KR20000013597A - 점성 댐퍼 - Google Patents

Abstract

(과제)

댐퍼의 신뢰성 향상을 도모하는 것

(해결수단)

비틀림진동을 발생시키는 회전축에 취부되는 하우징 (1) 을 구비하고, 상기 하우징 (1) 은 회전축의 원주방향을 따르는 고리형상을 하며, 상기 하우징 (1) 내에 관성링 (2) 을 수용하면서 점성유체를 봉입(封入)하여 점성 댐퍼를 구성한다. 상기 관성링 (2) 을, 베어링 (3) 을 통하여, 고리형상의 하우징 (1) 을 따라서 이동가능하게, 또한 상기 관성링 (2) 으로부터 돌출한 복수개의 돌출부 (2a) 와 이에 대향시킨 하우징 (1) 에 설치된 고정자 (4) 와의 사이에 끼여 지지된, 관성링 (2) 의 이동방향을 따라서 배치되어 설치된 금속으로된 코일 스프링 (5) 에 대항하여 이동할 수 있도록 수용시킨 것. 관성링 (2) 에 뚫어 설치한 반경 방향의 관통구멍 (9) 을 통하여 점성유체를 순환시키도록 한 것.

Description

점성 댐퍼

본 발명은, 크랭크 샤프트, 드라이브 샤프트, 프로펠라 샤프트 등의 비틀림진동을 발생시키는 회전축에 취부하여, 회전축의 회전에 수반하는 진동을 감쇄시키는 점성 댐퍼에 관한 것이다.

주로 다기통 엔진의 공진 등에 수반하는 회전축의 비틀림진동을 감쇄시키는 댐퍼로서, 고무와 관성질량으로 이루어진 고무 댐퍼, 액체 밀봉 공간에 관성링과 점성유체를 넣어서 상기 관성링이 관성으로 이동할 때의 점성 전단저항력을 이용한 점성 댐퍼, 점성유체와 고무를 함께 사용한 점성고무 댐퍼등이 알려져 있다.

그러나, 이러한 댐퍼는, 고무의 열적 피로한계나 감쇄능력의 부족, 큰 관성력 때문에 저차(低次)의 과대한 비틀림진동을 상용회전수 영역으로 끌어내려 버리는 등의 문제가 있고, 요즈음의 엔진에 요구되는 고출력, 깨끗한 배기, 반면에 저소음이라는 사양을 반드시 만족시키는 것은 아니다.

또한, 고무댐퍼나 점성고무 댐퍼는, 사양 환경온도나 진동감쇄 때문에 자기발열에 의해 고무의 산화열화가 촉진되어 표면이 경화되고 균열, 파괴되기 때문에 신뢰성이 부족하다. 또, 점성 댐퍼는 열적으로도 강하여 높은 신뢰성을 가지나,큰 감쇄력을 얻기위해서는 질량이 큰 관성링을 필요로 하고, 질량이 큰 관성체를 회전축에 취부하면, 회전축의 고유 진동수가 낮아져서, 엔진의 고회전영역으로 저차의 큰 조화여진을 끌어들이는 새로운 문제가 발생한다.

또, 상기 고리형상의 하우징 (a) 내에,관성링 (b) 을 수용하면서 상기 하우징 (a) 내에 점성유체 (c) 를 봉입한 점성 댐퍼에서, 상기 관성링 (b) 을 하우징 (a) 의 반경방향으로 향하는 판스프링 또는 막대 형상의 스프링 (d) 를 통하여 하우징 (a) 에 결합한 것도 알려져 있다. (일본 특허공개공보 평4-125340 호)

그러나, 이 장치는, 관성링 (b) 이 회전축의 원주방향으로 진동할 수 있도록 하기에는, 다시 말하면, 판 스프링 또는 막대 형상의 스프링 (d) 이 변형할 수 있도록 하기에는, 판 스프링 또는 막대 형상의 스프링 (d) 을, 적어도, 관성링 (b) 또는 하우징 (a) 에 대하여, 자유롭게 움직이도록 지지시켜야 한다.

