KR101040326B1 - 동적 하중의 보상을 위한 체인 휠 및 타이밍 체인 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 회전 축, 회전 축 둘레에 배치되며 그 둘레에 분배되는 다중의 교호의 톱니(17)와 톱니 간극(16)을 특징으로 하는 스프로킷 휠(7), 및 적어도 하나의 체인 가이드(8)를 구비하고, 스프로킷 휠(7)과 체인 가이드(8)는 견고하게 결합되고, 체인 가이드(8)는 링크 플레이트(13, 14)의 접촉면 상에 지지하게 하는 외곽 둘레 지지 케이지(9)를 포함하고, 지지 케이지(9) 또는 지지 케이지(9)의 돌출 부분은 체인 가이드(8)의 둘레를 구성하는 곡면 원주를 따라 연장하며, 체인 가이드(8)의 둘레는 비원형 윤곽을 갖는 것인, 특히 타이밍 체인 드라이브용 체인 휠(2, 3)에 관한 것이다.

Description

동적 하중의 보상을 위한 체인 휠 및 타이밍 체인 드라이브{CHAIN WHEEL AND TIMING CHAIN DRIVE FOR THE COMPENSATION OF DYNAMIC LOADS}

본 발명은, 회전 축, 회전 축 둘레에 배치되고 복수의 원주 방향으로 분배되는 교호의 톱니와 톱니 간극을 갖는 스프로킷, 및 적어도 하나의 체인 가이드를 구비하고, 상기 스프로킷과 상기 체인 가이드는 견고하게 결합되고, 상기 체인 가이드에는 링크 플레이트의 접촉면 상에 지지하기 위한 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽이 제공되고, 상기 지지 외곽 또는 그 돌출 부분은 체인 가이드의 둘레를 구성하는 곡면 원주를 따라 연장하는, 특히 타이밍 체인 드라이브용 체인 휠에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 힌지 체인, 구동 체인 휠 및 적어도 하나의 종동 체인 휠을 포함하는, 역학적 하중을 보상하기 위한 대응하는 타이밍 체인 드라이브에 관한 것이다.

모터 차량의 발전에 있어서, NVH 작용(소음, 진동, 떨림)이 점차 중요해지고 있다. 고진동의 편안함에 대한 고객의 요구 뿐만 아니라, 저소음과 운전자에 대한 진동 하중은 능동적인 안정성에 또한 기여할 것이다. 또한, 특히 진동 하중은 내용 연수와 문제가 되는 구성 요소의 필요한 치수를 손상시킨다.

모터 차량에서 많은 구성 요소들이 진동과 소음의 여기(excitation) 원으로 동시에 작용한다. 이 구성 요소들은, 내연 엔진 그 자체 뿐만 아니라, 전동 기구, 트랜스미션, 팬, 흡입 시스템, 배기 가스 시스템, 및 타이어, 섀시이고, 각각의 소음 및 진동원으로부터 유발되는 소음 및 진동은 무시할 수 없는 것이다. 그러나, 전동 기구의 진동 및 소음 여기, 예를 들어 크랭크샤프트, 캠샤프트의 회전 진동, 플라이휠의 불규칙적인 회전 운동, 크랭크샤프트의 각속도 변화, 토크 여기 및 지지 하중은 이러한 점에서 주요한 역할을 한다. 전동 기구, 특히 크랭크샤프트 체인 휠, 적어도 하나의 캠샤프트 체인 휠 및 구동 체인을 구비한 내연 엔진용으로 사용되는 타이밍 체인 드라이브의 동적 하중은 전체 차량을 통해 주요하게 전달되고 모든 다른 소음과 진동원에 대한 동적 하중을 중첩시킨다.

구동의 목적으로 톱니 벨트가 사용되는지 톱니 체인이 사용되는지 관계없이 전동 기구의 동적 하중의 감소가 수년 동안 내연 엔진 개발 분야에서 중요하게 우선시 되는 것 중 하나였다. 예를 들어, DE 37 39 336 C2는 회전 진동이 진동 흡수기의 사용에 의해 방지되는 것을 개시하고 있지만, 이는 추가의 상당한 지출을 수반하고 상당한 양의 추가의 설치 공간을 필요로 한다. DE 39 20 528 C1은 캠샤프트로부터 발생한 교호의 토크가 유압 브레이크 유닛에 의해 방지는 것을 제안한다. DE 195 20 508 A1은, 톱니 벨트 드라이브용으로 진동 여기를 저감하기 위해 캠샤프트 풀리로 사용되는 비원형 풀리를 개시한다. 이 공보에 개시된 비원형 풀리는 규칙적인 간격으로 풀리의 둘레에 배치된 4개의 돌출 및 4개의 비돌출 영역을 갖는다. 또한, JP 10266868 A는 톱니 벨트 타이밍 드라이브용의 타원형 크랭크샤프트 피니언을 개시한다. DE 202 20 367 U1 및 DE 203 19 172 U1은 톱니 체인에 제한되 지 않고 적어도 하나의 톱니 벨트 휠의 비원형의 윤곽, 특히 타원형 윤곽에 의해 반대의 변동하는 교정 토크를 통해 전동 기구의 동적 하중을 저감하는 동기의 드라이브 유닛의 개발을 추가적으로 개시하고 있다.

