KR20070078072A

KR20070078072A - 동력 전달 구동부

Info

Publication number: KR20070078072A
Application number: KR1020070007393A
Authority: KR
Inventors: 볼코 슈스아일
Original assignee: 쉐플러 카게
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2007-07-30
Also published as: US20070173361A1; CA2574852A1; DE102006003461A1

Abstract

본 발명은 구동부를 구동하는 크랭크 축과, 크랭크 축 상에 안착하는 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리와 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리를 통해 구동부에 통합된 적어도 하나의 추가 샤프트와, 동력 전달 휠을 통해 안내되는 동력 전달부, 특히 벨트 또는 체인을 포함하는 동력 전달 구동부에 관한 것이며, 구동부(1)에 통합된 동력 전달 휠(7)들 중 하나는 샤프트(6) 중 하나를 통해 구동부(1)에 유도된 제1차 기생진동을 보상하기 위해 샤프트 회전축(M_W)에 대하여 원형으로, 그러나 편심 배치된다.

동력 전달부, 동력 전달 휠, 밸런스 샤프트, 크랭크 축, 기생진동

Description

동력 전달 구동부{POWER TRANSMISSION DRIVE}

도1은 본 발명에 따른 동력 전달 구동부를 개략적으로 도시하는 도면.

도2 및 도3은 중심 설정된 휠과 편심 휠 간의 비교를 위해, 크랭크 축 회전을 통해 공회전 벨트 부분과 인장 벨트 부분에 대한 인장력을 도시하는 두 개의 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 동력 전달 구동부

2 : 크랭크 축

3 : 동력 전달 휠

4 : 추가 샤프트

5 : 동력 전달 휠

6 : 밸런스 샤프트

7 : 동력 전달 휠

8 : 동력 전달부

P : 화살표

R : 화살표

Z : 인장 벨트

L : 공회전 벨트

M_Z : 동력 전달 휠의 중심

M_W : 밸런스 샤프트의 중심

e : 편심율

OT : 사점

N : 인장력

본 발명은 구동부를 구동하는 크랭크 축과, 크랭크 축 상에 안착하는 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리와 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리를 통해 구동부에 통합된 적어도 하나의 추가 샤프트와, 동력 전달 휠을 통해 안내되는 동력 전달부, 특히 벨트 또는 체인을 포함하는 동력 전달 구동부에 관한 것이다.

이러한 동력 전달 구동부는 다수의 공지된 작업 기계, 특히 차량 분야에서의 내연기관에 사용된다. 구동부 자체는 예를 들어, 내연기관과 커플링되는 크랭크 축을 통해 구동된다. 동력 전달부를 통해 예를 들어 캠축, 공조 콤프레서용 샤프트 등의 다양한 추가 샤프트, 또는 특히 디젤 모터에서의 밸런스 샤프트가 구동부에 통합된다. 이러한 동력 전달 구동부는 널리 알려져 있다.

또한, 이러한 구동부에 임의의 통합된 샤프트를 통해 기생진동, 즉 예를 들어 주파수와 진폭에 따라 벨트 또는 체인과 같은 동력 전달부에 작용하는 힘의 변동을 초래하는, 주기적으로 변화되는 진동이 유도되는 것을 알 수 있다. 이러한 힘 변동은 일정하지 않고 지나친 동력 전달부의 부하를 초래하며, 특히 운전자가 차량 엔진 자체에서 간혹 느끼도록 영향을 줄 수 있는, 크랭크 축 구동의 비교적 시끄럽고 소음이 심한 작동에 대한 원인이다.

