KR102640494B1 - 부시(Bush) - Google Patents

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KR102640494B1
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조나단 몰튼
얀 가이슨
피터 심즈
하미드 미르
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디티알 브이엠에스 리미티드
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Abstract

다양한 실시예들이 제공하는 진동들을 차단(isolate)하기 위한 부시로서, 상기 부시는, 세로축(longitudinal axis)을 정의하는 제 1 앵커부(anchor part); 상기 제 1 앵커부에 대해 동축으로(coaxially) 배치되는 제 2 앵커부; 상기 제 1 앵커부와 동작 가능하게(operably) 결합되는(engaged) 제 1 탄성체(resilient body); 상기 제 2 앵커부와 동작 가능하게 결합되는 제 2 탄성체; 및 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이에 배치되는 관성 질량 요소(inertial mass element); 를 포함하고, 상기 관성 질량 요소는 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체에 독립적으로(independently) 연결되고, 상기 제 1 탄성체, 상기 제 2 탄성체 및 상기 관성 질량 요소는 사전 결정된 동작 주파수 범위(operational frequency range) 내에 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 진동들을 차단하도록 배열(arrange)되고, 그리고 상기 관성 질량 요소는 상기 사전 결정된 동작 주파수 범위 내에서 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체의 고유모드(eigenmode)들과 관련된 동적 강성(dynamic stiffness) 증가들로부터 상기 제 1 앵커부 및 상기 제 2 앵커부를 차단하도록 배열된다.

Description

부시(Bush)
본 발명은 차량의 섀시(chassis) 및 엔진(engine)과 같은 2개의 컴포넌트(component)들 사이의 진동들을 견디기(resisting) 위한 부시에 관한 것이다.
일반적으로, 진동을 견디기 위한 부시는 고무와 같이 탄성 재료(resilient material)에 의해 연결되는 2개의 앵커부(anchor part)들을 포함한다(comprise). 한 앵커부는 진동하는 기계의 한 컴포넌트에 부착되고, 그리고 다른 앵커부는 또 다른 컴포넌트에 부착된다. 2개의 컴포넌트들은 서로 관련되어 진동하기 때문에, 탄성 재료는 진동하는 컴포넌트와 앵커 사이의 차단(isolation)을 제공할 수 있다. 이에 따라 이러한 부시들은 몇몇 상대적인 이동을 허용하지만, 컴포넌트들 간의 과도한 이동을 방지하는 역할을 한다.
GB 2 364 558는 진동하는 기계의 한 컴포넌트에 대한 앵커부가 중공 슬리브(hollow sleeve)의 형상을 가지고, 그리고 다른 앵커부가 슬리브의 대략 중심으로(centrally) 그리고 동축으로(coaxially) 연장되는 튜브(tube) 또는 로드(rod)의 형상을 가지는 부시의 한 예시를 개시한다. 탄성체(resilient body)(예를 들어, 고무 또는 다른 적합한 탄성 중합체 재료의)는 슬리브 및 로드 사이의 환형 체적(annular volume) 내에 배치된다. 탄성체는 예를 들어, 로드 쪽을 향하는 슬리브의 방사상 크림핑(radial crimping)에 의해서 또는 가황(Vulcanization) 공정을 통한 접착(bonding)에 의해서 제자리에 고정할 수 있다.
슬리브 및 로드 사이의 탄성체는 진동 차단을 위한 스프링 요소를 나타낸다. 스프링 요소의 동적 강성(dynamic stiffness)은 사용된 탄성 재료, 그리고 슬리브와 로드 사이 연결의 구성 및 형상을 포함하는 여러가지 요인(factor)들에 따른 진동 주파수(vibration frequency)에 의해 변한다. 하지만, 주어진 배열 어디에서든, 탄성체는 동적 강성이 증가하고 그리고 상호 연결된 컴포넌트들 사이의 진동 차단이 감소되는 하나 이상의 고유 모드들을 나타낼 것이다.
탄성체의 고유 모드는 상호 연결되는 컴포넌트들(예를 들어, 차량의 엔진 및 섀시)의 정상적인 작동과 관련된 주파수 범위 밖에 있는 것이 바람직하다.
가장 일반적으로 본 발명은 사전 결정된 동작 진동 주파수 범위 내에서 평탄한 동적 강성 프로파일(profile)을 제공하기 위해 두 앵커부들 사이의 탄성 상호 연결 내에 관성 질량을 가지는 부시를 제공한다. 사전 결정된 동적 진동 주파수 범위는 예를 들어, 동작 중에 연장 기간들 동안 또는 주기적으로 발생하는 것으로 예상될 수도 있는 진동 주파수와 관련된 민감한(sensitive) 진동 주파수 범위(range)일 수도 있다. 예를 들어, 부시가 차량 내에 연결되는 경우, 사전 결정된 동작 진동 주파수 범위는 기존 속도들의 범위에 걸쳐(across) 순항(cruising)과 관련된 엔진 진동들과 관련될 수도 있다.
앵커부들은 관성 질량에 의해 분리된 2개의 독립적인 스프링 요소들(예를 들어, 탄성체들)에 의해 상호 연결된다. 관성 질량 및 스프링 요소들의 특성들은, 스프링 요소들 또는 관성 질량과 스프링 요소들의 조합 중 하나에 관련된 어떠한 공진(resonance) 상태들이 예를 들어, 민감하지 않은 동작 진동 주파수 범위에서 사전 결정된 동작 진동 주파수 범위 밖에 있는 것이 확실하도록(ensure) 선택된다.
부시는 다양하고 어플리케이션(application)들 또는 환경들에서 사용될 수도 있으며, 예를 들어, 부시는 내연 기관 엔진, 전기 엔진, 하이브리드 엔진, 모터, 전기 모터, 기어 박스(gearbox), 차동 장치(differential) 등에 연결될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 진동들을 차단(isolate)하기 위한 부시가 제공되고, 상기 부시는 세로축(longitudinal axis)을 정의하는 제 1 앵커부(anchor part); 상기 제 1 앵커부에 대해 동축으로(coaxially) 배치되는 제 2 앵커부; 상기 제 1 앵커부와 동작 가능하게(operably) 결합되는(engaged) 제 1 탄성체(resilient body); 상기 제 2 앵커부와 동작 가능하게 결합되는 제 2 탄성체; 및 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이에 배치되는 관성 질량 요소(inertial mass element); 를 포함하고, 상기 관성 질량 요소는 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체에 독립적으로(independently) 연결되고, 상기 제 1 탄성체, 상기 제 2 탄성체 및 상기 관성 질량 요소는 사전 결정된 동작 주파수 범위(operational frequency range) 내에 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 진동들을 차단하도록 배열(arrange)되고, 그리고 상기 관성 질량 요소는 사전 결정된 동작 주파수 범위 내에 외부 탄성체 및 내부 탄성체의 고유 모드들과 관련되는 동적 관성 증가들로부터 제 1 앵커부 및 제 2 앵커부를 차단하도록 선택된 질량을 가진다. 이에 따라 사용하는 경우에 부시는 사전 결정된 동작 주파수 범위에 걸쳐 평탄하거나 또는 일반적으로 균일한 동적 강성 프로파일을 나타낼 수도 있다.
용어 "탄성(resilient)"은 본 명세서에서 변형력(deforming force)의 적용 후에 반동(recoil) 또는 스프링백(spring back) 능력을 나타내기 위해 사용된다.
바람직하게 관성 질량 요소는 사전 결정된 동작 주파수 범위에서 비-공진 상태를 차지한다. 즉, 제 1 앵커부와 제 2 앵커부 사이의 관성 질량 요소의 상대적인 이동은 사전 결정된 동작 주파수 범위에 걸쳐 실질적으로 균일한 범위 내에 있을 수도 있다. 관성 질량 요소와 제 1 및 제 2 탄성체들의 조합은 공진을 나타내는 시스템을 형성할 수도 있다. 이 공진은 시스템의 동적 강성이 증가에 의해 특성화될 수도 있다. 관성 질량 요소의 진동 공진으로 볼 수도 있는 이러한 공진 상태는 예를 들어 1000HZ 이하의 민감하지 않은 동작 주파수 범위 내에서 사전 결정된 동작 주파수 범위 미만의 주파수에 있을 수도 있다.
