KR102201683B1

KR102201683B1 - 복수 고유 진동수 커플링 장치

Info

Publication number: KR102201683B1
Application number: KR1020167030603A
Authority: KR
Inventors: 로버트 엠. 커첸
Original assignee: 코마우, 엘엘씨
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-08-29
Publication date: 2021-01-12
Also published as: PL3126695T3; CN106415043A; ES2757519T3; KR20160144407A; US20150285313A1; WO2015152963A1; CN106415043B; US9528556B2; EP3126695A1; EP3126695B1

Abstract

복수 고유 진동수 커플링 장치(10)가, 회전 가능한 구동 부재를 구동 라인의 회전 가능한 피구동 부재에 연결하기 위해 제공된다. 본 발명의 커플링 장치(10)는, 종방향 축(13)을 갖는 실질적으로 원통형의 하우징(12)을, 하우징(12)과 동축으로 정렬되며 그리고 하우징(12)에 연결되는 실질적으로 원통형의 외측 샤프트(34)와 함께, 제공한다. 실질적으로 원통형의 내측 샤프트(38)가, 외측 샤프트(34) 및 하우징(12)과 동축으로 정렬된다. 실질적으로 원통형의 유체 척 하우징(26)이, 하우징(12), 외측 샤프트(34), 및 내측 샤프트(38)와 동축으로 정렬되며, 유체 척 하우징(26)은 내측 샤프트(38)에 연결된다. 실질적으로 원통형의 붕괴가능 슬리브(50)가 유체 척 하우징(26) 및 외측 샤프트(34)와 동축으로 이들 사이에 정렬되며, 붕괴가능 슬리브(50)는, 붕괴가능 슬리브(50)가 외측 샤프트(34)와 맞물리지 않으며 그로 인해 제1 고유 진동수에 대응하는 제1 비틀림 강도를 갖는 커플링 장치(10)를 제공하는, 비구동 위치와, 붕괴가능 슬리브(50)가 외측 샤프트(34)와 맞물리며 그로 인해 제2 고유 진동수에 대응하는 제2 비틀림 강도를 갖는 커플링 장치(10)를 제공하는, 구동 위치 사이에서, 이동할 수 있을 것이다.

Description

복수 고유 진동수 커플링 장치{MULTIPLE NATURAL FREQUENCY COUPLING APPARATUS}

본 발명은, 구동 라인을 위한 복수 고유 진동수 커플링 장치에 관한 것으로, 구동 부재와 피구동 부재 사이에서 연장되는, 특히 커플링 장치의 비틀림 강도를 변경함에 의해 그리고 구동 라인의 특정 고유 진동수와 연관되는 진동 및 공진을 방지함에 의해, 복수 고유 진동수의 구동 라인을 제공할 수 있는 것인, 커플링 장치에 관한 것이다.

고유 진동수는, 모든 기계, 구조물 및 물체의 특성이다. 고유 진동수는 시스템의 자유 진동의 주파수이며, 시스템은 이러한 주파수로 자체의 에너지를 소산하기 위해 진동한다. 초당 라디안으로 표현되는 물체의 고유 각진동수(wn)는, 뒤따르는 방정식에 의해 표시되는 바와 같은, 자체의 강도(k) 및 자체의 질량(m)의 함수 이다.

wn = √(k/m)

물체의 강도(k) 또는 질량(m) 중 어느 하나가 변경되면, 고유 진동수가 변화할 것이다.

고유 진동수가 어떤 외력에 의해 자극 받게 되면, 진동의 진폭의 증가가 생성될 수 있다. 그러한 외력은, 구동 라인의 회전을 구동함에 의해 생성될 수 있을 것이다. 구동 라인의 고유 진동수가 자극 받게 될 때, 시스템의 작동 속도가 "임계 속도"로서 정의된다. 구동 라인이 임계 속도로 작동하며 그리고 구동 라인의 완충(damping)이 존재하지 않을 경우, 고유 진동수에 의해 생성되는 진동은, 구동 라인을 손상시키거나 또는 파괴시킬 수 있다.

구동 라인 내의 그러한 고유 진동수들에 의해 생성되는 진동은, 회전 디바이스들을 위한 다양한 검사 장비에 가해질 때, 부정적인 결과들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 오늘날의 자동차 산업에서, 엔진들 및 변속기들은, 이들이 공장에서 조립된 이후이지만 이들이 자동차 내에 조립되기 이전에, 고온에서 그리고 저온에서 검사되어야만 한다. 그러한 검사는 흔히, 검사 기계에 커플링되는 가운데 엔진 또는 변속기를 회전시키거나 돌리는 구동 라인 시스템에, 엔진 또는 변속기를 연결하는 것을 수반한다. 엔진 또는 변속기를 검사할 때, 구동 라인 시스템은, 다양한 조건 하에서 엔진 및 변속기를 검사하기 위해, 엔진 또는 변속기를 다양한 작동 속도 또는 분당 회전수(rpm)로 회전시키거나 돌린다. 그러나, 검사 기계의 샤프트를 구동하거나 회전시킬 때, 샤프트는 고유 진동수에 도달할 수 있으며, 그로 인해 구동 라인 시스템이 공진 및 진동하도록 야기한다. 이는, 물론, 엔진 또는 변속기의 검사 결과에 영향을 미칠 것이고, 그로 인해, 엔진 또는 변속기의 검사 성능에 관해 불합격 표시를 제공할 수 있을 것이다. 나쁜 경우에, 고유 진동수 발생으로부터 생성되는 공진 및 진동은, 엔진 또는 변속기에 영향을 미치거나 또는 손상을 입힐 수 있다. 비록 구동 라인의 회전 속도의 변경이 구동 라인의 고유 진동수의 실현을 방지할 수 있지만, 그러한 검사 장비는 전형적으로, 검사되는 제품들이 특정 속도에서 그리고 특정 시간 동안 회전하여, 그로 인해 구동 라인 속도를 변경하는 옵션을 방지하도록, 요구한다.

