KR20010049980A - 비틀림식 가요성 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 비틀림식 가요성 커플링은 가요성 허브(1)에 대해 가요성을 가지고 회전가능한 외부테두리(5)를 가지며, 허브(1)와 외부테두리(5) 사이에 배치되는 한편 최소한 하나 이상의 나선형 탄성중합체층(3)을 포함하는 최소한 하나 이상의 링형 복합체(2)를 포함하고, 이 나선형 탄성중합체층(3)의 가닥은 비틀림식 탄성 및 가요성 중간층(4)과 전단저항을 가지고 접속되는 동시에 상기 탄성중합체층 가닥들 사이의 공간에는 상기 중간층(4)이 채워지고, 이 중간층(4)의 인장탄성 및 전단탄성은 탄성중합체층(3)의 인장탄성 및 전단탄성 보다 작은 구조로 되어 있다.

Description

비틀림식 가요성 커플링{TORSIONALLY FLEXIBLE COUPLING}

본 발명은 허브와 이 허브에 대해 가요성을 가지고 회전가능한 외부테두리를 구비하는 비틀림식 가요성 커플링에 관한 것이다.

종래, 구동을 위한 접속용으로서 평탄한 구조의 비틀림식 가요성 커플링을 제공하기 위해 가요성 고무 디스크 커플링을 사용하여 왔으며, 가요성 고무 커플링의 허브측은 구동 트레인의 일측에 접속되고, 커플링의 외부테두리는 구동트레인의 타측에 접속된다. 그러나, 이와같은 구조의 가요성 고무 커플링 디스크는 비교적 낮은 토크의 전달에만 적용이 될 수 있다. 보다 높은 토크의 전달을 위해서는 복잡한 다중 디스크형 고무 커플링이 사용되거나 외부테두리가 방사상의 리프 스프링을 통해 허브에 접속되는 구조의 커플링이 사용된다. 이러한 비틀림식 가요성 커플링을 감쇠하기 위해서는 외부테두리와 허브 사이에 위치하는 액체충전챔버들이 초킹 덕트(chock duct)를 통해 액압적으로 상호 접속되며, 외부테두리와 허브가 상호 회전하자 마자 액체가 챔버들 사이에서 변위한다. 그러나 이와 같은 감쇠형의 비틀림식 가요성 커플링은 구조가 복잡한 문제를 갖고 있다.

DE 43 38 039에 제안된 토크 전달용 가요성 커플링은 허브와 외부링본체 사이에 가요성 중간체가 배열되고, 트레인 부품이 둘레부분에 위치하며, 실질적으로 일측에서 허브와 결합하고, 타측에서 외부링본체와 결합한다. 이러한 구조의 경우 허브의 접선에 대해 예각으로 배열되는 트레인부품이 가요성 스포크의 효과를 가지고 있어 높은 토크를 전달하기에는 적합하지 않다.

또, DE 42 01 597A는 이미 공지된 비틀림식 진동댐퍼에 2개의 나선벨트를 상호 끼우고 벨트 사이의 간극에 고점도의 액체를 충진하는 기술을 설명하고 있다. 각 벨트의 일단은 타측 댐퍼의 절반에 접속되고, 타측단부는 자유롭게 놓여져 방사상으로 높은 수준의 감쇠변위가 가능하게 된다. 그 결과 순수한 비틀림 댐퍼가 가능하지만, 이러한 구조의 경우 댐퍼절반부 2개를 가요성 있게 상호 결합하기 위해서는 추가의 가요성 커플링, 바람직하게는 고무 커플링이 필요하게 된다.

또, DE 40 06 121A는 나선형 스프링을 수용하는 비틀림식 감쇠장치를 개시하고 있는데 이 장치는 내부단부가 구동부와 작용하고, 외부단부가 종동부와 작용하며, 구동부와 종동부 사이에는 감쇠챔버가 설치되어 있다. 구동부와 종동부 사이의 상대이동의 경우에는 높은 점성도의 액체가 채워진 감쇠챔버에서 나선형 스프링 가닥이 역시 방사상 이동을 행하며, 그 결과 감쇠효과를 얻게된다. 나선형 스프링은 구동부와 종동부 사이에서 큰 비틀림각도를 갖는 비틀림 댐퍼를 형성하여 특별한 스프링 특성을 얻을 수 있다. 이 댐퍼도 높은 토크 전달을 위한 가요성 커플링을 구성하는데 새로운 기술적 사상을 제공하지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 충분한 비틀림 가요성으로 높은 토크도 전달될 수 있으면서 점유공간과 비용면에서 효율적인 상기 타입의 비틀림식 가요성 커플링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 비틀림식 가요성 커플링을 나타내는 도면.