예를 들어, 부시가 차량(예를 들어, 전기 모터가 장착된 차량)에 사용되는 경우, 전기 모터들은 일반적으로 상대적으로 낮은 속도들에서 이러한 주파수에서 진동들을 생성하기 때문에, 1000Hz의 임계값(threshold) 미만의 민감하지 않은 동작 주파수 범위는 좋은 영역이 될 수 있다. 이러한 낮은 속도들은 일반적으로 일정 시간동안 유지되지 않으므로, 운전자는 이러한 민감하지 않은 범위의 어떠한 소음을 감지하지 못할 것이다. 이에 반해, 공진 조건으로 인한 높은 동적 강성은 높은 주파수의 범위에서 발생하고, 장기간의 시간을 보내게 되는 주행 시간 동안에 동시에 발생할 위험이 있기 때문에, 이는 뚜렷이 나타나게 된다(noticeable). 또 다른 실시예에서, 예를 들어, 500Hz 미만 또는 200Hz와 800Hz 사이와 같은 다른 임계값이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
부시는 사전 결정된 동작 주파수 범위 미만의 공진 주파수에서 단일 피크를 나타내는 동적 강성 특성을 가지는 동적 강성 특성을 나타낼 수도 있다. 동적 강성 특성은 사전 결정된 동작 주파수 범위에 걸친 안정 영역(plateau region)을 포함할 수도 있다. 안정 영역은 1000N/mm 미만, 바람직하게는 500N/mm 미만의 동적 강성 변화에 의해 특징화될 수도 있다.
사전 결정된 동작 주파수 범위는 500 내지 2500Hz 또는 그 하위 범위일 수도 있다. 부시는 사전 결정된 동작 주파수 범위의 전부 또는 일부 내(예를 들어, 1000 내지 2000Hz 범위 내)에서 낮은 동적 강성(예를 들어, 100N/mm 미만)을 나타내도록 배열될 수 있다.
예시에서, 제 1 앵커부는 세로축을 따라 연장되는 로드일 수도 있다. 제 2 앵커부는 로드를 둘러싸고 그리고 그 사이에 환형 간격(spacing)을 정의하는 슬리브를 포함할 수도 있다. 이러한 예시에서, 관성 질량 요소는 예를 들어, 슬리브 및 로드에 대해 동축으로 환형 간격 내에 배치되는 관형 강체(rigid tubular body)와 같은 재료의 피스(piece)로 구성될 수도 있다. 관성 질량 요소는 제 1 및 제 2 탄성체들에 의해 이 위치에 유지될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 탄성체는 로드의 외부 표면과 관성 질량 요소의 내부 표면 사이에서 방사상으로 연장될 수도 있다. 제 2 탄성체는 광성 질량 요소의 외부 표면과 슬리브의 내부 표면 사이에서 방사상으로 연장될 수도 있다.
제 1 탄성체는 로드와 관형 강체 사이의 환형 체적(annular volume)을 채우는 고체 탄성 부재(solid resilient member)일 수도 있다. 대안적으로, 제 1 탄성체는 로딩(loading)(예를 들어, 동작 중에 제 1 및/또는 제 2 앵커부들이 로딩되는 경우) 중에 이를 통해 제 1 및 제 2 앵커부들 사이에 상대적인 이동을 용이하게 하기 위해 축 방향 연장 통로(axially extending passage)를 가지는 성형된 탄성 부재(moulded resilient member)일 수도 있다.
제 2 탄성체는 로딩(예를 들어, 제 1 및/또는 제 2 앵커부들이 동작 중에 로딩되는) 중에 이를 통해(therethrough) 제 1 및/또는 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 이동을 용이하게 하는 축 방향 연장 통로(axially extending passage)들을 가지는 성형된 탄성 부재일 수도 있다.
부시는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도(extent)를 물리적으로 제한하기 위해 하나 이상의 스너버(snubber) 부분들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 탄성체는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동 정도를 물리적으로 제한하기 위해 축 방향 연장 통로들 내에 형성된 스너버 부분들을 포함할 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 탄성체는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하기 위해 축 방향으로 연장되는 통로들 내에 형성된 스너버 부분들을 포함할 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제 1 및 제 2 앵커부들 중 적어도 하나는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하는 스너버 부분들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 앵커부는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 간격(즉, 거리)이 돌출부(protrusion)의 형상/치수(예를 들어, 방사상 길이)에 의해 정의되는 사전 정의된(predefined) 양(amount) 미만으로 떨어지는 경우, 제 2 앵커부에 접하거나(abut) 충돌하도록 배열된 돌출부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제 2 앵커부는 돌출부를 포함할 수도 있다. 추가적으로, 제 1 앵커부는 제 1 돌출부를 포함할 수도 있고, 제 2 앵커부는 제 2 돌출부를 포함할 수도 있고, 그리고 제 1 및 제 2 돌출부들은 제 1 및 제 2 앵커부 사이의 간격(즉, 거리)이 제 1 및 제 2 돌출부들의 조합된 치수들(예를 들어, 방사상 길이들)에 의해 정의되는 사전 정의된 양 미만으로 떨어지는 경우, 서로 접하거나 충돌하도록 배열될 수도 있다.
또 다른 예시에서, 제 1 앵커부는 보스 요소(boss element)일 수도 있고, 제 2 앵커부는 보스 요소를 수용하도록 배열된 컵 요소(cup element)일 수도 있다. 보스 요소는 부시의 세로축을 따라 연장되는 막대 모양(elongate)의 구조, 예를 들어 로드와 같은 것일 수도 있다. 컵 요소는 보스 요소가 수용될 수 있는 구멍(cavity)을 정의하는 일반적으로 원통형 구조일 수도 있다. 이 예시에서, 제 1 탄성체, 제 2 탄성체 및 광성 질량 요소는 보스 요소와 컵 요소 사이에 원뿔대 상호 연결(frustoconical interconnection)을 함께 형성할 수도 있다. 상기 관성 질량 요소는 제 1 탄성체를 제 2 탄성체로부터 물리적으로 분리하는 강성 분리부(rigid separating portion)(예를 들어, 상기 형상 또는 플레이트(plate) 등)를 포함할 수도 있다. 강성 분리부는 부시 주위에 원주 방향(circumferentially)으로 연장되는 환형 평면 요소(planar element)일 수도 있다. 평면 요소의 평면 법선(normal)은 세로축에 대해 경사질(inclined) 수도 있다.
관성 질량 요소는 보스 요소와 컵 요소 사이의 상대적인 축 방향 이동을 제한하기 위한 스너버 부분을 포함할 수도 있다. 스너버 부분은 보스 요소와 컵 요소 사이의 상대 이동이 임계값을 초과하는 경우 컵 요소 또는 보스 요소에 접하도록 배열된 방사상으로 연장하는 표면(예를 들어, 플레이트)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 컵 요소는 보스 요소가 컵 요소 내로 이동 가능한 축 방향 거리를 제한하기 위해 스너버 부분에 접하도록 배열된 상부 플랜지(top flange)를 포함할 수도 있다.