하중 저감 타이밍 체인 드라이브가 예를 들어 EP 907 041 B1과 EP 1 308 646 A2에서 공지되었다. 체인 휠의 톱니는 종래의 균일한 간격에 비해 반경과 원주 위치가 약간 변위되어 있다. 이러한 방식으로, 체인 휠 톱니들 사이의 체인 힌지의 반경방향 맞물림 위치는 변경되지만, 맞물리는 체인 힌지들 사이의 피치 간격은 일정하게 유지된다. 체인 휠 톱니의 배치는 임의로 배치되거나, 또는 균일한 제어 체인 하중에 따라서 선택된다.

또한, 평탄 링크 관절 체인용 체인 드라이브가 알려져 있는데, 이것은 보조의 체인 가이드의 도움으로 체인 휠에서 체인의 인입 및 접촉 동작을 변화시킨다. 체인의 링크 플레이트가 이들 가이드 상에 지지되어, 체인 힌지가 톱니에 맞물리는 것을 변화시킨다. 우선, JP 61171942 A는, 체인의 덜 가파른 인입 각을 실현하기 위하여 확대된 직경을 갖고 체인 휠에 대해 편심하여 배치된 회전 가능하게 지지되는 가이드를 개시한다. 체인 휠의 톱니와 체인 힌지 사이의 접촉 하중을 줄이기 위해, WO 03/093700 A2는 체인 휠의 원형 가이드부와 변위된 관계로 연장하는 각각의 인입 가이드를 구비하는 체인 가이드를 제안한다. EP 1 184 593 B1은 체인 힌지와 톱니 사이의 접촉 소음을 저감하기 위한 체인 가이드를 추가적으로 개시한다. 체인 가이드는 맞물린 체인 링크의 순간 회전 중심이 첫 번째의 체인 힌지로부터 체인 가이드의 지지 윤곽과 함께 체인 링크 플레이트의 접촉점으로 움직이고, 그 다음 두 번째 체인 힌지로 움직이도록 체인 휠에 연결된다. 그러한 체인 가이드 모드로부터 야기되는 흔들림 이동은 소음과 진동의 바람직한 저감을 허용한다. 체인 링크 플레이트와 그 접촉면의 구조적 설계에 따라, 체인 휠에 연결되는 체인 가이드에는, 각각의 톱니에서 동일한 거리에 있는 체인 휠의 톱니의 수에 대응하여 반복되는 매끄럽거나 불균일한 표면, 즉 원형, 선형, 볼록 또는 오목 부분이 제공된다.

전동 기구의 소음 및 진동 하중을 저감하기 위해 선행 기술로부터 알려진 많은 방법들이 그 사용시에 유용한 것으로 밝혀졌다. 모터 차량의 NVH 작용을 향상하기 위한 현재의 집중적인 노력은, 특히 전동 기구의 주요한 소음 및 진동원의 경우에 있어서 추가적인 개발 노력을 여전히 더 필요로 한다. 또한, 드라이브에 대한 동적 하중은 지금까지의 이용가능한 방법이 사용될 때 여전히 비교적 높다. 따라서, 타이밍 드라이브에서의 추가적인 하중 저감이 요구되고, 저감 효과를 통해 타이밍 드라이브의 영역에서 비용의 절감을 이끌어 낼 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전동 기구, 특히 타이밍 체인 드라이브에서 동적 하중을 줄이고, 공지된 방법의 단점을 피하고 그 효율을 능가하는 것에 있다.

문제가 되는 종류의 체인 휠의 경우, 이 목적은 비원형 윤곽을 가진 체인 가이드의 둘레를 제공함으로써 달성된다.