이 때문에, 관성링 (b) 을 하우징 (a), 나아가서는 회전축에 대하여 정위치에 취부하는 것이 불가능하고, 하우징 (a) 을 회전축에 취부하여 회전할 때, 회전축의 회전 균형이 무너지고, 진동, 소음, 회전축의 이상마모 등의 상태가 나쁜 경우가 발생한다.

본 발명은 이러한 상태가 나쁜 경우가 없는 점성 댐퍼를 얻는 것을 과제로 한다.

도 1 은 본 발명 실시형태의 일예를 보여주는 도 2 의 A-A 선을 자른 단면도

도 2 는 뚜껑을 벗겨낸 상태의 정면도 (단,코일 스프링만 절단)

도 3 은 도 2 의 B-B 선을 자른 단면도

도 4 는 도 3 의 C-C 선을 자른 단면도

도 5 는 본 발명의 특성을 나타내는 선도

도 6 은 종래예의 일부를 보여주는 단면도

도 7 은 도 6의 D-D 선을 자른 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1. 하우징 2. 관성링

3. 베어링 4. 고정자

5. 코일 스프링 6. 스프링 받침

8. 액체저장실

이러한 과제를 달성하기 위해 청구항 1 에 기재된 발명은, 비틀림진동을 발생시키는 회전축에 취부되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 회전축의 원주방향을 따르는 고리형상을 하며, 상기 고리형상 하우징 내에, 관성링을 수용하면서 점성유체를 봉입(封入)한 점성 댐퍼에 있어서, 상기 관성링은, 스러스트 베어링(thrust bearing)과 저어널 베어링(journal bearing)을 통하여 고리형상의 하우징을 따라서 이동가능하게 하고, 원주 내측으로 돌출한 복수개의 돌출부를 설치하고, 돌촐부 사이에 하우징에 고정시킨 고정자를 개재시키고, 상기 돌출부와 고정자 사이에 금속으로된 코일 스프링을 설치함과 함께 상기 하우징의 관성링의 반경방향의 내측을 점성유체의 액체저장실로 한 것을 특징으로 하고, 이러한 구성을 구비하고 있는 것에서, 코일스프링에 의해, 진동의 피크(peak)를 2 분할 할 수 있고, 또, 관성링과 하우징과의 상대 진폭에 의해 점성유체에 전단력이 작용하여, 분할된 진동의 피크를 낮은 값으로 억제하는 것이 가능하다.

그외에, 상기 구성에 의해서, 관성링을 하우징의 반경방향으로 안정된 상태로 취부할 수도 있다.

청구항 2 에 기재된 발명은, 청구항 1 기재의 발명에 있어서, 상기 관성링은, 그 양측과 반경방향의 외측에 좁은 간극이 존재하도록 하여, 하우징에 수납시키고, 상기 간극과 상기 액체 저장실과를, 관성링에 뚫어 설치한 관통구멍에 의해 연결시켜 통하도록 한 것을 특징으로 하며, 이러한 구성을 구비한 것에서, 관성링의 양측및 반경방향 외측과, 하우징과의 사이에 형성된 좁은 간극에 있는 점성유체에, 전단력이 작용하여 히스테리시스를 발생시켜서, 점성유체의 온도가 오르고 점도가 떨어지며 비중은 작게된다. 이것에 대하여, 액체저장실에 있는 점성유체는 이와같은 힘을 받지 않기 때문에, 비교적 저온으로 유지되어 점도 및 비중은 변하지 않는다. 이 때문에, 액체 저장실에 있는 상대적으로 비중이 큰 점성유체는 원심력에 의해, 상기 간극측으로 밀려나고, 간극에 있는 점성유체는 이것에 의해 밀려나서 액체저장실로 돌아가는 순환 흐름을 생기게한다. 또한 액체저장실의 진동에 따른 체적변동에 의한 펌프작용에 의해 점성유체의 순환은 더 활발해진다.

