KR102600930B1 - 각구동 벨트 시스템 내의 장력 분포 정규화 및 측벽 마모 최소화 - Google Patents

각구동 벨트 시스템 내의 장력 분포 정규화 및 측벽 마모 최소화 Download PDF

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Abstract

본 개시내용은 각구동용 벨트를 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 비틀림 기하 구조가 벨트의 제1 자유 구간에 적용된다. 시브는 제1 자유 구간의 제1 말단에서 벨트의 제1 자유 구간을 지지하고, 시브는 회전 시브 또는 피동 시브를 배치하는 것 및 배향하는 것 중 적어도 하나에 의해 제1 자유 구간의 제2 말단에 대해 주어진 플릿 각도로 벨트의 제1 자유 구간의 기하학적 중심선을 오정렬시킨다.

Description

각구동 벨트 시스템 내의 장력 분포 정규화 및 측벽 마모 최소화
관련 출원 참조
본 출원은 “각구동 벨트 시스템 내의 장력 분포 정규화 및 측벽 마모 최소화”라는 제목으로, 2017년 7월 10일 자로 출원된 미국 가출원 제62/530,420호에 대한 우선권을 주장하며, 그 출원의 전체 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 개시내용은 벨트 기반 동력 전달 방법 및 시스템에 관한 것이다.
단부 개방식 평벨트(flat belt)는 엘리베이터, 지게차, 그리고 시저 리프트(scissor lifts)와 같은 선형 왕복 응용예에서 동력 전달에 사용된다. 평벨트들의 소재 구성에 있어서의 혁신은 벨트 성능의 개선을 초래하였다. 이 벨트는 긴 사용 수명 동안의 유지보수가 필요 없는 작동, 낮은 제조 비용 및 일련의 작업 부하를 감안할 때의 작은 설계제한 범위를 포함하여, 와이어 로프에 비해 많은 장점을 가진다.
평벨트를 적용할 때 큰 주의를 기울이는 것이 일반적인 관행인데, 시브(sheave)의 잘못된 배치나 잘못된 정렬은 조기에(그리고 잠재적으로 치명적인) 벨트의 파손을 초래할 수 있기 때문이다. 평벨트는 와이어 로프보다 시브 오정렬(misalignment)에 민감하다. 일반적으로 평벨트(즉, 치(teeth)가 없는 벨트)는 비틀림 기하 구조를 위한 것이 아니다. 특정한 예를 들면, 0.25도의 플릿(fleet) 각도는 와이어 로프의 사용 수명을 눈에 띄는 비율로 단축시킬 것이며, 아마도 작동 수명을 15% 줄일 것이다. 와이어 로프는 필요한 출구 각도를 수용하기 위해서 플랜지(flange) 위로 측방향 굴곡되어야 하지만, 이러한 방향으로의 굴곡이 충분히 가능하다.
반면에, 평벨트는 그것의 주 굴곡축(principal axis of flexion)에 직교하는 방향으로 상당히 단단하며, 그 결과, 동일한 0.25도의 플릿 각도는 강철 와이어 로프 강화(reinforced) 폴리우레탄 평벨트의 수명을 95 % 이상 단축시킬 수 있다.
와이어 로프가 평벨트에 비해 우위에 있는 다른 분명한 장점은 어떠한 방향으로도 구부릴 수 있는 능력이다. 이는 설계자가 서로 면외 방향(out-of-plane)으로 시브를 배치할 수 있게 하므로, 향상된 기능성을 제공하는 훨씬 더 복잡한 시브의 배열을 만들 수 있게 한다. 벨트 또한 시브의 배치와 배열이 와이어 로프보다 더 제한되지만, 면외 방향 시브로 실시될 수 있다. 벨트가 두 개의 시브들 사이의 자유 구간(free span)에서 비틀어져야 한다면, 그 구간(span)은 일반적인 설계 관행에서 규정된 특정한 최소 길이를 충족해야 한다. 90도 비틀기의 경우에, 이 구간이 최소한 벨트 폭의 20배는 되어야 하는 것이 일반적으로 권해진다. 이 측정기준은 흔히 “비틀림 비율(twist ratio)”이라고 지칭된다: 90도 비틀기의 경우에 벨트 폭으로 나누어진 자유 구간의 길이이다. 예를 들면, 폭 20mm, 자유 구간 300mm 및 비틀림 45도를 갖는 벨트를 생각해보자. 그러면 이 구간의 비틀림 비율은 30:1이 된다. 20:1 보다 더 공격적인(aggressive) 비틀림은 설계 관행에서 일반적으로 권해지지 않는데, 더 강한 비틀림이 나타낼 수 있는 추가적인 압축 이득(compaction benefit)에는 사용 수명의 심각한 감소가 동반되기 때문이다.
비틀림 없는 기하 구조와 비교하면 사용 수명의 무시할만한 감소를 갖는 공격적인 비틀림 기하 구조를 포함하는 각(angular) 평벨트 구동 시스템의 설계를 위한 방법, 시스템 및 구성 요소가 본 명세서에 개시된다. 이러한 방법을 사용하면, 예를 들어, 특정한 실시는 사용 수명의 경미한 불이익만으로 더 공격적인 7:1의 비틀림 비율을 달성할 수 있고, 그렇게 함으로써 더 축약적인 설계제한 범위를 제공한다.
이러한 비틀림 비율을 실시하기 위한 적절한 설계 기술은 플릿 각도와 시브 경계부(interface)에서의 비틀림 기하 구조 모두의 영향을 받는 평벨트의 파손 모드(failure mode)에 대한 근본적인 이해에서 비롯된다. 상당한 플릿 각도의 조건에 있게 되는 직선(비틀림 없는) 평벨트의 경우에 세 가지 파손 모드가 우세하다: 벨트가 시브를 따라 그 중립 위치로 이동하는 것을 막는 플랜지를 따른 벨트 재킷(jacket)의 측벽 마모, 측벽 접촉 에지(edge)의 반대쪽에 있는 와이어의 장력 기반 커핑 파손(cupping failure) 또는 피로 파손(fatigue failure) 및 더 높은 장력을 겪는 와이어 로프 아래에서의 조기 재킷 열화(jacket degradation). 이러한 세 가지 조건이 동시에 일어난다는 점을 주목할 필요가 있다: 오정렬된 시브는 벨트 내 장력 분포를 이동시킬 것이고, 시브의 "하이 코너(high corner)" 상의 최종 시브 압력(resultant sheave pressure) 및 벨트 장력이 더 높아지게 한다. 불균일한 압력 분포는 벨트를 플랜지 없는 원통형 드럼(drum)의 중립 위치로 가도록 하는 추진력이다. 그러나, 제공된 플랜지가 존재하면, 플랜지가 높은 장력 반대쪽 벨트의 측벽을 따라 접촉하여 벨트의 순 압력 분포(net pressure distribution)에 대항할 것이다. 따라서 플릿 각도의 조건은 벨트 재킷의 측벽, 강화 스트랜드(reinforcing strand) 및 시브 표면과 벨트의 고장력(high-tension) 측면의 스트랜드(strand) 사이에 있는 재킷 소재에 과도한 응력을 유발하며, 3중으로 손상시킨다.
두 개의 시브 사이의 벨트의 자유 구간을 각구동의 비틀림 기하 구조의 조건에 있게 하는 것 또한 다수의 메커니즘을 통해 벨트에 과도한 응력을 유발한다. 먼저, 어떠한 강화 평벨트 기하 구조를 비트는 것은 장력을 실질적으로 포물선형으로, 그리고, 이에 더하여 일정한 분포로 가장 바깥쪽 스트랜드로 이동시킨다. 이는 벨트 중심 부근에 있는 스트랜드와 비교해서 바깥쪽 스트랜드가 가로질러야 할 나선형 경로가 더 길기 때문이다. 그러나, 소재와 기하 구조에 따라서 이러한 장력 불균형은 경미할 수 있다.
