KR101667868B1 - 아이솔레이터 디커플러 - Google Patents

Abstract

아이솔레이터 디커플러는 축(10), 상기 축(10)에 지지되는 풀리(30), 일 방향 클러치(60)를 통해 축(10)에 지지되는 클러치 캐리어(50), 풀리와 클러치 캐리어 사이에 맞물리게 되는 토션 스프링(40)을 포함하며, 상기 토션 스프링은 풀리는 방향으로 하중을 받을 수 있으며, 토션 스프링 및 풀리는 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 미리 결정된 간극을 가지며, 그에 따라 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면은 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의존하는 토크 하중에 의한 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓인다.

Description

아이솔레이터 디커플러{ISOLATOR DECOUPLER}

본 발명은, 토션(torsion) 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 간극을 가지며, 그에 따라 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면이 토크 하중에 의존하는 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는, 토션 스프링 및 풀리를 구비하는 아이솔레이터(isolator) 디커플러에 관한 것이다.

더 좋은 연료 경제성의 이익으로 인해, 승용차 적용을 위한 디젤 엔진 사용이 증가하고 있다. 또한, 가솔린 엔진은 연료 효율을 개선시키기 위해 압축비를 증가시키고 있다. 그 결과로서, 디젤 및 가솔린 엔진 액세서리 구동 시스템들은, 전술한 엔진의 변화로 인해 크랭크축으로부터 더 큰 크기의 진동을 극복해야만 한다.

높은 가속/감속 비 및 높은 교류발전기(alternator) 관성을 더한 증가된 크랭크축 진동으로 인해, 엔진 액세서리 구동 시스템은 흔히 벨트 슬립으로 인한 벨트 마찰 소음(belt chirp noise)을 경험하고 있다. 이는 또한 벨트 작동 수명을 감소시킬 것이다.

크랭크축 아이솔레이터들/디커플러들 및 교류발전기 디커플러들/아이솔레이터들은, 엔진 작동 속도 범위 내에서 진동을 여과하기 위해 그리고 벨트 마찰을 제어하기 위해, 높은 각진동(angular vibration)을 갖는 엔진들을 위해 널리 사용되어 왔다.

대표적인 기술로는, 교류발전기가 자동차의 엔진에서 구불구불한 벨트(serpentine belt)에 의해 회전 가능하게 구동되는 것을 허용하기 위한 그리고 벨트의 속도가 교류발전기에 상대적으로 발진하는 것을 허용하기 위한, 디커플러 조립체를 개시하는 미국 특허 제7,766,774호이다. 허브(hub)가, 교류발전기로부터의 구동축에 의해 이들과 함께하는 회전을 위해 확고하게 지지된다. 풀리가, 볼 베어링 조립체에 의해 허브에 회전 가능하게 지지된다. 베어(bare) 헬리컬 클러치 스프링이, 구불구불한 벨트에 의한 허브에 상대적인 풀리의 가속 도중에 풀리로부터의 회전 운동을 허브로 전달하기 위해 그리고 허브에 상대적인 풀리의 감속 도중에 허브가 풀리보다 더 회전하는 것(overrun)을 허용하기 위해, 허브와 풀리 사이에서 작동적으로 결합된다. 토크 리미터(limiter), 바람직하기로는 스프링 또는 슬리브가, 토션 스프링을 미리 결정된 제한을 넘는 토크로부터 단절시키키기 위해, 토션 스프링의 외향 팽창을 제한하도록 토션 스프링 둘레에 감기게 된다.

필요한 것은, 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 사전 결정된 간극을 가지며 그리고 그에 따라 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면이 토크 하중에 의존하는 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는, 토션 스프링 및 풀리를 갖는 아이솔레이터 디커플러이다. 본 발명은 이러한 요구를 만족시킨다.

본 발명의 주요한 양태는, 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 간극을 가지며 그리고 그에 따라 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면이 토크 하중에 의존하는 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는, 토션 스프링 및 풀리를 갖는 아이솔레이터 디커플러이다.

본 발명의 다른 양태는 본 발명의 하기의 설명 및 첨부한 도면에 의해 언급되거나 또는 명확하게 될 것이다.

