강도F (보스 빼는힘)를 유지하는 것이 가능하다. 게다가, 금속제 보스(12)의 외주면은 고주파 담금질이 가능하게 되고, 도 4에 나타난 바와 같이, 요구경도 40(HRC) 전후를 얻는 것이 가능하며, 오일실부의 내마모성도 만족하기 때문에, 오일실(5)을 직접 접촉시키는 것이 가능하다. 또한, 도 4에 있 어 경도(A)는, 금속제 보스(12)의 외주면에서 오일실(5)이 직접 접촉하는 부분의 요구경도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼의 다른 실시를 나타낸 단면도이다. 이 비틀림 댐퍼에 있어서 허브(15)는, 탄소당량(Ceq)이 0.5% 이하의 재료에 의해 냉간 단조에 의해 제조되고 있다. 허브(15)는, 이 크랭크 샤프트(1)에 나사 결합되는 볼트(6A)가 관통하는 관통구멍이 형성된 취부부(15B)와, 그 외주측에 동심상으로 형성된 림부(15A)를 갖고, 취부부(15B)에서 크랭크 샤프트(1)에 고착된다. 도 2에 있어서, 도 1에 도시된 부재와 공통하는 부재에는 동일한 부호가 부여되고 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 본 발명에 따른 비틀림 댐퍼에 의하면, 취부부와 보스 사이의 용접부에 용접후 열처리를 행하지 않고, 충분한 용접강도 즉 보스 빼는힘을 유지하는 것이 가능하다. 게다가, 보스 외주면의 고주파 담금질이 가능하게 되고, 오일실의 내마모성도 동시에 만족시킬 수 있다. 더욱이, 사용하는 부품점수를 저감할 수 있기 때문에, 제조원가가 절감될 수 있고, 양호한 조립성을 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 내연기관의 크랭크 샤프트에 장착되는 비틀림 댐퍼에 있어서,
    상기 크랭크 샤프트에 감합되고, 엔진 조립체에 설치된 오일실이 외주면에 접촉하는 원통형상의 금속제 보스와,
    상기 보스의 단면(端面)에 용접되는 취부부와 이 취부부의 외주측에 동심상으로 일체로 된 원통형상의 림부를 구비하고, 판금 또는 냉간 단조에 의해 형성되는 허브와,
    상기 림부의 외측에 동심상으로 배치되는 통상의 질량체와,
    상기 림부와 상기 질량체의 사이에 설치된 통상 탄성체를 갖고,
    상기 허브의 금속재료는 그 탄소당량이 0.5% 이하이고, 상기 보스의 금속재료는 그 탄소당량이 0.5% 이하이며, 또한 그 탄소량이 0.2% 이상이며, 오일실에 접촉하는 부분을 담금질한 것을 특징으로 하는 비틀림 댐퍼.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 허브의 오일실에 접촉하는 부분을 고주파 담금질한 것을 특징으로 하는 비틀림 댐퍼.
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