구동 라인의 특정 고유 진동수와 연관되는 진동 및 공진을 방지하도록 하기 위해 구동 라인의 고유 진동수를 효과적으로 변경할 수 있는 커플링 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은, 회전하는 구동 부재를 구동 라인의 회전 가능한 피구동 부재에 연결하기 위한, 복수 고유 진동수 커플링 장치를 제공한다. 본 발명의 커플링 장치는, 종방향 축을 갖는 실질적으로 원통형의 하우징 및, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 하우징에 연결되는 실질적으로 원통형의 외측 샤프트를 제공한다. 실질적으로 원통형의 내측 샤프트가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 외측 샤프트와 상이한 비틀림 강도를 갖는다. 실질적으로 원통형의 유체 척 하우징이, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 내측 샤프트에 연결된다. 실질적으로 원통형의 붕괴가능 슬리브가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 유체 척 하우징 및 외측 샤프트 사이에 배치되고, 붕괴가능 슬리브는, 붕괴가능 슬리브가 외측 샤프트와 맞물리지 않으며 그로 인해 제1 고유 진동수에 대응하는 커플링 장치의 제1 비틀림 강도를 제공하는, 비구동 위치와, 붕괴가능 슬리브가 외측 샤프트와 맞물리며 그로 인해 제2 고유 진동수에 대응하는 커플링 장치의 제2 비틀림 강도를 제공하는, 구동 위치 사이에서, 이동할 수 있을 것이다. 실질적으로 원통형의 베어링이, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 하우징과 유체 척 하우징 사이에 위치하게 될 수 있고, 베어링은, 유체 척 하우징을 회전 가능하게 지지하기 위해 하우징에 연결된다.

유체 척 하우징은, 붕괴 가능 슬리브를 수용하기 위한 환형 리세스 및 이 리세스와 소통 상태에 놓이는 통로를 포함하며, 통로는, 리세스로 및 리세스로부터 가압 유체를 소통시키기 위해 가압 유체 소스와 소통 가능하다. 붕괴 가능 슬리브는, 유체 척 하우징 내의 리세스 및 통로가 가압 유체에 의해 가압될 때, 구동 위치로 이동할 수 있으며, 그리고 붕괴 가능 슬리브는, 리세스 및 통로가 가압 유체에 의해 가압되지 않을 때, 비구동 위치로 이동할 수 있을 것이다.

실질적으로 원통형의 장착 디스크가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 하우징 및 내측 샤프트에 연결되고, 장착 디스크는 피구동 부재에 연결 가능하다. 하우징은 구동 부재에 연결 가능할 것이다.

제1 완충체가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고, 비틀림 강도에 영향을 미치며 그리고 진동을 흡수하기 위해, 유체 척 하우징에 연결된다. 완충체는 구동 부재에 연결 가능할 것이다. 제1 완충체는, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 유체 척 하우징에 연결되는, 실질적으로 원통형의 플랜지를 제공할 수 있을 것이다. 실질적으로 원통형의 비틀림 순응 커플링 요소가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 플랜지에 연결될 수 있을 것이다. 플랜지는 구동 부재에 연결 가능하다.

제2 완충체 또한, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고, 비틀림 강도에 영향을 미치며 그리고 진동을 흡수하기 위해, 내측 샤프트 및 하우징에 연결된다. 제2 완충체는, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 유체 척 하우징에 연결되는, 실질적으로 원통형의 플랜지를 포함할 수 있을 것이다. 실질적으로 원통형의 비틀림 순응 커플링 요소가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 플랜지에 연결될 수 있을 것이다. 실질적으로 원통형의 장착 디스크가, 종방향 축과 동축으로 정렬되며 그리고 플랜지에 연결되고, 장착 디스크는 피구동 부재에 연결 가능하다.

외측 샤프트는, 내측 샤프트보다 더 큰 비틀림 강도를 가질 수 있을 것이다.

본 장치의 다양한 특징들, 이점들, 및 다른 용도들이, 뒤따르는 상세한 설명 및 도면을 참조함에 의해 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 복수 고유 진동수 커플링 장치를 도시하는 단면도이며;
도 2는, 완충 모드 및 비완충 모드를 구비하는, 본 발명의 복수 고유 진동수 커플링 장치의 단면도이고;
도 3은, 이중 완충 모드를 구비하는, 본 발명의 복수 고유 진동수 커플링 장치의 단면도이며; 그리고
도 4는, 가압 유체를 공급하기 위한 회전형 접합관(rotary union)을 구비하는, 본 발명의 복수 고유 진동수 커플링 장치의 단면도이다.