사용하는 경우에, 제 1 앵커부는 제 1 기계 컴포넌트와 연결될 수도 있고, 그리고 제 2 앵커부는 제 2 기계 컴포넌트와 연결될 수도 있으며, 이에 따라 부시는 제 1 기계 컴포넌트와 제 2 기계 컴포넌트 사이의 진동들을 차단하도록 동작 가능하다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 기계 컴포넌트들은 진동할 수도 있으나, 그러나 적어도 몇몇 다른 실시예들에서 제 1 또는 제 2 기계 컴포넌트는 고정될(즉, 진동할 수 없음) 수도 있다. 부시는 적합한 분야에서 사용되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 기계 컴포넌트 및 제 2 기계 컴포넌트는 차량의 엔진 및 섀시이다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 다음에서 상세하게 논의된다:
도 1은 본 발명의 일 실시예인 부시의 사시도(perspective view)이다;
도 2a 및 2b는 도 2의 부시의 단면도(cross-sectional view)들을 나타낸다;
도 3은 본 발명의 일 실시예인 부시 및 공지된 부시에 대한 주파수에 대한 동적 강성을 나타내는 그래프이다;
도 4는 수직으로 마운팅 된 공지된 부시의 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 수직으로 마운팅 된 부시의 단면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 수직으로 마운팅 된 부시의 단면도이다;
도 7은 본 발명의 추가적인 일 실시예인 부시의 사시도이다;
도 8a 내지 8b는 도 7의 부시의 단면도들을 나타낸다;
도 9는 도 7의 부시의 주파수에 대한 동적 강성을 보여주는 그래프이다;
도 10a는 본 발명의 또 다른 실시예인 부시의 제 1 단부(end)의 사시도이다;
도 10b는 도 10a의 부시의 제 2 단부의 사시도이다;
도 10c 및 10d는 도 10a의 부시의 단면도들을 나타낸다;
도 11a는 본 발명의 또 다른(yet another) 실시예인 부시의 제 1 단부의 사시도이다;
도 11b는 도 11a의 부시의 제 2 단부의 사시도이다; 그리고
도 11c 및 11d는 도 11a의 부시의 단면도들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 부시(100)의 사시도이다. 부시(100)는 일반적으로 세로축(longitudinal axis)을 정의하는 원통형 구조이다. 도 2a는 세로축에 수직인 부시(100)의 단면을 나타낸다. 도 2b는 세로축에 평행한 부시(100)의 단면을 나타낸다.
부시(100)는 세로축 주변에 동축으로(coaxially) 배열된 컴포넌트(component)들의 시리즈(series)를 포함한다. 컴포넌트들은 내부 탄성체(114)에 의해 둘러싸이고 그리고 동작가능하게(operably) 결합되는(engaged) 제 1 앵커부(first anchor part)(110)를 포함한다. 내부 탄성체(inner resilient body)(114)는 내부 질량 요소(inner mass element)(118)에 의해 둘러싸이고 그리고 동작가능하게 결합된다. 내부 질량 요소(118)는, 제 2 앵커부(second anchor part)(112)에 의해 차례로(in turn) 둘러싸이고 그리고 동작 가능하게 결합되는 외부 탄성체(116)에 의해 둘러싸이고 그리고 동작 가능하게 결합된다. 각 파트(part)의 기능은 아래에 더 자세히 설명될 것이다. 부시(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 개방된 단부 면(face)들을 가질 수도 있거나, 또는 부시(100)의 단부 면들은 부분 적으로 또는 전체적으로 덮혀질 수도 있다. 부시는 유체(예를 들어, 탄성체들 둘 다 또는 하나에 의해 정의된 공극(void) 내의 유압 유체(hydraulic fluid))를 포함할 수도 있다.
제 1 앵커부(110)는 임의의 적절한 재료(예를 들어, 강철과 같은 금속)로 제조된 중공 튜브(hollow tube)일 수도 있는 강성 로드(rigid rod)를 포함한다. 제 1 앵커부(110)는 임의의 종래의 방식으로 진동하는 기계(미도시됨)의 제 1 컴포넌트에 부착되도록 구성된다. 예를 들면, 제 1 앵커부(110)는 내경이 12mm이고, 외경이 25mm일 수도 있지만, 본 발명의 임의의 치수들을 가지는 부시들에 적용될 수도 있다.
제 2 앵커부(112)는 그 사이에 환형 공간(annular space)을 정의하기 위한 제 1 앵커부(110)와 동축으로 배치된 강성 슬리브(예를 들어, 금속 등으로 형성됨)를 포함한다. 제 2 앵커부(112)는 진동하는 기계의 제 2 컴포넌트(미도시됨)에 부착되도록 구성된다. 예를 들어, 제 2 앵커부(112)는 내경이 105mm이고, 외경은 110mm일 수도 있다. 이에 따라, 부시(100)는 2개의 컴포넌트들 사이의 마운팅 디바이스(mounting device)로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 컴포넌트는 엔진 또는 모터일 수도 있고, 제 2 컴포넌트는 차량의 섀시일 수도 있다. 부시(100)는 전기 자동차의 구동 유닛(drive unit) 및 섀시 사이에 사용되기에 특히 적합할 수도 있다.
제 1 앵커부(110)와 제 2 앵커부(112)의 그 사이의 환형 공간에서 동심(concentric)으로, 내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116)가 제공된다. 내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116) 각각은 고무와 같은 탄성적으로 변형 가능한(deformable) 재료로 만들어질 수도 있다. 내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116)는 동일하거나 상이한 재료들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 탄성 재료는 Shore A 경도계(durometer)로 측정하는 경우, 45 내지 50의 경도(hardness)를 가지는 고무일 수도 있다.
내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116)는, 이 예시에서 내부 탄성체(114)의 외부 표면과 외부 탄성체(116)의 내부 표면 사이에 마운팅 된 강성 환형 요소인 관성 질량 요소(118)에 의해 서로 분리된다.
내부 탄성체(114), 관성 질량 요소(118) 및 외부 탄성체(116)는 함께 동작하여 제 1 앵커부(110) 및 제 2 앵커부(112) 사이의 진동들을 차단할 수도 있다. 이러한 방식으로, 부시(100)를 사용하여 두 개의 컴포넌트들을 상호 연결함으로써, 제 1 컴포넌트는 제 2 컴포넌트의 진동들로부터 격리될 수도 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116)는 관성 질량 요소(118)의 양측에서 독립적인 스프링들로서 동작할 수도 있다. 내부 탄성체(114)의 형상, 재료 및 구성은 이하에 논의되는 바와 같이, 부시(100)가 바람직한 동적 강성 특성을 나타내도록 선택될 수도 있다. 외부 탄성체(116)는, 예를 들어, 가속 하중들, 팟 홀(pot hole) 이벤트들, 코너링, 충돌 등으로 인해 제 1 및 제 2 앵커부(110,112) 사이의 상당히 상대적인 이동 이벤트(event)들에 대한 제어 수준을 제공하기 위해 이동 제한기로서 구성될 수도 있다. 조합에 있어서, 스너버들(120)과 조합된 외부 탄성체(116)는 적용된 주어진 힘에 대해 특정 강성을 제공하도록 조정되는 정적 강성 곡선(static stiffness curve)을 정의한다.
내부 탄성체(114)는 제 1 앵커부(110)와 강성 질량 요소(118) 사이의 환형 체적을 채우는 고체 고무 요소를 포함할 수도 있다. 내부 탄성체(114)는 이들 2개의 컴포넌트들 사이에 직접적으로 성형될 수도 있다.
몇몇 예들에서, 내부 탄성체(114)는 제 1 앵커부(110) 및 관성 질량 요소(118) 중 하나 또는 둘 다에 접착(bond)될 수도 있다. 예를 들어, 내부 탄성체(114)에 접착된 제 1 앵커부(110)에 의해 형성된 내부 부시는 내구성 증가를 위해 관성 질량 요소(118)의 내부에 푸시-핏(push-fitted)될 수도 있다. 유사하게, 내구성을 증가시키기 위해 외부 탄성체(116)에 접착된 관성 질량 요소(118)에 의해 형성된 부시 서브-어셈블리(sub-assembly) 내부에 제 1 앵커부(110)를 푸시 핏하는 것이 바람직할 수 있다. 내구성 증가는 성형 후 고무 수축으로 인한 잔류 응력(residual stress)들을 제거하기 위해 고무를 사전 압축(pre-compressing)함으로써 발생된다.
내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116) 중 하나 또는 둘 다는 원하는 강성 측성에 의해 요구되는 바와 같이 공극들/통로들을 가지거나 단단한(solid) 고무일 수 있다.
제조된 외부 탄성체(116)는 이를 통해 연장되는 하나 이상의 축 방향 통로들 또는 공극들을 가진다. 즉, 관성 질량 요소(118)의 외부 표면과 제 2 앵커부(112)의 내부 표면 사이에 환형 체적을 완전히 채울 필요는 없다. 외부 탄성체(116) 내의 통로들 또는 공극들은 제 1 컴포넌트 및/또는 제 2 컴포넌트의 큰 상태적인 이동을 완충(cushion)하도록 배열된 버퍼(buffer)들 또는 스너버들(120,122)로서 동작할 수도 있다.