실제로, 강철 강화 폴리우레탄 구조의 비틀린 평벨트는 벨트 자체의 비틀림과 관련된 굽힘, 장력 또는 비틀림 응력 피로도에 도달하기 훨씬 전에 시브 상호작용으로 인해 파손된다. 이를 이해하기 위해서는 비틀린 평벨트가 그 인장 하중뿐 아니라 전체 비틀림 모멘트를 전달한다는 점을 고려해야 한다. 이는 비틀린 벨트 구간의 어떠한 자유물체(free-body) 단면 절단을 통해서도 쉽게 확인할 수 있으며: 바깥쪽 스트랜드의 장력 벡터는 그들 각각의 와이어 로프의 나선형 경로를 따르기 때문에 중심축과 평행하지 않다. 최종 벨트 하중(resultant belt load)을 구하기 위해 스트랜드에 걸쳐 적분하면, 개별 장력 벡터의 비평행성(non-parallelism)은 자유 구간의 모든 지점에서 비틀린 벨트를 통해 전달되는 전술한 비틀림 모멘트를 초래한다.
벨트의 자유 구간을 통과하는 이 비틀림 모멘트는, 시브이든 말단(termination)이든, 자유 구간의 어느 한 단부에서 지지체에 의해 공급되어야 한다. 벨트의 양쪽을 누르는 두 개의 원통형 롤러로 구성된 한 쌍의 시브를 상상하면, 반대쪽 롤러의 면에 대한 압력은 기분 좋게 대칭인 방식으로 벨트에 비틀림 모멘트를 부여하는 데 필요한 접촉을 제공한다. 주 시브는 표준 방식으로 평벨트에 방향전환 압력(redirection pressure)을 자유롭게 제공할 수 있다. 이 상황에서 우리는 비틀림 기하 구조 자체에 의해 유도된 응력에만 관련된 사용 수명의 감소를 예상해야하고, 이는 경미하다.
그러나, 대부분의 시브 설계는 구간을 통과하는 비틀림 모멘트를 공급하는 것을 돕는 것이 유일한 목적인 반대쪽 롤러를 가지고 있지 않다. 주 시브는 벨트의 바닥면에만 압력을 가할 수 있기 때문에 다른 방법으로 비틀림 모멘트를 달성해야 한다; 즉, 벨트가 시브의 표면과 접촉하게 하는 주 시브 압력(sheave pressure)과 연계하여 시브의 한쪽에 대한 압력 분포의 측방향 이동의 방법으로 달성해야 한다. 이러한 이동은 시각적으로 구별가능하다(도 5 참조): 벨트와 시브 사이의 맞물림(engagement) 선은 시브의 회전축과 평행에서부터 기울어진 각도까지 회전한다. 결과적으로, 벨트는 시브로부터 비대칭의 지지를 받고, 시브 위에서 벨트 맞물림이 발생할 때 다른 에지에 접촉하기에 앞서 벨트의 한 에지에서의 접촉이 발생한다. 이것은 벨트의 보강 스트랜드 내의 장력 분포를 시브로부터 처음 접촉을 받는 벨트의 에지 쪽으로 이동하게 하는데, 이는 그 자유 구간 상태로부터 강화 스트랜드를 연장시키는 벨트에 대한 어떤 기하학적인 부과(imposition)도 그 영향을 받는 스트랜드 내에서 더 높은 장력 조건을 초래하기 때문이다. 스트랜드에서의 불균일한 장력 분포는 고장력 상태와 반대되는 벨트의 측면에서 측벽 압력 응답을 야기하게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예는 각구동용 벨트 사용 방법을 제공한다. 상기 방법은 벨트의 제1 자유 구간에 비틀림 기하 구조를 적용하는 단계, 제1 자유 구간의 제1 말단에서 자유 회전 시브(freely rotating sheave) 또는 피동 시브(driven sheave)를 통해 벨트의 제1 자유 구간을 지지하는 단계, 및 제1 자유 구간의 제2 말단에 대해 주어진 플릿 각도로 벨트의 제1 자유 구간의 기하학적 중심선을 오정렬하도록 회전 시브 또는 피동 시브를 배치(positioning)하는 단계 및 배향(orienting)하는 단계 중 적어도 하나를 포함한다.
벨트는 평벨트이다(즉, 치(teeth)가 없음). 일부 실시예에서, 평벨트는 강철 벨트, 아라미드 벨트, 폴리에스테르 벨트, 폴리우레탄 벨트 및 합성 섬유 강화 벨트 중 적어도 하나이다. 일부 실시예에서, 자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 플랜지 시브를 포함한다.
일부 실시예에서, 벨트의 제1 자유 구간의 주어진 플릿 각도의 오정렬의 방향 및 크기는 지지 시브를 갖는 비틀림 없고 오정렬된 벨트의 제2 자유 구간의 주어진 플릿 각도의 오정렬의 방향 및 크기와 상응하며, 지지 시브는 벨트의 비틀림 없고 오정렬된 제2 자유 구간에 걸쳐서, 비틀림 없고 오정렬된 벨트의 제2 자유 구간의 맞물림 경계부에서의 하나의 에지에서부터 반대쪽 에지까지의 장력의 총 차이가 비틀림 기하 구조를 가지는 제1 자유 구간의 맞물림 경계부에서의 제1 자유 구간의 하나의 에지에서부터 반대쪽 에지까지의 장력의 총 차이와 실질적으로 반대이다.
일부 실시예에서, 벨트의 제1 자유 구간은 20:1 이하의 비틀림 비율을 가지고, 0.25도 내지 1.5도 범위에서 주어진 플릿 각도를 가지는 비틀림 기하 구조를 포함한다.
일부 실시예에서, 자유 회전 시브 또는 피동 시브는 벨트의 제1 자유 구간에 대해 도입된 1차원의 플릿 각도 오정렬을 가지는 하나 이상의 시브를 포함하며, 벨트는 시브의 한 맞물림 경계부에서 비틀린 입구를 가지고, 시브의 다른 맞물림 경계부에서 직선 출구를 가진다.
일부 실시예에서, 자유 회전 시브 또는 피동 시브는 벨트의 제1 자유 구간에 대해 도입된 2차원의 플릿 각도 오정렬을 가지는 하나 이상의 시브를 포함하며, 벨트는 시브의 한 맞물림 경계부에서 비틀린 입구를 가지고, 시브의 다른 맞물림 경계부에서 직선 출구를 가진다.
본 발명의 다른 실시예는 각구동용 벨트 사용을 위한 장치를 제공한다. 장치는 비틀림 기하 구조로 구성된 자유 구간을 가지는 벨트, 벨트의 자유 구간의 제1 단부를 지지하는 자유 회전 시브 및 피동 시브 중 적어도 하나, 그리고 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 수용하는 시브 지지 조립체를 포함한다. 시브 지지 조립체는 벨트의 자유 구간의 제2 단부에 위치한 고정 시브에 대해 주어진 플릿 각도로 벨트의 자유 구간의 기하학적 중심선을 오정렬하도록 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 배치 및/또는 배향하도록 구성되며, 이 오정렬을 유지하기 위해 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 그 주어진 플릿 각도로 유지(retain)하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 시브 지지 조립체는 미끄러지도록(slide) 구성된다.
일부 실시예에서, 고정 시브는 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브에 직교한다.
벨트는 평벨트이다(즉, 치가 없음). 일부 실시예에서, 평벨트는 강철 벨트, 아라미드 벨트, 폴리에스테르 벨트, 폴리우레탄 벨트 또는 다른 합성 섬유 강화 벨트 중 하나 이상이다.
