KR101801419B1 - 균형식 구조를 가진 편심형 다이내믹 매스를 가진 기계식 속도 가변기 - Google Patents

균형식 구조를 가진 편심형 다이내믹 매스를 가진 기계식 속도 가변기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균형식 구조를 가지고, 편심형 매스를 가진 기계식 속도 가변기에 관한 것이다. 상기 가변기는 구동 샤프트(AM)을 포함하고, 상기 구동 샤프트 상에 편심적으로 장착된 원형 디스크를 포함하는 캠(C)이 구비되며, 상기 구동 샤프트는 일련의 편심형 매스(M1, M2)의 매개물과 회전하는 피구동 샤프트(AC)를 구동하고, 이들 각각은 더 작은 치수를 가진 또 다른 매스가 수용될 수 잇는 편심형 원형 홀을 가진 원형 디스크를 포함한다. 더 큰 매스는, 피구동 샤프트(AC) 및 구동 샤프트(AM)에 각각 장착된 플랜지(FL) 및 카운터 플랜지(CFL)에 대해 볼트(B)와 연결된 링(A)의 편심형 홀(F3) 내에 수용되고 회전한다.

Description

균형식 구조를 가진 편심형 다이내믹 매스를 가진 기계식 속도 가변기{MECHANICAL SPEED VARIATOR WITH ECCENTRIC DYNAMIC MASSES HAVING A BALANCED STRUCTURE}
발명에 대한 본 특허 출원은 균형식 구조를 가지고, 편심형 매스를 가진 기계식 속도 가변기에 관한 것이다.
본 발명의 가변기는 동일한 동작 원리에 기초한 가변기의 이전 모델의 개선모델이다.
상기 동작 원리는 구동 샤프트(drive shaft) 상에 편심적으로 장착된 원형 디스크를 포함하는 캠의 사용에 근거하고, 이는 일련의 편심형 매스의 매개물과 함께, 피구동 샤프트를 회전하도록 구동하며, 이들 각각은 더 작은 치수를 가진 또 다른 매스가 수용될 수 있는 편심형 원형 홀을 가진 원형 디스크를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 구동 샤프트는 상기 캠을 구동 샤프트의 회전축 주위를 회전하도록 구동하고, 이후부터 가변기의 주 회전축으로 형성된다.
상기 캠은 제1 매스 상에 형성된 원형 홀 내에 편심적으로 수용되고, 주 회전축과 일치되지 않는 중심을 가진 디스크를 포함함에 따라 상기 제1 매스는 실제로 구동 샤프트 주위를 회전하도록 구동된다.
상기 제1 매스는 더 큰 제2 매스 상에 형성된 원형 홀 내에 편심적으로 수용되고, 주 회전축 및 제1 매스의 중심과 일치되지 않는 중심을 가진 디스크를 포함하여서, 상기 제2 매스는 또한, 구동 샤프트 주위를 회전하도록 구동된다.
상기 제2 매스는 상기 제2 매스와 동심형인 링의 원형 홀 내에 수용되고, 이는 상기 제2 매스의 회전을 맡은 피구동 파트(driven part)를 나타낸다.
상기 링에는 단단한 다수의 조립된 가변기와 더불어, 다양한 길이의 볼트-홀딩 윙(bolt-holding wing)이 구비되고, 링의 회전, 즉, 회전 운동을 구동 샤프트와 동심형인 피구동 샤프트(driven shaft)에 전달한다.
상기에서 기술된 바와 같은 가변기는 유럽 특허 제1640638호에 개시된다.
이 유형의 가변기는 실제적으로 손상된 산업 이용을 가진 균형식 문제점을 즉각 가진다.
본 발명의 목적은 각각 다이내믹 형상으로 본질적으로 균형식 구조를 갖는 상기 기술된 유형의 속도 가변기를 제공하여 이러한 균형의 문제점을 해결하는 것이다.
본 특허 출원의 목적에 관한 개선된 가변기에서, 균형의 문제점은 구조적인 구성요소에서 원리적으로 해결되고, 사용하기에 간단한 구조적인 시스템의 사용으로, 어떠한 경우라도, 이런 종류의 가변기의 각 모델에 대하여 유효성이 실현될 수 있다.
본 발명의 개선된 가변기의 주요 특징은 첨부된 청구항에서 개시된다.
명확성을 위하여, 본 발명의 가변기의 설명은 첨부된 도면과 관련하여 계속되고, 이는 단지 설명의 목적을 위해 의도되고, 제한적 의미는 아니다.
