KR101136692B1 - 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치 - Google Patents

자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치는, 제1 돌출 부재(300)를 갖는 제1 스프로킷 부재(600); 제2 돌출 부재(401)를 갖는 제2 허브 부재(400); 및 연결 부재(150)에 의해 연결된 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 한편, 2개의 제2 돌출 부재(401) 사이에 적어도 하나의 제1 돌출 부재가 배치됨으로서 획정된 수납부(601) 내에 배치되는 적어도 하나의 탄성 진동 차단 장치(10)를 포함하고, 제1 부분 및 제2 부분 각각의 가장자리는 제1 돌출 부재나 제2 돌출 부재에 인접하게 배치된 챔퍼(175, 176)를 구비하며, 제1 부분 및 제2 부분 각각은 이들 제1 부분 및 제2 부분 각각의 외면에 배치된 돌출 부재(102, 104, 204, 205)를 구비하여, 제1 부분 및 제2 부분에 가해지는 압축력이 제1 부분 및 제2 부분 각각에 굽힘 모드를 야기하게 하며, 제1 부분 및 제2 부분 각각은 이들 제1 부분 및 제2 부분 각각의 외면에 배치된 여유부(40, 50, 60)를 구비하여, 제1 부분 및 제2 부분이 압축력을 받을 시에 팽창할 수 있도록 되어 있다.
이륜 자동차, 스프로킷, 진동, 압축력, 변속, 탄성 고무, 비틀림, 굽힘

Description

자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치{MOTORCYCLE WHEEL ISOLATOR}
본 발명은 휘일 진동 차단 장치(wheel isolator)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 여유부 및 돌출형 굽힘 모드 부재를 갖는 탄성 부재를 포함하는 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치에 관한 것이다.
진동 차단 장치는 탑승자에게 전달될 수 있는 노이즈, 바이브레이션 및 하니스(NVH: noise, vibration and harness)를 감소시키도록 자동 이륜차의 후륜 구동 장치에 이용되고 있다.
대표적인 종래 기술로는, 드리븐 플랜지(driven flange)가 조립되어 있는 한편 어떠한 금속 접촉 소음도 생성하지 않은 동력 전달 기구를 개시하는 미국 특허 제6,516,912B2호가 있다. 드리븐 플랜지는 엔진측 플랜지와 휘일측 플랜지로 분할된다. 엔진측 플랜지는 강 단조품으로 이루어질 수 있고 휘일측 플랜지는 알루미늄 단조품으로 이루어질 수 있다. 엔진측 플랜지는 베벨 기어와 일체적으로 회전하는 최종 기어에 스플라인 이음된다. 또한, 휘일측 플랜지에는 등간격으로 개구들이 형성되고, 이 개구 내에는 나사 형성 구멍을 갖는 블록이 압입된다. 게다가, 엔진측 플랜지, 휘일측 플랜지 및 블록은 볼트에 의해 함께 일체적으로 연결된다.
필요한 것은 여유부 및 돌출형 굽힘 모드 부재를 갖는 탄성 부재를 포함하는 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치이다. 본 발명은 이러한 필요성을 충족시킨다.
본 발명의 주요 양태는, 여유부 및 돌출형 굽힘 모드 부재를 갖는 탄성 부재를 포함하는 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 양태들은 이하의 본 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면에 의해 지시되거나 보다 명백해질 것이다.