체인 가이드의 둘레의 비원형 윤곽에 의해, 추가적인 여기(excitation)가 타이밍 드라이브에서 효과적으로 도입되고, 타이밍 드라이브의 체인력이 감소된다. 공진 위치의 영역에서 발생하는 형태의 타이밍 드라이브의 효과적인 추가의 여기의 제공은 체인력의 실질적인 저감을 유발하고, NVH 작용의 향상 뿐만 아니라 성능과 사용 조건을 변경하지 않고 타이밍 드라이브의 소형화를 가능하게 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 체인 가이드의 중심과 둘레 사이의 거리는 비원형 윤곽을 형성하도록 하나의 톱니에서 다음 톱니로 적어도 부분적으로 변할 수 있다. 지지 외곽의 곡선 원주의 비원형 형상은 체인 휠의 회전 각으로 하나의 영역에서 다음 영역으로 변하는데, 즉 회전 축과 체인 가이드의 둘레 사이의 거리는 톱니 정점(또는 톱니 윤곽의 또 다른 반복 지점)의 중심과 회전 축을 통해 연장하는 각각의 반경방향 선에 대해 적어도 부분적으로 변한다. 거리의 균일한 변경의 경우, 지지 외곽의 정현파 형상이 얻어지고, 이것은 타이밍 체인 드라이브의 동기화에 있어서 바람직하다. 따라서, 체인 가이드의 둘레의 비원형 윤곽은 톱니나 톱니 간극의 영역에서 반복되는 지지 외곽 불연속에 대해 독립적이다.

바람직한 실시예는 체인 가이드의 둘레가 적어도 2개의 돌출부를 포함하도록 고안되었다. 적어도 2개의 돌출부의 사용은 체인 휠의 회전시 복수의 반복되는 여기의 보상이나 저감을 가능하게 한다. 체인 휠의 둘레는 특히 타원형의 윤곽을 가져서, 규칙적인 간격으로 반복되는 2개의 여기, 예를 들어 4기통 직렬형 내연 엔진의 크랭크샤프트에서 발생할 수 있는 정현파 여기를 보상한다. 체인 가이드의 타원형 윤곽은 체인 가이드의 중심으로 최대 및 최소 거리의 가로세로비가 1.025보다 작고, 바람직하게는 1.01과 1.015 사이에 있다. 이 가로세로비는 타이밍 드라이브 내로 체인 휠의 톱니와 체인 가이드에 의해 전달되는 힘의 더욱 균일한 분배를 가능하게 한다. 돌출부의 수, 결과적으로 오목부의 수는 진동 작용이 영향받을 수 있는 엔진의 엔진 차수(order)에 부합하게 특별히 결정될 수 있다.

바람직한 실시예는 체인 가이드의 중심이 체인 휠의 회전 축에 배치되도록 고안되었다. 체인 휠의 회전 축에서의 체인 가이드의 중심, 즉 체인 휠의 중심의 배치로 인해, 가능한 한 균일한 질량 분배가 이루어지고, 이것은 체인 휠의 가장 바람직하게 가능한 실제 운전을 위한 기초가 된다.

본 발명에 따른 체인 휠로부터의 힘을 전동 기구에 균일하게 인가하기 위해서, 2개의 체인 가이드가 제공되고, 상기 체인 가이드는 대칭으로, 특히 하나의 체인 가이드가 체인 휠의 스프로킷의 각각의 측에 배치되도록 위치된다.

변형예는 스프로킷이 원형이고 및/또는 스프로킷의 톱니가 회전 축에 관해서 균일하게 배치되도록 고안되었다. 대부분의 종래의 타이밍 체인 드라이브에서 균일하게 배치된 톱니를 갖는 원형의 체인 휠이 사용된다. 따라서, 종래의 체인 드라이브는 주요한 구조의 변경이 필요없이 본 발명에 따른 체인 휠이 장착될 수 있다. 또한, 반경과 원주 위치에 관해 체인 휠에 불균일한 방식으로 배치되는 비원형 체인 휠이나 체인 휠 톱니를 가진 비원형 둘레 윤곽을 구비한 적어도 하나의 체인 가이드를 결합하는 것도 가능하다. 다양한 보상 효과의 중첩으로 인해, 그러한 결합은 전동 기구의 동적 하중을 한층 균일하게 할 수 있다.

바람직한 실시예는, 체인 가이드의 중심까지 체인 가이드의 비원형 윤곽의 최소 거리를 갖는 체인 휠의 톱니 간극 부분에서, 상기 최소 거리는 이 톱니 간극 부분에서 스프로킷과 맞물리는 체인 힌지의 축이 스프로킷의 피치 원 상에 배치되도록 결정되도록 고안되었다. 톱니 간극 부분은 예를 들어, 이웃하는 톱니의 톱니 정점의 중심을 통해 연장하는 2개의 반경방향 선 사이의 영역이다. 상기의 최소 거리의 선택은 힘이 체인 힌지를 통해 실질적으로 전달되도록 하며, 이것은 가능한 한 균일한 하중 분포와 체인 드라이브의 동역학의 감소를 위해 필요한 조건이다. 그러나, 체인 가이드와 체인 가이드의 중심 사이의 최대 거리는, 필수적인 힘 요소가 링크 플레이트의 접촉면과 체인 가이드의 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽을 통해 전달되도록 바람직하게 치수가 정해진다. 따라서, 이것은 최대 거리가 체인 휠의 톱니에서 체인 힌지나 체인의 상승을 아직 유발하지 않을 때 바람직하다. 톱니에서의 체인의 상승은 체인 힌지와 톱니 간극 사이의 접촉을 방해하여, 체인은 덜 효과적으로 안내되며 더 많은 소음이 발생될 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 톱니 간극은 평탄한 측면 플랭크를 가질 수 있다. 평탄한 경사를 갖는 측면 플랭크는 각각의 측면 플랭크 사이에 비교적 큰 거리, 즉 비교적 큰 톱니 간극을 발생시킨다. 톱니 간극이 클수록, 중심까지의 체인 가이드의 둘레 윤곽의 최소 및 최대 거리 사이의 차이는 더 커지고, 이것은 타이밍 드라이브에서 체인력의 변동과 하중을 저감하는 가능성을 높여준다. 체인 가이드의 중심과 비원형 윤곽 사이의 거리 변화로 인해, 톱니 간극의 중심선에 대한 힌지 중심축의 상대적 이동이 유발되고, 그렇지 않으면 발생했을 체인의 어긋난 맞물림과 체인 휠의 결과 장력이 회피되거나 적어도 감소된다.

