KR100784724B1 - 윤활성과 강성의 향상을 통해 에너지 축적이 용이한 비틀림진동 댐퍼 - Google Patents

윤활성과 강성의 향상을 통해 에너지 축적이 용이한 비틀림진동 댐퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 질량 플라이휠에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이중 질량 플라이휠은 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체와, 변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 상기 제1 질량체에 수용되는 드라이브 플레이트를 포함하는데, 이 이중 질량 플라이휠은 상기 제1 질량체와 상기 드라이브 플레이트의 상대 회전에 의해 압축되는 복수 개의 압축 스프링과, 상기 압축 스프링의 양측에 제공되며 상기 제1 질량체와 드라이브 플레이트 사이에서 이동할 수 있는 스프링 단부 수용 부재를 포함한다. 상기 드라이브 플레이트는 상기 압축 스프링의 압축을 야기할 수 있는 적어도 한 쌍의 플랜지를 포함한다. 상기 스프링 단부 수용 부재 중 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 중간에 배치되는 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍이 서로 맞닿는 제1 면은 상기 드라이브 플레이트의 중심을 향하고, 상기 제1 면 이외에 스프링 단부 수용 부재가 맞닿는 면은 상기 중심에 대해 편심을 이루고 있다.
상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이하를 혼합한 재료 또는 테프론을 혼합한 재료로 구성되며, 상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍과 타측에서 접하는 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이상을 혼합한 재료로 구성된다.
이중 질량 플라이휠, 폴리아미드, 유리섬유, 테프론, 오벌 스프링

Description

윤활성과 강성의 향상을 통해 에너지 축적이 용이한 비틀림 진동 댐퍼{Torsional Vibration Damper Which Makes Energy Accumulation Easy by Improving Lubrication and Rigidity}
도 1은 본 발명에 의한 이중 질량 플라이휠의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 이중 질량 플라이휠의 분해 사시도.
본 발명은 차량의 이중 질량 플라이휠에 관한 것으로서 특히, 이중 질량 플라이휠에 사용되는 압축 스프링 단부 수용 부재의 윤활성 및 강성이 향상되고, 탄성 에너지를 증대시키며, 차량의 소음 및 진동 성능을 향상시킬 수 있는 이중 질량 플라이휠에 관한 것이다.
이중 질량 플라이휠의 기본 구성 요소는, 한국특허출원공개 제10-2003-81678호 및 한국특허 제0471254호에 개시되어 있는 바와 같이, 엔진의 출력축에 결합하는 제1 질량체와, 변속기의 입력축에 결합하는 제2 질량체, 그리고 제1 질량체와 제2 질량체 사이에 개재하여 양자의 상대 회전에 따라 비틀림 진동 감쇠를 가능하게 하는 감쇠 수단이 그것이다. 본 발명은 본 출원인이 실용신안등록 제0411840호에 개시한 이중 질량 플라이휠을 기본 전제로 한다.
본 발명은 상기 실용신안등록 제0411840호에 개시된 이중 질량 플라이휠에서, 스프링 단부 수용 부재의 윤활성능과 강성을 향상시키고, 탄성 에너지 역시 증대시키며, 차량의 소음 및 진동 성능을 향상시킬 수 있는 이중 질량 플라이휠을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 이중 질량 플라이휠은 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체와, 변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되며 상기 제1 질량체에 수용되는 드라이브 플레이트를 포함하는데, 이 이중 질량 플라이휠은 상기 제1 질량체와 상기 드라이브 플레이트의 상대 회전에 의해 압축되는 복수 개의 압축 스프링과, 상기 압축 스프링의 양측에 제공되며 상기 제1 질량체와 드라이브 플레이트 사이에서 이동할 수 있는 스프링 단부 수용 부재를 포함한다. 상기 드라이브 플레이트는 상기 압축 스프링의 압축을 야기할 수 있는 적어도 한 쌍의 플랜지를 포함한다. 상기 스프링 단부 수용 부재 중 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 중간에 배치되는 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍이 서로 맞닿는 제1 면은 상기 드라이브 플레 이트의 중심을 향하고, 상기 제1 면 이외에 스프링 단부 수용 부재가 맞닿는 면은 상기 중심에 대해 편심을 이루고 있다.