도면을 참조하여, 본 발명은 이제부터 개시된 실시예에 관한 세부사항에 관해 설명될 것이다.

본 발명은, 회전하는 구동 부재(미도시)를 구동 라인(미도시)의 회전 가능한 피구동 부재(미도시)에 연결하기 위한, 복수 고유 진동수 커플링 장치(10)를 제공한다. 본 발명의 커플링 장치(10)는, 회전 시스템이 구동 라인의 고유 진동수로부터의 공진 및 진동에 민감한, 다양한 구동 라인 적용에 사용될 수 있을 것이다. 비록 뒤따르는 것이 포괄적인 목록은 아니지만, 그러한 구동 라인들은, 자동차 엔진 검시 기계들, 자동차 변속기 검사 기계들, 선박 추진 구동 라인들, 압축기 구동 라인들, 펌핑 작용 구동 라인들, 등을 포함할 수 있을 것이다. 본 발명의 커플링 장치(10)는, 구동 라인 또는 회전 가능한 시스템의 구동 부재와 피구동 부재 사이에 놓이며 그리고 이들과 연결된다. 구동 라인이 고유 진동수에서 회전하는 것을, 그로 인해 구동 라인 내에 진동 및 공진을 야기하는 것을, 방지하기 위해, 커플링 장치(10)는 구동 라인의 고유 진동수를 변화시키는 능력을 구비한다. 앞서 언급된 바와 같이, 고유 진동수는 시스템의 강도 및 질량의 함수이며, 그리고 커플링 장치의 질량은 비교적 일정하게 유지되기 때문에, 커플링 장치(10)의 고유 진동수는, 자체의 비틀림 강도를 변화시킴에 의해 변화할 것이다. 이는, 토크가 상이한 비틀림 강도를 구비하는 2개의 상이한 구조물을 통해 전달되는 것을 허용하는, 구조를 제공하는 커플링 장치(10)를 구비함에 의해 달성된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 커플링 장치(10)는, 토크가 제1 비틀림 강도를 구비하는 커플링 장치(10)의 내측 샤프트(38)를 통해 전달되는 비구동 위치와, 토크가 제2 비틀림 강도를 구비하는 커플링 장치(10)의 외측 샤프트(34)를 통해 전달되는 구동 위치 사이에서 이동할 수 있는, 붕괴 가능 슬리브(50)를 제공한다. 비틀림 강도들에서의 차이는, 커플링 장치(10)가 2개의 상이한 고유 진동수에 작동하는 것을 허용한다. 구동 라인에 의해 자극 받지 않은 고유 진동수는, 고유 진동수로부터의 진동 및 공진을 생성하지 않는 적용으로서 활용되는 고유 진동수이다. 커플링 장치(10)는 또한, 커플링 장치(10)의 비틀림 강도를 변경함에 의해 공진 주파수들에 또한 영향을 미치는 가운데, 구동 라인 내의 임의의 진동을 흡수하도록 지원할 수 있는, 완충체들(52, 68)을 포함할 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 커플링 장치(10)는, 실질적으로 원형의 바닥벽(15) 및 이 바닥벽(15)과 일체형이며 바닥벽(15)의 각 측부로부터 연장되는 환형 측벽들(16, 17)을 구비하는, 대략 U-자 형상 단면을 구비하는, 실질적으로 원통형의 하우징(12)을 제공한다. 환형 측벽(16)은, 환형 측벽(17)보다 더 작은 직경 및 더 긴 길이를 갖는다. 하우징(12)은 종방향 축(13)에 대해 본질적으로 동심이고, 하우징(12)은, 바닥벽(15)을 통해 연장되며 그리고 종방향 축(13)과 동축상에 놓이는, 구멍(18)을 구비한다. 하우징(12)은, 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있을 것이다.

커플링 장치(10)의 내부 메커니즘들을 회전 가능하게 지지하기 위해, 슬리브 베어링(14)이 하우징(12)의 환형 측벽(16)의 내경부 또는 표면을 따라 안착된다. 슬리브 베어링(14)은, 슬리브 베어링(14) 일단부로부터 외향으로 연장되는 환형 테두리(19)를 갖는, 실질적으로 원통형이다. 슬리브 베어링(14)의 테두리(19)는, 하우징(12)의 환형 측벽(16)의 단부에 형성되는 대응 리세스(21) 내부에 안착되며, 그리고 슬리브 베어링(14)의 반대편 단부는, 하우징(12)의 환형 측벽(16)의 내경부에 제공되는 대응 리세스(22) 내부에 안착된다. 슬리브 베어링(14)은, 슬리브 베어링(14)의 테두리(19) 및 하우징(12)의 환형 측벽(16) 내에 제공되는 나사 구멍들을 통해 연장되는, 통상적인 체결부재들(24)의 사용을 통해 하우징(12)에 연결된다. 슬리브 베어링(14)은, 종방향 축(13) 및 하우징(12)과 동축으로 정렬된다.