본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

도면에서 부호 (1) 은 알루미늄 등의 비교적 가벼운 금속으로 구성되며, 비틀림진동을 발생시키는 회전축 (R1) 이나 보조기구에 동력을 전달하는 풀리 (R2) 의 원주 방향을 따라 형성된 고리형상의 하우징을 나타낸다.

그리고 상기 하우징 (1) 안에는 금속으로된 관성링 (2) 을 수용하면서 실리콘오일 등의 점성유체를 봉입한다.

상기 관성링 (2) 은, 이 관성링 (2) 과 하우징 (1) 에 설치된 고정자 (4), 혹은 뚜껑 (1c) 과의 사이에 베어링 (3) 및 고정자 (4) 와 관성링 (2) 과의 사이의 저어널베어링 (10) 을 통하여 이동가능하도록, 또한 상기 관성링 (2) 에서 등간격으로 돌출한 복수개의 돌출부 (2a) 와 이것에 대향시켜서 하우징 (1) 에 설치한 고정자 (4) 와의 사이에 끼여 지지된, 관성링 (2) 의 이동방향을 따라서 배치되고 설치된 금속으로된 코일스프링 (5) 에 대항하여 이동하도록 수용한다.

이를 상세히 설명하면, 관성링 (2) 은 내측에 등간격으로 6개의 돌출부 (2a) 를 돌출시키면서, 상기 돌출부 (2a) 에 대향시켜서 하우징 (1) 에 등간격으로 6개의 고정자 (4) 를 나사 (7) 를 돌려 고정시켜 취부하고, 상기 돌출부 (2a) 와 고정자 (4) 와의 대향면에 스프링받침 (6) 을 붙이고, 스프링받침 (6,6) 사이에 상기 코일스프링 (5) 을 미리 압축한 상태로 설치한다.

또한 도시한 것은 돌출부 (2a) 사이에 형성된 6개 전부에 고정자 (4) 를 설치하고, 각 고정자 (4) 와 그 양측에 위치하는 돌출부 (2a) 와 사이에 설치하지만, 이것에 한정되지 않고, 이것외의 설치방법도 생각할 수 있으며, 예를 들면 6개의 간격중 하나 걸러, 즉 3개의 간격에만 고정자 (4) 를 설치하고, 그 각 고정자 (4) 와 그 양측에 위치하는 돌출부 (2a) 와의 사이에 코일스프링 (5) 을 설치하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 스프링받침 (6) 은 도 3, 도 4 에서 명백해지듯이, 양단에 원호상의 팽창부 (6a) 를 가지며, 돌출부 (2a) 및 고정자 (4) 에는, 상기 팽창부 (6a) 가 끼워 맞춰지도록 오목부 (12) 를 구비하고 있으며, 상기 팽창부 (6a) 가 오목부 (12) 에 끼워맞추어질 때 스프링받침 (6) 은 돌출부 (2a) 및 고정자 (4) 에 위치결정된다.

또한,이 스프링받침 (6) 을 설치하지 않고서, 직접 돌출부 (2a) 및 고정자 (4) 에 코일스프링 (5) 을 설치하여도 좋다.

또한 돌출부 (2a) 및 고정자 (4) 에 금속으로된 코일스프링 (5) 을 직접 설치한 경우, 또는 스프링받침 (6) 이 금속인 경우와 같이, 금속끼리 접촉하는 경우에는 금속가루가 생기고, 이것이 점성유체의 열화를 촉진하는 원인이 되지만, 상기 스프링받침 (6) 을 나일론 수지나 그 외 완충성의 금속이외의 재료로 구성하면 이와같은 점성유체의 열화를 방지하고, 그 외에도 금속끼리 접촉에 의한 소음도 생기지 않는다.

상기 관성링 (2) 은, 그 외경을 하우징 (1) 의 외측의 내벽면의 경보다 근소하게 작게하고, 또한 관성링 (2) 의 양측의 등간격 위치에, 관성링 (2) 의 양측면보다 약간 돌출한 불소수지 (상품명 테프론) 등으로 이루어진 판상(板狀)의 베어링 (3) 을 취부하여,관성링 (2) 을 하우징 (1) 내에 취부할 때, 관성링 (2) 의 외측과 양측에 하우징 (1) 과의 사이에 0.5㎜ 정도의 간극이 형성되도록 하였다.

