KR101449530B1 - 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼에 관한 것으로, 내측 부품과 외측 부품 사이에 고강성 코일 스프링을 설치하여 주파수 조정이 가능하게 하고, 이를 케이싱 안에 설치한 후 밀폐된 공간에 실리콘 오일을 주입하여 비틀림 진동 발생시 상대 운동하는 외측 부품과 케이싱 사이의 실리콘 오일의 점성에 의해 감쇠력을 구현하여 엔진 축계 비틀림 진동을 저감시켰다.
본 발명에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는, 크랭크 축에 고정되는 내측 부품(10)과, 상기 내측 부품(10)과 코일 스프링(30)으로 연결 및 지지되는 외측 부품(20)과, 상기 내측 부품(10)의 홈과 상기 외측 부품(20)의 홈 사이에 각각 설치되는 복수 개의 코일 스프링(30)과, 상기 내측 및 외측 부품(10,20)을 내부에 설치한 후 체결하여 밀폐시키는 케이싱(40)과 커버(50)를 포함하고 있다.

Description

폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼{Closed coil spring type torsional vibration damper}
본 발명은 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼(torsional vibration damper)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 축계에서 발생하는 비틀림 진동을 저감시킬 수 있는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼에 관한 것이다.
일반적으로, 크랭크 샤프트는 선박의 디젤기관이나 차량의 가솔린기관과 같은 내연기관에 설치되어 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 전환하는 것으로, 이와 같은 크랭크 샤프트는 회전운동시 내연기관의 폭발행정과정에서 발생되는 충격력을 전달받아 비틀림 진동하게 되는 것이 일반적이다.
상기 크랭크 샤프트의 비틀림 진동은 엔진의 효율을 저하시키는 한편, 크랭크 샤프트의 고유진동과 충격력에 의한 크랭크 샤프트의 강제진동이 서로 동일한 주파수에서 발생 될 시 발생 되는 공진 현상은 크랭크 샤프트를 비롯한 엔진 구성요소들의 파손을 야기하므로, 이를 방지하기 위하여 엔진의 크랭크 샤프트에는 비틀림 진동댐퍼가 설치되는 것이 일반적이다.
이와 같은 비틀림 진동댐퍼는 유체의 점성을 이용하거나 탄성체의 탄성을 이용하여 비틀림 진동을 저감시키고 공진 현상의 발생을 방지하게 되는데, 엔진 축계에 과도한 비틀림 진동이 발생할 경우 크랭크 핀 필렛부, 저널 필렛부 등에 집중 응력이 발생하여 축계 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서, 선박용 추진기나 발전용으로 사용되는 중형 엔진 축계에는 비틀림 진동 저감을 위해 점성형 댐퍼 또는 스프링-점성형 댐퍼 등이 사용되고 있다.
이 중, 상기 점성형 댐퍼는 질량체 역할을 하는 관성링과 댐퍼 케이싱(casing) 사이에 충진된 실리콘 오일 점성에 의한 감쇠력을 이용해 진동을 저감시키는 장치로서, 큰 진동 제어에는 어려움이 있지만 비교적 구조가 간단하고 저렴하여 많이 사용되고 있다. 상기 점성형 댐퍼는 스프링에 의한 주파수 조정 효과가 없기 때문에 도 1과 같은 진동 저감 형태를 가진다. 여기서, 도 1의 a는 댐퍼 설치 전의 진동 그래프이고, b는 점성형 댐퍼 설치 후의 진동 그래프를 나타낸다.
상기 스프링-점성형 댐퍼는 크랭크 축에 고정되는 내측 부품과 질량체 역할을 하는 외측 부품 사이에 강성(stiffness)을 구현하는 부품을 추가하여, 도 2와 같이 주파수 조정 효과가 더해져 큰 진동 저감 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 도 2의 c는 댐퍼 설치 전의 진동 그래프이고, d는 스프링 점성형 댐퍼 설치 후의 진동 그래프를 나타낸다.