본 발명은 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치를 포함하며, 이 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치는, 제1 돌출 부재를 갖는 제1 스프로킷 부재; 제2 돌출 부재를 갖는 제2 허브 부재; 및 연결 부재에 의해 연결된 제1 부분 및 제2 부분을 구비하는 한편, 2개의 제2 돌출 부재 사이에 적어도 하나의 제1 돌출 부재가 배치됨으로써 획정된 수납부 내에 배치되는 적어도 하나의 탄성 진동 차단 장치를 포함하고, 제1 부분 및 제2 부분 각각의 가장자리는 제1 돌출 부재나 제2 돌출 부재에 인접하게 배치된 챔퍼(chamfer)를 구비하며, 제1 부분 및 제2 부분 각각은 이들 제1 부분 및 제2 부분 각각의 외면에 배치된 돌출 부재를 구비하여, 제1 부분 및 제2 부분에 가해지는 압축력이 제1 부분 및 제2 부분 각각에 굽힘 모드를 야기하게 하며, 제1 부분 및 제2 부분 각각은 이들 제1 부분 및 제2 부분 각각의 외면에 배치된 여유부를 구비하여, 제1 부분 및 제2 부분이 압축력을 받을 시에 팽창할 수 있도록 되어 있다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은 상세한 설명과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하여 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술을 도시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 폭 방향(W)으로는 3점 굽힘이 길이 방향(L)으로는 2점 굽힘이 이루어지는 복합 굽힘 모드를 도시한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 길이 방향(L)에서의 단순한 2점 굽힘 모드를 도시한다.
도 4는 탄성 블록 조립체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 진동 차단 장치의 사시도이다.
도 6은 진동 차단 장치 조립체의 상세도이다.
도 7은 대안적인 실시예이다.
도 8은 진동 차단 장치 조립체(10)의 측면도이다.
도 9는 도 5에 도시한 탄성 블록 조립체의 평면도이다.
도 10은 도 9의 10-10에서 본 단부도이다.
도 11은 휘일 스프로킷 진동 차단 장치의 분해도이다.
본 발명의 자동 이륜차용 후륜 진동 차단 장치는 자동 이륜차의 작동 중이나 기어 변환 중에 비틀림 진동 및 비틀림 충격 하중을 여과 또는 감소시킨다. 이러한 진동 차단 장치의 이점은 동적 과도 이벤트(dynamic transient events) 동안에, 즉 고속 다운시프팅 및 하드 런치(hard launch)와 같은 변속기의 속도 변환 동안에 가장 잘 드러난다. 그러한 이벤트 시에, 충격 하중(토크)은 연질 고무 쿠션 블록 에 의해 흡수될 수 있다. 그러나, 진동 차단 장치의 적절한 설계에 있어서의 어려움은 낮은 비틀림 강도 및 낮은 축방향 힘과 같은 상충하는 목표들이다.
고무 엘라스토머 재료는 실질적으로 비압축성이기 때문에, 낮은 비틀림 강도는 큰 충격 토크를 받을 시에 큰 축방향 변위를 수반한다. 이러한 상황에서, 고무제 진동 차단 장치는 접선 방향으로 압축되어, 다른 방향, 즉 반경 방향 및 축방향으로 팽창하도록 유동할 것이다. 이러한 축방향 팽창은 엑슬 베어링 수명에 해로울 것이다. 이는 진동 차단 장치 베어링이 주로 벨트 장력에 의해 야기되는 허브 하중(접선 방향 하중)을 책임지도록 선택되는 반면, 그 축방향 힘의 한계는 비교적 낮기 때문이다. 축방향 하중은 휘일의 축선에 평행한 방향으로 된다. 진동 차단 장치의 부적절한 설계는 통상 과도한 축방향 힘으로 인한 엑슬 베어링의 조기 손상을 초래할 것이다.
다른 요건은 내구성이다. 연질(탄성계수가 낮은) 고무제 진동 차단 장치의 경우, 고무의 변형 및 스트레인이 현저하여, 작동 수명을 단축시킬 것이다. 예를 들면, 종래의 진동 차단 장치의 구조는 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 도시한 바와 같이 위치 설정 핀(P1, P2)을 서로 인접하게 배치하고 있다. 압축 하중(F)을 받을 시에, 블록(AA)의 축방향 팽창은 한쌍의 핀(P1, P2)에서 압축 모드를 초래할 것이다.