이러한 실시예에서, 관성 질량 요소(118)는 예를 들어, 강철과 같은 금속으로 만들어진 강성 실린더이다. 관성 질량이 부시의 의도된 사용 범위 밖의(예를 들어, 미만의) 진동 주파수에서 공진 조건을 나타내도록, 관성 질량 요소(118)의 재료 및/또는 치수들은 내부 및 외부 탄성체들(114,116)의 스프링 특성들과 함께 선택될 수도 있다. 부시의 정상적인 사용 하에서, 관성 질량 요소(118)는 이에 따라 내부 및 외부 탄성체들(114,116)의 고유 모드(eigenmode)들과 관련된 동적 강성 증가들을 차단하는 비-공진(non-resonant) 상태를 차지한다. 즉, 내부 탄성체(114) 및 외부 탄성체(116) 각각은 동적 강성이 증가하는 독립적인 공진 주파수들 또는 고유 모드들을 가진다. 이러한 고유 모드들에 대응하는 진동 주파수들에서, 내부 탄성체(114) 또는 외부 탄성체(166)에 의해 제공되는 차단 효과는 일반적으로 감소된다. 그러나, 관성 질량 요소(118)의 존재는 부시 전체에 대해 실질적으로 평탄한 동적 강성 특성을 제공하기 위해서 부시의 전체 동적 강성 특성으로부터 이러한 강성 증가들을 감소시키거나 제거하도록 작용한다(act). 따라서 관성 질량 요소(118)는 부시(100)가 각 컴포넌트의 동작 주파수 범위에 걸쳐 진동하는 기계의 제 2 컴포넌트로부터 진동하는 기계의 제 1 컴포넌트의 진동들을 효과적으로 차단하는 것을 보장한다.
비-제한적인 예시에서, 관성 질량 요소는 약 400g의 질량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 관성 질량 요소(118)의 내경은 55mm일 수도 있고, 외경은 65mm일 수도 있다.
도 3은 도 1 및 2a-2b에 도시된 부시(100)와 같은 본 발명에 따른 부시 및 공지된 부시의 주파수에 대한 동적 강성 그래프를 나타낸다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 공지된 부시에 대한 동적 강성 특성(140)은 대략적으로 1000Hz 및 2000Hz에서 고유 모드들에 대응하는 강성 피크들(150,152)을 나타낸다. 이러한 피크들은 부시에 의해 상호 연결된 두개의 컴포넌트 사이의 진동 차단 감소를 나타낸다. 예를 들어, 부시가 차량의 섀시나 엔진이나 모터를 마운팅하는 데 사용되는 경우, 이는 승객들에게 불편한 승차감을 줄 수도 있다. 따라서, 이러한 주파수들에서 부시의 강성 증가들을 줄이거나 제거하고, 그리고 상호 연결된 컴포넌트들의 정상적인 동작과 관련된 주파수 범위 밖에 있는 고유 모드들을 가지는 부시를 제공하는 것이 바람직하다.
도 1 및 2a-2b에 도시된 바와 같은 부시는 더 낮은 주파수(예를 들어, 500Hz 미만의)에서 단일 피크(154)를 나타내는 동적 강성 특성(142)을 가질 수도 있다. 바람직하게 이 피크는 400Hz 미만의 주파수에서 발생한다. 이 피크는 내부 탄성체와 외부 탄성체 사이의 관성 질량의 고유 모드 또는 공진 피크이다. 바람직하게 이 고유 모드는 부시에 의해 상호 연결된 제 1 컴포넌트 또는 제 2 컴포넌트의 동작 주파수 범위보다 낮은 주파수에 있다. 관성 질량 요소의 공진 주파수는 그 요소의 질량에 의존하고, 그리고 또한 내부 탄성체 및 외부 탄성체의 사이즈 또는 재료에 의존한다. 이러한 파라미터(parameter)들을 조정함으로서, 관성 질량 요소의 고유 모드를 원하는 주파수로 '조정'할 수도 있다.
부시 내에 관성 질량 요소의 존재는 관성 질량 요소 그 자체의 공진 주파수를 초과하는 동적 강성 증가들을 감소하거나 제거한다. 즉, 내부 탄성체 또는 외부 탄성체로 인해 동적 강성에 피트들이 없다. 따라서, 진동들은 광범위한 진동 주파수들에 걸쳐 본 발명에 따른 부시에 의해 효과적으로 차단된다. 바람직하게 이 광범위는 상호 연결되는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트의 동작 주파수 범위를 커버한다(cover). 예를 들어, 엔진 또는 모터를 차량의 섀시를 상호 연결하기 위해 부시가 사용되는 경우, 본 발명에 따른 부시를 사용하면 승객의 편안함이 도장된다.
도 4는 수직으로 마운팅된 공지된 부시(200)의 단면도를 도시한다. 부시(200)는 일반적으로 원통형이며, 제 1 앵커부(210) 및 제 2 앵커부(212)를 포함한다. 제 1 앵커부(210)는 진동하는 기계의 제 1 컴포넌트에 부착되도록 구성되는 강성 보스 요소(boss element)를 포함하고, 그리고 제 2 앵커부(212)는 보스 요소를 수용하기 위한 컵 요소(cup element)를 포함한다. 제 2 앵커부(212)는 진동하는 기계의 제 2 컴포넌트에 부착하도록 구성된 플랜지(213)와 같은 부착 영역을 가진다. 제 2 앵커부(212)는 제 1 앵커부(210)와 제 2 앵커부(212) 사이에 일반적으로 환형 영역을 정의하기 위한 제 1 앵커부(210)와 이격되고 그리고 동심이다. 고무와 같이 탄성적으로 변형 가능한 재료(214)의 링(ring)은 제 1 앵커부(210) 및 제 2 앵커부(212)를 연결하기 위해 이 환형 영역 내에 배치된다.
부시(200)에 부착된 2개의 컴포넌트들이 서로 관련되어 진동하기 때문에, 탄성 재료(214)의 링이 변형되어 진동을 차단한다. 그러나, 탄성 재료(214)는 탄성 재료(214)의 동적 강성이 증가하는 하나 이상의 고유 모드들을 가지며, 상호 연결된 컴포넌트들 사이의 진동 차단을 감소시킨다.
2개의 상호 연결된 컴포넌트들 사이의 상대적인 이동은 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 스너버 플레이트(216) 및 하부 스너버 플레이트(218)에 의해 수직(Z) 방향으로 제한된다.
상부 스너버 플레이트(216)는 제 1 앵커부(210)의 상단(upper end)에 연결되고, 그리고 제 1 방향(도 4에 도시된 바와 같이 아래쪽(downwards))에서 제 2 앵커부(212)와 관련된 제 1 앵커부(210)의 이동 범위를 제한한다. 제 1 방향으로의 상대적 이동이 임계값을 초과하는 경우, 상부 스너버 플레이트(216)는 제 2 앵커부(212)상의 스너빙(snubbing) 표면(220)에 접하도록 사이즈화 된다.
하부 스너버 플레이트(218)는 제 1 앵커부(210)의 하단(bottom end)에 연결되고, 그리고 제 1 방향과 반대인 제 2 방향(즉, 도 4에 도시된 바에 따라 위쪽(upwards))으로 제 2 앵커부(212)와 관련된 제 1 앵커부(210)의 이동 범위를 제한한다. 제 2 방향에서 제 1 앵커부(210)와 제 2 앵커부(212) 사이의 상대적 이동이 임계값을 초과하는 경우, 하부 스너버 플레이트(218)는 제 2 앵커부(212)의 내벽에 접하도록 사이즈화 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예인 수직으로 마운팅된 부시(300)의 단면도를 나타낸다.