이러한 기생진동을 보상하기 위해, 예를 들어 모터와 커플링 된 크랭크 축을 통해 발생되는, 우연히 발생된 기생 진동을 보상하고, 이들 진동을 부분적으로 또는 완전히 제거하는 원하는 대응- 또는 보상 진동을 동력 전달 구동부로 유도하기 위해, 하나 이상의 동력 전달 휠을 원형이 아닌, 예를 들어 타원형으로 실행시키는 것이 알려져 있다. 이러한 비 원형인, 설명된 바와 같이 특히 타원형 휠을 통해, 단지 고차 대응 진동을 생성시키거나 또는 고차 기생진동, 즉 제2차 또는 그 이상의 기생진동을 보상하는 것만 가능하다. 제1차 기생진동은 일정하지 않은 구동부의 작동과 이를 통해 초래되는 동력 전달부의 과도한 부하에 대한 책임이 가지며, 이를 통해 이러한 기생진동은 기생진동을 생성하는 또는 유도하는 축, 예를 들어 크랭크 축 또는 밸런스 샤프트 또는 이와 유사한 샤프트의 매 360°회전마다 일 회씩 인장으로 유도되는 것으로 이해된다. 종래 기술로는 타원형 또는 다른 기하학적 형태를 포함하는 비 원형 휠을 사용해서는 댐핑되지 않고 댐핑될 수도 없다.

본 발명의 목적은 동력 전달 구동부를 제시하는 것이며, 이 경우에 제1차 기 생진동을 감소시키는 가능성이 주어진다.

이러한 목적을 위해, 도입부에 언급된 방식의 동력 전달 구동부에 있어서, 샤프트들 중 하나의 샤프트를 통해, 구동부에 유도된 제1차 기생진동을 보상하기 위해 구동부에 통합된 동력 전달 휠들 중 하나의 휠은 원형이지만 샤프트 회전축에 대하여 편심 배치되는 것이 본 발명에 따라 제공된다.

본 발명에 따른 동력 전달 구동부의 경우에, 제1차 기생진동의 보상은 원형인 동력 전달 휠들 중 하나의 휠을 편심 위치시킴으로써 실시된다. 편심 배치된 동력 전달 휠은 바람직하게는, 감소될 제1차 기생진동을 구동부에 입력하는 샤프트 상에 배치된다. 이러한 편심 배치된 휠이 샤프트와 고정되게 연결됨에 따라, 변화하는 힘은 불가피하게 이러한 샤프트의 360°회전마다 진동을 초래하는 편심율의 각도에 따라 동력 전달부에 전달된다. 편심율의 각도는 구동부의 고려된 회전수 영역에 관하여 가능한 한 최적의 댐핑이 도달되도록 선택될 수 있다.

이에 따라, 원형의 동력 전달 휠의 편심 배치로 인해 본 발명에 따른 동력 전달 구동부의 경우에, 정해진 제1차 기생진동의 보상이 도달될 수 있다. 당연히 고차 진동은 예를 들어 크랭크 축에 배치된 타원형 휠과 같은 비 원형 휠을 통해 여전히 보상될 수 있다.

본 발명에 따른 동력 전달 구동부의 경우, 바람직하게는 제1차 기생진동으로서 댐핑될 수 있는 기생진동을 유도하는 샤프트는 일반적으로 밸런스 샤프트이다. 이러한 밸런스 샤프트는 특히 내연기관에, 그중 특히 크랭크 축 구동부에서의 디젤 모터에 사용된다. 이러한 구동부에서, 크랭크 축 자체는 모터 또는 피스톤과 직접 커플링됨에 따라 피스톤 운동에 의해 제한되는 고차 기생진동을 초래한다. 밸런스 샤프트는 작용하는 자유 질량모멘트 및 질량 힘에 관하여 크랭크 축을 안정시키는데 제공된다. 밸런스 샤프트는 외관상 구동부에 의도적으로 통합된, 적어도 이러한 질량 모멘트 및 질량 힘의 일 부분을 보상하는 불균형 질량을 형성한다. 밸런스 샤프트는 설명된 바와 같이 크랭크 축을 통해 구동되지만 자체 샤프트 질량으로 인해 구동부에 제1차 기생진동을 포함하는 기생진동 스펙트럼을 유도한다. 밸런스 샤프트에 의해 초래되는, 특히 이러한 제1차 기생진동은 본 발명에 따른 동력 전달 구동부를 통해 효과적으로 댐핑될 수 있으며, 바람직하게는 밸런스 샤프트 상에 직접 안착되는 동력 전달 휠이 밸런스 샤프트 회전축에 대하여 편심 배치된다.