또한, 본 발명은, 체인 힌지에 의해 결합되고 상호 평행하게 배치되는 내부 링크 플레이트와 외부 링크 플레이트를 구비하는 내부 체인 링크와 외부 체인 링크를 구비한 힌지 체인, 특히 롤러 체인, 구동 체인 휠, 및 적어도 하나의 종동 체인 휠을 포함하는 동적 하중 보상을 위한 타이밍 체인 드라이브에 관한 것으로, 동적 하중을 보상하기 위해, 상기 체인 휠 중 적어도 하나, 바람직하게는 구동 체인 휠이 본 발명의 상기의 실시예에 따른 비원형 둘레 윤곽을 가진 체인 가이드를 구비한 체인 휠로서 이용된다. 이러한 타이밍 체인 드라이브에서, 내연 엔진에 의해 도입되는 체인 드라이브의 동적 하중은 특히 공진 영역에서 더 균일하게 될 수 있고, 연관된 진동 크기는 실질적으로 저감될 수 있다.

타이밍 체인 드라이브의 구동 체인 휠과 종동 체인 휠을 가진 힌지 체인의 양호한 조합을 위해서, 힌지 체인의 내부 링크 플레이트 및/또는 외부 링크 플레이트는 체인 가이드의 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽 상에 지지하기 위한 접촉면이 제공된다. 힌지 체인의 이동 방향에 실질적으로 평행한 내부 및/또는 외부 링크 플레이트의 배치는 연관된 체인 링크의 힌지들 사이의 소음 저감 움직임의 발생을 허용한다. 간단한 링크 플레이트 형상에 더하여, 링크 플레이트의 외측 에지가 체인의 이동 방향으로 상호 평행하게 연장할 때, 내부 및 외부 링크 플레이트는 예를 들어, 중간(waisted) 링크 플레이트로 구현되거나, 다른 적절한 형상을 갖도록 구현될 수도 있다. 균일한 지지 외곽을 갖는 체인 가이드의 반경에 적용되는 중간 링크 플레이트는 체인이 체인 휠에 맞물릴 때 발생되는 소음 뿐만 아니라 체인 링크 플레이트의 접촉면과 체인 힌지 사이의 힘 분배나 힘 전달의 하중 윤곽을 더욱 균일하게 할 수 있다. 또한, 중간 링크 플레이트 형상은 링크 플레이트와 체인 가이드 사이의 최대 표면 압력을 감소시킨다. 또한, 다른 링크 플레이트 형상과 체인 휠 부분의 외곽은, 타이밍 드라이브에서의 체인력을 더 균일하게 할 뿐만 아니라 소음과 진동을 감소시킬 수 있도록 상호 형성될 수 있다.

타이밍 체인 드라이브의 바람직한 실시예는, 구동 체인 휠에 적어도 하나의 체인 가이드가 제공되고 내연 엔진의 크랭크샤프트 상에 배치되며, 구동 체인과 구동 체인 휠 사이의 접촉 접점이, 구동 체인 휠에서 최고의 모멘트가 발생할 때, 구동 체인과 접촉하는 돌출부 및 구동 체인과 아직 접촉하지 않은 다음의 비돌출부 사이의 실질적으로 중앙에 배치되도록 고안되었다. 구동 체인 휠에서 최고의 모멘트가 발생할 때, 구동 체인은 하중 측에서 최고의 속도로 이동할 것이다. 구동 체인과 구동 체인 휠 사이의 접촉 접점은 구동 체인 휠의 피치 원과 하중 측의 구동 체인을 통하는 접선의 접촉점이다. 따라서, 힘 도입의 위치에서 직접 타이밍 드라이브의 하중을 저감할 수 있고, 체인 가이드의 비원형 둘레 윤곽의 추가의 여기에 의해 공진 영역에서 특히 진동 크기를 저감할 수 있다. 돌출 및 비돌출부의 수는 억제되는 진동 차수에 따라 다르다. 억제되는 진동의 수는 돌출부의 수와 일치하고, 따라서 비돌출부의 수와도 일치한다. 최고 모멘트가 발생하는 시점에서 접촉 접점의 정확한 지점은 타이밍 체인 드라이브, 내연 엔진, 진동 여기 및 다른 부작용의 각각의 특성을 고려한 교정 요소에 따라 결정되며, 돌출부와 다음의 비돌출부 사이의 접촉점의 중앙 위치는 돌출부와 비돌출부 사이의 각도의 ±10%, 바람직하게는 ±5% 정도 변할 수 있다.