기존의 스프링 점성형 댐퍼에서는 비교적 큰 질량체를 사용하고 원하는 작동 주파수를 얻기 위해서 강성이 매우 큰 스프링이 필요하다. 이를 위해서, 종래에는 스프링 강 재질의 판 스프링(plate spring)을 내측 부품과 내축 부품 사이에 방사형으로 배열한 것이 사용되어 왔으나 많은 수의 부품이 필요하고, 열처리 과정이 추가되며 조립에 어려움이 있어 진동 저감 성능은 우수하나 고가인 문제가 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 엔진 축계에서 발생하는 비틀림 진동을 저감시킬 수 있는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 크랭크 축과 연결되는 내측 부품과 댐퍼의 관성(inertia) 역할을 하는 외측 부품 사이에 코일 스프링을 장착하여, 엔진 축계에서 발생하는 비틀림 진동을 줄인 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 내측 부품과 외측 부품 사이에 고강성 코일 스프링을 설치하여 주파수 조정이 가능하게 하고, 이를 케이싱 안에 설치한 후 밀폐된 공간에 실리콘 오일을 주입하여 비틀림 진동 발생시 상대 운동하는 외측 부품과 케이싱 사이의 실리콘 오일의 점성에 의해 감쇠력을 구현하여 엔진 축계 비틀림 진동을 저감시키는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는, 크랭크 축과 연결되는 내측 부품과 댐퍼의 관성(inertia) 역할을 하는 상기 외측 부품 사이에 코일 스프링을 장착하여 비틀림 진동댐퍼의 강성을 구현하였다. 그리고, 상기 코일 스프링에 의해 지지 및 연결된 상기 내측 부품과 상기 외측 부품을 케이싱 안에 설치한 후 밀폐된 공간에 실리콘 오일을 주입하여 비틀림 진동 발생시 상대 운동하는 상기 외측 부품과 상기 케이싱 사이의 실리콘 오일 점성에 의해 감쇠력을 구현하여 엔진 축계 비틀림 진동을 저감시켰다.
여기서, 상기 코일 스프링은 질량체(seismic mass) 역할을 하는 외측 부품과 연계하여 댐퍼의 작동 주파수를 결정하게 되고, 댐퍼가 작동되는 동안 상기 외측 부품과 케이싱 사이에 충진 된 실리콘 오일의 점성에 의해 구현되는 댐핑으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 저감 하도록 구현하였다.
본 발명에 따르면, 크랭크 축과 연결되는 내측 부품과 댐퍼의 관성 역할을 하는 외측 부품 사이에 코일 스프링을 장착하여, 엔진 축계에서 발생하는 비틀림 진동을 줄일 수 있다.
또한, 내측 부품과 외측 부품 사이에 고강성 코일 스프링을 설치하여 주파수 조정이 가능하게 하고, 이를 케이싱 안에 설치한 후 밀폐된 공간에 실리콘 오일을 주입하여 비틀림 진동 발생시 상대 운동하는 외측 부품과 케이싱 사이의 실리콘 오일의 점성에 의해 감쇠력을 구현하여 엔진 축계 비틀림 진동을 저감시킬 수 있다.
또한, 코일 스프링을 사용하여 큰 질량체를 적용하면서도 30㎐∼70㎐대의 댐퍼 작동 주파수를 확보함과 동시에 제품의 제작 및 조립을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 실시 형태에 따른 점성형 댐퍼의 비틀림 진동 크기를 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래의 실시 형태에 따른 스프링-점성형 댐퍼의 비틀림 진동 크기를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼의 구성을 커버를 제거하고 본 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 내측 부품의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 외측 부품의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 케이싱의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 의한 커버의 사시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼의 실시 예
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼의 구성을 커버를 제거하고 본 개략도이고, 도 4는 본 발명에 의한 내측 부품의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 외측 부품의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 커버의 사시도이다.
본 발명에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 크랭크 축에 고정되는 내측 부품(10)과, 상기 내측 부품(10)과 코일 스프링(30)으로 연결 및 지지되는 외측 부품(20)과, 상기 내측 부품(10)의 홈과 상기 외측 부품(20)의 홈 사이에 각각 설치되는 복수 개의 코일 스프링(30)과, 상기 내측 및 외측 부품(10,20)을 내부에 설치한 후 체결하여 밀폐시키는 케이싱(40) 및 커버(50)를 포함하고 있다.
또한, 상기 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는 상기 케이싱(40)의 측면(42)에 오일 주입구(45)가 형성되어 있으며, 상기 오일 주입구(45)를 통해 내부의 밀폐된 공간에 유체를 주입하도록 되어 있다. 이때, 상기 유체는 실리콘 오일을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 내측 부품(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 크랭크 축 삽입구(12)가 형성되고 양쪽 측면 모서리 부분(16)에 볼트 홀(17)이 형성된 플랜지 형상의 몸체부(11)와, 상기 몸체부(11)의 외주 면에 돌출 형성된 복수 개의 고정부(13)가 구성되어 있다. 상기 고정부(13)에는 양쪽 중앙에 격벽(15)이 수직 방향으로 각각 형성되어 있고, 상기 격벽(15)의 양쪽에 복수 개의 스프링 설치 홈(14)이 각각 형성되어 있다.