상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이하를 혼합한 재료 또는 폴리아미드 46에 테프론을 혼합한 재료로 구성되며, 상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍과 타측에서 접하는 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이상을 혼합한 재료로 구성된다. 한편 폴리아미드 46에 테프론을 혼합할 때에 유리섬유 30중량% 이하를 혼합하여도 윤활 성능이 우수한 재료를 얻을 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 상기 한 쌍의 플랜지 사이에 배치되는 압축 스프링은, 플랜지에 인접하며 구동 방향에 대해서 최선단에 배치되는 제1 압축 스프링과, 상기 제1 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제2 압축 스프링과, 상기 제2 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제3 압축 스프링과, 상기 제3 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제4 압축 스프링을 포함한다. 제1 내지 제4 압축 스프링은 드라이 플레이트의 절반 영역에 배치되며, 플랜지 쌍의 형성하는 축에 대해 대칭인 위치에 4개의 압축 스프링이 더 배치된다.
상기 제1 내지 제4 압축 스프링의 강성(stiffness)은 다음과 같은 관계를 만족한다.
Figure 112006032609246-pat00001
또는
Figure 112006032609246-pat00002
여기에서, S1은 제1 압축 스프링의 강성, S2은 제2 압축 스프링의 강성, S3 은 제3 압축 스프링의 강성, S4은 제4 압축 스프링의 강성이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 압축 스프링은 오벌 스프링(oval spring)으로 구성하는 것이 좋다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 이중 질량 플라이휠(1)의 평면도가 도시되어 있다. 축(X)을 중심으로 180도 회전 대칭이기 때문에 좌측 절반부에 대해서면 설명하기로 한다.
이중 질량 플라이휠(1)은, 차량의 엔진 출력축에 연결되는 제1 질량체(10)와, 변속기의 입력축에 연결되는 제2 질량체에 연결되며 상기 제1 질량체(10)에 수용되는 드라이브 플레이트(20)를 포함한다. 드라이브 플레이트(20)는 제2 질량체에 수용되며, 원형인 본체와 이 본체에서 연장하는 한 쌍의 플랜지(21, 22)를 포함한다. 한 쌍의 플랜지(21, 22)는, 후술하는 바와 같이 이중 질량 플라이휠(1)의 입력과 출력에 상대 회전이 발생하는 경우 비틀림 진동을 위해 압축하는 압축 스프링의 압축을 야기한다. 도 1에는 드라이브 플레이트(20)에 한쌍의 플랜지가 제공되는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 플랜지의 개수에 제한되는 것이 아님이 명백하게 이해되어야 한다.
제1 질량체(10)와 드라이브 플레이트(20) 사이에는 압축 스프링(51, 52, 53, 54))이 제공된다. 제1 압축 스프링(51)은 제1 스프링 단부 수용 부재(30-1)와 제2 스프링 단부 수용 부재(30-2) 사이에 배치되며, 제2 압축 스프링(52)은 제3 스프링 단부 수용 부재(30-3)와, 제4 스프링 단부 수용부재(30-4) 사이에 배치되며, 제3 압축 스프링(53)은 제5 스프링 단부 수용 부재(30-5)와 제6 스프링 단부 수용 부재(30-6) 사이에 배치되며, 제4 압축 스프링(54)은 제7 스프링 단부 수용 부재(30-7)와 제8 스프링 단부 수용 부재(30-8) 사이에 배치된다.
제2 스프링 단부 수용 부재(30-2)와 제3 스프링 단부 수용 부재(30-3)가 맞닿는 면 즉 선A는 드라이브 플레이트(20)의 중심에 대해서 각 α 만큼 편심을 이루고 있다. 마찬가지로, 제6 스프링 단부 수용 부재(30-6)와 제7 스프링 단부 수용 부재(30-7)가 맞닿는 면도 드라이브 플레이트(20)의 중심에 대해서 도 1에 도시된 바와 같은 방향으로 각 α 만큼 편심을 이루고 있다. 그 이외의 스프링 단부 수용 부재의 면은 드라이브 플레이트(20)의 중심을 향하도록 배열된다.
제1 질량체(10)와 드라이브 플레이트(20) 사이에 상대 회전이 발생하게 되면, 제2 스프링 단부 수용 부재(30-2)와 제3 스프링 단부 수용 부재(30-3) 사이 및 제6 스프링 단부 수용 부재(30-6)와 제7 스프링 단부 수용 부재(30-7) 사이에서는 미끄럼이 발생한다.