설명된 바와 같이 생성된 대응 진동의 진폭과 위상은 이들을 가능한 한 효과적으로 댐핑할 수 있도록, 댐핑될 제1차 기생진동에 관하여 가능한 한 최적으로 선택되어야 한다. 이러한 이유로 인해, 한편으로는 편심율의 각도, 즉 동력 전달 휠의 중심이 회전축으로부터 어느 정도 변위 되었는지가, 댐핑될 기생진동에 따라 선택된다. 또한 편심율의 각도 위치도 또한 정확하게 결정되어야 하며, 이를 통해 기생진동은 정확한 시점에서, 즉 정확한 위상에서 생성된 기생진동으로 유도된다. 구동부가 크랭크 축을 통해 구동된 후에, 편심 동력 휠의 각도 위치를 크랭크 축의 위치에 따라 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어 밸런스 샤프트에서의 편심 동력 전달 휠의 각도 변위는 크랭크 축의 특정 위치 또는 크랭크 축의 특정 각도 위치, 예를 들어 상사점에서의 크랭크 축의 위치에 기초하여 정의된다.

본 발명의 추가 장점들, 특징 및 상세 설명은 다음 실시예의 설명을 통해 나 타난다.

본 발명은, 크랭크 축 상에 중심 설정되어 안착되는 원형의 동력 전달 휠(3)을 구비하는 크랭크 축(2)과, 임의의 형태를 취할 수 있으며, 중심 설정되어 안착되는 원형의 동력 전달 휠(5)을 구비하는 추가 샤프트(4)가 도시된 예의 경우에, 편심으로 샤프트 상에 안착되는 원형의 동력 전달 휠(7)을 구비하는 밸런스 샤프트(6)를 포함하는, 본 발명에 따른 동력 전달 구동부(1)를 개략적인 형태로 도시한다. 동력 전달 구동부(1)는, 예를 들어 내연기관과 커플링된 크랭크 축(2)을 통해 화살표(P) 방향으로 구동된다. 동력 전달부(8), 예를 들어 벨트 또는 체인은 화살표(R) 방향으로 회전한다. 밸런스 샤프트(6)에서의 편심 동력 전달 휠(7)과 크랭크 축(2)의 중심 설정된 동력 전달 휠(3) 사이에 인장 벨트(Z)가 위치하며, 크랭크 축 휠(3)과 동력 전달 휠(5) 사이에 공회전 벨트(L)가 위치한다.

작동시에 밸런스 샤프트(6)를 통해 제1차 기생진동(parasitic oscillation)을 포함하는 기생진동 스펙트럼이 동력 전달 구동부(1)에 유도되며, 상기 기생진동은 공회전 벨트(L)에서처럼 인장 벨트(Z)에서 동력 전달부(8)상에 작용하는 견인력의 주기적인 진동을 유도한다. 이러한 유도된 제1차 기생진동은 동력 전달 휠(6)의 편심 배치를 통해 보상될 수 있다. 동력 전달 휠(7)의 중심점(M_Z)이 밸런스 샤프트(6)의 중심점(M_W)으로부터 편심율(e) 만큼 변위 배치되는 것을 식별할 수 있다. 이는 밸런스 샤프트(6)가 360°회전하는 경우에 동력 전달 구동부 또는 동력 전달 부(8)에 불가피하게 주기적으로 진동하는 힘이 유도된다. 편심율의 각도 위치 같은 편심율의 각도는 동력 전달부의 실제 부하에 관하여, 댐핑될 제1차 기생진동을 통해, 또는 진폭 및 위상을 통해 가능한 한 최대의 보상 또는 댐핑이 구현되도록 선택된다. 편심 동력 전달 휠(7)의 배치의 각도 변위에 대한 기준점으로서, 바람직하게는 크랭크 축을 통해 동력 전달 구동부(1)의 통상적인 구동이 발생하는 크랭크 축(2)의 각도 위치가 선택된다. 제시된 예에서, 일 위치에서의 크랭크 축이 도시되며, 이때 크랭크 축은 상사점(OT)에 위치된다. 편심율(e)의 각도 변위는 상사점(OT)에서의 각도 위치에서 크랭크 축(2)의 현재 위치에 관하여 예를 들어 각도(α)만큼 선택된다. 크랭크 축(2)의 360°회전과 이를 통해 크랭크 축 휠(3)이 360°회전하는 동안, 동력 전달 휠(3과 7)의 서로 상이한 반경을 통해 제한되는 밸런스 샤프트는 2회 회전된다. 밸런스 샤프트(6)가 매 360°회전하는 동안, 한편으로는 댐핑될 제1차 기생진동이 유도되며, 또한 다른 한편으로는 360°회전으로 인해 완전한 일 회의 편심 휠 궤적이 진행되며, 이를 통해, 여기서 가정한 방식으로 댐핑될 기생진동을 유도하는 밸런스 샤프트(6) 상에서의 편심 동력 전달 휠(7)의 직접적인 배치로 인해, 유도된 모든 기생진동에 대하여 대응 진동이 항상 발생된다.