본 발명의 진동 차단 장치의 원리는 굽힘 모멘트에 의해 생성되는 힘이 압축에 의해 생성되는 것보다 훨씬 작다는 점에서 축방향 하중을 압축 모드에서 굽힘 모드로 전환하는 데에 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c에서는 폭 방향(W)으로는 3점 굽힘이 길이 방향(L)으로는 2점 굽힘이 이루어지는 복합 굽힘 모드를 나타내고 있다. 이러한 구성은, 축방향 힘을 감소시키기 위한 가장 유효한 수단으로서, 전체 길이(L) 치수가 제한된다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c에서는 길이 방향(L)에서의 단순한 2점 굽힘 모드를 타내고 있다. 이러한 구성이 고무제 진동 차단 장치 부분의 안정성을 증가시키지만, 굽힘 모드를 보다 효율적이게 하기 위해서는 도 2b의 모드보다 길이 방향으로 다소 더 많은 공간이 요구된다.
본 명세서에서 설명하는 굽힘 모드 기법을 이용함으로써 50%에 이르는 축방향 힘의 감소를 달성할 수 있다. 축방향 힘은 도 2 및 도 3 각각에서 축선 A-A를 따라 작용한다.
도 4에서는 탄성 블록 조립체의 사시도를 도시하고 있다. 완전한 진동 차단 장치는 복수의 탄성 고무제 진동 차단 장치 블록 조립체(10)를 포함한다(도 8 참조). 제1 블록(100)은 이 제1 블록(100)이 차량의 전진 구동을 위해 구성되어 있기 때문에 제2 블록(200)보다 크다. 제2 블록은 예를 들면 다운시프트 이벤트 중에 차량의 후진 구동을 위한 것이다. 제1 블록과 제2 블록 사이에는 돌출 부재(300)가 맞물린다(도 11 참조).
본 발명의 진동 차단 장치의 중요한 양태는 압축 하중 하에서 돌출 부재들이 탄성 요소(10)와 어떠한 식으로 접촉하게 되냐는 점이다. 이는 본 명세서에서 설명하는 굽힘 모드 및 여유부 외의 것이다. 종래의 구조는 압축 하중 하에서 돌출 부재의 가장자리가 탄성 블록 내로 파고들어, 궁극적으로는 블록(100, 200)에 크랙을 초래한다는 단점을 갖고 있다. 이를 피하기 위해 본 발명은 3가지 해법을 갖고 있다.
먼저, 각 블록(100, 200)의 저부 모서리를 핀칭(pinching)하는 것을 방지하기 위해, 챔퍼(175, 176)를 사용하여 저부 가장자리가 돌출 부재(300) 또는 돌출 부재(401)와 접촉하는 것을 방지한다(도 11 및 도 4 참조). 이어서, 연결 부재(150)에 인접한 오목 리세스가 돌출 부재에서의 리세스와 조합된다(도 5 및 도 6 참조). 마지막으로, 연결 부재(150)를 돌출 부재 위에서 연장시킨다(도 7 참조). 이러한 각각의 특징적 구조는 단독으로 또는 조합하여 이용될 수 있다.
도 5에서는 본 발명의 진동 차단 장치의 사시도를 도시하고 있다. 진동 차단 장치는 복수의 탄성 블록을 포함한다(도 11 참조). 도 5는 2개의 탄성 블록, 즉 제1 블록(100) 및 제2 블록(200)을 상세하게 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 제1 블록(100)은 이 제1 블록(100)이 차량의 전진 구동을 위해 구성되어 있기 때문에 제2 블록(200)보다 더 크다. 제2 블록(200)은 예를 들면 다운시프트 이벤트 중에 차량의 후진 구동 부하를 위한 것이다. 이들 제1 블록과 제2 블록 사이에는 금속제 돌출 부재(300)가 맞물린다.