그리고 이중 질량 플라이휠의 작동시에 제1 스프링 단부(30-1)와 제8 스프링 단부 수용 부재(30-8)은 각각 플랜지(21, 22)와 필연적으로 부딪히게 된다.
본 발명에 의하면, 제1 압축 스프링(51)을 수용하는 스프링 단부 수용 부재(30-1, 30-2)와, 제4 압축 스프링(54)을 수용하는 스프링 단부 수용 부재(30-7, 30-8)은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이상을 혼합한 재료로 구성한다. 이렇 게 하면 인장 및 충격 성능이 우수하게 된다. 중량 %라 함은, 폴리아미드46에 유리섬유를 혼합하여 만들어지는 재료의 총중량에서 유리섬유의 중량이 차지하는 중량의 비율을 의미한다. 본 명세서에서는 중량%를 이러한 의미로 사용한다. 본 명세서에서 폴리아미드 46은, 네덜란드 헷 오벌룬(Het Overloon) 소재의 디에스엠사(DSM) 사의 등록상표인 스태닐(Stanyl)로 판매되는 폴리아미드 46을 의미한다.
그리고 제2 압축 스프링(52)을 수용하는 스프링 단부 수용 부재(30-3, 30-4)와, 제3 압축 스프링(53)을 수용하는 스프링 단부 수용 부재(30-5, 30-6)은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이하를 혼합한 재료 또는 폴리아미드 46에 테프론을 혼합한 재료로 구성한다. 폴리아미드 46에 테프론을 혼합할 때에 유리섬유 30중량%이하를 함께 혼합할 수도 있다. 이러한 재료로 구성하면 스프링 단부 수용 부재의 윤활성을 우수하게 할 수 있다. 따라서 차량의 가속이나 감속시에 댐핑 필터링(damping filtering) 효과를 증대시켜서 소음 진동의 측면에서 유리한 효과를 달성할 수 있게 된다.
스태닐 폴리아미드 46에 유리섬유 및 테프론의 중량 %를 변화시켜가며 이중 질량 플라이휠에 원심력을 가하여 비틀림 초기 토오크를 실험한 결과, 아래와 같은 관계식을 얻었다.
Figure 112006032609246-pat00003
여기에서 T1은 스태닐 폴리아미드 46에 유리섬유 30중량%, 테프론 15중량%를 혼합하여 스프링 단부 수용 부재를 만든 경우의 비틀림 초기 토오크이고, T2는 스태닐 폴리아미드 46에 유리섬유 30 중량 %를 혼합하여 스프링 단부 수용 부재를 만든 경우의 비틀림 초기 토오크이고, T3은 스태닐 폴리아미드 46에 유리섬유 50 중량 %를 혼합하여 스프링 단부 수용 부재를 만든 경우의 비틀림 초기 토오크를 의미한다.
토오크는 드라이브 플레이트(20)가 회전 작동하는 토오크를 의미하는데, 이 토오크가 높을 수록 강성이 세고, 낮을 수록 윤활 성능이 우수하다.
디에스엠사가 등록상표명 스태닐에 유리섬유를 혼합하여 판매하는 상품의 유리섬유 혼합 비율에 기초하여 실험한 결과 수학식 1의 결과가 나왔는데, 실험 결과, 유리섬유가 30 중량 %만큼 스태닐 폴리아미드 46에 혼합된 재료를 사용하였을 때가 의미있는 만큼의 윤활 성능을 보이는 것으로 확인되었고, 유리섬유의 중량 %가 30% 이하로 낮아지면 윤활 성능이 좋아짐을 알 수 있다. 반대로 30 중량 %를 넘어가면 최대 힘이 증가하여 스프링 단부 수용 부재의 강성이 증대됨을 알 수 있다. 나아가 유리섬유 뿐만 아니라 듀퐁사의 상품명이자 등록상표인 테프론 소재를 혼합해도 윤활 성능이 우수함을 확인할 수 있다. 테프론은 유리섬유 30중량%이하와 함께 혼합되어도 윤활성능이 우수하였다.