일부 실시예에서, 자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 플랜지 시브를 포함한다. 일부 실시예에서, 비틀림 기하 구조는 15:1 이하의 비틀림 비율을 가지는 공격적인 비틀림을 포함한다. 일부 실시예에서, 플랜지 시브는 플랜지 안내(flanged guidance)를 요구하는 벨트(치가 없음)보다 약 1mm 넓은 벨트용 홈을 포함하도록 넓어질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 각구동 내에 비틀린 벨트 구간의 스트랜드의 장력 분포의 비대칭성의 크기를 감소시키는 것을 돕고, 이에 따라 비틀림 없는 평벨트 구동과 비교할 만한 성능과 수명을 갖는 보다 축약적인 각구동 설계를 가능하게 한다. 본 발명을 가능케하는 하나의 주요 통찰은 상당한 비틀림을 갖는 잘 정렬된 각구동과 플릿 각도의 형태를 취하는 상당한 오정렬을 갖는 직선(비틀림 없는) 벨트 구동 모두 조기 파손을 일으키는 유사한 패턴의 시브 압력, 벨트 장력 및 측벽 마모를 나타낸다는 관찰이다. 만약 설계자가 측벽 마모 하중과 불균일한 장력 분포가 기존 비틀린 벨트 각구동의 측벽 마모 하중과 불균일한 장력 분포를 반영하도록 플릿 각도 조건을 선택한다면, 불균일한 장력 분포 및 심한 측벽 마모의 바람직하지 않은 부작용을 상쇄하도록 플릿 각도가 다른 방법으로 잘 정렬된(otherwise well-aligned) 각구동에 추가될 수 있다. 주어진 비틀림 비율 및 벨트 단면에 대해서, 그렇지 않았다면 한 에지로 이동했을 비틀린 벨트의 장력 분포를 재정규화(re-normalizing)함으로써 벨트의 사용 수명의 극적인 연장을 허용하는 컴플리멘터리 플릿 각도(complimentary fleet angle)가 존재한다. 발명자는 이러한 컴플리멘터리 플릿 각도가 종종 꽤 상당하며 때로는 1도를 초과한다는 것을 발견했다(플릿 각도는 비틀림 없는 벨트에서는 파손까지 예상한 수백만 사이클에 도달하지 못하고 수백 시브 굽힘 사이클 이내에 빠르게 파손될 정도로 심하다.).
직선이거나 상대적으로 비틀림이 적은 자유 구간을 갖는 벨트 위상(topology)에 의도적으로 플릿 각도를 도입하면, 벨트의 사용 수명을 100배 이상 감소시키지만, 동일한 플릿 각도는 공격적으로 비틀린 벨트 기하 구조의 수명을 동일하게 100배 이상 연장할 수 있다. 15:1 이하의 비틀림 비율의 경우, 0.25도와 1.5도 사이의 컴플리멘터리 플릿 각도에 대한 사용 수명 시험에서 비틀린 벨트의 수명을 두 자릿수 초과만큼 연장할 수 있다.
벨트의 비틀린 자유 구간에 대한 가장 효과적인 컴플리멘터리 플릿 각도는 고사이클(high-cycle) 시험에 의존하지 않고 경험적으로 결정될 수 있다. 비틀린 부분(section)이 빠른 속도(예를 들면 7 Hz)로 플랜지 시브 위를 진행하는 경우, 시브에서 마모를 받는 측벽은 상당히 가열되고, 열카메라(thermal camera)로 감지할 수 있다. 따라서, 플릿 각도가 바뀔 수 있는 셋업을 생성하고, 열카메라가 벨트의 폭에 걸쳐 균일한 열 축적을 기록할(register) 때까지 이를 수정함으로써 효과적인 컴플리멘터리 플릿 각도를 얻을 수 있다. 또한 압력에 민감한 필름을 시브와 벨트 표면에 위치시키고, 일단 제거된 필름의 색깔 분포를 판독함으로써 효과적인 컴플리멘터리 플릿 각도를 얻을 수 있다. 당연히, 벨트의 에지들 간에 차이를 최소화하여 장력 분포가 거의 균일해질 때까지, 플릿 각도를 증가시키면서, 이 과정을 반복하게 된다.
본 발명의 실시예는 플릿 각도와 상당히 비틀린 기하 구조 모두는 벨트 장력 분포와 벨트 마모의 마찰학(tribology)에 유사한 효과를 나타내며, 이러한 조건을 적절히 중첩함으로써, 실시예는 공격적인 비틀림 기하 구조를 갖는 각구동과 벨트 사용 수명을 극적으로 연장할 수 있는 의도적으로 설계된 컴플리멘터리 플릿 각도를 사용할 수 있다고 상정한다.
당업자는 도면이 주로 예시적인 목적을 위한 것이며 본 명세서에 기술된 본 발명의 요지의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해할 것이다. 도면은 반드시 일정한 비율로 축소된 것은 아니다; 어떤 경우에는, 본 명세서에 개시된 본 발명의 요지의 다양한 실시예는 여러 특징의 이해를 용이하게 하기 위해 도면에서 과장되거나 확대되어 도시될 수 있다. 도면에서, 유사한 참조 부호는 일반적으로 유사한 특징을 지칭한다(예를 들어, 기능적으로 유사한 및/또는 구조적으로 유사한 구성요소).
도 1은 전형적인 평벨트 구동의 일부 구성요소를 도시한다(선행 기술).
도 2는 플랜지 시브, 평행 축 및 자유 구간에서 플릿 각도를 유도하는 시브의 평행 오정렬을 갖는 평벨트 구동 시스템을 도시한다.
도 3은 오정렬된 평벨트 구동 견본의 평면도를 도시한다.
도 4는 상당한 플릿 각도를 갖는 구간의 시브 맞물림 경계부에서 나타나는 장력 분포의 예시적인 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 비틀린 자유 구간의 평면도를 나타낸다.
도 6은 적절히 정렬된 비틀린 자유 구간의 시브 맞물림 경계부에서 나타나는 장력 분포의 예시적인 도면이다.
도 7은 컴플리멘터리 플릿 각도 설계 구성요소를 포함하는 비틀린 자유 구간을 갖는 견본의 평면도를 도시한다.
도 8은 벨트 단면의 기하학적 중심을 보다 명확하게 도시하기 위해 2차 지지 시브가 없는 비틀린 자유 구간을 갖는 견본의 동일한 평면도를 도시한다.
도 9는 비틀린 자유 구간 및 컴플리멘터리 플릿 각도 설계 구성요소를 갖는 견본의 장력 분포의 예시적인 도면이다.
도 10은 시브에 의해 지지되는 비틀린 자유 구간을 갖는 기계를 도시한다.
도 11은 지지 구조 없는 도 10의 비틀린 자유 구간을 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예의 측면도를 도시한다.
도 13은 도 10에 도시된 기계의 측면도를 도시한다.
도 14는 비틀린 구간에서 컴플리멘터리 플릿 각도를 이용하는 다른 기계를 도시한다.
도 15는 지지 시브와 함께 벨트의 나머지 부분을 갖는 도 14의 자유 구간을 도시한다.
도 16은 도 14의 시브가 그것의 기하학적으로 정확히 접선인 위치(true tangent position)에서 벗어난 방향을 도시한다.
도 17은 비틀림 비율 분석하는 데 사용되는 모델 비틀린 벨트를 도시한다.
도 18a와 도 18b는 벨트의 직교(비축(non-axial)) 장력 성분의 모델링을 도시한다.
도 19a와 도 19b는 시브로의 천이 접촉(transition contact)의 분석을 도시한다.