내연 엔진이 4기통 엔진이라면, 체인 가이드는 타원형 윤곽으로 형성될 수 있고, 구동 체인과 접촉하는 돌출부는 접촉점에 대해 약 45˚변위되도록 배치될 수 있다. 45˚변위된 타원형의 체인 가이드 윤곽에 의해, 두 번째 차수 진동의 진동 크기는 크게 감소될 수 있고, 이 경우에도 정확한 지점은 부작용을 고려하기 위한 각각의 교정 요소에 따라 결정되는데, 변경 폭은 ±9˚, 바람직하게는 ±4.5˚까지이다. 따라서, 체인 가이드의 추가의 여기는 피스톤에 의해 발생된 여기 피크들 사이의 각도 지점의 절반에서 타원형 체인 가이드 윤곽에 의해 체인 드라이브에 적용되고, 따라서 두 번째 차수 진동 크기는 감소된다.

도 1은 2개의 체인 휠을 가진 체인 드라이브의 평면도이다.

도 2는 도 1에 따른 체인 가이드를 가진 체인 휠의 평면도이다.

도 3은 도 1의 III-III 부분을 따른 도 2의 체인 가이드를 가진 체인 휠을 통하는 단면도이다.

도 4는 구동 체인이 최소 범위로 체인 가이드에 지지되는 상태에서 도 1에 따른 체인 가이드를 가진 체인 휠의 상세도이다.

도 5는 구동 체인이 최대 범위로 체인 가이드에 지지되는 상태에서 도 1에 따른 체인 가이드를 가진 체인 휠의 상세도이다.

도 6은 도 1에 따른 체인 드라이브의 동적 하중을 시간에 대한 체인 휠의 지지력을 나타낸 도표이다.

다음으로, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세히 설명한다.

도 1은 2개의 체인 휠(2, 3)과 이 체인 휠(2, 3) 둘레에 배치되는 순환식 구 동 체인(4)을 가진 간단한 체인 드라이브(1)를 도시한다. 구동 체인의 부하 측에는 가이드 레일(5)이 제공되어, 체인 휠(2, 3) 사이에서 구동 체인(4)을 지지한다. 구동 체인(4)의 무부하 측에는 부가의 장력 레일(6)이 제공되어, 외측으로 향하는 사전 장력을 구동 체인(4)에 인가한다. 상기 사전 장력을 인가하기 위해, 장력 레일(6)은 적절하게 지지되고(미도시), 장력 장치(미도시)에 연결된다.

작은 체인 휠(2)은, 회전 축, 즉 체인 휠(2)의 중심(M2)의 둘레에 원형으로 배치된 18개의 톱니(17)를 가진 스프로킷(7)과 체인 가이드(8)를 구비하고, 지지 외곽(9)의 원주는 비원형의 윤곽을 갖는다. 큰 체인 휠(3)은 36개의 톱니(17)를 가진 스프로킷(7)을 구비하고, 이 스프로킷(7)은 회전 축, 즉 체인 휠(3)의 중심(M3)의 둘레에 마찬가지로 원형으로 배치된다. 구동 체인(4)에는, 예를 들어 3/8''의 피치를 갖는 70개의 체인 링크(10)가 제공된다.

도 1에 도시된 간단한 체인 드라이브(1)는 4기통 직렬형 왕복 피스톤 내연 엔진의 최소 타이밍 체인 드라이브로서 기능할 수 있다. 작은 체인 휠(2)은 내연 엔진의 크랭크샤프트(미도시)에 연결되고, 큰 체인 휠(3)은 내연 엔진의 캠샤프트(미도시)에 연결된다.