본 발명에 의하면, 제1 내지 제4 압축 스프링(51, 52, 53, 54)의 강성(stiffness)를 다음과 같은 관계로 구성한다. 제1 압축 스프링(51)은 구동 방향에 대해서 최선단에 배치되는 압축 스프링을 의미하고, 제2 내지 제4 압축 스프링(52, 53, 54)은 차례대로 후속하여 배치된느 압축 스프링이다.
Figure 112006032609246-pat00004
Figure 112006032609246-pat00005
또는
여기에서, S1은 제1 압축 스프링(51)의 강성, S2은 제2 압축 스프링(52)의 강성, S3 은 제3 압축 스프링(53)의 강성, S4은 제4 압축 스프링(54)의 강성이다.
제1 압축 스프링(51)은 이중 질량 플라이휠에 구동 방향을 기준으로 보았을 때 최선단에 배치되는 스프링을 의미하며, 그것에 후속하는 순서대로 제2 내지 제4 압축 스프링이 배치된다.
위와 같은 스프링 강성 관계로 압축 스프링을 배치하게 되면, 스프링의 최대허용 응력 대비 비틀림 각도를 크게 할 수 있고, 따라서 탄성 에너지를 증대시킬 수 있다.
스프링 단부 수용 부재(30-1,...,30-8)와 스프링의 전체 에너지 Ete는 다음과 같은 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112006032609246-pat00006
여기에서,
Ee는 스프링의 탄성 에너지이며,
Eef는 각도 α에 의해 스프링 단부 수용 부재에 의해 발생하는 마찰 에너지이다.
이중 질량 플라이휠(1)의 전체 에너지 Et는 다음과 같은 수학식에 의해 정의될 수 있다.
Figure 112006032609246-pat00007
여기에서,
Ete는 수학식 1에 의해 계산된 스프링과 스프링 단부 수용 부재의 전체 에너지이며,
Eaf는 추가적인 마찰 에너지이다.
추가적인 마찰 에너지는 이중 질량 플라이휠의 다른 구성 부품의 마찰에 의해 발생할 수 있는 마찰 에너지인데, 예를 들어, 제1 질량체(10)와 드라이브 플라이트(20) 사이에 개재하는 마찰 와셔(17), 탄성 와셔(18), 지지 와셔(19) 등의 마찰에 의해 발생하는 마찰 에너지이다.
제1 내지 제4 압축 스프링(51, 52, 53, 54)을 오벌 스프링(oval spring)으로 사용하면, 최소의 공간에서 최대의 탄성에너지를 가지는 압축 스프링을 구성할 수가 있다. 그렇게 하면 이중 질량 플라이휠(1)의 전체 에너지 Et를 증대시킬 수 있고, 나아가 이중 질량 플라이휠의 전체적인 강성(stiffness)를 낮추어서 감쇠 계수(damping coefficient)를 증가시킴으로써 차량의 소음 및 진동 성능을 향상시키는 효과가 제공된다.
그리고 오벌 스프링을 압축 스프링으로 사용하게 되면, 스프링의 최대 응력 대비 질량이 낮아지므로, 원심력에 대해서 스프링 단부 수용 부재(30-1,...,30-8)의 마찰 토크의 민감도를 낮출 수 있으므로, 차량의 구동시 파워 트레인의 저 토크 및 고 토크에서 이중 질량 플라이휠의 요동(oscillation)을 크게 할 수 있다. 따라서 파워트레인 감쇠 필터링 효과가 증대된다.
이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 결정되며, 전술한 실시예 및/또는 도면에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및/또는 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.