상기 외측 부품(20)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 내측 부품(10)을 삽입하기 위한 내측 부품 삽입구(22)와 복수 개의 고정부 삽입구(23)가 일체로 형성된 플랜지 형상의 몸체부(21)와, 상기 고정부 삽입구(23)의 양쪽 측면에 각각 형성된 스프링 설치 홈(24)이 형성되어 있다. 이때, 상기 고정부 삽입구(23)의 폭 크기는 상기 내측 부품(10)의 고정부(13)의 측면 폭보다 크게 형성되어 있다.
상기 코일 스프링(30)은 상기 내측 부품(10)의 스프링 설치 홈(14)과 상기 외측 부품(20)의 스프링 설치 홈(24) 사이에 각각 설치되어, 상기 내측 부품(10)과 상기 외측 부품을 연결 및 지지하고 있다(도 3 참조).
상기 케이싱(40)은 도 6에 도시된 바와 같이, 플랜지 형상의 몸체부(41)와, 상기 몸체부(41)의 한쪽 측면(42)의 중앙에 형성된 원형 구멍(43)과, 상기 원형 구멍(43)의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(44)과, 상기 몸체부(41)의 다른 쪽 측면 모서리 부분(46)에 형성된 복수 개의 볼트 홀(47)과, 상기 측면(42)에 형성된 오일 주입구(45)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 볼트 홀(44)은 상기 내측 부품(10)의 볼트 홀(17)에 각각 체결하고, 상기 볼트 홀(47)은 상기 커버(50)의 볼트 홀(52)에 각각 체결하도록 구성되어 있다.
상기 커버(50)는 도 7에 도시된 바와 같이, 원판의 중앙에 형성된 원형 구멍(51)과, 상기 원판의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(52)과, 상기 원형 구멍(51)의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(53)을 포함하고 있으며, 상기 케이싱(40)의 볼트 홀(47)과 상기 내측 부품(10)의 볼트 홀(17)에 각각 체결하도록 구성되어 있다.
상술한 바와 같이, 상기 내측 부품(10)은 크랭크 축과 볼트로 고정되고, 상기 외측 부품(20)은 상기 내측 부품(10)과 상기 코일 스프링(30)으로 연결 및 지지된다. 상기 코일 스프링(30)은 상기 내측 부품(10)의 스프링 설치 홈(14)에 일 단이 장착되고, 상기 외측 부품(20)의 스프링 설치 홈(24)에 타 단이 장착되어 상기 내측 부품(10)과 상기 외측 부품(20)이 서로 지지 및 연결되도록 한다. 이때, 상기 코일 스프링(30)은 미리 압축된 상태에서 조립하는 것이 바람직하다.
상기 코일 스프링(30)은 충분한 강성 또는 목표하는 주파수에 따라 여러 개로 구성할 수 있으며, 질량체 역할을 하는 상기 외측 부품(20)과 연계되어 댐퍼의 작동 주파수를 결정하게 된다.
상기 내측 부품(10)과 상기 외측 부품(20) 그리고 상기 코일 스프링(30)이 조립된 댐퍼는 상기 케이싱(40)의 내부에 설치한 후 상기 케이싱(40)에 상기 커버(50)를 씌운 다음 체결하여 설치한다. 이때, 상기 커버(50)의 볼트 홀(52)과 상기 케이싱(40)의 볼트 홀(47)에 볼트를 끼워 체결하며, 상기 커버(50)의 볼트 홀(53)과 상기 내측 부품(10)의 볼트 홀(17)에 볼트를 끼워 체결하여 고정하게 된다.