그리고, 상기 관성링 (2) 의 반경방향의 내측, 즉 상기 코일스프링 (5) 을 수용한 공간을 점성유체의 액체저장실 (8) 로 하였다.

또한, 관성링 (2) 에는, 액체저장실 (8) 과, 하우징 (1) 과 관성링 (2) 의 반경방향의 외측과의 사이에 형성시킨 상기 간극을, 연결시켜 통하게 하는 반경방향의 관통구멍 (9) 을 설치한다. 관통구멍 (9) 은 그 직경을 4㎜ 정도로 한다.

또한, 저어널베어링 (10) 은, 고정자 (4) 의 바깥둘레에 설치되지만, 상기 저어널베어링의 취부위치는, 관성링 (2) 의 반경방향의 움직임을 구속지지하는 위치이면 좋지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 실시형태에서는, 돌출부 (2a) 와 고정자 (4) 를 등간격으로 설치하였으나, 돌출부 (2a) 또는 고정자 (4) 의 간격이 등간격이 아닌 경우에도, 각 코일스프링 (5) 의 스프링정수가 모두 동일하면, 자유장이 다른 코일스프링 (도시 하지않음) 을 사용함으로써, 돌출부 (2a) 와 고정자 (4) 를 등간격으로 설치한 경우와 같은 성능을 얻을 수 있다. 따라서, 돌출부 (2a) 또는 고정자 (4) 의 간격은, 반드시 등간격일 필요는 없다.

또, 상기 고정자 (4) 는 나사 (7) 를 돌려 고정시켜 취부하지만, 취부는 이것에 한정되지 않고, 용접 그외, 접착, 깍아내어 형성하는 것이 가능하다.

또, 하우징 (1) 은, 풀리 (R2) 에 고정하는 플랜지부 (1a) 와, 상기 관성링 (2) 등을 수용하는 하우징 본체 (1b) 와, 상기 수용공간 (A) 의 측면의 열린 곳을 덮는 뚜껑 (1c) 로 구성된다.

또, 상기 하우징 (1) 은 회전축 (R1) 에 풀리 (R2) 를 통하여 취부하지만,회전축 (R1) 에 직접 취부하여도 물론 좋다.

다음에 본 댐퍼의 작동을 설명한다.

회전축의 회전에 수반하여 하우징 (1) 이 회전하고, 하우징 (1) 내의 관성링 (2) 은 코일스프링 (5) 을 통하여 하우징 (1) 과 같이 회전한다. 이 때, 회전축에 원주방향의 진동 (비틀림진동) 이 생기면, 관성링 (2) 은 하우징 (1) 과의 사이에 상대진동을 발생시키고, 도 5 에서 보인 것에서, 고차 (6차,4.5차) 진동의 공진 피크를 2 분할하고, 더구나 관성링 (2) 과 하우징 (1) 과의 상대진동에 의해, 점성유체에 작용하는 전단력에의해, 분할된 피크진동을 낮은 값으로 억제하는 것이 가능하고, 특히 저차 (3차) 의 큰 조화진동도 분할되어, 그 일방의 피크진동은 사용회전역에 남지만, 도 5 에서 명백해지듯이, 피크진동도 낮게 억제할 수 있다. 또한 타방의 피크진동은 사용회전역보다 고회전역으로 들어가기 때문에 문제가 되지 않는다.