본 발명은 축, 상기 축에 지지되는 풀리, 일 방향(one-way) 클러치를 통해 축에 지지되는 클러치 캐리어, 풀리와 클러치 캐리어 사이에 맞물리게 되는 토션 스프링을 포함하며, 상기 토션 스프링은 풀리는(unwinding) 방향으로 하중을 받을 수 있고, 토션 스프링 및 풀리는 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 간극을 가지며 그리고 그에 따라 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면이 토크 하중에 의존하는 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는, 아이솔레이터 디커플러를 포함한다.

명세서의 일부로 통합되고 명세서의 일부를 형성하는 첨부되는 도면은, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시하며, 그리고 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명의 장치의 단면도이다.
도 2는 분해도이다.
도 3은 본 발명의 장치의 측면도이다.
도 4는 클러치 캐리어의 상세도이다.
도 5는 스러스트 부싱의 상세도이다.
도 6은 스러스트 부싱 및 클러치 캐리어 정지부들(stop)의 사시도이다.

도 1은 본 발명의 장치의 단면도이다. 아이솔레이터 디커플러는 축(10)을 포함한다. 풀리(30)는, 풀리(30)와 축(10) 사이에 배치되는 니들 베어링(20)에 의해 축(10)에 지지된다. 토션 스프링(40)은 풀리(30)와 클러치 캐리어(50) 사이에 맞물리게 된다. 클러치 캐리어(50)는 일 방향 클러치(60)를 통해 축(10)에 지지된다. 예를 들어, 스프링(40)을 위한 스프링 상수(spring rate)는 약 0.27 Nm/deg 이며, 장치의 작동 요구에 맞추기 위해 사용자에 의해 다른 스프링 상수가 선택될 수 있다.

풀리(30)는 나아가 풀리(30)와 축(10)에 사이에 배치되는 베어링(70)에 의해 축(10)에 지지된다.

스러스트 부싱(80)이 클러치 캐리어(50)와 베어링(70) 사이에 배치된다. 먼지 덮개(90)가, 파편들이 장치에 들어가는 것을 방지한다. 덮개(33)는 풀리(30)에 압입된다. 스프링(40)의 단부가 덮개(33)의 수용 부분(34)와 맞물리게 된다.

엔진 가속 또는 정속(steady speed)을 위한 작동에서, 스프링(40)은 풀리는 방향으로 하중을 받게 되며, 그리고 일 방향 클러치(60)는 로킹된다. 동력은 벨트(도시되지 않음)로부터 스프링(40)과 클러치 캐리어(50)를 통해 풀리(30)로, 그리고 일 방향 클러치(60)를 통해 축(10)으로 전달된다. 스프링은 구동 방향으로 하중을 받는 가운데, 스프링(40)은 풀리려고 하며, 그리고 그 결과로서 스프링 외경(OD) 표면(42)은 각각의 스프링 소용돌이(volute)의 반경(R)의 증가에 의해 방사방향 외향으로 팽창한다. 스프링(40)의 최대 풀림 정도(maximum extent of unwinding)는 풀리(30) 내경(ID) 표면(32)과 점진적으로 접촉하게 되는 각각의 스프링(40) 소용돌이 외경 표면(42)으로 제한된다. 상기 풀림 정도는, 작용하게 되는 토크 하중에 의존하며, 토크 하중이 증가됨에 따라, 표면(32)과 접촉하는 스프링 표면(42)의 양은 점진적으로 증가하며, 그리고 토크 하중이 감소함에 따라, 표면(32)과 접촉하는 스프링 표면(42)의 양은 점진적으로 감소한다.

스프링 외경과 풀리 내경 사이의 간극(C)은 스프링(40)의 방사방향 풀림 팽창을 결정하고 제한하며, 이것은 차례로 스프링(40)이 과부하되는 것을 방지한다. 완전 단속(lock up) 시, 즉 스프링 표면(42)이 완전히 팽창하여 표면(32)과 접촉할 때, 스프링(40)은 풀리 표면(32) 내부에 완전히 구속되며, 그에 따라 작용하게 되는 토크 하중이 계속 증가하는 경우에도 손상을 방지한다.