도 20a와 도 20b는 적절한 플릿 각도를 찾는 데 사용될 수 있는 순 길이 차이(net length differential)를 도시한다.
도 21은 삼각법(trigonometry) 및 매클로린 급수(Maclaurin series)가 상대 슬랙(slack) ΔL이 천이 구역(transition zone)의 크기와 관련되도록 허용하는 방법을 도시한다.
도 22는 비틀림 비율 및 폭 비율(width ratio)의 함수로서 도시된 이론적인 보상 플릿 각도의 그래프를 도시한다.
다음은 각벨트(angular belt) 구동 시스템 내의 벨트 장력 분포를 정규화하는 방법에 관련된 다양한 개념의 보다 상세한 설명과, 예시적인 실시예이다.
도 1은 평벨트를 갖는 각구동 설계의 선행 기술을 도시한다. 평벨트 구동 조립체(101)는 복수의 시브(103)로 구성되며, 시브는 벨트 안내를 위한 플랜지를 포함할 수 있다. 평벨트(102)는 복수의 시브(103)에 감겨있다. 단일 비틀린 자유 구간(102A)이 두 개의 시브 사이에 존재한다. 기존의 설계 관행에 따라, 벨트 중심선은 각각의 시브 표면에 접하고 각각의 시브의 회전축에 직교한다. 비틀린 자유 구간(102A)은 일반적으로 비틀림 비율(L/W)이 20:1보다 큰, 상대적으로 작은 비틀림을 갖도록 규정된다. 견본에 도시된 바와 같이, 비틀린 자유 구간(102A)는 약 8:1의 비틀림 비율을 가진다. 적절한 시브 정렬 상태에서, 이 벨트 위상은 측벽 마모 및 시브 경계부에서의 스트랜드 내의 불균형한 장력 분포로 인해 급격히 열화될(degrade) 것이다.
도 2는 비틀림이 없고 두 개의 평행한 오정렬된 시브(203A 및 203B)를 갖는 평벨트 구동 설계를 도시한다. 플릿 각도(도 3에서 더 명백함)는 벨트 재킷의 급격한 열화(degradation)와 뒤이은 강화 스트랜드(reinforcement strand)의 악화(deterioration)를 유발할 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 견본의 평면도를 도시하고, 시브(203A 및 203B)가 표시되어 있다. 자유 구간(202)은 시브 맞물림 경계부에서, 양 단부에 기하학적인 꼬임(kink)을 가진다. 접촉선(line of contact)은 벨트의 자유 구간이 시브와 접촉하는 선이고, 그 단부(301A 및 301B)에 의해 좌측 시브에 표시된다. 시브(203A)의 접선 중심선(303A)은 시브 표면에 접하고 시브의 회전축(304)에 수직이다. 자유 구간(202)의 기하학적 중심선은 잘 정렬된 벨트 구동에서 접선 중심선(303A)을 통과할 것이다. 그러나, 이 견본에서, 기하학적 중심선(303B)은 접선 중심선(303A)와 작은 각도(304)를 형성한다. 시브(203A)를 갖는 자유 구간(202)의 이러한 각오정렬(angular misalignment)은 플릿 각도라고 지칭된다. 설계자가 간과하는 예기치 않은 플릿 각도 오정렬은 조기 벨트 파손의 원인이 될 수 있다.
도 4는 도 3의 견본의 접촉선에서 벨트 내 강화 스트랜드의 예시적인 장력 분포도(401)를 나타낸다. 에지 A 및 에지 B는 접촉선의 표시된 단부(301A 및 301B)에 대응한다. 도 3에서 입증된 플릿 각도는 플릿 각도 이동의 방향에 반대인 단부(301B)를 향한 편향(bias)을 갖는 비대칭의 장력 분포를 초래한다. 비대칭의 크기(402)는 벨트의 그 각각의 에지에 가장 근접한 두 개의 스트랜드 사이의 스트랜드 장력의 차이를 나타낸다. 불균일한 장력 분포는 세 가지 메커니즘을 통해 조기 벨트 파손을 유발한다. 고장력 에지는 강화 스트랜드에서 나타나는 장력 및 굴곡 응력으로 인해 조기에 파손될 것이다. 스트랜드들과 시브 표면 사이의 재킷 소재(jacketing material)(종종 폴리우레탄)는 고장력 스트랜드로부터 받는 높은 수준의 압축으로 인해 급격히 열화될 것이다. 마지막으로, 위치(302)에서 플랜지 시브에 의한 측벽 마모는 재킷 소재의 측벽을 열화시킬 것이다.
도 5는 비틀린 자유 구간(501)을 갖는 잘 정렬된 각구동을 도시한다. 벨트의 기하학적 중심선(505)은 시브(502)의 회전축(504)에 수직이다. 비교적 완만한(gentle) 비틀림 기하 구조를 갖는 높은 비틀림 비율 자유 구간에 대해, 이러한 정렬은 정확하고 빈번하게 사용된다. (이 견본과 같이) 공격적인 비틀림 기하 구조를 가지는 작은 비틀림 비율을 갖는 설계의 경우, 벨트 손상은 빠르게 발생할 것이며, 높은 비틀림 비율 자유 구간과 비교하여 사용 수명이 90% 내지 99% 감소할 것이다. 공격적인 비틀림은 자유 구간(501)과 시브(502) 사이의 접촉선(503)에 상당한 각도 이동을 유발하여, 접촉선(503)이 시브의 회전축(504)에 평행하지 않게 만든다. 벨트의 에지(501A)는 벨트의 반대쪽 에지(501B)에 앞서 시브와 접촉하고, 에지(501A)가 시브로부터 추가적인 지지를 받아 벨트의 해당 측면에서 더 높은 장력을 유발한다. 또한, 비틀림 기하 구조 자체는 벨트의 바깥쪽 스트랜드가, 평벨트의 기하학적 중심선에 더 가깝게 존재하는 안쪽 스트랜드보다 더 긴 나선형 경로를 따르게 한다. 따라서 바깥쪽 스트랜드는 안쪽 스트랜드보다 더 높은 장력 하에 있다. 이러한 두 조건은 중첩되어 시브 맞물림 경계부에서 벨트 내에 매우 불균일한 장력 분포를 형성한다. 플릿 각도 조건과 같이, 고비틀림(high-twist) 조건은 상승된 강화 스트랜드 장력, 고장력 스트랜드 하의 재킷 소재 내의 높은 압축 및 벨트 측벽과 위치(502A)에서의 시브 플랜지 사이의 측벽 마모를 초래하고, 이는 모두 벨트의 빠른 열화를 유발한다.
도 6은 접촉선(503) 부근에서 벨트 내의 강화 스트랜드 장력의 예시적인 형태를 도시한다. 벨트의 하부 에지(501A)는 그 반대쪽 에지(501B)보다 실질직으로 더 높은 장력 하에 있다. 또한, 바깥쪽 스트랜드는 안쪽 스트랜드보다 더 큰 장력 하에 있다. 이러한 두 조건은 도시된 장력 분포(601)를 함께 생성한다. 비대칭의 크기(602)는 에지 A를 향한 편향을 갖는 음성(negative)이다.
도 7은 컴플리멘터리 플릿 각도를 갖는 각구동을 도시한다. 이 견본은 도 5의 견본과 유사하고, 2차 시브(703)의 위치의 하향 이동이 있다. 이는 자유 구간(701)의 기하학적 중심선이 그것의 잘 정렬된 상태(704A)로부터 오정렬된 상태(704B)로 변화하게 하여, 맞물림 경계부(701C)에서 플릿 각도(705)를 생성한다. 따라서 자유 구간(701)의 기하학적 중심선(704B)은 시브의 회전축(706)에 더 이상 수직하지 않는다. 플릿 각도(705)는 벨트 구동의 작동 조건과 관련하여 신중하게 선택되며, 공격적인 비틀림을 갖는 이와 같은 견본의 경우, 맞물림 경계부(701C)에서 벨트 내 장력 분포의 비대칭의 감소를 유발한다. 벨트의 에지(701A 및 701B) 부근의 강화 스트랜드는 의도적으로 도입된 플릿 각도(705)로 인해 더 유사한 장력 상태 하에 있다.