- 도 1은 주 회전축을 통과하는 수직면을 가진 본 발명의 가변기의 횡-단면도이다.
- 도 2는 면 Ⅱ-Ⅱ으로 자른 도 1의 횡-단면이다.
- 도 3은, 본 발명의 복합 가변기의 구조적인 실시예를 제외한, 도 1과 같은 횡-단면도이다.
우선, 본 발명의 가변기는 첨부된 청구항과 같이, 모듈 구조를 갖는 복합 가변기를 발명하기 위하여 다른 동일한 가변기와 연결될 수 있다는 점을 주목해야 한다.
상기 도면에 관하여, 기능 유닛(UF)으로 형성된 가변기의 기본 버전(version)이 기술된다.
상기 기능 유닛(UF)은,
- 가변기의 주 회전축으로 형성되는 회전축(o)을 가진 구동 샤프트(AM);
- 상기 구동 샤프트(AM)와 함께 회전하는 디스크를 포함하는 캠(C);
- 주 회전축(o)과 일치되지 않는 중심(c1)을 가진 디스크를 포함하고, 상기 캠(C)이 정확히 수용되는 편심형 홀(F1)이 구비되며, 슬라이딩 베어링들(CR)의 매개물과 회전할 수 있는 제1 매스(M1);
- 주 회전축 및 상기 제1 매스(M1)의 중심(c1)과 일치되지 않는 중심(c2)을 가진 디스크를 포함하고, 상기 제1 매스(M1)가 정확히 수용되는 편심형 홀(F2)이 구비되며, 슬라이딩 베어링들(CR)의 매개물과 회전할 수 있는 적어도 하나의 제2 매스(M2);
- 주 회전축(o) 상에 중심을 가지며, 상기 제2 매스(M2)가 정확히 수용되는 편심형 홀(F3)이 구비되며, 슬라이딩 베어링들(CR)의 매개물과 회전할 수 있는 디스크를 포함하는 링(A)을 포함한다.
상기 링(A)은 가상으로 두 개의 고리형 부분(annular portion)으로 나누어질 수 있으며, 이는 주 회전축(o) 상의 중심을 가진 원주(lc)에 의해 분리되고 홀(F3)에 접한다.
- 외부 부분은 일정한 모양을 가진 원형 크라운(Ce)으로 구성되고, 상기 외부 부분의 내부 원주(1c)는 상기 경계 원주(lc)와 일치하고,
- 내부 부분은 편심형 모양을 가진 미니멈 링(Am)으로 구성된다. 상기 미니멈 링(Am)은 이론상 최소한의 치수로 링(A)을 나타낸다.
외부 크라운(Ce) 내에, 상기 링(A)에는 일정하게 이격된 고리형의 일련의 홀들(F)이 구비되는데, 구체적으로 6개의 홀들이 모두 주 회전축(o)과 일치하는 중심을 가진 동일한 원주(cf) 상에 배열된다.
새로운 본 발명의 가변기의 실현을 위해 부합하고 유용한 링(A)의 이들 특성들은 유럽 특허 제1 640 638호에서 개시된 가변기의 공지된 모델의 상응하는 링에서 만족하지 못한다.
회전함에 의해, 구동 샤프트(AM)는 센터(c1) 상에서 교대로 회전하고, 구동 샤프트 주위를 불연속으로 회전하면서 캠(C)을 통하여 제1 매스(M1)를 구동한다. 즉, 제1 매스는 센터(c2) 상에서 불연속 회전하면서 제2 매스(M2)를 구동한다.
두 매스의 가속 및 감속은 힘을 생성하고, 그 결과로 생성된 힘은 암(o-c2)에 수직 방향으로 제2 매스의 중심(c2)를 통과한다.
상기 힘은 제2 매스가 구동 샤프트 주위를 회전하도록 유도하고, 플랜지(FL) 및 카운터 플랜지(CFL)에 볼트(B)로 연결된 링(A)에 전달되며, 이는 각각 피구동 샤프트(AC) 및 구동 샤프트(AM)에 장착되고, 둘 모두는 주 회전축(o) 상에 중심을 가진다.
암(o-c2)을 통하여, 힘은 구동 샤프트에서 피구동 샤프트로 전달되는 토크를 생성한다.
명백히, 링(A)은, 한 면상에 링(A)과 연결되고, 다른 한 면 상에 피구동 샤프트(AC)와 연결된 상기 플랜지(FL)의 매개물로 피구동 샤프트(AC)의 회전을 구동한다.