엔진 감속 상태에서, 구동 벨트(도시되지 않음)는 느려질 것이며 그리고 그에 따라 풀리(30)도 느려질 것이지만, 그러나 자체의 관성으로 인해 축(10)에 연결되는 교류발전기(도시되지 않음)는 대부분의 경우에 풀리(30) 만큼 신속히 RPM 을 강하시키지 않는다. 실제로, 교류발전기는 엔진(도시되지 않음)을 구동시키려고 할 것이며, 그리고 동력 흐름이 역전될 것이다. 이것은 시스템을 과속시킬 수 있으며, 그리고 벨트가 풀리 상에서 슬립됨에 따라 벨트 마찰을 유발할 수 있다. 본 발명의 장치를 사용하면, 감속비의 차이는, 일 방향 클러치가 과회전하고 있는 축(10)을 풀리(30)로부터 분리시키도록 야기한다. 교류발전기 및 축(10)은, 일 방향 클러치(60)가 다시 맞물릴 시점에 풀리(30)의 속도와 거의 매칭될 때까지, 그 자체의 비율로 계속 감속될 것이다. 이러한 방식의 분리는, 정상 사용 도중에 엔진이 가속되고 감속됨에 따라, 충격이 벨트 시스템에 작용하게 되는 것을 방지한다.

도 2는 분해도이다. 스러스트 부싱(80)은 풀리(30)의 내경 내로 압입된다. 베어링(70)은 축(10)의 칼라(11)와 맞물린다. 먼지 덮개(90)가 풀리(30) 상에 스냅결합된다. 일 방향 클러치(60)는 축(10)에 축방향 미끄럼 끼워맞춤되며, 그리고 토크 역전을 단속할 것이다. 클러치 캐리어(50)는 일 방향 클러치(60)에 압입된다. 토션 스프링(40) 소용돌이들은 직사각형 단면을 갖는다. 직사각형 횡단면은, 풀리의 내경과 접촉할 수 있는 표면적을 증가시킨다. 베어링(20)은 축(10)에 미끄럼 끼워맞춤된다.

스러스트 부싱(80)은, 풀리(30) 및 클러치 캐리어(50)의 축방향 이동을 방지하기 위해 베어링(70)과 맞물린다.

도 3은 본 발명의 장치의 측면도이다. 풀리 맞물림 표면(31)은 복수 리브형 표면이지만, 톱니형, 매끄러운 또는 단일의 V-자형 홈을 포함하는 임의의 표면 형태를 수용할 수 있다.

도 4는 클러치 캐리어의 상세도이다. 스프링 수용 부분(52)은, 장치가 구동 방향으로 작동될 때, 토션 스프링(41)의 단부를 수용한다.

도 5는 스러스트 부싱의 상세도이다. 스러스트 부싱(80)은 풀리 내경 내로 압입되는 스틸 링을 포함한다. 스러스트 부싱(80)은 스틸 링(82) 상에 오버몰딩되는 플라스틱(81)을 포함한다.

스러스트 부싱 미끄럼 표면(81)은, 클러치 캐리어(50) 상의 정지부(51)와 맞물리게 되는 정지부(83)를 포함한다. 하중을 받는 스프링이 작동 도중에 해방될 때, 스러스트 부싱은 정지부(83)와 정지부(51) 사이의 접촉에 의해 스프링 및 클러치 캐리어의 역이동(reverse travel)을 제한하고, 그에 따라 스프링 단부(41)가 클러치 캐리어(50)의 스프링 접속(hookup) 슬롯(52) 밖으로 미끄러져 나오는 것을 방지한다. 또한, 정지부들의 맞물림은 클러치 캐리어 및 그에 따른 풀리에 대한 토션 스프링의 상대 회전을 제한한다.

장치는 다음과 같이 제조된다. 풀리 내경은 ± 0.015 mm 공차를 갖는다. 스프링 외경은 ± 0.03 mm 로 연마된다. 조립 도중에 정지부들(51, 83)의 맞물림을 부드럽게 하기 위해, 스프링 외경(42)과 풀리 내경(32) 사이에 그리스(grease)가 적용된다. 예를 들어, 주어진 스프링 외경 = 42 mm 라면, 시동 도중에, 스프링 외경은 1°당 약 0.024 mm 팽창할 것이다.