도 1 내지 3을 참조하여 위에서 논의된 본 실시예와 유사하게, 부시(300) 내의 앵커 요소들은 제 1 탄성체(314)와 제 2 탄성체(316) 사이에 배치된 관성 질량 요소(318)와 제 1 탄성체 및 제 2 탄성체를 통해 서로 연결된다. 이 예시에서, 제 1 탄성체(314)는 예를 들어 제 1 앵커부(310)의 표면 주위에 형성된(예를 들어, 접착된) 환형 요소이다. 제 1 탄성체(314)는 제 1 앵커부(310)의 경사면(inclined surface)에 접착될 수도 있다. 경사면은 절두체(fustocone) 형상일 수도 있다. 제 2 탄성체(316)는 제 2 앵커부(312)의 표면에 형성된(예를 들어, 접착된) 환형 요소일 수도 있다. 제 2 탄성체(316)는 제 2 앵커부(312)의 경사면에 접착될 수도 있다. 경사면은 제 1 앵커부(310)의 원뿔대 표면(frustoconical surface)과 유사한 방식으로 각도를 이룰 수도 있으며, 이에 의해 제 1 탄성체(314) 및 제 2 탄성체(316)가 협력하여 제 1 앵커부(310)와 제 2 앵커부(312) 사이의 갭(gap)을 연결(bridge)한다. 제 1 및 제 2 탄성체들의 각진 특성(angled nature)은 부시가 방사상 및 축 방향 컴포넌트들을 가지는 진동들을 차단할 수 있도록 한다.
이 예시에서 관성 질량 요소(318)는 제 1 탄성체(314)를 제 2 탄성체(316)로부터 분리하는 강성 환형 플레이트 부분(320)을 포함한다. 강성 환형 플레이트 부분은 그것의 평면에 대한 법선(normal)이 부시(300)의 축에 대해 예각(acute angle)을 이루고 그리고 제 1 탄성체(314) 및 제 2 탄성체(316)가 제 1 앵커부(310)와 제 2 앵커부(312) 사이의 갭을 연결하는 방향과 일직선이 되도록 경사질 수도 있다.
관성 질량 요소(318)는 또한 제 1 앵커부(310) 및 제 2 앵커부(312) 사이의 상대적인 축 방향 이동의 정도를 제한하기 위한 스너버 부분(322)을 포함할 수도 있다. 이 예시에서, 스너버 부분은 제 1 및 제 2 탄성체들로부터 멀어지는 강성 환형 플래이트 부분의 외주 가장자리(outer circumferential edge)로부터 방사상 방향으로 연장되는 환형 플랜지이다. 제 2 앵커부(312)는 방사상 방향으로 연장되는 상부 플랜지(324)를 가질 수도 있다. 환형 플랜지는 제 1 앵커부(310)가 제 2 앵커부(312) 내로 이동할 수 있는 거리를 제한하기 위해 상부 플랜지와 접할 수도 있다.
이 예시에서, 관성 질량 요소(318)는 이에 따라 2개의 기능들을 수행할 수도 있다. 첫째로, 그것은 도 1 내지 3에 대해서 위에서 설명한 부시(100)의 관성 질량 요소(118)와 유사한 방식으로, 제 1 탄성체(314) 및 제 2 탄성체(316)의 고유 모드들로 인한 부시(300)의 동적 강성 증가들을 감소하거나 제거하도록 동작할 수 있다. 둘째로, 그것은 도 4를 참조하여 위에서 설명한 상부 스너버 파트(part)(216)와 유사한 방식으로 제 1 및 제 2 앵커부(310,312) 사이의 상대적인 축 방향 이동을 제한하도록 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예인 수직으로 마운팅 된 부시(400)의 단면도를 나타낸다.
이러한 실시예에서, 제 1 앵커부(402)는 진동하는 요소(예를 들어, 모터)에 연결되고, 그리고 제 2 앵커부(404)는 섀시에 연결된다. 제 2 앵커부(404)는 유압식으로(hydraulically) 감쇠된(damped) 수직 이동 제한기(vertical travel limiter)의 중앙 로드 부재(member)이다. 제 2 앵커부(404)는 하우징(410) 내에 고정된 강성 링들(412,414)과 제 2 앵커부(404) 사이에 배치된 제 1 탄성체(408)에 의해 하우징(410) 내에 고정된다.
하우징(410)은 예를 들어, 고무 슬리브 등과 같은 제 2 탄성체(406)에 의해 제 1 앵커부(402)에 고정된다.
이 예시에서 관성 질량 요소는 제 1 탄성체(408)와 제 2 탄성체(406) 사이에 배치된 유압식으로 감쇠된 수직 이동 제한기의 컴포넌트들(즉, 하우징(410), 하우징(410) 내의 강성 링들(412,414) 및 유압 유체(416))의 조합을 포함한다. 이에 따라, 수직 이동을 제한하는 그것의 정상적인 기능을 수행하는 것에 추가적으로, 도 6의 유압식 감쇠 디바이스(hydraulically damped device)는 또한 섀시로부터 엔진을 격리(isolate)하기 위한 관성 질량을 제공한다.
도 7은 본 발명의 추가 실시예인 부시(500)의 사시도이다. 부시(500)는 세로축을 정의하는 일반적으로 원통형 구조이다. 도 8a는 세로축에 수직인 부시(500)의 단면을 나타낸다. 도 8b는 세로축에 평행한 부시(500)의 단면을 나타낸다.
부시(500)는 도 1에 나타난 부시(100)의 수정된 버전이다. 따라서, 이하에서는 도 1의 부시(100)와 다른 부시(500)의 측면들에 초점을 맞춘 부시(500)에 대한 설명이 제공된다. 달리 언급되지 않는한, 부시(500)의 구조 및 동작은 도 1의 부시(100)의 구조 및 동작과 동일함이 이해되어야 한다.
부시(500)는 이를 통해 연장하는 하나 이상의 축 방향 통로들 또는 공극들을 포함하는 내부 탄성체(514)를 가진다. 즉, 내부 탄성체(514)의 재료는 관성 질량 요소(118)의 내부 표면과 제 1 앵커부(110)의 외부 표면 사이의 환형 체적을 완전히 채우지 못할 수도 있다. 원주 방향(circumferentially)으로 통로들 사이에 있는 내부 탄성체(514)의 부분들은 "다리들"로 지칭될 수도 있다. 통로들은 로딩(loading) 중에 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 이동을 용이하게 한다.
내부 탄성체(514)의 통로들은 제 1 및 제 2 앵커부 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하기 위해 버퍼들 또는 스너버들(520)을 포함할 수도 있다. 구체적으로, 스너버들(520)은 제 1 컴포넌트(제 1 앵커부(110)에 커플링됨(coupled)) 및/또는 제 2 컴포넌트(제 2 앵커부(112)에 커플링됨)의 큰 상대적인 이동들(예를 들어, 방사상 이동들)을 제한하고 그리고 완충하도록 배열된다. 예를 들어, 스너버들(520)은 다리들이 과도-압축(over-compressed) 및/또는 과도-확장(over-extended)되는 것을 방지하기 위해 움직임들을 제한하고 그리고 완충하며, 그렇지 않으면 부시(500)의 수명(lifespan)을 감소시킬 수 있다. 도 7에 나타난 실시예에서, 스너버들(520)은 실질적으로 "u" 또는 "n"형상의 단면을 가진다. 또한, 통로들은 단면에서 실질적으로 "u" 또는 "n"이다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서 스너버들 또는 통로들은 다른 형상의 단면을 가질 수 있음이 이해되어야 한다.
전술한 구조를 고려하여, 내부 탄성체(514)는 예를 들어, 가속 가중들, 팟 홀 이벤트들, 코너링, 충돌 등으로 인해 제 1 및 제 2 앵커부들(110,112) 사이의 상당한 상대적인 이동(예를 들어, 상사상 이동) 이벤트들에 대한 제어 수준을 제공하기 위해 이동 제한기로서 구성될 수도 있다. 조합에 있어서, 스너버들(520)과 결합된 내부 탄성체(514)는 적용된 주어진 힘에 대해 특정 강성을 제공하도록 조정되는 정적 강성 곡선을 정의한다.