도 2는 구동 체인(4)이 없는 체인 가이드(8)를 가진 작은 체인 휠(2)의 확대도를 도시한다. 체인 휠(2)의 스프로킷(7)에 대해 측방으로 돌출하는 체인 가이드(8)에는 체인 가이드(8)의 둘레를 형성하는 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽(9)이 제공되고, 링크 플레이트(13, 14)의 접촉면(15)이 상기 지지 외곽(9) 상에 지지된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 체인 가이드는 2개의 돌출부(A)를 갖는 타 원으로 구현되고, 체인 휠(2)의 수평방향 표현 직경 a는 체인 휠(2)의 수직방향 표현 직경 b보다 크다. 도 2에 도시된 타원형의 체인 가이드(8)는 균일한 곡면의 지지 외곽(9)을 갖고, 지지 외곽(9) 그 자체가 체인 가이드(8)의 둘레를 형성한다. 지지 외곽의 이러한 균일한 곡면 뿐만 아니라, 지지 외곽(9)의 표면은 EP 1 184 593 B1에 도시된 체인 가이드 변형예에 따라 각각의 체인 링크(10)의 링크 플레이트(13, 14)의 각각의 형상과 조합하도록 선형, 오목 또는 볼록면 형상으로 제공될 수 있다. 이 선형, 오목 또는 볼록면 형상은 하나의 톱니에서 다음 톱니까지 규칙적으로 반복되어, 적어도 하나의 돌출 부분 또는 지점이 항상 하나의 톱니에서 다음 톱니까지 형성된다. 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽이 이런 식으로 형성될 때, 체인 가이드의 둘레는 연속적인 곡면 형상을 갖는 돌출 부분의 연결에 의해 형성된다. 따라서, 체인 가이드(8)에 끼워 맞추기에 딱 맞을 정도의 크기의 최소 원주/체적 비를 갖는 개구로서 둘레가 형성되고, 체인 가이드(8) 부분과 연관되는 지지 외곽의 각 돌출 부분은 필수적으로 둘레에 접촉한다.

도 3은 구동 체인(4)의 맞물림 상태에서 도 1의 III-III 선을 따라 체인 휠(2)을 관통하는 부분을 도시한다. 이 단면도는 체인 휠(2)이, 둘레에 외측으로 돌출하는 톱니(17)를 가진 스프로킷(7)이 배치되는 중앙부, 힌지 슬리브(11), 및 톱니(17)와 맞물리는 힌지 슬리브(11)에 배치되는 롤러 체인의 롤러로 구성되는 것임을 명확히 보여준다. 인접하는 체인 링크(10)와 상호 연결되는 힌지 핀(12)은 힌지 슬리브(11)를 통해 연장한다. 내부 링크 플레이트(13)와 외부 링크 플레이트(14)는 적어도 체인 휠(2)에 면하는 측에 접촉면(15)을 가지고, 이 접촉면(15)은 체인 휠(2)의 양측에 제공되는 체인 가이드(8)의 지지 외곽(9) 상에 지지된다. 도 3에 도시된 체인 가이드(8) 뿐만 아니라, 체인 가이드는 체인 휠(2)의 중앙부를 넘어 측방으로 돌출하는 타원형의 링으로도 구현 가능하다.

도 4 및 도 5는 구동 체인(4)의 맞물림 상태에서 체인 휠(2)의 확대 상세도를 다시 보여준다. 체인 드라이브(1)에서, 체인 휠(2)과 구동 체인(4) 사이에는 체인 휠(2)의 체인 가이드(8)와 스프로킷(7)을 통해 체인력 저감이 발생하고, 체인력의 분배가 체인 가이드(8)의 지지 외곽(9)의 순간적인 위치에 의해 필수적으로 결정된다. 체인(4)의 정상적인 위치에서, 톱니에서의 체인력 저감이 처음의 4개 내지 5개 맞물림 톱니를 통해 발생한다. 도 4는 타원형의 둘레 윤곽을 가지는 체인 가이드(8)의 최소 직경 b가 구동 체인(4), 즉 각 체인 링크(10)의 내부 및 외부 링크 플레이트(13, 14)에 완전히 맞물리는 체인 휠(2)의 위치를 보여준다. 체인 휠(2)과 맞물리는 체인 링크(10)의 힌지 슬리브(11)는 스프로킷(7)의 톱니 간극(16)과 최적의 끼워맞춤 접촉을 하는데, 즉 체인 힌지의 힌지 축이 스프로킷(7)의 피치 원 상에 배치된다. 이 배치에서, 체인 휠(2)로부터 구동 체인(4)으로의 힘 저감이, 스프로킷(7)과 체인 힌지의 접촉을 통해, 링크 플레이트(13, 14)와 체인 가이드(8) 사이의 접촉을 통한 최소 범위까지만 발생한다.