도 8은 플릿 각도 오정렬을 더 잘 설명하기 위해, 2차 시브(703)가 제거된 동일한 견본을 도시한다. 2차 시브(703)와의 맞물림 경계부(801)는 설계자의 의해 그것의 잘 정렬된 상태로부터 이동되고, 자유 구간(701)이 맞물림 경계부(701C)에서 플릿 각도(705)를 가지게 한다.
도 9는 맞물림 경계부(701C)에서 벨트의 강화 스트랜드 내의 예시적인 형태의 장력 분포를 도시한다. 에지 A 및 에지 B는 벨트의 에지(701A 및 701B)에 대응한다. 장력 분포(901)는 실질적으로 편평하고, 벨트의 에지(701A 및 701B) 부근에 존재하는 바깥쪽 스트랜드에서 낮은 표준 편차 및 동일한 장력 상태를 갖는다. 장력 분포는 두 개의 독립적인 맞물림 경계부 조건의 중첩의 결과이다. (비교 목적으로 여기에 도시된) 플릿 각도 장력 분포(401)는 크기(402)의 바깥쪽 스트랜드 장력 차이를 가지며 부호가 양(positive)이다. 비틀린 견본 장력 분포(601)은 크기(602)의 바깥쪽 스트랜드 장력 차이를 가지며 부호가 음이다. 두 조건이 중첩되면, 이들은 그 평균이 두 장력 분포(401 및 601)의 평균과 실질적으로 유사하지만 그 비대칭이 크기가 감소된 장력 분포(901)를 형성한다. 맞물림 경계부(701C)에서의 장력 분포의 이러한 정규화는 사용 수명의 극적인 연장을 초래한다.
도 10 내지 도 16은 각구동용 컴플리멘터리 플릿 각도의 설계 사용 사례를 도시한다.
도 10은 시브(1003)에 의해 지지되는 비틀린 자유 구간(1001)을 갖는 기계를 도시한다. 도시된 바와 같이, 벨트의 중심선은 시브(1003)의 기하학적 접선(1002)으로부터 벗어난다. 지지 구조체(1004)는 시브(1003)를 기계의 나머지에 대해 위치시킨다.
도 11은 구조물(1004)이 숨겨진 도 10의 비틀린 자유 구간을 도시한다. 지지 시브(1003)는 방향(1101)으로 이동되어 맞물림 경계부에서 불균일한 장력을 정확하게 보상하는 플릿 각도를 생성한다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예의 측면도를 도시한다. 시브(1003)는 방향 벡터(1101)에 의해 이동되고, 이 방향 벡터는 지면 내측을 가리키는 것으로 도시되어 있다.
도 13은 지지 구조체(1004)를 갖는 도 10에 도시된 기계의 측면도를 도시한다.
도 14는 비틀린 구간의 컴플리멘터리 플릿 각도를 이용하는 다른 기계를 도시한다. 비틀린 자유 구간(1401)은 다른 풀리들 중, 지지 시브(1402 및 1403)와 지지 구조물(1404)에 의해 양 단부에서 지지되고, 지지 구조물은 모든 회전 구성요소의 상대 위치를 유지한다.
도 15는 도 14의 자유 구간(1401)을 벨트의 나머지 및 그 지지 시브와 함께 도시한다. 명확성을 위해, 구조체의 나머지(1404)는 이 도면에서 숨겨져 있다.
도 16은 시브가 그것의 기하학적으로 정확히 접선인 위치에서 벗어난 방향을 도시한다. 시브(1402)는 그 맞물림 경계부에서 장력을 정규화하기 위해 방향 벡터(1602)에 의해 약간 이동되었다. 시브(1403)는 그 맞물림 경계부에서 장력 분포를 정규화 하기 위해 방향 벡터(1601)에 의해 약간 이동되었다.
본 명세서에 구현된 기술은 설계 의도에 의한 기술이라는 점에 주목해야 한다: 설계자는, 공격적으로 비틀린, 좁은 폭의, 강화 벨트의 중립 작동 위치가 비틀림 없는 트루러닝 벨트(true-running belt)와 실질적으로 다르므로, 그 또는 그녀가 벨트의 사용 수명을 연장하기 위한 컴플리멘터리 플릿 각도를 의도적으로 야기하는 위치에서 시브 표면, 플랜지 또는 크라우닝(crowning)과 같은 안내 기하 구조를 배치하게 한다는 것을 인식해야 한다. 플랜지는 개시된 설계 기술이 여전히 사용되는 일부 특정한 환경에서 불필요할 수 있다.
도 17은 비틀림 비율을 분석하기 위해 사용된 모델 비틀린 벨트를 도시한다. 비틀린 구간 맞물림 경계부로의 플릿 각도의 의도적인 도입은 심각하게 비틀린 벨트 시스템의 사용 수명을 몇 자릿수나 증가시킬 수 있다. 각구동은 시브 맞물림 경계부에서 특히 심각한 불균일 벨트 장력 분포를 나타낸다. 다음의 분석은 플릿 각도 보상을 결정하기 위한 이론적인 기반 및 닫힌 형태 해(closed form solution)를 제공한다. 다음의 분석은 다음의 표기법을 사용할 것이다:
총 벨트 장력 - T
시브의 직경 - D시브
시브의 반경 - R시브
가장 바깥쪽 와이어 로프들 사이의 중심선 거리 - ωos
비틀림 비율 - (T.R.)
천이 구역 길이 - Х
벨트의 절반 폭 - R
벨트의 전체 폭 - W
나선 각도 - Ψ
비틀림 비율 - θ
아래의 분석을 설정하는 것에 관하여 다음의 가정이 이루어진다:
- 벨트 내의 와이어 로프는 벨트의 중심으로부터 그 변위와 상응하는 반경의 평행 나선형 경로를 따른다.
- 벨트는 무한히 가요성(flexible)이고 무한히 얇으며(thin), 반경방향 재킷 순응성(compliance)을 가지지 않는다.
- 작은 각도 근사는 소정 각도의 크기 < 0.1 라디안에 대해 이루어진다.
- 벨트와 시브 사이의 맞물림 경계부에서 접촉선은 에지로부터 에지까지 비스듬하며 직선 형태이다.
- 천이 구역 내의 압력 분포는 벨트의 자유 구간 내의 내부 비틀림 모멘트를 공급하는 것을 담당한다.
- 천이 구역은 총 벨트 장력 벡터에 수직인 반경에 대해 대칭적으로 존재한다.
- 도입된 플릿 각도는 변형(strain)이 중립축으로부터 거리에 비례하는 표준 굽힘 방정식을 통해 길이에서의 차이를 제공한다.
유도
보상 플릿 각도를 얻기 위한 전체적인 전략은 다음과 같이 설명될 수 있다. 첫 번째 단계는 천이 구역의 길이를 찾는 것이다. 이는 부하 적분과 부하 정역학(statics)의 방법을 통해 이루어진다. 벨트의 내부 비틀림 모멘트가 먼저 유도되고, 이어서 알려지지 않은 천이 구역 길이 Х에 의해 천이 구역 내의 벨트 상에 부과되는 비틀림 모멘트가 유도된다. 비틀린 자유 구간은 전적으로 천이 구역으로부터 그 내부 모멘트를 얻기 때문에, 구역의 길이(Х)를 얻기 위해 이 두 비틀림 모멘트 사이의 상등(equality)을 설정할 수 있다.