이러한 편심 배치의 근본적인 효과는 도2 및 도3에 예시적으로 도시된다. 여기서, 횡 좌표를 따라, 크랭크 축의 회전수는 회전수/분(U/min)으로, 그리고 종 좌표를 따라, 공회전 벨트(도2) 또는 인장 벨트(도3) 각각에 작용된 인장력이 N으로 표기된다. 도시된 예에서 밸런스 샤프트(6) 상의 중심에 위치된, 원형의 동력 전달 휠이 배치되는 경우에 힘 그래프는 각각 실선으로 도시되는 반면, 도1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 편심율(e) 만큼, 그리고 크랭크 축 위치에 관하여 각도(α) 만큼 변위된 동력 전달 휠의 편심 배치의 경우에 힘 그래프는 점선으로 도시된다. 실별할 수 있듯이, 편심 동력 전달 휠을 사용하는 경우에 힘 그래프를 도시하는 점선은 거의 모든 회전수 영역에서 중심 설정된 휠을 사용하는 경우의 곡선 아래 쪽에 위치한다. 이는, 단지 제1차 기생 진동의 진폭이 다시 감소하도록 유도하는 각각의 작용 인장력이 공회전 벨트(L)와 인장 벨트(Z)에서 감소되는 것을 의미한다.

도2 및 도3은 단지 예시적인 특성이다. 물론, 구체적인 동력 전달 구동부의 형상에 따라, 선택된 편심율(e)의 각도에 따르는 것처럼, 크랭크 축에 관해 선택된 각도(α) 또는 구체적으로 선택된 각도 위치에 따르는 것처럼 댐핑의 각도는 변경될 수 있다.

본 발명에 따르면, 동력 전달 구동부에 있어서 샤프트들 중 하나의 샤프트를 통해, 구동부에 통합된 동력 전달 휠들 중 하나의 휠을 원형으로, 그러나 샤프트 회전축에 대하여 편심 배치시켜 구동부에 유도된 제1차 기생진동을 종래 기술보다 효과적으로 보상한다.

Claims

구동부를 구동하는 크랭크 축과, 크랭크 축 상에 안착하는 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리와 동력 전달 휠, 특히 벨트- 또는 체인 풀리를 통해 구동부에 통합된 적어도 하나의 추가 샤프트와, 동력 전달 휠을 통해 안내되는 동력 전달부, 특히 벨트 또는 체인을 포함하는 동력 전달 구동부에 있어서,

구동부(1)에 통합된 동력 전달 휠(7)들 중 하나의 휠은 샤프트(6) 중 하나의 샤프트를 통해 구동부(1)에 유도된 제1차 기생진동을 보상하기 위해 샤프트 회전축(M_W)에 대하여 원형, 그러나 편심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 구동부.
제1항에 있어서, 기생진동을 유도하는 샤프트는 밸런스 샤프트(6)인 것을 특징으로 하는 동력 전달 구동부.
제2항에 있어서, 밸런스 샤프트(6) 상에 안착되는 동력 전달 휠(7)은 밸런스 샤프트 회전축(M_ㅉ)에 대하여 편심인 것을 특징으로 하는 동력 전달 구동부.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 편심 동력 전달 휠(7)의 각도 위치(α)는 크랭크 축(2)의 위치에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 구 동부.