그러나, 도 5는 체인 휠(2) 상에서 구동 체인(4)의 극단적인 위치를 보여주는데, 이 위치에서 타원형의 체인 가이드(8)의 최대 직경 a가 구동 체인(4)과 맞물리는 체인 휠(2)의 처음의 (4개 내지 5개의) 톱니(17) 상에 특별히 작용한다. 지지 외곽(9)의 높이, 즉 체인 가이드(8)의 돌출부(A)는 구동 체인(4)이 체인 휠(2) 의 톱니에 올라가는 것이 방지되도록 결정된다. 톱니(17) 사이에서 체인 힌지나 체인이 올라가는 것은 체인 휠(2)과 체인 가이드(8)의 중심(M2)으로의 최대 및 최소 거리(a/2, b/2)의 가로세로비 뿐만 아니라 톱니 간극(16)의 형상에 따라서도 달라진다. 체인 가이드(8)의 본 타원형 윤곽의 경우, 최대 직경 a과 최소 직경 b 사이의 가로세로비는 1.025보다 작고, 바람직하게는 1.01과 1.015의 사이이다. 최소 직경 b의 경우, 중심(M2)으로의 거리 b/2는 링크 플레이트(13, 14)와 지지 외곽(9) 사이의 최소 힘 접촉이 여전히 발생하는 거리로 간주될 수 있고, 이 지지 외곽은 비돌출부(B)로 참조된다. 지지 외곽(9)의 과도하게 큰 높이(a/2)가 선택되면, 체인, 즉 체인 힌지가 톱니를 올라가고, 이것은 체인의 동작 특성과 마모에 부정적인 효과를 가져올 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 지지 외곽(9)의 높이(A)가 효과적으로 되면, 링크 플레이트(13, 14)의 접촉면(15)과 체인 가이드(8)의 지지 외곽(9) 사이의 최대 접촉력이 발생한다. 체인 휠(2)의 톱니 간극(16)에 위치한 처음의 체인 힌지는 구동 체인(4)과 체인 휠(2) 사이의 힘 저감에 약간 기여할 뿐이다. 부가의 톱니 간극(16)의 경우, 체인 힌지의 힌지 슬리브(11)와 톱니 간극(16) 사이의 접촉점은 톱니 플랭크의 방향으로 변위된다. 링크 플레이트(13, 14)에 작용하는 최대 접촉력은 스프로킷과 체인 힌지 사이의 접촉력에 가까운 크기에 도달할 수 있다. 링크 플레이트(13, 14)와 체인 휠(2)의 체인 가이드(8) 사이의 접촉력 뿐만 아니라 구동 체인(4)의 체인 힌지와 체인 휠(2)의 스프로킷 사이의 접촉력의 비균일 분배는, 지지 외곽(9), 즉 체인 가이드(8)의 둘레의 비원형 윤곽의 상기 부분(A)이 적절하게 배치될 때, 특히 공진점 부근에서 체인 드라이브(1)의 동적 하중을 저감할 수 있고, 모터 차량의 NVH 작용이 실질적으로 개선될 수 있다.

체인 가이드의 비원형 둘레 윤곽은, 특히 지지 외곽(9)의 비교적 높은 돌출부(A)의 경우, 구동 체인(4)의 어긋나는 맞물림과 체인 휠(2) 상에 장력을 유발한다. 그러한 어긋나는 맞물림이 발생하는 경우, 체인(4)에 대한 부정적인 효과는 스프로킷(7)의 각 부분에 톱니 플랭크 외곽, 특히 비대칭 톱니 형상을 적용함으로써 완화될 수 있다.

도 6은 드라이브 휠, 즉 타이밍 체인 드라이브로 사용될 때 체인 휠(2)의 지지력의 변동 형태로 체인 드라이브(1)에 가해지는 동적 하중을 보여준다. 도 6에 도시된 도표는 (공진 속도보다 약 10% 작은) 분당 1233회전의 속도에서의 도 1에 도시된 체인 드라이브(1)에 기초한 시뮬레이션에 근거한 것이다. 이 도표에서, 커브 I은 체인 휠(2) 상에 어떤 체인 가이드(8)와 체인 가이드(8)의 돌출부(A)의 상이한 위치에서 발생하는 종방향 힘이 없는 지지력 특성을 보여준다. 커브 II는 0˚의 각도 위치에 대응하는 최대 여기(excitation)의 동일한 각도 위치에서 체인 가이드의 돌출부(A)의 위치를 보여주고, 커브 III의 경우에 상기 부분(A)이 그에 대해 45˚ 변위되고, 커브 IV의 경우에는 그에 대해 90˚ 변위되어 있다. 어떤 체인 가이드(8)도 없는 동적 지지력의 특성과 비교하여(커브 I), 체인 드라이브(1)의 동적 하중의 개선이 비원형 둘레 윤곽을 갖는 체인 가이드(8)에 의해 최대 여기(커브 II와 III)에 대해 0˚와 45˚의 각도 위치에서 달성된다. 지지 외곽(9)의 돌출부(A)의 바람직한 위치, 즉 90˚의 각도 위치에 대응하는 (크랭크샤프트에 의한) 체인 휠(2)의 여기의 최대값들 사이에서, 체인 휠(2)의 동적 지지 하중의 크기는 체인 가이드(8)에 의한 보상 없이 발생하는 하중에 대해 30% 감소된다.