벨트가 시브와 경계부를 이루는(interface with) 주연 길이(peripheral length) Х는 일부 비교적 간단한 삼각법을 통해 생성된 상대적인 기하학적 슬랙(slack)을 평가하는 데 사용될 수 있다. 천이 영역에서, 벨트의 상부 에지는 자유 공간(free space)를 통과하는 동안 벨트의 하부 에지는 시브와 접촉을 유지하면서, 장력의 비대칭을 유도하는 길이의 비대칭을 유발한다.
이어서 천이 구역에서 계산된 길이의 차이는, 변형이 중심선으로부터의 거리에 비례하는 굽힘에서의 단순 빔(beam)으로 모델링된 플릿 각도에 의해서 생성된 길이의 순 차이에 반대이다. 알려지지 않은 크기의 플릿 각도는 파트 2에서 유도된 길이의 순 차이를 상쇄하도록(counter) 설정되어, 벨트의 바깥쪽 에지를 따라 길이의 균등화를 만든다.
파트 1 - 천이 구역의 길이 Х 획득.
벨트의 중심점(center point)으로부터의 거리, r의 함수로서, 벨트 내의 강화 와이어 로프의 나선 각도를 얻기 위해서 나선 기하학 모델이 사용된다. 이어서, 나선 각도는 비틀림 비율 T.R과 관련된다.
나선
비틀림 비율 맥락(context)의 분석.
벨트의 내부 비틀림 모멘트는 벨트의 강화 와이어 로프 내의 장력의 비축 성분을 적분함으로써 유도된다. 내부 비틀림 모멘트는 벨트 폭(총 폭 = 2R), 총 장력 T 및 나선 각도 Ψ에 의존하는 것으로 판명된다.
주어진 T.R.의 벨트 내의 내부 비틀림 모멘트의 분석. 총 장력 T, 폭 w 및 균일한 크기 분포 T/w를 갖는 벨트가 주어지면, 직교(비축) 장력 성분이 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 모델링될 수 있으며, 여기서,
다음의 작업은 시브가 접촉의 비대칭적 특성으로 인해 천이 구역에서 벨트에 부과하는 회전 모멘트를 찾기 위해 사용되는 2차원 표면 적분을 설정한다.
직선 접촉, LOC를 가정한 시브로의 천이 접촉은 도 19a 및 도 19b에 따라 설명될 수 있다. 도 19a 및 도 19b에 기초하여,
2차원 적분의 평가는 천이 구역 M경계부에서 공급되는 회전 모멘트에 대한 공식적인(formulaic) 기초를 제공한다. 천이 구역에서 공급되는 회전 모멘트는 천이 구역의 길이 X, X, 평균 시브 압력 P 및 벨트의 절반 폭 R의 함수인 것으로 판명되며, 여기서
벨트의 내부 비틀림 모멘트가 천이 구역 경계부에서의 모멘트에 의해 공급되기 때문에, 이들 둘 사이의 상등을 설정할 수 있다. 이는 시브 직경 D시브 및 비틀림 비율 T.R.의 함수로 천이 구역의 길이 Х를 찾을 수 있게 한다.
M경계부 = M내부라고 설정하면 다음이 나온다.
파트 2 - 천이 구역의 존재에 의해 벨트 에지들 사이에 생성된 상대적 슬랙의 양 평가.
2차원 기하학적 모델은 천이 구역의 길이 Х 및 시브 반경 R시브의 길이를 고려하여, 계산될 필요가 있는 일부 길이를 설정한다.
천이 경계부의 길이 Х를 고려하여, 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같이 적절한 플릿 각도를 찾는 데 사용될 수 있는 순 길이 차이를 찾는다.
삼각법과 매클로린 급수를 사용하는 것은 도 21에 도시된 바와 같이 상대적 슬랙 ΔL 이 시브 직경 뿐만 아니라 천이 구역의 크기에 관련될 수 있게 한다.
파트 3 - 보상 플릿 각도 찾기
플릿 각도는 표준 빔 굽힘 방정식을 통해 모델링되며, 벨트의 바깥쪽 및 안쪽 에지 각각은 동일한 중심점을 갖는 원호를 따른다. 바깥쪽 에지는 θ플릿* ωos 계수만큼 안쪽 에지보다 더 긴 거리를 이동하고, 여기서 ωos는 가장 바깥쪽 강화 로프의 중심선들 사이의 거리이다. 이를 천이 구역에 의해 생성되는 순 슬랙 ΔL과 동일하다고 설정하면 두 개의 에지 사이에서의 순 동일 길이 조건(net-equal length condition)이 얻어진다. 이는 요구되는 플릿 각도 θ플릿를 찾을 수 있게 한다.
이론적인 보상 플릿 각도는 이제 다음과 같이 정해질 수 있다:
결과 및 분석.
이론적 보상 플릿 각도는 도 21에 도시된 바와 같이, 비틀림 비율 및 폭 비율 ωos/D시브의 함수로서 그려질 수 있다. 이 폭 비율은 단순히 두 개의 가장 바깥쪽 로프 사이의 거리를 시브 드럼 직경으로 나눈 값이고, 주어진 드럼 크기에 대해 벨트 폭이 증가함에 따라 증가한다. 이 폭 비율은 벨트 폭이 증가 함에 따라 벨트 폭 비율 W/D시브에 가까워지지만, 작은 폭의 경우, 가장 바깥쪽 와이어 로프들 사이의 중심선 거리 ωos는 벨트 폭 자체의 80%가 될 수 있어서 무시할 수 없을 수 있다. 비틀림 비율은 무차원(non-dimensional)이고, 90도 벨트 비틀림이 발생하는 길이를 벨트 폭으로 나눈 값으로 정량화된다.
논의 및 결론
보상 플릿 각도의 의존성은 비틀림 비율 T.R.의 역 입방 계수이고, 폭 비율 ωos/D시브의 역 계수이다. 둘 모두 상기 그림(plot)에서 명확하게 볼 수 있는데: 주어진 드럼 직경에 대해 벨트 폭이 감소함에 따라, 요구되는 플릿 각도는 증가한다. 입방 계수는 특히 영향력이 있는데: 10 미만의 비틀림 비율 및 낮은 폭 계수를 갖는 공격적으로 비틀린 벨트에 대하여, 요구되는 플릿 각도는 크기에 있어서 1도 정도에 가까워진다.
실험적인 데이터는 여기에 유도된 이론적 값이 2배 내지 3배만큼 낮다는 것을 시사한다. 이는 소재 순응성, 벨트 굽힘 강성 또는 천이 구역 및 자유 구간의 부정확한 기하학적 모델링을 포함하는 다양한 요인 때문일 수 있다. 크기 오차에도 불구하고, 비틀림 비율에 대한 역 입방 의존과 폭 비율에 대한 역 선형 의존이 실질적인 범위의 기하학적 구조 및 소재에 걸쳐 유효한 것인지 실험해 볼 가치가 있다.