상기 케이싱(40)의 측면(42)에 형성된 상기 오일 주입구(45)를 통해 실리콘 오일을 주입하여 상기 케이싱(40) 내부의 밀폐된 공간에 채워 넣는다. 이에 따라, 비틀림 진동에 의해 상기 내측 부품(10)과 상기 케이싱(40) 사이에 상대 운동이 발생할 때 공급된 실리콘 오일의 점성으로 감쇠 성능을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 상기 크랭크 축과 연결되는 상기 내측 부품(10)과 댐퍼의 관성(inertia) 역할을 하는 상기 외측 부품(20) 사이에 상기 코일 스프링(30)을 장착하여 비틀림 진동댐퍼의 강성을 구현하였다. 이때, 상기 코일 스프링(30)은 질량체(seismic mass) 역할을 하는 상기 외측 부품(20)과 연계하여 댐퍼의 작동 주파수를 결정하게 되고, 댐퍼가 작동되는 동안 상기 외측 부품(20)과 상기 케이싱(40) 사이에 충진 된 실리콘 오일의 점성에 의해 구현되는 댐핑으로 엔진 축계의 비틀림 진동을 저감 하게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는 내측 부품과 외측 부품 사이에 고강성 코일 스프링을 설치하여 주파수 조정이 가능하게 하고, 이를 케이싱 안에 설치한 후 밀폐된 공간에 실리콘 오일을 주입하여 비틀림 진동 발생시 상대 운동하는 외측 부품과 케이싱 사이의 실리콘 오일의 점성에 의해 감쇠력을 구현하여 엔진 축계 비틀림 진동을 저감 시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 내측 부품 11 : 몸체부
12 : 크랭크축 삽입구 13 : 고정부
14 : 스프링 설치 홈 15 : 격벽
16 : 측면 모서리 부분 17 : 볼트 홀
20 : 외측 부품 21 : 몸체부
22 : 내측 부품 삽입구 23 : 고정부 삽입구
24 : 스프링 설치 홈 30 : 코일 스프링(coil spring)
40 : 케이싱 41 : 몸체부
42 : 측면 43 : 원형 구멍
44 : 볼트 홀 45 : 오일 주입구
46 : 측면 모서리 부분 47 : 볼트 홀
50 : 커버 51 : 원형 구멍
52 : 볼트 홀 53 : 볼트 홀

Claims (10)

  1. 크랭크 축에 고정되는 내측 부품(10)과;
    상기 내측 부품(10)과 코일 스프링(30)으로 연결 및 지지되는 외측 부품(20)과;
    상기 내측 부품(10)의 홈과 상기 외측 부품(20)의 홈 사이에 각각 설치되는 복수 개의 코일 스프링(30); 및
    상기 내측 및 외측 부품(10, 20)을 내부에 설치한 후 체결하여 밀폐시키는 케이싱(40)과 커버(50);를 포함하며,
    상기 케이싱(40)의 오일 주입구(45)를 통해 내부의 밀폐된 공간에 유체를 주입하는 것을 특징으로 하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유체는:
    실리콘 오일을 사용하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 부품(10)은:
    중앙에 크랭크 축 삽입구(12)가 형성되고 양쪽 측면 모서리 부분(16)에 볼트 홀(17)이 형성된 플랜지 형상의 몸체부(11)와;
    상기 몸체부(11)의 외주 면에 돌출 형성된 복수 개의 고정부(13); 및
    상기 고정부(13)의 양쪽 면에 형성된 스프링 설치 홈(14);
    을 포함하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정부(13)는:
    양쪽 중앙에 격벽(15)이 수직 방향으로 각각 형성되고,
    상기 격벽(15)의 양쪽에 상기 스프링 설치 홈(14)이 각각 형성된 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 외측 부품(20)은:
    상기 내측 부품(10)을 삽입하기 위한 내측 부품 삽입구(22)와 복수 개의 고정부 삽입구(23)가 일체로 형성된 플랜지 형상의 몸체부(21)와;
    상기 고정부 삽입구(23)의 양쪽 측면에 각각 형성된 스프링 설치 홈(24);
    을 포함하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 고정부 삽입구(23)는:
    상기 내측 부품(10)의 고정부(13)의 측면 폭보다 크게 형성된 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼는:
    상기 내측 부품(10)의 스프링 설치 홈(14)과 상기 외측 부품(20)의 스프링 설치 홈(24) 사이에 상기 코일 스프링(30)이 각각 설치된 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 케이싱(40)은:
    플랜지 형상의 몸체부(41)와;
    상기 몸체부(41)의 한쪽 측면(42)의 중앙에 형성된 원형 구멍(43)과;
    상기 원형 구멍(43)의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(44)과;
    상기 몸체부(41)의 다른 쪽 측면 모서리 부분(46)에 형성된 복수 개의 볼트 홀(47); 및
    상기 측면(42)에 형성된 오일 주입구(45);
    를 포함하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 커버(50)는:
    원판의 중앙에 형성된 원형 구멍(51)과;
    상기 원판의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(52); 및
    상기 원형 구멍(51)의 외주 면을 따라 형성된 복수 개의 볼트 홀(53);
    을 포함하는 폐쇄형 코일 스프링 비틀림 진동 댐퍼.

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