더구나, 관성링 (2) 의 양측 및 반경방향의 외측과, 하우징 (1) 과의 사이에 형성된 좁은 간극에 있는 점성유체에, 전단력이 작용하여 히스테리시스에 의해 열이 발생하고, 점성유체의 온도가 올라가고, 점도가 낮아지며 비중이 작아진다. (이하 상대적으로 점성이 작은 유체라고 칭한다.) 이것에 대하여 액체저장실 (8) 에 있는 점성유체는 이와 같은 힘을 받지 않기 때문에 비교적 저온에서 유지되어 점도 및 비중은 변하지 않는다. (이하, 상대적으로 비중이 큰 점성유체라 칭한다.) 이 때문에 본 댐퍼에 있어서는, 통상, 액체저장실 (8) 에 있는 상대적으로 비중이 높은 큰 점성유체는 원심력에 의해 관성링 (2) 의 관통구멍 (9) 을 통과하여 수용공간 (도 1 의 A) 의 바깥둘레로 이동하고, 한편, 상대적으로 비중이 작은 점성유체는 수용공간 (도 1 의 A) 의 바깥둘레로부터 관성링 (2) 의 양측면을 통과하여 액체저장실 (8) 로 돌아온다. 이 결과, 점성유체는 상기와 같은 순환흐름으로 된다. 또 일예로서 하우징 (1) 과 관성링 (2) 이 상호 역방향으로 순서를 바꾸며 운동하는 비틀림진동이 발생할 때, 액체저장실 (8a) 과 액체저장실 (8b) 이 압축과 확장을 반복하기 때문에 관통구멍 (9) 을 통과하는 펌프작용에 의해 상기와 같이 점성유체는 순환한다.

이 때문에, 점성유체의 열화를 균일하게 하고, 댐퍼의 성능저하 속도를 늦추고, 내구성, 댐퍼의 신뢰성 향상을 도모할 수 있다.

이와 같이, 청구항 1 에 기재된 발명에 의한 경우에는, 코일 스프링에 의해진동의 피크를 2분할 할 수 있고, 또, 관성링과 하우징과의 상대진폭에 의해 전단력이 작용하여 분할된 진동의 피크를 억제하는 것이 가능하며, 특히 저차의 큰 조화진동의 피크를 낮출 수 있다.

더구나, 상기의 구성에 의하여, 관성링을 하우징의 반경방향 및 축방향으로 안정된 상태로 취부할 수 있기 때문에, 종래 예와 같이, 회전 균형이 무너지고, 진동, 소음, 회전축의 이상마모 등의 상태가 나쁜 경우가 발생하지 않고, 댐퍼의 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 2 에 기재된 발명에 의한 경우에는, 관성링에 설치된 관성구멍을 통하여, 관성링의 양측 및 반경방향의 외측과, 하우징과의 사이에 형성된 좁은 간극과 액체저장실과의 사이에 걸쳐서 점성유체를 순환시키는 것이 가능하고, 점성유체의 열화를 균일하게하여, 댐퍼의 성능저하의 속도를 늦추고, 내구성, 댐퍼의 신뢰성 향상을 도모하는 것이 가능하다.

Claims (2)

1. 비틀림진동을 발생시키는 회전축에 취부되는 하우징을 구비하고, 상기 하우징은 회전축의 원주방향을 따르는 고리형상을 하며, 상기 고리형상 하우징 내에, 관성링을 수용하면서 점성유체를 봉입한 점성 댐퍼에 있어서, 상기 관성링은, 스러스트 베어링과 저어널 베어링을 통하여 고리형상의 하우징을 따라서 이동가능하게 하고, 원주 내측으로 돌출한 복수개의 돌출부를 설치하고, 또한 돌출부 사이에 하우징에 고정시킨 고정자를 개재시키고, 상기 돌출부와 고정자 사이에 금속으로된 코일 스프링을 설치함과 함께 상기 하우징의 관성링의 반경방향의 내측을 점성유체의 액체저장실로 한 것을 특징으로 하는 점성 댐퍼.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 관성링은, 그 양측과 반경방향의 외측에 좁은 간극이 존재하도록 하여, 하우징에 수납시키고, 상기 간극과 상기 액체 저장실과를, 관성링에 뚫어 설치한 관통구멍에 의해 연결시켜 통하도록 한 것을 특징으로 하는 점성 댐퍼.