내부 탄성체(514) 및 외부 탄성체(116)는 독립적인 스프링들로서 동작할 수도 있다. 내부 및 외부 탄성체들은 대응하는 구조들을 가지기 때문에, 예를 들어 그들 둘 다 스너버 부분들이 있는 통로들을 포함한다. 내부 및 외부 탄성체들이 실질적으로 동일한 스프링 특성들을 가지기 때문에 부시(500)는 균형 잡혀있고 그리고 균형잡힌 진동 차단을 제공한다. 예를 들어, 스너버 부분들이 있는 통로들은 외부 탄성체(116)(통로들 포함)가 상대적으로 부드러운 도 1의 실시예에 비해 내부 및 외부 탄성체들(514,116) 둘 다 상대적으로 부드러운 스프링 특성을 가진다는 것을 의미하지만 내부 탄성체(114)(통로들 없음)는 비교적 단단하다.
탄성체의 스프링 특성들은 탄성체가 가지는 스너버 부분들의 개수 및 통로들의 개수에 따른다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 부시(500)가 균형을 유지하기 위해, 내부 및 외부 탄성체들은 동일한 개수의 통로들 및 스너버 부분들을 가질 수도 있다. 또한, 내부 탄성체(514)의 치수들이 회부 탄성체(116)의 치수들보다 작을지라도, 통로들 및 스너버 부분들의 일반적인 형상은 내부 탄성체(514) 및 외부 탄성체(116)에서 동일할 수도 있다.
예를 들어, 정상 동작 조건들 하에서, 제 1 및 제 2 앵커부들에서 부시(500)에 대한 로딩은 통로들을 왜곡시켜 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사성 이동을 허용하여 진동들을 차단한다. 이러한 정상 조건들 하에서, 통로들의 왜곡은 스너버들(520)이 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하기에 불충분할 수도 있다. 예를 들어, 통로들 및/또는 스너버들, 및/또는 통로들 및/또는 스너버들의 치수들/형상은 정상 동작 조건들 하에서, 통로들이 스너버들(520)을 사용하지 않고 왜곡되도록 선택될 수도 있다. 그러나, 비정상적인 동작 조건들 하에서, 제 1 및 제 2 앵커부들에서 부시(500)에 대한 로딩은 스너버들(520)이 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사성 이동의 정도를 물리적으로 제한할 정도로 통로들을 왜곡시킨다. 이러한 비정상 조건들 하에서, 스너버들(520)은 부시(500)의 동작 수명을 연장하기 위해 과도-압축 및 과도-확장으로부터 탄성체들을 보호한다. 또한, 스너버들(520)은 제 1 및 제 2 앵커부들의 최대 변위(displacement)를 제어하여 그들(및 그들이 고정되는 컴포넌트들)이 인접 컴포넌트들에 부딪혀 손상을 일으킬 가능성을 감소시킨다. 예를 들어, 통로들 및/또는 스너버들의 개수, 및/또는 통로들 및/또는 스너버들의 치수들/형상은 비정상적인 동작 조건들에서 통로들이 스너버들(520)이 사용되는 정도로 왜곡되도록 선택될 수도 있다. 예시에서, 부시(500)는 전기 차량(예를 들어, 자동차)에 사용될 수도 있고, 그리고 정상 동작 조건들은 고속도로(motorway)에서 순항 속도(예를 들어, 50km/h 내지 100km/h)를 유지하는 것을 포함할 수도 있다. 한편, 비정상 작동 조건들은 정지된 출발에서 최대 가속으로 차량 가속, 비상 정지 수행 또는 거친 표면들(예를 들어, 팟 홀들, 자갈 돌들) 위의 주행이 포함될 수도 있다.
도 9는 도 7 및 8a-8b에 도시된 부시(500)에 대한 주파수에 대한 동적 강성의 그래프를 나타낸다. 도 9의 그래프는 도 3의 그것과 일치한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 부시(500)는 더 낮은 주파수(예를 들어, 500Hz 미만)에서 단일 피크(552)를 나타내는 동적 강성 특성(550)을 가질 수도 있다. 바람직하게 이 피크는 400Hz 미만의 주파수에서 발생한다. 이 피크는 내부 탄성체와 외부 탄성체 사이의 관성 질량의 고유 모드 또는 공진 피크이다. 바람직하게 이 고유 모드는 부시에 의해 상호 연결된 제 1 컴포넌트 또는 제 2 컴포넌트의 동작 주파수 범위보다 낮은 주파수에 있다. 관성 질량 요소의 공진 주파수는 해당 요소의 질량과 내부 탄성체 및 외부 탄성체의 사이즈, 형상 또는 재료에 따라 달라진다. 이러한 파라미터들을 조정하는 것에 의해, 관성 질량 요소의 고유 모드를 원하는 주파수로 '조정'할 수도 있다.
부시 내에 관성 질량 요소의 존재는 관성 질량 요소 그 자체의 공진 주파수를 초과하는 동적 강성 증가들을 줄이거나 제거한다. 즉, 내부 탄성체 또는 외부 탄력체로 인해 부시의 동적 강성에 피크들이 없다. 보다 구체적으로, 부시 (500)에 대한 수정, 즉 내부 탄성체(514) 내에 스너버 부분들(520)이 있는 통로들의 도입은 도 9의 동적 강성 특성(550)의 더 높은 주파수 부분을 도 3의 동적 강성 특성(142)의 더 높은 주파수 부분과 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이 진동 차단 성능을 개선시켰다. 특성(550)이 특성(142)에 비해 더 높은 주파수들에 걸쳐 더 일관되고 감소 된 동적 강성을 유지한다는 것이 분명하게 보인다. 예를 들어, 참조 부호 554로 강조 표시된 특성(550) 영역을 참조하라.
위의 관점에 따라, 진동들은 넓은 범위의 진동 주파수들에 걸쳐 부시(500)에 의해 효과적으로 차단된다. 바람직하게 이 넓은 범위는 상호 연결되는 제 1 컴포넌트 및 제 2 컴포넌트의 동작 주파수 범위를 커버한다. 예를 들어, 부시(500)가 엔진 또는 모터와 차량의 섀시를 상호 연결하는 데 사용되는 경우, 부시(500)를 사용하면 승객의 편안함을 보장 할 수 있다.
도 10a는 본 발명의 추가적인 일 실시예인 부시(600)의 사시도이다. 부시(600)는 세로축을 형성하는 일반적으로 원통형 구조이다. 도 10a는 부시(600)의 제 1 단부(end)를 도시하고, 도 10b는 부시(600)의 반대편 제 2 단부를 도시한다. 도 10c는 세로축에 수직 인 부시(600)의 단면을 도시한다. 도 10d는 세로축에 평행한 부시(600)의 단면을 도시한다.
부시(600)는 도 1에 도시 된 부시(100)의 수정된 버전이다. 따라서, 이하에서는 도 1의 부시(100)와 다른 부시(600)의 양상(aspect)들에 초점을 맞춘 부시(600)에 대한 설명이 제공된다. 달리 언급되지 않는 한, 부시(600)의 구조 및 동작은 도 1의 부시(100)의 구조 및 동작과 동일함이 이해되어야 한다.
부시(600)는 이를 통해(therethrough) 연장하는 하나 이상의 축 방향 통로들 또는 공극들을 포함하는 내부 탄성체(614)를 가진다. 즉, 내부 탄성체(614)의 재료는 관성 질량 요소(118)의 내부 표면과 제 1 앵커부(110)의 외부 표면 사이의 환형 체적을 완전히 채우지 못할 수도 있다. 내부 탄성체(614)의 원주 방향으로 통로들 사이에 있는 부분들은 "다리들"로 지칭될 수 있다. 통로들은 로딩 중에 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 이동을 용이하게 한다.
부시(600)는 내부 탄성체(614)의 구조와 유사한 구조를 갖는 외부 탄성체(616)를 가진다. 즉, 외부 탄성체(616)는 이를 통해 연장되는 하나 이상의 축 방향 통로들 또는 공극들을 가진다.