구동 부재로부터 피구동 부재로 토크를 전달하기 위해, 커플링 장치(10)는, 종방향 축(13), 슬리브 베어링(14), 및 하우징(12)과 동축 관계로, 슬리브 베어링(14)과 인접하게 위치하게 되는, 실질적으로 원통형의 유체 척 하우징(26)을 제공한다. 유체 척 하우징(26)은, 실질적으로 원형의 바닥벽(27) 및 이 바닥벽(27)으로부터 멀어지게 연장되는 일체형 환형 측벽(29)을 갖는, 실질적으로 U-자 형성 단면을 구비한다. 환형 측벽(29)의 외경부는, 슬리브 베어링(14)의 내경부에 인접하게 위치하게 되며, 그리고 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27)은 하우징(12)의 일단부를 폐쇄한다. 유체 척 하우징(26)은, 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27) 및 환형 측벽(29) 내로 그리고 이들을 통해 개방되는, 통로(20)를 구비한다. 통로(20)는, 유체 척 하우징(26)의 환형 측벽(29)의 내경부 내에 형성되는 리세스(32) 내로 개방되며 그리고 이 리세스(32)와 소통 상태에 놓인다. 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27)으로부터 밖으로 이어지는 통로(20)의 입구는, 가압 유체 소스(미도시)로 이어지며 그리고 가압 유체 소스와 소통 상태에 놓이는, 자체에 연결되는 파이프(30)를 구비할 수 있을 것이다. 유체 척 하우징(26)은, 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있을 것이다.

상이한 고유 진동수들을 갖는 커플링 장치를 제공하기 위해, 외측 샤프트(34)는, 실질적으로 원통형이며 그리고 유체 척 하우징(26) 내부에서 그리고 유체 척 하우징에 인접하게 연장되는 자체의 외경부를 갖는다. 외측 샤프트는, 종방향 축(13), 유체 척 하우징(26), 슬리브 베어링(14), 및 하우징(12)과 동축으로 정렬된다. 유체 척 하우징(26)의 내경부에 인접하게 놓임에 따라, 외측 샤프트(34)의 외경부는, 유체 척 하우징(26) 내에 형성되는 리세스(32)의 일부분을 한정한다. 외측 샤프트(34)는, 하우징(12)의 바닥벽(15)을 통해 그리고 외측 샤프트(34)의 단부 내로 연장되는, 통상적인 체결부재들(36)을 통해 하우징(12)의 바닥벽(15)에 연결된다. 외측 샤프트(34)는, 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있으며, 외측 샤프트(34)는 사전 결정된 제1 비틀림 강도를 구비한다.

외측 샤프트(34) 내부에, 실질적으로 원통형이며 그리고, 종방향 축(13), 외측 샤프트(34), 유체 척 하우징(26), 슬리브 베어링(14), 및 하우징(12)을 따라 동축으로 연장되는, 내측 샤프트(38)가 놓인다. 내측 샤프트(38)의 외경부는, 외측 샤프트(34)의 내경부로부터 반경 방향으로 이격되며 그리고 하우징(12) 내의 구멍(18)을 통해 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27)으로부터 연장된다. 내측 샤프트(38)는, 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27)을 통해 그리고 내측 샤프트(38)의 단부 내로 연장되는, 통상적인 체결부재들(40)의 사용을 통해 유체 척 하우징(26)의 바닥벽(27)에 연결된다. 내측 샤프트(38)는, 내측 샤프트(38)의 일단부로부터 외향으로 반경 방향으로 연장되는, 일체형 테두리(39)를 구비한다. 내측 샤프트(38)는, 내측 샤프트(38)의 테두리(39)를 통해 장착 디스크(42) 내로 연장되는, 통상적인 체결부재들(44)의 사용을 통해, 장착 디스크(42)에 연결된다. 내측 샤프트(38)는, 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있으며, 내측 샤프트(38)는 외측 샤프트(34)의 비틀림 강도와 상이한 제2 비틀림 강도를 구비한다.

커플링 장치(10)를 피구동 부재에 연결하기 위해, 장착 디스크(42)는, 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되는, 실질적으로 원통형의 구성을 구비한다. 장착 디스크(42)는, 실질적으로 원형의 바닥벽(43)과 함께, 바닥벽(43)으로부터 멀어지게 연장되는 일체형의 환형 측벽(45)을 구비한다. 장착 디스크(42)는, 앞서 설명된 바와 같이, 단지 내측 샤프트(38)에만 연결되지만, 장착 디스크(42)는 또한, 장착 디스크(42)의 환형 측벽(45) 및 하우징(12)의 환형 측벽(17)을 통해 연장되는 통상적인 체결부재들(46)의 사용을 통해, 하우징(12)의 환형 측벽(17)에 연결된다. 장착 디스크(42)는, 자체에 피구동 부재를 연결하기 위해 나사 체결부재들(미도시)을 수용하기 위한, 바닥벽(43)을 통해 연장되는 나사 구멍들(48)을 제공한다. 장착 디스크(42)는, 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있을 것이다.