도 2는 도 1의 II-II선을 따라 취한 축방향 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 비틀림식 가요성 커플링의 변형예를 나타내는 축방향 단면도.

도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 취한 축방향 단면도.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비틀림식 가요성 커플링은 허브에 대해 가요성을 가지고 회전가능한 외부테두리를 가지며, 상기 허브와 상기 외부테두리 사이에 배치되는 한편 최소한 하나 이상의 나선형 탄성중합체층을 포함하는 최소한 하나 이상의 링형 복합체를 포함하고, 이 나선형 탄성중합체층의 가닥은 비틀림식 탄성 및 가요성 중간층과 전단저항을 가지고 접속되는 동시에 상기 탄성중합체층 가닥들 사이의 공간에는 상기 중간층이 채워지고, 이 중간층의 인장탄성 및 전단탄성은 탄성중합체층의 인장탄성 및 전단탄성 보다 작다.

나선형 탄성중합체층의 가닥은 비틀림식 탄성 및 가요성 중간층과 전단저항을 가지고 접속되는 동시에 상기 탄성중합체층 가닥들 사이의 공간에는 상기 중간층이 채워지고, 이 중간층의 인장탄성 및 전단탄성은 탄성중합체층의 인장탄성 및 전단탄성 보다 작기 때문에 원심력이 대부분이 이 중간층을 통해 전달되며, 그 결과 탄성중합체층이 릴리프효과를 받아 고무가요성 커플링 디스크의 규모로도 대단히 큰 토크를 전달하는 커플링을 실현할 수 있다. 중간층의 인장탄성과 함께 탄성중합체층의 탄성특성이 커플링의 비틀림 가요성을 충분하게 확보할 수 있고, 탄성중합체층 및 중간층의 둘레길이를 통해 그때 그때의 요구조건을 충족할 수 있다. 효율적인 토크 감도에 기초하여 인장탄성 및 가요성을 갖는 중간층이 신장 또는 압축 응력을 받게된다.

나선형 탄성중합체층이 한개만 배치되면, 순간 불평형을 수용해야만 한다. 따라서 높은 속도의 경우, 대응 중간층과 함께 최소한 2개의 이상의 탄성중합체층이 회전대칭형으로 배열되고 탄성중합체층들의 가닥 길이는 상호 중첩될 때 탄성중합체층들의 둘레를 초과하여 상호 덮을 수 있을 정도로 둘레각도 간격을 초과하는 범위로 뻗는 것이 바람직하다. 탄성중합체층 보다 작은 인장탄성을 갖는 중간층이 중첩됨으로써 링형 복합체의 전체 둘레에 걸쳐 원심력의 대부분이 중간층을 통해 전달된다.

특정 토크 하중으로 중간층의 장력성 하중이 가해진 상태에서 나선형 탄성 중합체층의 과도한 수축을 피하기 위해 단일 복합체 대신 2개 이상 동심으로 복합체를 배치할 수도 있으며, 이 경우 각 복합체 사이에는 중간링이 개재되어 있으므로 개별 링형 복합체 각각에서의 나선층의 연결 접촉각도(즉 연속하여 접촉하면서 뻗어나가는 나선층 길이)가 제한되며, 이들 나선층은 중간층에 의해 지지된다. 따라서 중간층의 클램핑 영역에서 절곡 모멘트가 현저히 줄어들어 이들 중간층의 순간 릴리프가 일어난다. 물론 중간층의 압축응력이라는 입장에서 볼 때 커플링의 토크하중의 경우는 나선가닥이 부적절하게 풀리는 것을 방지하기 위해 복합체를 개별링으로 분할하는 중간링의 지지효과를 이용할 수 있다.

