KR101746578B1 - 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 드라이브 샤프트에 장착되는 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 매스체가 내삽된 본체부와 드라이브 샤프트가 삽입되는 연결부 사이에 형성되는 브릿지부의 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성한 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

Description

자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼{Dynamic damper use for a drive shaft of a car}

본 발명은 자동차의 드라이브 샤프트에 장착되는 다이나믹 댐퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 매스체가 내삽된 본체부와 드라이브 샤프트가 삽입되는 연결부 사이에 형성되는 브릿지부의 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성한 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 변속기와 차륜 사이에는 드라이브 샤프트(drive shaft)가 설치되어, 엔진의 구동력을 변속기를 통해 드라이브 샤프트로 전달하여 차륜을 구동시키게 된다.

이때, 엔진의 구동력을 차량의 바퀴로 전달하는 과정에서 좌우측 차륜의 마찰력과 회전수가 상이함으로 인하여 자동차의 조향이 불안정하여 지고 진동과 소음이 발생된다.

따라서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 조향의 안정성을 위한 좌우측 차륜의 회전수를 조절하는 차동 장치로서 드라이브 샤프트와 변속기 사이에 등속 조인트(2)가 설치되며, 나아가, 진동과 소음을 감쇄시키기 위하여 드라이브 샤프트(1) 상에 다이나믹 댐퍼(dynamic damper, 동적 댐퍼)(3)가 장착된다.

상기와 같은 다이나믹 댐퍼는 드라이브 샤프트 상에 직접 장착되거나 삽입되며, 일정한 공진 주파수를 발생시켜 드라이브 샤프트로 전달되는 진동 에너지를 흡수 내지 소거함으로써 진동과 소음을 감쇄시키는 기능을 수행한다.

통상적으로, 다이나믹 댐퍼는 드라이브 샤프트의 외주면에 직접적으로 결합되는 원통형의 고무 댐퍼와, 고무 댐퍼의 내부에 삽입되는 철링(steel ring) 형상의 매스 댐퍼(mass damper)로 구성되며, 고무 댐퍼부분은 드라이브 샤프트로부터 발생되는 진동을 매스 댐퍼로 전달하고, 진동을 전달받은 매스 댐퍼가 드라이브 샤프트의 고유진동을 흡수하여 진동됨으로써 드라이브 샤프트의 진동 및 소음을 전체적으로 저감시키는 역할을 한다.

하지만, 종래 다이나믹 댐퍼는 감쇄값이 낮아 반공진 현상이 발생되는 문제점도 있었다.

따라서, 이러한 반공진 현상을 방지하기 위하여, 도 2a 의 댐퍼의 측면도 및 도 2b 의 A-A' 선 단면도에 도시된 바와 같이, 댐퍼(3)의 종단면 상에 다이나믹 댐퍼(3)의 매스 댐퍼 부분과 드라이브 샤프트의 고정 부분 사이의 브릿지(bridge) 부분에 돌출된 쐐기 형상의 스플라인부(4)(spline part)를 형성하고, 도 2c 의 B-B' 선 단면도에 도시된 바와 같이, 댐퍼(3)의 횡단면 상에는 상기와 같은 스플라인부를 미형성함(편의상, '스플라인부 미형성 부분(5)'이라 칭한다)으로써, 스플라인부(4)와 스플라인부 미형성 부분(5)의 양 부분에 의하여 총 2 개의 공진 주파수를 발생하게하여, 반공진 현상을 제거하도록 한 소위 듀얼 모드 다이나믹 댐퍼(dual mode dynamic damper)가 이용되기도 하였다.

다만, 이러한 듀얼 모드 다이나믹 댐퍼는 반공진 현상을 감쇄시키는데 유리한 잇점을 가지고 있으나, 다이나믹 댐퍼의 공진 주파수가 계절별로 상이하게 변동되는 온도 변화에 따라서 변동됨에 의하여 드라이브 샤프트에 가해지는 진동을 감쇄시키는데에 한계가 있었다.

한편, 이러한 자동차의 드라이브 샤프트용의 다이나믹 댐퍼로서 공지된 기술로서는, 대한민국특허등록공보 제 10-1526981 호의 차량용 다이나믹 댐퍼, 대한민국특허공개 제 10-2013-39598 호의 차량용 드라이브 샤프트의 댐퍼 장치, 일본특허공개 제 2009-250395 호의 조정기구를 구비하는 다이나믹 댐퍼 및 일본특허공개 제 1997-89047 호의 진동 억제 효과 저감용 다이나믹 댐퍼의 기술이 공지되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 종래의 반공진 현상을 효과적으로 감쇄시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나아가, 온도 변화에 따르는 다이나믹 댐퍼의 공진 주파수의 변화에 구애받지 않고 보다 향상된 수준의 감쇄능을 구현할 수 있는 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 구성은, 매스체가 내삽된 본체부와 드라이브 샤프트가 삽입되는 연결부 사이에 형성되는 브릿지부의 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼는, 소정의 온도 변화 구간의 공진 주파수의 변화율을 추종하는 공진 주파수를 가질 수 있도록 댐퍼의 브릿지 부분의 원주면 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성함으로써, 종래의 반공진 현상을 효과적으로 소거할 수 있을 뿐만 아니라, 드라이브 샤프트에 가해지는 진동을 감쇄시키는데에 한계가 있었던 문제점을 해소하고 댐퍼의 진동 감쇄 효과를 극대화시킬 수 있게 되었다.