부시(500)와 대조적으로, 부시(600)의 통로들 또는 공극들은 버퍼들 또는 스너버들을 포함하지 않을 수도 있다. 대신에 도 10a 및 10d에서보다 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 제 2 앵커부(112)는 제 1 앵커부(110)와 제 2 앵커부(112) 사이의 상대적인 방사성 이동의 정도를 물리적으로 제한하기 위해 배열된 스너버 부분(620)을 포함한다. 구체적으로, 스너버 부분(620)은 제 1 앵커부(110)를 향해 방사상으로 연장되는 돌출부(protrusion)로 형성될 수도 있다. 스너버 부분(620)은 도 10a에서 가장 명확하게 보이는 바와 같이 실질적으로 환형 또는 링-형상의 형태를 가질 수도 있다. 돌출부는 제 1 앵커부(110)를 향해 일부만 연장되어 제 1 앵커부와 제 2 앵커부 사이의 몇몇 방사상 이동을 허용한다. 즉, 스너버(620)의 방사성 길이는 사전 결정된 양까지 방사성 이동을 허용하도록 선택될 수도 있다. 도 10d에 도시 된 바와 같이, 돌출부의 팁 부분(top portion)은 스너버(620)의 나머지와 다른 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 팁 부분은 탄성 재료(예를 들어, 고무)로 만들어질 수도 있고, 스너버(620)의 나머지 부분은 강성 재료(예를 들어, 금속)로 만들어질 수도 있다. 대안적으로, 전체 스너버(620)는 고무처럼 탄성 재료와 같은 단일 재료로 만들어질 수도 있다.
사용하는 경우, 스너버(620)는 제 1 컴포넌트(제 1 앵커(110)에 결합됨) 및/또는 제 2 컴포넌트(제 2 앵커(112)에 결합됨)의 큰 상대적 이동들(예를 들어, 방사상 이동)을 제한하고 완충하도록 배열된다. 예를 들어, 스너버(620)는 제 1 및 제 2 탄성체의 다리들이 과도-압축 및/또는 과도-확장되는 것을 방지하기 위해 움직임들을 제한하고 완충하며, 그렇지 않으면 부시(600)의 수명을 감소시킨다.
전술한 구조의 관점에서, 스너버(620)는 예를 들어, 가속 하중들, 팟 홀 이벤트들, 코너링, 충돌 등으로 인해 1 및 제 2 앵커부들(110, 112) 사이의 상당한 상대적인 이동(예를 들어, 방사상 이동) 이벤트들에 대한 제어 수준을 제공하기 위해 이동 제한기로서 구성된다. 조합에 있어서, 스너버(620), 내부 탄성체(614) 및 외부 탄성체(616)는 적용된 주어진 힘에 대해 특정 강성을 제공하도록 조정되는 정적 강성 곡선을 정의한다.
내부 탄성체(614) 및 외부 탄성체(616)는 독립적인 스프링들로 동작할 수도 있다. 내부 및 외부 탄성체들은 대응하는 구조들을 가지기 때문에 예를 들어, 그것들은 모두 스너버 부분들이 없는 통로들을 포함하고, 부시(600)는 균형을 이루고 있으며, 내부 및 외부 탄성체들이 실질적으로 동일한 스프링 특성들을 가지기 때문에 균형있는 진동 차단을 제공합니다.
탄성체의 스프링 특성들은 탄성체가 갖는 통로들의 개수에 따른다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 부시(600)가 균형을 유지하기 위해, 내부 및 외부 탄성체들은 동일한 개수의 통로들을 가질 수도 있다. 또한, 내부 탄성체(614)의 치수들이 외부 탄성체(616)의 치수들보다 작을지라도, 통로들의 일반적인 형상은 내부 탄성체(614) 및 외부 탄성체(616)에서 동일할 수도 있다.
예를 들어, 정상 동작 조건 하에서, 진동들을 차단하기 위해 제 1 및 제 2 앵커부들에서 부시(600)에 대한 로딩은 통로들을 왜곡시켜 제 1 앵커부와 제 2 앵커부 사이의 상대적인 방사상 이동이 허용됩니다. 이러한 정상 조건들에서 통로들의 왜곡은 스너버(620)가 제 1 앵커부(110)와 충돌하도록 하기에 불충분할 수도 있다. 이와 같이, 스너버(620)는 제 1 및 제 2 앵커들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하지 않는다. 예를 들어, 통로들의 개수, 및/또는 스너버(620) 및 통로들의 치수들/형상은 정상 동작 조건들 하에 통로들이 스너버(620)를 사용하지 않고 왜곡되도록 선택될 수도 있다. 그러나, 비정상 동작 조건들 하에서, 제 1 및 제 2 앵커부들에서 부시(600)에 대한 로딩은 스너버(620)가 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한할 정도로 통로들을 왜곡시킨다(즉, 스너버(620)가 제 1 앵커(110)와 충돌함). 이러한 비정상적인 조건 하에서, 스너버(620)는 부시(600)의 동작 수명을 연장하기 위해 과도-압축 및 과도-확장으로부터 탄성체들을 보호한다. 또한, 스너버(620)는 제 1 및 제 2 앵커부들의 최대 변위를 제어하여 그들(및 그들이 고정된 컴포넌트)이 인접 컴포넌트들에 충돌하여 손상을 일으킬 가능성을 줄인다. 예를 들어, 통로들의 개수 및/또는 통로들 및 스너버(620)의 치수들/형상은 비정상적인 동작 조건들 하에서 통로들이 스너버(620)가 사용되는 정도로 왜곡되도록 선택될 수도 있다. 예시에서, 부시(600)는 전기 차량(예를 들어, 자동차)에 사용될 수 있으며, 정상적인 동작 조건들은 고속도로에서 순항 속도 (예를 들어, 50km/h 내지 100km/h)를 유지하는 것을 포함할 수도 있다. 한편, 비정상적인 동작 조건들은 정지된 출발에서 최대 가속으로 차량 가속, 비상 정지 수행 또는 거친 표면들(예를 들어, 팟 홀들, 자갈 돌들) 위의 주행이 포함할 수도 있다.
스너버들(120,520)과 비교되는 스너버(620)의 장점은 스너버(620)가 제 2 앵커부(112)에 직접 부착되어 제 1 앵커부(110)에 직접적으로 충돌하기 때문에 앵커부 들에 스너버(620)가 직접 작용한다는 점이다. 한편, 스너버들(120,520)은 탄성체들의 통로들에 위치하고, 그리고 이들 스너버들이 앵커부들에 직접 부착되거나 충격을 주지않기 때문에 그 스너빙(snubbing) 효과는 간접적이다. 또한, 스너버들(120, 520)은 관성 질량 요소(118)를 통해 스너빙 효과를 수행한다. 반대로 스너버(620)의 스너빙 효과는 관성 질량 요소(118)와 무관하다. 따라서, 스너버(620)를 사용하는 경우, 관성 질량 요소(118)는 정상 및 비정상 동작 조건들 하에서 주파수 피크가 안정적으로 유지되도록 하는 주요 강성 상승을 최소화하거나 전혀 갖지 않는다(도 1, 2a 및 2b의 실시예와 같이).
도 11a는 본 발명의 추가적인 실시예인 부시(700)의 사시도이다. 부시(700)는 세로축을 정의하는 일반적으로 원통형 구조이다. 도 11a는 부시(700)의 제 1 단부를 도시 하고, 도 11b는 부시(700)의 반대편 제 2 단부를 도시한다. 도 11C는 세로축에 수직 인 부시(700)의 단면을 도시한다. 도 11d는 세로축에 평행한 부시(700)의 단면을 도시한다.
부시(700)는 도 10a-d에 도시 된 부시(600)의 수정된 버전이다. 따라서, 이하에서는 도 10a-d의 부시(600)와 다른 부시(700)의 양상들에 초점을 맞춘 부시(700)에 대한 설명이 제공된다. 달리 언급되지 않는 한, 부시(700)의 구조 및 동작은 도 10a-d의 부시(600)의 구조 및 동작과 동일하다는 것이 이해되어야 한다.