나선형 탄성중합체층들 사이의 인장식 탄성 중간층을 다르게 설정할 수 있다. 그러나, 이들 중간층을 섬유보강 플라스틱 또는 스프링 스틸로 형성하는 것이 특히 바람직한 특성을 얻을 수 있다. 특히 섬유보강 플라스틱을 사용할 경우 권회공정을 통해 복합체를 쉽게 형성할 수 있다. 개별층 간의 전단저항식 접속방식은 이 경우 어떠한 문제도 발생하지 않는다.

다음에 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면 비틀림식 가요성 커플링은 허브(1)와, 이 허브(1)에 비틀림을 방지할 수 있도록 조인트 또는 초소형 톱니치차를 통해 지지 접속되는 링형복합체(2)를 가진다. 링형 복합체(2)는 방사상 간격을 두고 대칭으로 서로 끼워지는 형태로 배치되는 나선형 탄성중합체층(3)과, 이 탄성중합체층(3)들 사이에 채워지는 한편 예를들어 섬유보강 플라스틱으로된 비틀림 탄성의 가요성 중간층(4)을 포함한다. 그리고, 이 섬유보강 플라스틱은 나선형 탄성중합체층(3)에 전단저항을 가지고 접속되는 한편, 복합체(2)의 외주층 및 내주층을 형성한다. 복합체(2)는 내주층을 통해 허브(1)에 접속되고, 외주층은 외부테두리(5)를 이루게되며, 이 외부테두리(5)에는 접속용 스크류(7)를 수용하기 위한 슬리브(6)가 부착되어 있다. 여기서 외부테두리(5)는 섬유보강 플라스틱 대신에 스틸로된 테두리를 사용할 수도 있다.

도 2에 나타낸 바와같이, 비틀림식 가요성 커플링은 주문자방식으로 2개의 샤프트(8)(9) 사이에 설치되며, 허브(1)와 함께 커플링은 샤프트(8)에 착좌되고, 외부테두리(5)는 스크류(7)에 의해 샤프트(9)의 접속용 플랜지(10)에 축방향으로 체결된다. 외부테두리(5)와 허브(1) 사이에서 전달되는 토크의 대부분은 나선형 탄성중합체층(3) 사이의 중간층(4)에 의해 흡수되는데 그 이유는 이들 중간층(4)은 탄성중합체층(3) 보다는 작은 인장탄성 및 전단탄성을 갖기 때문이다. 따라서 탄성중합체층(3)의 부담이 경감되어 허용가능한 소정의 하중으로 상응하는 최대 전달토크를 생성할 수 있다. 중간층(4)의 인장탄성 때문에 이 중간층(4)과 전단저항을 가지고 접속된 탄성중합체층(3)을 통해 커플링이 필요로하는 비틀림 가요성을 얻을 수 있다. 탄성중합체층(3) 및 중간층(4)의 개수, 길이, 폭, 두께 등은 그 사용조건에 따라 적합하게 설정하여 커플링의 비틀림 가요성 성능을 결정하게 된다.

허브(1)와 샤프트(8) 간의 비틀림 방지성 접속은 페터키(feather key)를 통해 실현할 수 있다. 페터키홈(11)은 허브(1)에 형성되며, 이 허브(1)에는 커플링의 통기를 위한 축방향구멍(12)이 형성된다. 또, 허브에 억지 끼워 맞춤식 피트(interference fit) 또는 플랜지를 배치할 수도 있다.

도 3 및 도 4에 따른 비틀림식 가요성 커플링은 도 1 및 도 2와는 다음과 같은 점에서 다르다. 즉, 도 3 및 도 4에 있어서는 탄성중합체층(4)과 비틀림식 가요성 중간층(4)이 허브(1)로부터 외부테두리(5) 까지 연속하여 이어지는 것이 아니라 중간링(13)에 의해 단절되어 있다. 그리고, 한개의 복합체(2)는 이들 중간링(13) 사이에 위치하며, 한개의 중간층(4)과, 이 중간층(4)과 전단저항을 가지고 상호 접속되는 나선형 탄성중합체층(3)으로 이루어진다. 그러나, 이러한 구성이 필수적인 것은 아니다. 이들 중간링(13)의 필수적인 작용효과는 지지기능으로서 탄성중합체층(3)이 한계를 넘어 수축하거나 탄성중합체층 각 가닥이 하중을 받아 상호 풀어지는 것을 방지하는 기능을 한다. 이러한 기능을 하면서도 이와 같이 여러개의 동심으로 배치된 링형 복합체가 포함된 본 발명의 커플링은 그 본래의 고유 기능을 당연히 행할 수 있다.