도 1 은 일반적인 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 설치 상태도,
도 2a 는 듀얼 모드 다이나믹 댐퍼의 측면도, 도 2b 는 도 2a 의 A-A' 선 단면도, 도 2c 는 도 2a 의 B-B' 선 단면도,
도 3 은 온도 변화에 따른 댐퍼의 진동 주파수의 변화율을 나타내는 그래프,
도 4 는 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 측면도,
도 5 는 도 4 의 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 C-C' 선 단면도,
도 6 은 도 4 의 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 D-D' 선 단면도,
도 7 은 도 6 의 브릿지 부분 상세도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 구성을 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼는 종래와 같이 댐퍼의 브릿지부에 스플라인부를 형성하지 않은 대신, 댐퍼의 브릿지 부분의 원주면 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성하여 댐퍼가 연속적인 공진 주파수를 가지게 함을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 다이나믹 댐퍼는 주변 분위기의 온도 변화에 따른 공진 주파수의 범위의 설정이 가능한 효과를 수득하게 되었는데 이를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 온도 변화에 따른 댐퍼의 진동 주파수의 변화율을 나타내는 그래프이다.

그래프를 참조하면, 예를 들어, 댐퍼 주변의 온도가 섭씨 10 도에서 50 도까지 변동되는 구간에서는 댐퍼의 공진 주파수이 변화율이 +8% 에서 -10% 까지 변동되는 구간임을 알 수 있다.

여기서, 본 발명의 다이나믹 댐퍼는, 상기 그래프의 예와 같이 섭씨 10 도에서 50 도까지 변동되는 구간의 공진 주파수의 변화율을 추종하는 공진 주파수를 가질 수 있도록 댐퍼의 브릿지 부분의 원주면 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성함으로써, 섭씨 10 도 지점에서의 댐퍼의 공진 주파수(A Hz)와 섭씨 50 도 지점에서의 댐퍼의 공진 주파수(B Hz) 사이의 연속적인 공진 주파수를 가지는 다이나믹 댐퍼를 설계할 수 있게 된다.

따라서, 상기와 같이 댐퍼 주변의 온도를 추종하는 공진 주파수를 가지도록 설계된 본 발명의 다이나믹 댐퍼는 종래 다이나믹 댐퍼의 공진 주파수가 온도 변화에 따라서 상이하게 변동됨에 의하여 드라이브 샤프트에 가해지는 진동을 감쇄시키는데에 한계가 있었던 문제점을 해소하여 진동 감쇄 효과를 보다 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

이하, 실시예의 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 구성을 도 4 내지 도 7 을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4 는 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 측면도, 도 5 는 도 4 의 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 C-C' 선 단면도이다.

먼저, 도 4 를 참조하면, 본 발명 다이나믹 댐퍼(10)는 드라이브 샤프트(1)에 삽입되어 장착되며, 이를 위하여 내부에 매스 부재가 삽입되는 본체부(20)와, 드라이브 샤프트(1)가 삽입되는 양측의 연결부(40)와, 상기 본체부(20)와 연결부(40) 사이의 브릿지부(30)로 구성되어 있다.

특히, 본 발명의 다이나믹 댐퍼(10)는, 도 5 의 C-C' 선의 단면에 해당하는 브릿지부(30)의 종단면도에 도시된 바와 같이, 브릿지부(30)의 원주면 두께를 부위별로 각각 상이하게 형성함으로써, 본 발명의 다이나믹 댐퍼가 온도 변화에 추종하는 연속적인 공진 주파수를 가지도록 함에 특징이 있다.

즉, 도 5 에 도시된 일례와 같이, 브릿지부(30)의 종단면의 원주면 두께에 있어서, 브릿지부(30)의 최상부 지점으로부터 중앙부 지점에까지의 단면 두께가 최상부의 제 1 두께(t1), 중간부(최상부와 중앙부의 중간 부분)의 제 2 두께(t2), 중앙부의 제 3 두께(t3)를 가지도록 형성함으로써 브릿지부의 각 부위별 두께를 다원화시킨 것이며, 전체적으는 종단면의 원주면 형상이 타원형을 이루고 있다.