커플링 장치(10)와 연관된 고유 진동수를 변경하기 위해, 붕괴 가능 슬리브(50)가, 유체 척 하우징(26)과 외측 샤프트(34) 사이에 제공되는 리세스(32) 내부에 배치된다. 붕괴 가능 슬리브(50)는, 실질적으로 환형의 구성을 구비하며 그리고 종방향 축(13), 유체 척 하우징(26), 및 외측 샤프트(34)와 동축으로 정렬된다. 붕괴 가능 슬리브(50)는, 가압 유체가 리세스(32) 내부에 제공되지 않으며 그리고 유체 척 하우징(26)의 통로(28)가 그로 인해 붕괴 가능 슬리브(50)가 이완되도록 그리고 외측 샤프트(34)와 맞물리지 않도록 허용하는, 비구동 위치와, 리세스(32) 및 유체 척 하우징(26)의 통로(28)가 가압 유체에 의해 가압되며, 그로 인해 붕괴 가능 슬리브(50)가 외측 샤프트(34)와 맞물리도록 압박하는, 구동 위치 사이에서 이동하기 위한 능력을 구비한다. 붕괴 가능 슬리브(50)가 구동 위치에 놓일 때, 유체 척 하우징(26)은, 붕괴 가능 슬리브(50)와 함께, 유체 척 하우징(26)이 구동 부재에 의해 구동될 때, 외측 샤프트(34)의 회전을 구동한다. 붕괴 가능 슬리브(50)가 비구동 위치에 놓일 때, 유체 척 하우징(26)은 외측 샤프트(34)를 직접적으로 구동하지 않으며, 대신에, 유체 척 하우징(26)은, 유체 척 하우징(26)과의 자체의 직접적인 연결로 인해 내측 샤프트(38)를 통해 토크를 전달하며, 유체 척 하우징(26)은 구동 부재에 의해 직접적으로 구동된다.

앞서 언급된 바와 같이, 커플링 장치(10)의 고유 진동수는, 외측 샤프트(34) 및 내측 샤프트(38)의 비틀림 강도에 의해 영향을 받게 된다. 외측 샤프트(34)는, 내측 샤프트(38)의 비틀림 강도보다 더 높은 비틀림 강도를 구비하며, 다만, 내측 샤프트(38) 및 외측 샤프트(34)의 비틀림 강도가 상이하기만 하다면, 내측 샤프트(38)가 외측 샤프트(34)보다 더 높은 비틀림 강도를 구비할 수도 있을 것이다. 커플링 장치(10)의 고유 진동수가 자체의 비틀림 강도 및 질량에 기초하기 때문에, 커플링 장치(10)의 비틀림 강도는 구동 라인의 고유 진동수에 영향을 미칠 것이다. 유체 척 하우징(26)으로 진입 및 진출하는 가압 유체의 질량이 커플링 장치(10)의 질량에 비해 무시할 수 있기 때문에, 커플링 장치(10)의 질량은 비교적 동일하게 유지된다. 붕괴 가능 슬리브(50)가 구동되지 않을 때, 토크는, 구동 부재로부터 유체 척 하우징(26)으로 그리고 내측 샤프트(38)를 통해 전달된다. 이는, 내측 샤프트(38)의 비틀림 강도에 기초하게 되는 커플링 장치(10)의 제1 비틀림 강도에 대응하는 커플링 장치(10)의 제1 고유 진동수를 생성한다. 붕괴 가능 슬리브(50)가 구동될 때, 토크는, 직접적으로 구동 부재로부터 유체 척 하우징(26)으로 그리고 내측 샤프트(38)와 상이한 비틀림 강도를 갖는 외측 샤프트(34)를 통해 전달된다. 이는, 커플링 장치(10)의 외측 샤프트(34)의 제2 비틀림 강도에 기초하게 되는 커플링 장치(10)의 제2 고유 진동수를 생성한다. 가압 유체에 의해 붕괴 가능 슬리브(50)를 구동하고 구동 해제함에 의해, 커플링 장치(10)는, 구동 라인의 2개의 고유 진동수에 대한 선택을 제공할 수 있으며, 그로 인해, 구동 라인이 고유 진동수들 중의 적어도 하나를 그리고 그러한 고유 진동수들과 연관되는 진동 및 공진을 경험하지 않는 것을 보장하도록 한다.

대안적인 실시예에서, 가압 유체가, 상이한 구조의 사용을 통해, 커플링 장치(10)의 리세스(32)에 공급될 수 있을 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 회전형 접합관(90)이, 하우징(12)의 외경부에 연결될 수 있을 것이다. 회전형 접합관(90)은, 하우징(12), 슬리브 베어링(14), 및 유체 척 하우징(26)을 통해 연장되며 그리고 리세스(32)와 소통 상태에 놓이는, 통로(92)를 제공한다. 호스(94)가 회전형 접합관(90)에 연결되며, 그로 인해 가압 유체가 가압 유체 소스로부터, 결과적으로 리세스(32)와 소통 상태에 놓이는, 통로(92)로 소통하도록 한다. 회전형 접합관(90)은, 다른 실시예들에서의 파이프(30)에 의해 드러나는 바와 같은 중앙 공급에 대한 필요를 제거한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 완충체(52)가, 구동 라인 내의 진동을 흡수하는 가운데, 비틀림 강도에, 그리고 그에 따라 커플링 장치(10)의 고유 진동수에 영향을 미치기 위한 수단을 제공하도록 하기 위해, 커플링 장치(10)와 함께 활용될 수 있을 것이다. 완충체(52) 통상적인 것이며 그리고 상이한 구성 및 장착 구조를 제공할 수 있을 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 완충체(52)는, 실질적으로 원통형의 내측 플랜지(54)를 구비하며, 내측 플랜지(54)는, 내측 샤프트(38)의 테두리(39)를 통해 그리고 내측 플랜지(54) 내로 연장되는 통상적인 체결부재들(56)의 사용을 통해, 내측 샤프트(38)의 일단부에 연결된다. 완충체(52)의 내측 플랜지(54)는, 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작될 수 있을 것이다. 가요성 완충 재료로 제작되는 실질적으로 환형의 비틀림 순응 커플링 요소(58)가, 내측 플랜지(54)의 외주부에 연결되며 그리고 종방향 축(13)과 동축으로 정렬된다. 실질적으로 환형의 외측 플랜지(60)가, 통상적인 체결부재들(62)의 사용을 통해 내측 플랜지(54)에 연결된다. 외측 플랜지(60) 또한, 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작된다. 비틀림 순응 커플링 요소(58)는, 커플링 요소(58)의 양 측면을 따라 연장되는 지지 측면 부재들(64)을 구비하며, 커플링 요소(58)의 지지 측면 부재들(64)은, 통상적인 체결부재들(66)의 사용을 통해 외측 플랜지(60)에 연결된다. 외측 플랜지(60)의 외주부는, 통상적인 체결부재들(67)의 사용을 통해, 하우징(12) 및 장착 디스크(42)에 연결된다. 장착 디스크(42)는, 앞서 설명된 바와 같이, 통상적인 체결부재들에 의해 장착 디스크(42)를 피구동 부재에 연결하기 위한, 바닥벽(43)을 통해 연장되는 나사 구멍들(48)을 제공한다.