이러한 기능 유닛에는 각 구조적인 구성요소의 단면 부분을 도시하는 도 1의 도움으로, 하기 이유에 의해 본질적으로 균형식 구조가 구비된다.
더 구체적으로, 다음 부분은 즉,
- 캠의 상측 세그먼트(SCs);
- 제1 매스의 상측 세그먼트(SM1s);
- 제2 매스의 상측 세그먼트(SM2s);
- 링의 상측 세그먼트(SAs)은 상기 구동 샤프트(AM) 위에서 확인될 수 있다.
반면, 다음 부분은, 즉,
- 캠의 하측 세그먼트(SCi);
- 제1 매스의 하측 세그먼트(SM1s);
- 제2 매스의 하측 세그먼트(SM1s);
- 링의 하측 세그먼트(SAi)는
상기 구동 샤프트(AM) 아래에서 확인될 수 있다.
구동 샤프트(AM)가 회전하는 경우, 각 세그먼트는 자체적으로 운동이 발생한다. 캠 및 피구동 샤프트의 세그먼트의 운동은 회전에 일치하나, 두 개의 편심형 매스의 세그먼트의 운동은 복합 운동의 결과와 일치한다.
세그먼트가 최소 두께를 갖는 경우, 각 세그먼트의 매스 값은 그 표면과 등가로 고려될 수 있다.
가변기의 두 개의 부분, 즉, 구동 샤프트 상부 부분과 하부 부분이 고려된다. 주 회전축(o)에 대하여 관련된 세그먼트의 무게 중심의 각속도에 의하여, 주 회전축(o)으로부터 동일한 세그먼트의 무게 중심의 거리에 의하여, 각 세그먼트의 표면 결과의 합이 생성된다. 기능 유닛의 다이내믹 균형은, 회전의 임의의 점에서, 하나의 부분에 대해 계산된 상기 합이 반대편 부분에 대해 계산된 합과 동일할 때, 즉, 두 부분의 각 모멘텀의 합이 영일 때, 얻어진다.
이러한 상황은,
- 기능 유닛(UF)의 기하학적 모양은 균일하고, 주 회전축(o) 상에서 동심형이고;
- 매스 값은 기능 유닛(UF)의 전체 기하학적 연장선 상에서 균일하다는 조건을 만족한다.
이들 조건은,
- 링(A)을 제공함에 의하여, 외부 크라운(Ce)은 분배된 매스를 가짐으로써 주 회전축(o)에 대하여 균형식이 되고;
- 무시해도 될 정도의 매스 균일성의 부족함을 가진 슬라이딩 베어링(CR)을 사용함에 의하여 충족된다.
상기 언급한 바와 같이, 오정렬(misalignment, o-c2)로부터 형성된 암에 의하여, 구동 샤프트(AM)에서 피구동 샤프트(AC)로 전달되는 토크가 생성된다.
이차 모드(quadratic mode)인 상기 토크의 존재는 구동 샤프트와 피구동 샤프트 사이의 방사 방향 속도에서의 차이에 좌우된다.
그들의 특정 운동 때문에, 매스(M1 및 M2)는 구동 샤프트(AM) 상의 모든 회전에서 주기적으로 가속 및 감속한다. 이에 따라 하나의 기능 유닛(UF)에 의해 전달된 토크의 값은 모든 회전에서 주기적으로 반복되는 불연속적인 진행을 가진다.
이전에 언급한 바와 같이, 상기 기능 유닛은 상호적으로 연결되도록 구성된다. 이에 따라, 다수의 기능 유닛(UF)을 조립하는 것이 가능해서, 첨부된 청구항과 같이 모듈 구조(UFA)를 갖는 복합 가변기를 구성할 수 있으며, 충분히 균일하게 전달되는 토크를 얻는다.
상기 언급한 바와 같이, 다수의 기능 유닛(UF)를 조립함에 의하여, 전달된 토크의 전체는 충분히 연속적인 복합 가변기(UFA)가 얻어진다.
도 3은 모듈 구조를 가진 상기 복합 가변기를 도식적으로 나타내고, 여기서, 첫번재와 연결된 각 기능 유닛(UF)은 점선으로 도시된다.
본 발명의 가변기의 이 구조적인 구체예에 따르면, 구동 샤프트에는 각을 이루어 스태거된 모드(angularly staggered mode)에서 조립된 기능 유닛(UF)의 전부를 회전하도록 구동하는 싱글캠(CU)이 구비된다.