벨트 동력 전달(belt power transmission) 설계자는 이상적인 벨트 경로를 기하학적으로 정의하여 그들의 컴퓨터 이용 설계(CAD)를 시작한다. 그들은 비틀림 구간이 발생하는 곳마다, 실험적으로 또는 이론적으로 유도될 수 있는 특정 플릿 각도가 필요하고, 그에 따라 이상적인 벨트 경로의 기하학적 구조에 플릿 각도를 배치하여야 한다는 것을 이해하고 이를 수행한다. 설계자는 이어서 풀리, 말단 등을 추가할 것이다(적절한 정렬이 될 것으로 예상되는 경우와 다른 위치 또는 직경 크기에서(예를 들어 2mm 더 크고 1mm 더 넓음)). 설계자는 풀리에 필요한 지지 구조를 추가한다. 설계자는 시스템에 대한 공차 및 정렬을 보고, 본 명세서에 개시된 바와 같이 정렬이 중심에서 벗어나 오정렬되도록 조정한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 “대략적으로”, “약”, “실질적으로” 및 유사한 용어는 본 개시내용의 요지가 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적이며 수용되는 용법과 조화를 이루는 넓은 의미를 갖도록 의도된다. 본 개시내용을 검토하는 당업자는 이들 용어가 이들 특징의 범위를 제공된 정확한 수치로 제한하지 않으면서 기술된 특정 특징의 설명을 허용하도록 의도된 것임을 이해해야 한다. 따라서, 이들 용어는 기술된 요지의 실질적이지 않거나 중요하지 않은 수정 또는 변경을 나타내는 것으로 해석되어야 하고, 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
다양한 실시예를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된 용어 “예시적인”은 이러한 실시예가 가능한 예, 표현, 및/또는 가능한 실시예의 예시임을 나타내도록 의도된 것임에 주목할 필요가 있다(그리고 이러한 용어는 이러한 실시예가 반드시 특별하거나 최상인 예임을 뜻하는 것을 의도하는 것은 아니다.).
본 개시내용의 목적으로, 용어 “결합된”은 두 부재들이 서로 직접 또는 간접적으로 결합되는 것을 의미한다. 이러한 결합은 사실상 고정적이거나 이동가능할 수 있다. 이러한 결합은 두 개의 부재, 또는 두 개의 부재 및 서로 단일체로 일체로 형성된 임의의 추가 중간 부재, 또는 두 개의 부재, 또는 두 개의 부재 및 서로 붙어있는 임의의 추가 중간 부재에 의해 달성될 수 있다. 이러한 결합은 사실상 영구적이거나 사실상 제거가능하거나 해제가능할 수 있다.
다양한 구성요소들의 방향은 다른 예시적인 실시예에 따라서 달라질 수 있고, 이러한 변화들은 본 개시내용에 포함되도록 의도된다는 것에 주목할 필요가 있다. 개시된 실시예의 특징은 다른 개시된 실시예에 포함될 수 있는 것으로 인식된다.
다양한 예시적인 실시예에 도시된 바와 같은 스프링 시스템 또는 그 구성요소의 구조 및 전체 구성은 단지 예시적인 것임을 주목하는 것이 중요하다. 비록 본 개시내용에서 단지 소수의 실시예들만 상세하게 설명되었지만, 본 개시내용을 검토하는 당업자는 개시된 요지의 신규한 교시 및 장점에서 실질적으로 벗어나지 않으면서 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다(예를 들어, 다양한 구성요소의 크기, 치수, 구조, 모양 및 비율의 변화, 매개변수 값, 장착 배열, 소재 사용, 색깔, 방향 등). 예를 들어, 일체로 형성된 것으로 도시된 구성요소는 다수의 부품 또는 구성요소로 구성될 수 있고, 구성요소의 위치는 반전(reverse)되거나 다른 방법으로 변경될 수 있고, 개별 구성요소 또는 위치의 성질 또는 개수는 바뀌거나 달라질 수 있다. 임의의 과정 또는 방법 단계의 순서(order) 또는 배열(sequence)은 대안적인 실시예에 따라 달라지거나 재배열될 수 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 예시적인 실시예들의 설계, 작동 조건 및 배열에서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략 또한 이루어질 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니지만, 특허, 특허 출원, 기사, 서적, 논문(treatise) 및 웹페이지를 포함하는, 본 출원에 인용된 모든 문헌과 유사한 자료(material)는, 이러한 문헌 및 유사한 자료의 형식에 관계없이, 그 전체가 참조로서 명백히 포함된다. 본 출원에 포함된 문헌 및 유사한 자료 중 하나 이상이, 정의된 용어, 용어 사용, 기술 설명 등을 포함하지만 이로 제한되지 않는 부분들에서 본 출원과 상이하거나 모순되는 경우에, 본 출원이 우선한다.
다양한 발명의 실시예가 설명되고 도시되어 있지만, 당업자는 본 명세서에 설명된 결과 및/또는 하나 이상의 장점의 획득 및/또는 기능의 수행을 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 수 있고, 각각의 이러한 변화 및/또는 수정은 본 명세서에 설명된 발명의 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본 명세서에 설명된 모든 매개변수, 치수, 소재 그리고 구성이 예시적인 것으로 의도되고, 실제 매개변수, 치수, 소재 및/또는 구성이 본 발명의 교시가 이용되는 구체적인 적용 또는 적용들에 의존할 것임을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 당업자는 단지 일상적인 실험을 이용하여, 본 명세서에서 설명된 특정 발명의 실시예에 대한 많은 등가물(equivalent)을 인식할 수 있거나 확인할 수 있을 것이다. 그러므로, 전술한 실시예는 단지 예로서 제시된 것이며, 첨부된 청구범위 및 등가물의 범위 내에서, 발명의 실시예는 구체적으로 설명되고 청구된 것과는 다른 방법으로 실시될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 본 개시내용의 발명의 실시예는 본 명세서에서 설명된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 그러한 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법이 서로 모순되지(inconsistent) 않는다면, 그러한 특징, 시스템, 물품, 소재, 키트 및/또는 방법 중 둘 이상의 어떠한 조합도 본 개시내용의 발명의 범위에 포함된다.
또한, 본 명세서에 설명된 기술은 방법으로서 구현될 수 있을 것이고, 적어도 하나의 예가 제공되었다. 방법의 일부로서 실시되는 행위는 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서 순차적인 행위로 도시되어 있지만, 일부 행위를 동시에 수행하는 것을 포함하여, 도시된 것과 다른 순서로 행위가 수행되는 실시예가 구성될 수 있을 것이다.
본 명세서에 정의되고 사용되는 모든 정의는, 사전적 정의, 참조로 포함된 문헌 내의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미보다 우선하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같은 부정관사 “a” 및 “an”은, 명백히 반대를 지시하지 않으면, “적어도 하나”를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같은 문구 “및/또는”은, 그렇게 결합된 구성요소의 “어느 하나 또는 모두”, 즉, 어떤 경우에는 결합하여 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 구성요소를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. “및/또는”으로 나열된 다수의 구성요소는 동일한 방식으로, 즉, 그렇게 결합된 구성요소의 “하나 이상”으로 해석되어야 한다. “및/또는” 문구에 의해 구체적으로 식별된 구성요소 이외의 다른 구성요소가, 구체적으로 식별된 그 구성요소와 관련되든지 관련되지 않든지 간에, 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적인(non-limiting) 예로서, “A 및/또는 B”에 대한 언급은 “포함하는”과 같은 개방형(open-ended) 언어와 함께 사용될 때, 일 실시예에서 A 만을(선택적으로 B 이외의 구성요소를 포함함); 다른 실시예에서 B만을(선택적으로 A 이외의 구성요소를 포함함); 또 다른 실시예에서 A 및 B 모두(선택적으로 다른 구성요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이 “또는”은 위에서 정의된 “및/또는”과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록 내의 항목을 분리할 때, “또는” 또는 “및/또는”은 포괄적인 것으로, 즉, 적어도 하나를 포함하지만 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중에서 하나 초과, 선택적으로는, 추가적인 나열되지 않은 항목 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. “~중 단지 하나” 또는 “~중 정확히 하나”, 또는 청구항에서 사용될 때, “~으로 이루어진”과 같은 반대를 명확하게 지시하는 용어만이 다수의 구성요소 또는 구성요소의 목록 중 정확히 하나의 구성요소를 포함하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에 사용된 용어 “또는”은 “어느 하나”, “~중 하나”, “~중 단지 하나” 또는 “~중 정확히 하나”와 같은 배타적인 용어가 선행될 때 배타적인 대안(즉, “하나 또는 다른 하나지만 모두는 아님”)을 나타내는 것으로만 해석되어야 한다. 청구항에서 사용될 때, “~으로 본질적으로 이루어진”은 특허법 분야에서 사용되는 통상적인 의미를 가져야 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 하나 이상의 구성요소 목록을 참조하는 문구 “적어도 하나”는 구성요소 목록 내의 구성요소 중 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 하지만, 구성요소 목록 내에 구체적으로 나열된 각각의 그리고 모든 구성요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하며 구성요소 목록 내의 구성요소의 어떠한 조합도 배제할 필요는 없다. 이러한 정의는 또한, 구체적으로 식별된 그 구성요소와 관련되든지 관련되지 않든지 간에, 문구 “적어도 하나”가 언급하는 구성요소의 목록 내에서 구체적으로 식별된 구성요소 이외의 구성요소가 선택적으로 존재할 수 있는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적인 예로서, “A 및 B 중 적어도 하나”(또는, 동등하게, “A 또는 B 중 적어도 하나” 또는, 등가적으로 “A 및/또는 B 중 적어도 하나”)는 일 실시예에서, 적어도 하나, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, B가 존재하지 않는(그리고 선택적으로 B 이외의 구성요소를 포함하는) A; 다른 실시예에서, 적어도 하나, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, A가 존재하지 않는(그리고 선택적으로 A이외의 구성요소를 포함하는) B; 또 다른 실시예에서, 적어도 하나, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, A, 그리고 적어도 하나, 선택적으로 하나 초과를 포함하는, B(그리고 선택적으로 다른 구성요소를 포함하고) 등을 지칭할 수 있다.