이러한 실시예에서, 완충체(52)는 내측 샤프트(38)에 연결되며, 그리고 그에 따라, 붕괴 가능 슬리브(50)가 구동되지 않을 때 유체 척 하우징(26)이 내측 샤프트(38)를 직접적으로 구동하기 때문에, 커플링 장치(10)의 비틀림 강도는, 붕괴 가능 슬리브(50)가 비구동 위치에 놓일 때의 영향을 받게 된다. 붕괴 가능 슬리브(50)가 구동될 때, 유체 척 하우징(26)은, 앞선 실시예에서 설명된 바와 같이, 외측 샤프트(34)를 직접적으로 구동한다. 다시 말해, 커플링 장치(10)는, 2개의 가능한 고유 진동수를 갖도록 제공되며, 고유 진동수들 중의 하나가 완충체(52)의 비틀림 강도에 의해 영향을 받을 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 제2 완충체(68)가, 제1 완충체(52)와 비교하여 커플링 장치(10)의 타단부에 위치하게 된다. 제2 완충체(68) 또한 통상적인 것이며 그리고 상이한 구성 및 장착 구조를 제공할 수 있을 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 완충체(68)는, 실질적으로 원형의 바닥벽(71) 및 이 바닥벽(71)으로부터 연장되는 환형 측벽(73)을 구비하는, 실질적으로 원통형의 내측 플랜지(70)를 제공한다. 내측 플랜지(70)는, 내측 플랜지(70)의 바닥벽(71)을 통해 그리고 유체 척 하우징(26)의 바닥벽 내로 연장되는, 통상적인 체결부재들(72)의 사용을 통해 유체 척 하우징(26)에 연결된다. 구멍(74)이, 파이프(30)가 유체 척 하우징(26)으로부터 내측 플랜지(70)를 통해 가압 유체 소스로 연장되는 것을 허용하도록 하기 위해, 내측 플랜지(70)의 바닥벽(71) 내에 제공될 수 있을 것이다. 내측 플랜지(70)는, 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작된다. 실질적으로 원통형의 구성을 구비하는 비틀림 순응 커플링 요소(76)가, 내측 플랜지(70)의 외주부에 연결된다. 비틀림 순응 커플링 요소(76)는, 가요성 완충 재료로 제작되며, 비틀림 순응 커플링 요소(76)를 고정하고 지지하기 위한 한 쌍의 지지 측면 부재(78)를 구비한다. 비틀림 순응 커플링 요소(76)의 지지 측면 부재들(78) 중의 하나는, 통상적인 체결부재들(82)의 사용을 통해 내측 플랜지(70)에 연결된다. 비틀림 순응 커플링 요소(76)의 반대편 지지 측면 부재(78)는, 통상적인 체결부재들(86)을 통해 제2 완충체(68)의 외측 플랜지(84)에 연결된다. 외측 플랜지(84)는, 실질적으로 원통형이고 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며, 그리고 강철, 알루미늄, 또는 금속 합금과 같은, 고강도 재료로 제작된다. 외측 플랜지(84)는, 통상적인 체결부재들(82)의 사용을 통해 내측 플랜지(70)에 연결된다. 외측 플랜지(84)는 구동 부재에 연결될 수 있을 것이다.

커플링 장치(10)의 양 단부에 완충체들(52, 68)을 부가함에 의해, 완충체들(52, 68)은, 커플링 장치(10)의 비구동 위치와 구동 위치 모두에서 작용하게 될 수 있다. 커플링 장치(10)는, 토크가 내측 샤프트(38)를 통해 전달되는지 또는 외측 샤프트(34)를 통해 전달되는지에 무관하게, 완충 효과를 실현할 것이다. 완충체들(52, 68)은 또한, 구동 라인 내의 임의의 양의 진동을 흡수하는 가운데, 또한 붕괴 가능 슬리브(50)가 비구동 위치 또는 구동 위치 중 어느 하나에 놓일 때 커플링 장치(10)의 비틀림 강도에 영향을 미칠 것이다.