좀 더 구체적으로, 6개의 기능 유닛(UF)가 도 3에 도시된 바와 같이 연결되는 경우, 각각의 플랜지는 60°로 스테거된(staggered) 6개의 홀(F)을 가져야 하고, 또한, 6개의 기능 유닛(UF)도 60°의 점진적인 각(progressive angle)에 의해 잇따라 스테거될 수 있으며, 홀(F)을 통과하는 해당 볼트에 의해 상호 연결된다. 동일한 각도로 일정하게 스테거된 동일한 기능 유닛은 조립된 기능 유닛의 개수에 대하여 전달된 토크의 최대 연속성을 제공한다.
다수의 조립된 기능 유닛으로 형성된 복합 가변기(UFA)는 조립된 유닛의 개수와 무관하게 항상 균형을 이루며, 그들의 회전의 어떤 지점에서도 균형인 단일의 기능 유닛으로 구성된다.
본 발명의 균형식 시스템에 대하여 수행되는 중립(neutral)을 가진 상호 균형의 원리에 따라 매스 가감(mass addition or reduction) 작업이 수행되는 한, 본 발명의 가변기에서, 각각의 기능 유닛 또는 복합 가변기의 모듈 구조에 대하여 매스 가감이 수행될 수 있다.
가변기는 양 방향으로 작동할 수 있다.
또한, 가변기는 구동 샤프트와 피구동 샤프트가 전환됨에 의해 작동할 수 있다.

Claims (2)

  1. 편심형 매스를 갖는 다수의 동일한 기계식 속도 가변기를 조립함으로써 형성된 복합 가변기로서,
    가변기의 주 회전축으로 형성되는 회전축(o)을 가진 구동 샤프트(AM);
    상기 구동 샤프트(AM)와 함께 회전하는 싱글캠(CU);
    주 회전축(o)과 일치되지 않는 중심(c1)을 가진 디스크를 포함하는 제1 매스(M1) - 상기 제1 매스(M1)는 상기 싱글캠(CU)이 정확히 수용되는 편심형 홀(F1)이 구비되어 회전할 수 있음 - ;
    주 회전축 및 상기 제1 매스(M1)의 중심(c1)과 일치되지 않는 중심(c2)을 가진 디스크를 포함하는 제2 매스(M2) - 상기 제2 매스(M2)는 상기 제1 매스(M1)가 정확히 수용되는 편심형 홀(F2)이 구비되어 회전할 수 있음 - ;
    주 회전축(o) 상에 중심을 가지고, 상기 제2 매스(M2)가 정확히 수용되는 편심형 홀(F3)이 구비되어 회전할 수 있는 디스크를 포함하는 링(A);
    싱글캠과 제1 매스(M1) 사이, 제1 매스(M1)와 제2 매스(M2) 사이 및 제2 매스(M2)와 링(A) 사이에 위치하는 슬라이딩 베어링(CR);
    균일한 방식으로 각을 이루어 이격된(angularly spaced) 상기 링(A) 상에 형성된 홀(F) - 상기 홀의 중심부 모두는 주 회전축(o)과 일치하는 중심을 갖는 동일한 원주(cf) 상에 배열되고 상기 원주(cf)는 상기 홀(F3)에 접하는 내부 원주(lc)를 가진 원형 크라운(Ce)에 대하여 동심형이고 내부에 있음 - ; 및
    상기 홀(F) 내에 삽입된 볼트(B)에 의해 가변기의 상기 링(A)과 각각 연결되는 플랜지(FL) 및 카운터 플랜지(CFL)를 포함하고,
    상기 플랜지(FL) 및 카운터 플랜지(CFL)는 피구동 샤프트(AC) 및 구동 샤프트(AM) 상에 각각 장착되며 주 회전축(o) 상에 중심부를 가지며,
    상기 복합 가변기의 싱글캠은 모든 각각의 개별 가변기의 제1 매스와 연결되고, 각각의 개별 가변기는 조립된 각각의 가변기의 개수와 주각(round angle) 사이의 비와 동일한 값에 따라 동일한 각도로 잇따라 점진적으로 스테거된(staggered) 상기 싱글캠(CU) 상에 장착되며, 각각의 개별 가변기의 링(A)은 조립된 가변기의 개수와 동일한 개수의 홀(F)을 갖는, 복합 가변기.
  2. 삭제
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