도 11a 및 11d에 도시된 바와 같이, 제 1 앵커부(110)는 제 1 앵커부(110)와 제 2 앵커부(112) 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하도록 배열된 스너버 부분(720)을 포함한다. 구체적으로, 스너버 부분(720)은 제 2 앵커부(112)를 향해 방사상으로 연장되는 돌출부로 형성될 수도 있다. 스너버 부분(720)은 도 11a에서 가장 명확하게 보이는 바와 같이 실질적으로 환형 또는 링-형상의 형태를 가질 수도 있다. 돌출부는 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 방사상 이동을 허용하기 위해 제 2 앵커부(112)를 향해 부분적으로만 연장된다. 즉, 스너버(720)의 방사상 길이는 사전 결정된 양까지 방사상 이동이 가능하도록 선택될 수도 있다. 도 11d에 도시된 바와 같이, 돌출부의 팁 부분은 스너버(720)의 나머지와 다른 재료로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 팁 부분은 탄성 재료(예를 들어, 고무)로 만들어 질 수도 있는 반면, 스너버(720)의 나머지는 강성 재료(예를 들어, 금속)로 만들어질 수도 있다. 대안적으로, 전체 스너버(720)는 고무처럼 탄성 재료와 같은 단일 재료로 만들어질 수도 있다.
사용하는 경우, 스너버(720)는 제 1 컴포넌트(제 1 앵커(110)에 결합됨) 및/또는 제 2 컴포넌트(제 2 앵커(112)에 결합됨)의 큰 상대적 이동들(예를 들어, 방사상 이동들)을 제한하고 완충하도록 배열된다. 예를 들어, 스너버(720)는 제 1 및 제 2 탄성체들의 다리들이 과도-압축 및/또는 과도-확장되는 것을 방지하기 위해 움직임들을 제한하고 완충하며, 그렇지 않으면 부시(700)의 수명을 감소시킨다.
몇몇 다른 실시예들에서, 부시는 도 2a 또는 8a에 따라 통로들 내에 스너버들 둘 다 포함할 수도 있고, 그리고 도 10d 또는 11d에 따라 통로들 외부에 스너버들을 포함할 수도 있음이 이해되어야 한다.
추가적으로, 몇몇 다른 실시예들에서, 부시는 도 10d의 스너버(620) 및 도 11d의 스너버(720) 둘 다 포함할 수도 있다. 구체적으로, 스너버(620,720) 각각은 서로를 향해 연장될 수도 있지만, 정상 동작 조건들 하에서 스너버들(620,720) 사이에 갭 또는 공간이 유지되도록 치수화 된다(dimensioned). 그리고, 비정상 동작 조건 하에서, 스너버(620)는 스너버(720)에 충격을 가하여 제 1 및 제 2 앵커부들 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한할 수도 있다. 물론, 스너버들(620,720)은 동일하거나 상이한 방사상 길이들을 가질 수도 있다.
추가적으로, 몇몇 다른 실시예들에서, 스너버(620,720)는 부시의 중간에 또는 그 근처에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 도 11d의 예를 들면, 스너버(620)는 그것의 길이를 따라 절반 정도 제 1 앵커(110)에 부착될 수도 있다. 또한, 내부 탄성체(614), 관성 질량 요소(118) 및 외부 탄성체(616)는 (예를 들어, 제 1 앵커(110)의 세로축에 대해 수직 절단을 통해) 스너버(620)의 좌측에 위치된 제 1 반절(half) 및 스너버(620)의 우측에 위치된 제 2 반절로 2개의 반절들로 분할될 수도 있다. 유사한 수정도 도 10d의 예시에서 이루어질 수도 있다.

Claims (18)

  1. 진동들을 차단(isolate)하기 위한 부시로서, 상기 부시는,
    세로축(longitudinal axis)을 정의하는 제 1 앵커부(anchor part);
    상기 제 1 앵커부에 대해 동축으로(coaxially) 배치되는 제 2 앵커부;
    상기 제 1 앵커부와 동작 가능하게(operably) 결합되는(engaged) 제 1 탄성체(resilient body);
    상기 제 2 앵커부와 동작 가능하게 결합되는 제 2 탄성체; 및
    상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이에 배치되는 관성 질량 요소(inertial mass element);
    를 포함하고,
    상기 관성 질량 요소는 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체에 독립적으로(independently) 연결되고,
    상기 제 1 탄성체, 상기 제 2 탄성체 및 상기 관성 질량 요소는 사전 결정된 동작 주파수 범위(operational frequency range) 내에 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 진동들을 차단하도록 배열(arrange)되고,
    상기 관성 질량 요소는 상기 사전 결정된 동작 주파수 범위 내에서 상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체의 고유모드(eigenmode)들과 관련된 동적 강성(dynamic stiffness) 증가들로부터 상기 제 1 앵커부 및 상기 제 2 앵커부를 차단하도록 배열되고, 그리고
    상기 부시는 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 상대적인 방사상 이동(radial movement)의 정도(extent)를 물리적으로 제한하는 하나 이상의 스너버 부분(snubber portion)들을 포함하고, 그리고 상기 제 1 앵커부 또는 상기 제 2 앵커부 중 적어도 하나는 상기 하나 이상의 스너버 부분들을 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관성 질량 요소는 상기 사전 결정된 동작 주파수 범위 내에 비-공진 상태(non-resonant condition)를 차지하는(occupy),
    진동을 차단하기 위한 부시.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 관성 질량 요소는 상기 사전 결정된 동작 주파수 범위 미만의 주파수에서 공진 상태를 차지하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 사전 결정된 동작 주파수 범위 미만의 공진 주파수에서 단일 피크를 나타내는 동적 강성 특성을 가지는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공진 주파수는 1000Hz 미만인,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성체 또는 상기 제 2 탄성체 중 하나는 로딩(loading) 중에 이를 통해(therethrough) 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 상대적인 이동을 용이하게 하는 축 방향 연장 통로(axially extending passage)들을 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성체 및 상기 제 2 탄성체 둘 다는 로딩 중에 이를 통해 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 상대적인 이동을 용이하게 하는 축 방향 연장 통로들을 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 축 방향 연장 통로들은 상기 제 1 앵커부와 상기 제 2 앵커부 사이의 상대적인 방사상 이동의 정도를 물리적으로 제한하는 상기 하나 이상의 스너버 부분들을 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 앵커부는 상기 세로축을 따라 연장하는 로드(rod)이고, 그리고
    상기 제 2 앵커부는 상기 로드를 둘러싸는 슬리브(sleeve)인,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 관성 질량 요소는 상기 로드와 상기 슬리브 사이에 상기 로드에 대해 동축으로 배치된 관형 강체(rigid tubular body)인,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성체는 상기 관형 강체의 내면(inner surface) 및 상기 로드의 외면(outer surface) 사이에 방사상으로(radially) 연장하고, 그리고
    상기 제 2 탄성체는 상기 슬리브의 내면 및 상기 관형 강체의 외면 사이에 방사상으로 연장하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 탄성체는 상기 로드와 상기 관형 강체 사이의 환형 체적(annular volume)을 채우는 고체 탄성 부재(solid resilient member)인,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 앵커부는 보스 요소(boss element)이고 그리고 상기 제 2 앵커부는 그 안에(therein) 상기 보스 요소를 수용하도록(receive) 배열된 컵 요소(cup element)이고, 그리고 상기 제 1 탄성체, 상기 제 2 탄성체 및 상기 관성 질량 요소는 상기 보스 요소와 상기 컵 요소 사이의 원뿔대 상호 연결(frustoconical interconnection)을 함께 형성하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 관성 질량 요소는 상기 보스 요소와 상기 컵 요소 사이의 상대적인 축 방향 이동을 제한하기 위한 스너버 부분을 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스너버 부분은 방사상으로 연장되는 플레이트(plate)를 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 컵 요소는,
    상기 보스 요소가 상기 컵 요소 내에 움직일 수 있는 축 방향 거리를 제한하기 위해 상기 스너버 부분에 접하도록(abut) 배열되는 상부 플랜지(top flange)를 포함하는,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 앵커부는 제 1 기계 컴포넌트(component)와 연결 가능하고, 그리고 상기 제 2 앵커부는 제 2 기계 컴포넌트와 연결 가능하여, 이에 따라 상기 부시는 상기 제 1 기계 컴포넌트와 상기 제 2 기계 컴포넌트 사이의 진동들을 차단하도록 동작 가능한,
    진동을 차단하기 위한 부시.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 기계 컴포넌트 및 상기 제 2 기계 컴포넌트는 차량(vehicle)의 엔진 및 섀시(chassis)인,
    진동을 차단하기 위한 부시.
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