본 발명은 또한, 복수의 비틀림 강도가 단일 구동 라인 내에 생성될 수 있도록 직렬로 연결되는, 복수의 커플링 장치의 사용을 예상한다. 이는, 구동 라인에 대해 생성될 수 있는 수많은 고유 진동수를 제공하여, 그로 인해 구동 라인이 고유 진동수에서 회전할 기회를 더 적게 제공하도록 한다.

작동 시, 커플링 장치(10)는, 구동 부재에 연결되는 일단부 및 피구동 부재에 연결되는 타단부를 구비한다. 커플링 장치(10)의 파이프(30)는, 가압 유체 소스에 연결된다. 구동 라인의 회전 속도에 의존하여, 커플링 장치(10)는 비구동 위치에서 시작할 수 있으며, 이때 붕괴 가능 슬리브(50)는 외측 샤프트(34)와 맞물리지 않고, 그로 인해 토크가 내측 샤프트(38)를 통해 직접적으로 전달되는 것을 허용하도록 한다. 구동 라인이, 구동 라인의 진동 및 공진을 야기하는 고유 진동수에 도달하면, 이때 커플링 장치(10)가 구동 위치로 이동하게 될 수 있으며, 그로 인해 가압 유체가 통로(28)를 통해 그리고 리세스(32) 내로 제공된다. 가압 유체가 붕괴 가능 슬리브(50)를 구동 위치로 이동시키며, 이때 붕괴 가능 슬리브(50)는 외측 샤프트(34)와 맞물리게 되고 그로 인해 토크가 커플링 장치(10)의 외측 샤프트(34)를 통해 전달되는 것을 허용하도록 한다. 외측 샤프트(34)가 내측 샤프트(38)와 상이한 비틀림 강도를 구비하기 때문에, 상이한 고유 진동수가 생성될 것이다. 구동 라인이 동일한 회전 속도에서 구동되고 있다고 가정하면, 다른 고유 진동수에 도달되지 않을 것이며, 그리고 그에 따라 구동 라인은, 제1 고유 진동수의 진동 또는 공진을 경험하지 않을 것이다.

본 발명은 가장 실제적인 그리고 바람직한 실시예인 것으로 현재 고려되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 국한되지 않는 반면 첨부되는 청구범위의 사상 및 범위 이내에 포함하는 다양한 수정들 및 균등한 배열들을 커버하도록 의도된다는 것을, 그러한 범위는 특허법 하에서 허용되는 바와 같은 모든 그러한 수정들 및 균등한 구조들을 포괄하도록 가장 넓은 해석에 부합해야 한다는 것을, 이해해야 한다.