각각의 돌출 부재(300)의 상부에는 리세스(301)가 드롭 브리지(drop bridge)를 형성하도록 배치되어 있다. 연결 부재(150)는 제1 블록(100)과 제2 블록(200) 사이에 배치된다. 연결 부재(150)는 리세스(301)를 통과해 연장함으로써 제1 블록(100)을 제2 블록(200)에 연결한다. 연결 부재(150)는 블록(100) 및 블록(200) 과 동일한 재료로 이루어진다.
블록(100, 200)의 조성물은 이하의 재료 또는 그들의 둘 이상의 조합을 비롯한 적절한 천연 또는 합성 고무로 이루어질 수 있다.
(1) NR, BR, SBR, IIR, CR 및 NBR과 같은 통상의 디엔 엘라스토머. 당업계에 공지된 바와 같이, 이들 엘라스토머는 일반적으로 황 및 황계 경화 촉진제를 포함하는 열 활성 경화 시스템에 의해 가황 처리된다. 그러나, 그러한 엘라스토머로 조제된 고무는 내열성 및 내오존성의 측면에서 한계가 있다.
(2) EPM, EPDM, HNBR, AEM, 플루오로 고무 및 규소수지 고무와 같은 고성능 엘라스토머. EPM 및 EPDM은 에틸렌-알파-올레핀족의 일원으로서, 내열성이 높고 충전재를 혼입시키기가 용이한 한편 비교적 저렴하다는 점에서 진동 차단 장치를 위해 바람직하다.
엘라스토머 화합물은 또한 카본 블랙 충전재, 항산화제, 복합 마찰 계수(compound friction co-efficiency)를 낮추기 위한 내부 윤활제 및 경화제와 같은 보강 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들 각각에 대해서는 당업계에 공지되어 있다. 경화제는 황계 경화 촉진제, 과산화물 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
도 6에서는 진동 차단 장치 조립체의 세부 구조를 나타내고 있다. 오목 리세스(201)가 블록(200)의 외면에 배치된다. 블록(200)에서 오목 리세스(201)의 실질적으로 반대측의 외면에는 오목 리세스(203)가 배치된다. 블록(100)의 외면에는 오목 리세스(203)에 실질적으로 대향하게 실질적으로 오목 리세스(101)가 배치된다.
오목 리세스(101, 201, 203)는 곡률 중심(C)에서 대한 반경선(R)에 대해 실질적으로 직각으로 연장한다. 오목 리세스(101, 201, 203)는 예를 들면 다운시프트 중에 압축 하중을 받는 경우에 블록(200)이 팽창할 수 있게 하는 수단을 제공한다. 또한, 제2 블록(200) 상의 오목 리세스(201, 203)의 쌍은 2개의 별개의 하중 작용 경로를 생성하여, 제2 블록(200)의 중간 섹션에 전달되는 힘을 최소화함으로써 압축 하중을 받을 시에 블록 재료의 유동을 감소시킨다.
리세스(301)를 연결 부재(150)와 조합함으로써, 돌출 부재(300)는 블록 접촉 영역의 전체 폭을 지나 연장한다. 따라서, 종래 기술의 진동 차단 장치에서 볼 수 있었던 블록(100, 200) 각각의 저부 모서리 핀칭이 제거된다.
도 7에는 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 돌출 부재(300) 상의 리세스(301)를 이용하는 대신에, 돌출 부재(300) 둘레로 연장하는 커넥터(151)를 고무 블록(100, 200)들 사이에 이용한다. 이러한 대안적인 실시예에서는 도 5에 도시한 실시예에서의 리세스(301)는 생략된다. 돌출 부재(300)의 폭(W1)은 돌출 부재(300)가 휘일 허브(400)와 접촉하는 것을 방지하도록 미리 결정하여, 작동 중에 커넥터(151)가 스프로킷(600)과 휘일 허브(400) 사이에서 손상 또는 핀칭되는 것을 방지하기에 충분한 틈새를 남기게 된다(도 11 참조).