상기 명세서뿐만 아니라 청구범위에서, “포함하는(comprising)”, “구비하는(including)”, “포함하는(carrying)”, “갖는(having)”, “함유하는(containing)”, “수반하는(involving)”, “보유하는(holding)”, “~로 구성된(composed of)”와 같은 모든 전이 문구 등은 개방형이고, 즉, 포함하지만 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. “~으로 이루어진”과 “~으로 본질적으로 이루어진”이라는 전이적 문구만이 미국 특허청의 특허 심사 절차의 매뉴얼, 섹션2111.03에 기재된 바와 같이 폐쇄 또는 반폐쇄형 전이 문구일 것이다.
청구범위는 그에 상당하는 효력을 갖도록 기재되어 있지 않는 한 설명된 순서 또는 구성요소에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 첨부된 청구항의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 형태 및 세부 사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해해야한다. 다음의 청구항 및 그 균등물의 사상 및 범위 내에 있는 모든 실시예가 청구된다.

Claims (17)

  1. 각구동용 벨트 사용 방법이며,
    벨트의 제1 자유 구간에 비틀림 기하 구조를 적용하는 단계;
    제1 자유 구간의 제1 말단에서 자유 회전 시브 또는 피동 시브를 통해 제1 자유 구간을 지지하는 단계; 및
    제1 자유 구간의 제2 말단에 대해 주어진 플릿 각도로 벨트의 제1 자유 구간의 기하학적 중심선을 오정렬하도록 회전 시브 또는 피동 시브를 배치하는 단계 및 배향하는 단계 중 적어도 하나를 포함하고,
    자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 시브를 포함하며, 이 하나 이상의 시브는, 이 시브의 한 맞물림 경계부에서 비틀린 입구를 가지면서 이 시브의 다른 맞물림 경계부에서 직선 출구를 가지는 벨트의 제1 자유 구간에 대해 도입된 2차원의 플릿 각도 오정렬을 가지는, 각구동용 벨트 사용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    벨트의 제1 자유 구간의 주어진 플릿 각도의 오정렬의 방향 및 크기는, 지지 시브를 갖는 비틀림 없고 오정렬된 벨트의 제2 자유 구간(202)의 주어진 플릿 각도의 오정렬의 방향 및 크기와 상응하며,
    지지 시브는 벨트의 비틀림 없고 오정렬된 제2 자유 구간(202)에 걸쳐서, 비틀림 없고 오정렬된 벨트의 제2 자유 구간(202)의 맞물림 경계부에서의 하나의 에지에서부터 반대쪽 에지까지의 장력의 총 차이가, 비틀림 기하 구조를 가지는 제1 자유 구간의 맞물림 경계부에서의 제1 자유 구간의 하나의 에지에서부터 반대쪽 에지까지의 장력의 총 차이와 실질적으로 반대인, 각구동용 벨트 사용 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    벨트의 제1 자유 구간은 20:1 이하의 비틀림 비율을 가지고, 0.25도 내지 1.5도 범위에서 주어진 플릿 각도를 가지는 비틀림 기하 구조를 포함하는, 각구동용 벨트 사용 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 시브를 포함하고, 이 하나 이상의 시브는, 이 시브의 한 맞물림 경계부에서 비틀린 입구를 가지면서 이 시브의 다른 맞물림 경계부에서 직선 출구를 가지는 벨트의 제1 자유 구간에 대해 도입된 1차원의 플릿 각도 오정렬을 가지는, 각구동용 벨트 사용 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 플랜지 시브를 포함하는, 각구동용 벨트 사용 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    벨트의 제1 자유 구간의 제1 말단에 위치한 자유 회전 시브 또는 피동 시브는 벨트의 제1 자유 구간의 제2 말단에 위치한 다른 시브에 직교하여 위치하는, 각구동용 벨트 사용 방법.
  8. 각구동용 벨트 사용을 위한 장치이며,
    비틀림 기하 구조로 구성된 자유 구간을 가지는 벨트;
    벨트의 자유 구간의 제1 단부를 지지하는 자유 회전 시브 및 피동 시브 중 적어도 하나; 및
    자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 수용하고, 비틀림 기하 구조로 구성된 벨트의 자유 구간의 기하학적 중심선을 오정렬하도록 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 배치 및/또는 배향하도록 구성된 시브 지지 조립체로서, 벨트의 자유 구간은 벨트의 자유 구간의 제2 단부에 위치한 고정 시브에 대해 주어진 플릿 각도로 오정렬되고, 시브 지지 조립체는 이 오정렬을 유지하기 위해 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브를 주어진 플릿 각도로 유지하도록 구성되는, 시브 지지 조립체를 포함하고,
    자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 시브를 포함하며, 이 하나 이상의 시브는, 이 시브의 한 맞물림 경계부에서 비틀린 입구를 가지면서 이 시브의 다른 맞물림 경계부에서 직선 출구를 가지는 벨트의 제1 자유 구간에 대해 도입된 2차원의 플릿 각도 오정렬을 가지는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    시브 지지 조립체는 미끄러지도록 구성된, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    시브 지지 조립체는 피봇하도록 구성된, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    고정 시브는 자유 회전 시브 및/또는 피동 시브에 직교하는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    자유 회전 시브 또는 피동 시브는 하나 이상의 플랜지 시브를 포함하는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    벨트는 평벨트인, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    평벨트는, 적어도 부분적으로, 강철, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 강화 합성 섬유 중 적어도 하나로 구성된, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    플랜지 시브는 평벨트 보다 적어도 1mm 넓은, 시브의 플랜지들 사이의 폭을 포함하는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    벨트의 제1 자유 구간은 20:1 또는 15:1의 비틀림 비율을 가지는 비틀림 기하 구조를 포함하는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    벨트의 제1 자유 구간은 15:1 이하의 비틀림 비율을 가지는 비틀림 기하 구조를 포함하는, 각구동용 벨트 사용을 위한 장치.
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