조립 도중에, 스러스트 부싱(81)은, 정지부(83)가 클러치 캐리어 정지부(51)와 맞물리도록 설치된다. 정지부들(83, 51)의 기능은, 스프링 에너지 해방 또는 하중 역전 도중에, 스프링 단부(41)가 수용 부분(52) 밖으로 미끄러져 나오는 것을 방지하는 것이다. 정지부들은 스프링(40)에 임의의 예비하중(preload)을 제공할 의도가 아니며, 그리고 장치에 대한 무하중(no load) 상태 도중에 접촉하지 않는다. 그러나 조립 공정 변화들로 인해, 조립된 장치는, 무시할 수 있는 예비하중이나 또는 정지부들(83, 51) 사이의 작은 갭(gap) 또는 조립 공정 도중에 조정될 수 있는 스프링 단부 수용 부분을 구비할 수 있다.

시동 도중에 클러치 캐리어(50) 및 클러치 캐리어 정지부(51)는, 스러스트 부싱 정지부(83)와의 그들의 하중 받지 않는 맞물림 위치로부터 약 60°편향될 것이다. 도 6은 스러스트 부싱 및 클러치 캐리어 정지부들의 사시도이다.

비록 본 발명의 형태가 여기에서 설명되었지만, 여기에 설명된 발명의 사상 및 범위로부터의 벗어남 없이 구성 및 부품의 관련성에 변화가 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (3)

1. 아이솔레이터 디커플러로서,
   축;
   상기 축에 지지되는 풀리;
   상기 축에 맞물리게 되는 일 방향 클러치를 통해 상기 축에 지지되는 클러치 캐리어;
   상기 풀리와 상기 클러치 캐리어 사이에 맞물리게 되는 토션 스프링;
   상기 풀리에 고정되며 그리고 상기 클러치 캐리어 및 상기 축 사이에 배치되는 스러스트 부싱을 포함하고,
   상기 스러스트 부싱은 스러스트 부싱 정지부를 포함하고 상기 클러치 캐리어은 클러치 캐리어 정지부를 포함하며, 상기 스러스트 부싱 정지부와 상기 클러치 캐리어 정지부는 무하중 상태 도중에 상기 토션 스프링이 상기 클러치 캐리어로부터 맞물림 해제되지 않도록 맞물릴 수 있으며;
   상기 토션 스프링은 풀리는 방향으로 하중을 받을 수 있고;
   상기 토션 스프링 및 상기 풀리는 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 사전 결정된 간극을 구비하며; 그리고
   그에 따라 상기 토션 스프링 외경 표면과 상기 풀리 내경 표면은 토크 하중에 의존하는 상기 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는 것인, 아이솔레이터 디커플러.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 풀리는 니들 베어링을 통해 상기 축에 지지되는 것인, 아이솔레이터 디커플러.
3. 아이솔레이터 디커플러로서,
   축;
   상기 축에 지지되는 풀리;
   일 방향 클러치를 통해 상기 축에 지지되는 클러치 캐리어;
   상기 풀리 및 상기 클러치 캐리어와 맞물리게 되는 토션 스프링;
   상기 풀리에 연결되며 그리고 상기 클러치 캐리어와 상기 축 사이에 배치되고, 정지부를 포함하는 스러스트 부싱을 포함하며,
   상기 클러치 캐리어는, 하중 해방 상태 도중에 상기 토션 스프링이 상기 클러치 캐리어로부터 맞물림 해제되지 않도록 상기 풀리에 대한 상기 클러치 캐리어의 상대적인 회전을 제한하기 위해, 상기 스러스트 부싱 정지부와 협력적으로 맞물릴 수 있는 정지부를 포함하며;
   상기 토션 스프링은 상기 풀리 및 상기 클러치 캐리어 사이에 맞물리게 되고;
   상기 토션 스프링은 풀리는 방향으로 하중을 받을 수 있으며;
   상기 토션 스프링 및 상기 풀리는 토션 스프링 외경 표면과 풀리 내경 표면 사이에 사전 결정된 간극을 가지며; 그리고
   그에 따라 상기 토션 스프링 외경 표면과 상기 풀리 내경 표면은 토크 하중에 의존하는 상기 토션 스프링의 방사방향 팽창에 의해 점진적인 마찰 맞물림 상태에 놓이게 되는 것인, 아이솔레이터 디커플러.

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