오목 리세스(101, 203)도 생략된다. 돌출 부재(300)의 폭 치수(W1)는 제1 블록(100)의 폭(W2)보다 약간 커, 인접한 금속 패들들 사이에 블록(100) 및 블록(200)이 핀칭되는 것을 방지한다.
도 8에서는 수납부(601) 내에 수용된 진동 차단 장치 조립체(10)의 측면도를 나타내고 있다(도 11 참조). 예비 체적 기법(reversed volume technique)이 또한 본 발명의 구조에 이용된다. 각각의 블록(100, 200)의 외면에 배치된 여유부(40)가 압축 하중 또는 토크가 없는 상태에서 존재한다. 토크(t)는 작용하는 힘(F)과 모멘트 팔(L)의 곱이다. 힘(F)은 진동 차단 장치 스프로킷에 맞물린 차량 벨트(B)에 의해 전달되는 접선 방향 하중이다(도 11 참조).
최대 토크 상태 하에서, 각각의 여유부(40)는 각 블록(100, 200)이 압축력을 받아 팽창함으로서, 블록(100, 200)의 재료로 "채워"진다. 각각의 여유부의 세부 형상은 최대 토크뿐만 아니라, 휘일과 스프로킷 사이에 생성되는 전체적 기하학적 공동에 기초하여 개량될 수 있다. 이러한 기법은 진동 차단 장치의 비틀림 강성을 감소시켜 진동 차단 장치를 보다 효율적이고 내구성 있게 한다.
도 9에서는 도 5 및 도 8에 도시한 진동 차단 장치 조립체의 평면도를 나타내고 있다. 여유부(50)는 블록(100, 200)과 수납부(601)의 측부 사이에 배치된다(도 11 참조). 수납부(601)는 스프로킷(600)에 배치된다(도 11 참조).
돌출 부재(204, 205)는 블록(200)이 수납부(601) 구획의 측부로부터 "떨어져 있게" 할 수 있다. 돌출 부재(103, 104)는 블록(100)이 수납부(601) 구획의 측부로부터 "떨어져 있게" 할 수 있다. 각각의 돌출 부재(204, 205, 103, 104) 및 이들 각각의 위치는 블록(100) 및 블록(200)이 각각 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같은 굽힘 모멘트를 받게 한다.
도 10에서는 도 9의 10-10에서 본 단부도를 나타내고 있다. 여유부(60)는 여유부(40, 50)와 동일한 용도를 갖는 데, 다시 말해 블록(100, 200)이 압축 하중 을 받을 시에 여유부(40, 50, 60) 내로 팽창할 수 있다. 수납부(601) 내에서 진동 차단 장치의 만곡 형상으로 인해, 도 10에서 연결 부재(150)는 보이지 않는다.
도 11에서는 휘일 스프로킷용 진동 차단 장치의 분해도를 나타내고 있다. 자동 이륜차의 최종 구동 장치에 이용되는 스프로킷은 휘일 허브(400)와 협동적으로 맞물리는 스프로킷(600)을 포함한다. 스프로킷(600)은 축선, 즉 회전 축선(A-A)으로부터 반경 방향으로 연장하는 편평한 금속 돌출 부재(300)를 포함한다. 휘일 허브(400)는 축선(A-A)으로부터 반경 방향으로 연장하는 편평한 금속 돌출 부재(401)를 포함한다.
휘일 허브(400)는 체결구(402)를 이용하여 휘일(도시 생략)에 부착될 수 있다. 체결구(402)는 볼트를 포함한다. 스프로킷(600)은 각각의 진동 차단 장치(10)와 돌출 부재(300, 401)의 맞물림에 의해서만 휘일 허브(400)와 맞물린다. 돌출 부재(300) 및 돌출 부재(401)는 번갈아 가면서 상호 맞물린다. 수납부(601)는 스프로킷(600) 내에 배치된다. 이 수납부(601)를 블록(100, 200)이 차지한다.