Claims

회전 가능한 구동 부재를 구동 라인의 회전 가능한 피구동 부재에 연결하기 위한 복수 고유 진동수 커플링 장치(10)로서:
종방향 축(13)을 구비하는 원통형의 하우징(12);
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 하우징(12)에 연결되고 상기 하우징(12) 내에 배치되는, 원통형의 외측 샤프트(34);
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 외측 샤프트(34)와 상이한 상기 종방향 축(13)에 대한 비틀림 강도를 구비하는, 원통형의 내측 샤프트(38);
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 내측 샤프트(38)에 연결되는, 원통형의 유체 척 하우징(26); 및
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 유체 척 하우징(26)과 상기 외측 샤프트(34) 사이에 배치되는, 원통형의 붕괴가능 슬리브(50)로서, 상기 붕괴가능 슬리브(50)가 상기 외측 샤프트(34)와 맞물리지 않으며 그로 인해 상기 내측 샤프트(38)가 회전 가능하게 구동될 때 제1 고유 진동수에 대응하는 상기 커플링 장치(10)의 제1 비틀림 강도를 제공하는, 비구동 위치와, 상기 붕괴가능 슬리브(50)가 상기 외측 샤프트(34)와 맞물리며 그로 인해 상기 외측 샤프트(34)가 회전 가능하게 구동될 때 제2 고유 진동수에 대응하는 상기 커플링 장치(10)의 제2 비틀림 강도를 제공하는, 구동 위치 사이에서, 이동할 수 있는 원통형의 붕괴가능 슬리브(50)
를 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 유체 척 하우징(26)은, 상기 붕괴가능 슬리브(50)를 수용하기 위한 환형 리세스(32)를 구비하며 그리고, 상기 리세스(32)와 소통 상태에 놓이며 그리고 상기 리세스(32)로 및 상기 리세스(32)로부터 가압 유체를 소통시키기 위해 가압 유체 소스와 소통 가능한, 통로(20)를 구비하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 2항에 있어서,
상기 붕괴가능 슬리브(50)는, 상기 유체 척 하우징(26) 내의 상기 리세스(32) 및 상기 통로(20)가 가압 유체에 의해 가압될 때, 상기 구동 위치로 이동할 수 있으며, 그리고 상기 붕괴 가능 슬리브(50)는, 상기 리세스(32) 및 상기 통로(20)가 가압 유체에 의해 가압되지 않을 때, 상기 비구동 위치로 이동할 수 있는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고, 상기 유체 척 하우징(26)을 회전 가능하게 지지하기 위해 상기 하우징(12)과 상기 유체 척 하우징(26) 사이에 위치되는, 원통형의 베어링(14)을 더 포함하고, 상기 베어링(14)은 상기 하우징(12)에 연결되는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 하우징(12) 및 상기 내측 샤프트(38)에 연결되는, 원통형의 장착 디스크(42)를 더 포함하고, 상기 장착 디스크(42)는 상기 피구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 유체 척 하우징(26)은 상기 구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 유체 척 하우징(26)에 연결되는, 완충체(52, 68)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 7항에 있어서,
상기 완충체(52, 68)는 상기 구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 7항에 있어서,
상기 완충체(52)는,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 유체 척 하우징(26)에 연결되는, 원통형의 플랜지(54);
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 플랜지(54)에 연결되는, 원통형의 비틀림 순응 커플링 요소(58);
를 더 포함하며, 그리고
상기 플랜지(54)는 상기 구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 내측 샤프트(38) 및 상기 하우징(12)에 연결되는, 완충체(52)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 10항에 있어서,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 완충체(52)에 연결되는, 원통형의 장착 디스크(42)를 더 포함하며, 상기 장착 디스크(42)는 상기 피구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 10항에 있어서,
상기 완충체(52)는,
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 내측 샤프트(38) 및 상기 하우징(12)에 연결되는, 원통형의 플랜지(54);
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 플랜지(54)에 연결되는, 원통형의 비틀림 순응 커플링 요소(58); 및
상기 종방향 축(13)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 플랜지(54) 및 상기 하우징(12)에 연결되는, 원통형의 장착 디스크(42)로서, 상기 피구동 부재에 연결 가능한 원통형의 장착 디스크(42)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 1항에 있어서,
상기 외측 샤프트(34)는, 상기 내측 샤프트(38)보다 더 큰 비틀림 강도를 구비하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
회전 가능한 구동 부재를 구동 라인의 회전 가능한 피구동 부재에 연결하기 위한 복수 고유 진동수 커플링 장치(10)로서,
종방향 축(13)을 구비하는 원통형의 하우징(12);
상기 하우징(12)과 동축으로 정렬되고 상기 하우징(12)에 연결되며 그리고 제1 비틀림 강도를 구비하는, 원통형의 외측 샤프트(34);
상기 하우징(12) 및 상기 외측 샤프트(34)와 동축으로 정렬되며 그리고 제2 비틀림 강도를 구비하는, 원통형의 내측 샤프트(38);
상기 내측 샤프트(38)와 동축으로 정렬되며 그리고 상기 내측 샤프트(38)에 연결되는, 원통형의 유체 척 하우징(26)으로서, 상기 유체 척 하우징(26)과 상기 외측 샤프트(34) 사이에 형성되는 리세스(32)로 가압 유체를 소통시키기 위해 가압 유체 소스와 소통 상태에 놓이는 통로(20)를 구비하는 유체 척 하우징(26); 및
상기 외측 샤프트(34) 및 상기 유체 척 하우징(26)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 리세스(32) 내부에 배치되는, 원통형의 붕괴가능 슬리브(50)로서, 상기 리세스(32)가 가압 유체에 의해 가압되지 않으며 그로 인해 상기 붕괴가능 슬리브(50)가 상기 외측 샤프트(34)와 맞물리지 않도록 그리고 제1 고유 진동수에 대응하는 상기 커플링 장치(10)의 제1 비틀림 강도를 제공하도록 하는, 비구동 위치와, 상기 리세스(32)가 가압 유체에 의해 가압되며 그로 인해 상기 붕괴가능 슬리브(50)가 상기 외측 샤프트(34)와 맞물리도록 그리고 제2 고유 진동수에 대응하는 상기 커플링 장치(10)의 제2 비틀림 강도를 제공하도록 하는, 구동 위치 사이에서, 이동할 수 있는 원통형의 붕괴가능 슬리브(50)
를 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 14항에 있어서,
상기 하우징(12)에 연결되며 그리고, 상기 유체 척 하우징(26)을 회전 가능하게 지지하기 위해, 상기 하우징(12) 및 상기 유체 척 하우징(26)과 동축으로 정렬되며 상기 하우징(12)과 상기 유체 척 하우징(26) 사이에 위치하게 되는 것인, 원통형의 슬리브 베어링(14)을 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 14항에 있어서,
상기 하우징(12)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 하우징(12)에 연결되고, 상기 피구동 부재에 연결 가능한, 원통형의 장착 디스크(42)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 14항에 있어서,
상기 하우징(12) 및 상기 내측 샤프트(38)와 동축으로 정렬되며 그리고 상기 하우징(12) 및 상기 내측 샤프트(38)에 연결되는, 원통형의 완충체(52); 및
상기 완충체(52)와 동축으로 정렬되며 그리고 상기 완충체(52)에 연결되고, 상기 피구동 부재에 연결 가능한, 원통형의 장착 디스크(42)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 14항에 있어서,
상기 유체 척 하우징(26)과 동축으로 정렬되며 그리고 상기 유체 척 하우징(26)에 연결되고, 상기 구동 부재에 연결 가능한, 원통형의 완충체(68)를 더 포함하는 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.
제 14항에 있어서,
상기 유체 척 하우징(26)은 상기 구동 부재에 연결 가능한 것인, 복수 고유 진동수 커플링 장치.