그리고, 본 발명의 다이나믹 댐퍼를 이용하여 도 3 에 도시된 바와 같은 온도 변화를 추종하는 연속적인 공진 주파수를 발현할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명 다이나믹 댐퍼의 온도 변화구간의 공진 주파수의 변화율을 추종하는 공진 주파수를 가질 수 있도록 해당 온도 구간에서의 최하 온도에서의 댐퍼의 공진 주파수(예를 들어, 도 3 의 A Hz)와 최고 온도에서의 댐퍼의 공진 주파수(예를 들어, 도 3 의 B Hz)를 설정하여야 하며, 이를 도 6 및 도 7 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 댐퍼 주변의 온도를 추종하는 공진 주파수를 가지도록 설계된 본 발명의 다이나믹 댐퍼는 종래 다이나믹 댐퍼의 공진 주파수가 온도 변화에 따라서 상이하게 변동됨에 의하여 드라이브 샤프트에 가해지는 진동을 감쇄시키는데에 한계가 있었던 문제점을 해소하여 진동 감쇄 효과를 보다 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.

도 6 은 도 4 의 본 발명의 다이나믹 댐퍼의 D-D' 선 단면도, 도 7 은 도 6 의 브릿지 부분 상세도이다.

먼저, 도 6 의 다이나믹 댐퍼(10)의 횡단면을 참조하면, 본 발명의 댐퍼(10)는 통상적으로 철링(steel ring) 형상의 매스체(21)가 내삽된 본체(20)와 드라이브샤프트(1)가 삽입되는 부분인 연결부(40) 사이에 브릿지부(30)가 형성되며, 이때, 댐퍼(10)의 공진 주파수(f)는 하기의 수식에 의하여 정하여진다.

(수식 1)

f =

범례) f: 공진 주파수

α: 보정계수

m: 매스체의 중량

L: 브릿지부의 길이

t: 브릿지부의 두께

이때, 상기 수식 1 에서 보정계수는 해당 댐퍼의 제조자에 의하여 제공되는 데이터이며, 도 7 의 브릿지부 상세도에 도시된 바와 같이, 브릿지부의 길이(L)는 본체(20)와 드라이브샤프트(1)가 삽입되는 부분인 연결부(40) 사이의 길이이고, 브릿지부의 두께(t)는 도 5 에 도시된 바와 같이 브릿지부의 원주면의 두께를 가리킨다.

따라서, 본 발명의 다이나믹 댐퍼(10)는 상술한 수식 1 에 의하여 해당 온도 구간에서의 공진 주파수를 브릿지부의 두께(t)를 달리하여 연속적으로 설정할 수 있게 됨으로써, 온도 변화를 추종하는 연속적인 공진 주파수를 발생할 수 있게 되고, 이로 인하여 드라이브 샤프트에 가해지는 진동의 감쇄 효과를 극대화시킬 수 있게 되었다.

본 발명 실시예의 다이나믹 댐퍼(10)는 댐퍼의 공진주파수가 30Hz-60Hz 사이의 공진주파수를 연속적으로 가질 수 있도록 댐퍼의 브릿지부(30)의 각 부위별 두께를 설정하였다.

이상과 같이 본 발명의 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼의 구성을 도면을 참조하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 권리범위는 이들에 한정되지 않으며, 다양한 변형 및 균등의 범위의 실시 형태를 포함하여 청구범위에 기재된 사항에 따라 본 발명의 권리범위가 정하여지게 된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 드라이브 샤프트
2; 등속 조인트
10; 본 발명 다이나믹 댐퍼
20; 본체부
21; 매스체
30; 브릿지부
40; 연결부
t1; 제 1 두께
t2; 제 2 두께
t3; 제 3 두께

Claims (5)

1. 매스체(21)가 내삽된 본체부(20)와 드라이브 샤프트(1)가 삽입되는 연결부(40)를 가지는 자동차의 드라이브 샤프트용 다이나믹 댐퍼에 있어서,
   상기 본체부(20)와 상기 연결부(40) 사이의 브릿지부(30)의 두께(t)를 부위별로 각각 상이하게 형성하고,
   상기 댐퍼의 공진 주파수(f)는 하기의 수식 1 에 의하여 정하여지는 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼.
   
   (수식 1)
   f =

   

   
   
   f: 공진 주파수
   α: 보정계수
   m: 매스체의 중량
   L: 브릿지부의 길이
   t: 브릿지부의 두께
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 브릿지부(30)의 두께(t)는 브릿지부(30)의 종단면 원주면의 두께인 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 브릿지부(30)의 종단면 원주면은 타원형을 이루는 것을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 수식 1 에 의하여 소정 온도 구간에서의 공진 주파수를 브릿지부의 두께(t)를 달리하여 연속적으로 설정함으로써,
   온도 변화를 추종하는 연속적인 공진 주파수를 발생할 수 있도록 한 구성을 특징으로 하는 다이나믹 댐퍼.

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