토크는 각 진동 차단 장치가 돌출 부재(300) 및 돌출 부재(401)에 받쳐질 때에 진동 차단 장치(10)의 압축을 통해 스프로킷(600)에서 휘일 허브(400)로 전달된다.
엑슬(500)은 장착 너트(501, 502)를 사용하여 당업계에 공지된 방식으로 자동 이륜차 프레임의 스윙아암(도시 생략)에 연결된다. 스프로킷(600)은 스프로킷 베어링(700) 상에서 엑슬(500)을 중심으로 회전한다. 치형 벨트(B)는 벨트 지지면(602)과 맞물린다.
작동시에, 토크는 벨트(B)를 통해 엔진 변속기에서 스프로킷(600)으로 전달된다. 벨트(B)는 스프로킷의 표면(602)에 접선력을 가한다. 이 접선력은 돌출 부재(300)를 통해 블록(100)을 압축한다. 이 블록(100)은 나아가서는 돌출 부재(401)를 압박하며, 이 돌출 부재(401)에 의해 휘일 허브(400)가 구동된다. 다운 시프트 모드에서, 토크는 블록(200)을 통해 휘일에서 엔진으로 전달되어, 엔진을 압축 제동할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 대해 본 명세서에서 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품의 구조 및 관련 구성에 있어는 변형이 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (5)

  1. 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치로서,
    제1 돌출 부재(300)를 갖는 제1 스프로킷 부재(600);
    제2 돌출 부재(401)를 갖는 제2 허브 부재(400); 및
    연결 부재(150)에 의해 연결된 제1 블록(100) 및 제2 블록(200)을 구비하는 한편, 2개의 제2 돌출 부재(401) 사이에 적어도 하나의 제1 돌출 부재(300)가 배치됨으로써 획정된 수납부 내에 배치되는 적어도 하나의 탄성 진동 차단 장치(10)
    를 포함하고, 상기 제1 블록(100) 및 제2 블록(200) 각각의 가장자리는 제1 돌출 부재(300)나 제2 돌출 부재(401)에 인접하게 배치된 챔퍼(chamfer; 175, 176)를 구비하며,
    상기 제1 블록(100) 및 제2 블록(200) 각각은 이들 제1 블록(100) 및 제2 블록(200) 각각의 외면에 배치된 돌출 부재를 구비하여, 제1 블록 및 제2 블록에 가해지는 압축력이 제1 블록 및 제2 블록 각각에 굽힘 모드를 야기하게 하며,
    상기 제1 블록(100) 및 제2 블록(200) 각각은 이들 제1 블록(100) 및 제2 블록(200) 각각의 외면에 배치된 여유부(40, 50, 60)를 구비하여, 제1 블록 및 제2 블록이 압축력을 받을 시에 팽창할 수 있도록 되어 있고,
    상기 제1 돌출 부재(300)는 리세스(301)를 더 포함하며, 이 리세스(301)를 통과해 연결 부재(150)가 연장하며,
    오목 리세스(201, 203)가 상기 제2 블록(200)의 외면에 배치되고, 상기 오목 리세스(201, 203)는 상기 제2 블록(200)의 곡률 중심으로부터의 반경선에 대해 직각으로 연장되며, 상기 오목 리세스는 상기 제1 돌출 부재 또는 상기 제2 돌출 부재와 원주 방향으로 면하는 것인 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 복수의 탄성 진동 차단 장치를 더 포함하는 것인 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 스프로킷 부재는 치형 벨트와 맞물리는 표면을 포함하는 것인 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 블록 및 제2 블록은 각각 오목 리세스를 더 포함하며, 각각의 오목 리세스는 서로 대향하게 협동적으로 배치되며, 상기 연결 부재는 오목 리세스에 인접하게 배치되는 것인 자동 이륜차용 휘일 진동 차단 장치.
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