본 발명에 의하면, 본 발명자가 실용신안등록 제0411840호에서 제안한 구조의 이중 질량 플라이휠에 있어서, 스프링 단부 수용 부재의 윤활 성능과 강도를 우수하게 함으로써 감쇠 필터링 효과를 증대시키고, 내구성도 향상시킨다. 그리고 압축 스프링의 강도(stiffness)를 소정의 순서대로 배열함으로써 탄성 에너지를 증대시키고, 압축 스프링을 오벌 스프링으로 형성함으로써 차량의 시동 성능을 개선하고, 파워 트레인 감쇠 필터링 효과도 증대시켜 소음 진동 성능을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (4)

  1. 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체와,
    변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되는 드라이브 플레이트를 포함하는 이중 질량 플라이휠에 있어서,
    상기 제1 질량체와 상기 드라이브 플레이트의 상대 회전에 의해 압축되는 복수 개의 압축 스프링과,
    상기 압축 스프링의 양측에 제공되며 상기 제1 질량체와 드라이브 플레이트 사이에서 이동할 수 있는 스프링 단부 수용 부재를 포함하며,
    상기 드라이브 플레이트는 상기 압축 스프링의 압축을 야기할 수 있는 적어도 한 쌍의 플랜지를 포함하며,
    상기 스프링 단부 수용 부재 중 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 중간에 배치되는 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍이 서로 맞닿는 제1 면은 상기 드라이브 플레이트의 중심을 향하며,
    상기 제1 면 이외에 스프링 단부 수용 부재가 맞닿는 면은 상기 중심에 대해 편심을 이루고 있으며,
    상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이상을 혼합한 재료 또는 폴리아미드 46에 테프론을 혼합한 재료로 구성되며,
    상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍과 타측에서 접하는 스프링 단부 수용 부재는 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이하를 혼합한 재료로 구성되며,
    상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 드라이브 플레이트의 절반 영역에 배치되는 압축 스프링은,
    플랜지에 인접하며 구동 방향에 대해서 최선단에 배치되는 제1 압축 스프링과,
    상기 제1 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제2 압축 스프링과,
    상기 제2 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제3 압축 스프링과,
    상기 제3 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제4 압축 스프링을 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 압축 스프링의 강성(stiffness)는 다음과 같은 수학식의 관계를 만족하는,
    이중 질량 플라이휠.
    <수학식>
    Figure 112007056544443-pat00012
    또는
    Figure 112007056544443-pat00013
    S1= 제1 압축 스프링의 강성
    S2= 제2 압축 스프링의 강성
    S3= 제3 압축 스프링의 강성
    S4= 제4 압축 스프링의 강성
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축 스프링은 오벌 스프링(oval spring)으로 구성하는,
    이중 질량 플라이휠.
  4. 차량의 엔진 출력축에 결합하는 제1 질량체와,
    변속기의 입력축에 연결하는 제2 질량체에 연결되는 드라이브 플레이트를 포함하는 이중 질량 플라이휠에 있어서,
    상기 제1 질량체와 상기 드라이브 플레이트의 상대 회전에 의해 압축되는 복수 개의 압축 스프링과,
    상기 압축 스프링의 양측에 제공되며 상기 제1 질량체와 드라이브 플레이트 사이에서 이동할 수 있는 스프링 단부 수용 부재를 포함하며,
    상기 드라이브 플레이트는 상기 압축 스프링의 압축을 야기할 수 있는 적어도 한 쌍의 플랜지를 포함하며,
    상기 스프링 단부 수용 부재 중 상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 중간에 배치되는 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍이 서로 맞닿는 제1 면은 상기 드라이브 플레이트의 중심을 향하며,
    상기 제1 면 이외에 스프링 단부 수용 부재가 맞닿는 면은 상기 중심에 대해 편심을 이루고 있으며,
    상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍은 폴리아미드 46에 유리섬유 30 중량%와 테프론을 혼합한 재료로 구성되며,
    상기 제1 스프링 단부 수용 부재의 쌍과 타측에서 접하는 스프링 단부 수용 부재는 폴리아미드46에 유리섬유 30 중량% 이하를 혼합한 재료로 구성되며,
    상기 한 쌍의 플랜지 사이에서 드라이브 플레이트의 절반 영역에 배치되는 압축 스프링은,
    플랜지에 인접하며 구동 방향에 대해서 최선단에 배치되는 제1 압축 스프링과,
    상기 제1 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제2 압축 스프링과,
    상기 제2 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제3 압축 스프링과,
    상기 제3 압축 스프링에 후속하는 위치에 배치되는 제4 압축 스프링을 포함하며,
    상기 제1 내지 제4 압축 스프링의 강성(stiffness)는 다음과 같은 수학식의 관계를 만족하는,
    이중 질량 플라이휠.
    <수학식>
    Figure 112007056544443-pat00014
    또는
    Figure 112007056544443-pat00015
    S1= 제1 압축 스프링의 강성
    S2= 제2 압축 스프링의 강성
    S3= 제3 압축 스프링의 강성
    S4= 제4 압축 스프링의 강성
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