도 3 및 도 4에 따른 구성의 경우, 도 1 및 도 2에 따른 커플링의 경우와 같이 페더 키를 통해 샤프트(8)와 비틀림 방지식 접속을 행할 수 있지만 여기서는 금속성 외부테두리(5)를 통해 접속을 실현할 수 있으며, 이 외부테두리(5)에는 샤프트(9)의 접속용 플랜지(10)에 나사체결을 하기 위한 구멍(14)이 형성되어 있다.

본 발명은 상기 실시예에 설명한 구성에만 한정되는 것은 아니며, 예를들어 2개의 커플링 본체(2)를 일렬로 배열하여 이들 본체 사이에 적절한 통기용 간극을생성할 수도 있다. 또, 재질과 제조기술의 최적화라는 관점에서 직경에 대한 커플링의 폭을 선택적으로 결정할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 나선형 탄성중합체층의 가닥이 비틀림식 탄성 및 가요성 중간층과 전단저항을 가지고 접속되는 동시에 상기 탄성중합체층 가닥들 사이의 공간에는 상기 중간층이 채워지고, 이 중간층의 인장탄성 및 전단탄성이 탄성중합체층의 인장탄성 및 전단탄성 보다 작기 때문에 원심력이 대부분이 이 중간층을 통해 전달되며, 그 결과 탄성중합체층의 부담을 줄어들어 고무가요성 커플링 디스크의 규모로도 대단히 큰 토크를 전달하는 커플링을 실현할 수 있다. 중간층의 인장탄성과 함께 탄성중합체층의 탄성특성이 커플링의 비틀림 가요성을 충분하게 확보할 수 있고, 탄성중합체층 및 중간층의 둘레길이를 통해 그때 그때의 요구조건을 충족할 수 있다.

따라서, 점유공간이 적으면서도 큰 토크를 전달할 수 있는 비틀림식 가요성 커플링이 저렴한 비용으로 실현될 수 있다.

이상과 같이 바람직한 실시예를 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 및 다음의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위에서 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 허브(1)에 대해 가요성을 가지고 회전가능한 외부테두리(5)를 갖는 비틀림식 가요성 커플링에 있어서,

   허브(1)와 외부테두리(5) 사이에 배치되는 한편 최소한 하나 이상의 나선형탄성중합체층(3)을 포함하는 최소한 하나 이상의 링형 복합체(2)를 포함하고,

   이 나선형 탄성중합체층(3)의 가닥은 비틀림식 탄성 및 가요성 중간층(4)과 전단저항을 가지고 접속되는 동시에 상기 탄성중합체층 가닥들 사이의 공간에는 상기 중간층(4)이 채워지고, 이 중간층(4)의 인장탄성 및 전단탄성은 탄성중합체층(3)의 인장탄성 및 전단탄성 보다 작은 것을 특징으로 하는 비틀림식 가요성 커플링.
2. 제1항에 있어서,

   대응 중간층과 함께 최소한 2개 이상의 탄성중합체층(3)이 회전대칭형으로 배열되고 탄성중합체층(3)들의 가닥 길이는 상호 중첩될 때 탄성중합체층(3)들의 둘레를 상호 덮을 수 있을 정도로 둘레각도 간격을 초과하는 범위로 뻗는 것을 특징으로 하는 비틀림식 가요성 커플링.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 최소한 2개 이상의 동심으로 배열된 복합체(2)는 중간링(13)에 의해 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 비틀림식 가요성 커플링.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   나선형 탄성중합체층(3) 사이의 중간층은 섬유보강 플라스틱 또는 스프링 스틸로 제조되는 것을 특징으로 하는 비틀림식 가요성 커플링.