체인 드라이브(1) 상의 동적 하중이 체인 휠(3)에서의 출력 토크에 중첩되면, 본 발명에 따른 체인 가이드(8)를 가진 체인 휠(2)은 10% 크기의 지지력 저감을 달성한다.

Claims (16)

1. 회전 축, 상기 회전 축 둘레에 배치되고 복수의 원주 방향으로 분배되는 교호의 톱니(17)와 톱니 간극(16)을 갖는 스프로킷(7), 및 적어도 하나의 체인 가이드(8)를 구비하고, 상기 스프로킷(7)과 상기 체인 가이드(8)는 고정하여 결합되고, 상기 고정된 체인 가이드(8)는 체인 가이드(8)의 원주 상에 원주 방향으로 연장하고 링크 플레이트(13, 14)의 접촉면(15) 상에 지지하기 위한 지지 외곽(9)을 형성하는 표면이 제공되고, 상기 지지 외곽(9) 또는 그 돌출 부분은 상기 체인 가이드(8)의 둘레를 구성하는 곡면 원주를 따라 연장하는 체인 휠(2, 3)에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 둘레는 상기 스프로킷의 톱니(17)와 톱니 간극(16)에 대해 고정되는 비원형 윤곽(profile)을 가지는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 중심(M2)과 둘레 사이의 거리는, 상기 비원형 윤곽을 형성하도록 하나의 톱니에서 다음 톱니까지 적어도 부분적으로 변하는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 둘레는 적어도 2개의 돌출부(A)를 포함하는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 둘레는 타원형 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 타원형 윤곽은, 체인 가이드(8)의 중심(M2)으로의 최대 및 최소 거리의 가로세로비가 1.01 내지 1.025인 것을 특징으로 하는 체인 휠.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 중심(M2)은 상기 체인 휠(2, 3)의 중심 축에 위치되는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   2개의 체인 가이드(8)가 제공되고, 상기 체인 가이드(8)는 상기 체인 휠(2, 3)의 각 측에 배치되도록 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 스프로킷(7)의 톱니(17)는 상기 체인 휠(2, 3)의 회전 축 둘레에 균일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 체인 가이드(8)의 중심(M2)으로 체인 가이드(8)의 비원형 윤곽의 최소 거리를 갖는 체인 휠의 톱니 간극 부분에서, 상기 최소 거리는 이 톱니 간극 부분에서 상기 스프로킷(7)과 맞물리는 체인 힌지의 축이 상기 스프로킷(7)의 피치 원 상에 배치되도록 결정되는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 톱니 간극(16)은 평탄한 측면 플랭크를 갖는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 스프로킷(7)은 비대칭의 톱니 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 체인 휠.
12. 체인 힌지에 의해 결합되고 상호 평행하게 배치되는 내부 링크 플레이트(13)와 외부 링크 플레이트(14)를 포함하는 내부 체인 링크와 외부 체인 링크를 구비한 힌지 체인(4), 구동 체인 휠(2), 및 적어도 하나의 종동 체인 휠(3)을 포함하는 동적 하중 보상을 위한 타이밍 체인 드라이브(1)에 있어서,

    상기 동적 하중을 보상하기 위해, 상기 체인 휠(2, 3) 중 적어도 하나가 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 체인 휠로서 기능하는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인 드라이브.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 내부 링크 플레이트(13) 또는 상기 외부 링크 플레이트(14)에는 상기 체인 가이드(8)의 원주 방향으로 연장하는 지지 외곽(9) 상에 지지하기 위한 접촉면(15)이 제공되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인 드라이브.
14. 청구항 13에 있어서,

    상기 내부 링크 플레이트(13) 또는 상기 외부 링크 플레이트(14)의 접촉면(15)은 상기 힌지 체인(4)의 이동 방향에 평행하게 필수적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인 드라이브.
15. 청구항 12에 있어서,

    상기 구동 체인 휠(2)은 적어도 하나의 체인 가이드(8)가 제공되고 내연 엔진의 크랭크샤프트 상에 배치되며, 상기 구동 체인(4)과 구동 체인 휠(2) 사이의 접촉 접점이, 상기 구동 체인 휠(2)에서 최고의 모멘트가 발생할 때, 상기 구동 체인(4)과 접촉하는 돌출부(A) 및 상기 구동 체인(4)과 아직 접촉하지 않은 다음의 비돌출부(B) 사이의 실질적으로 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인 드라이브.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 내연 엔진은 4기통 엔진이고, 상기 체인 가이드(8)는 타원형의 윤곽으로 형성되고, 상기 구동 체인과 접촉하는 돌출부(A)는 접촉 접점에 대해 약 45˚변위되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 타이밍 체인 드라이브.

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