KR20080048076A - 동력전달 풀리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 갈빗대 형태의 벨트를 수용하는데 적합한 갈빗대 형태의 외부 아웃라인(201)을 갖춘 풀리요소(200)와, 그 벨트에 의해 구동된 부재에 결합하기 위한 리시버 장치(203)와 풀리요소(200) 사이에 삽입된 탄성요소(206)를 포함하는 동력전달 풀리에 관한 것이다. 상기 동력전달 풀리는 상기 리시버 요소(203)와 풀리요소(200) 사이의 탄성요소(206)와 직렬로 배치된 프리휠 장치(204)를 포함한다.

풀리, 외부 아웃라인, 탄성요소, 벨트, 프리휠, 샤프트, 토크, 베어링

Description

동력전달 풀리{POWER TRANSMISSION PULLEY}

본 발명은 토크의 변동을 야기하는 속도 변화가 있는 교류발전기와 같은 부속품을 분리할 수 있는 동력전달 풀리에 관한 것이다. 이들 속도 변화는 예컨대 주기적이거나, 아니면 급격한 형태가 될 것이며, 게다가 감속 또는 가속의 형태가 될 것이다.

자동차 분야에서는 부속품들을 분리시킬 수 있게 하는 몇몇 타입의 동력전달 풀리가 존재한다.

첫번째 타입은 구동하는 부분과 구동된 부분간 속도의 차가 생길 수 있도록 어느 한 방향으로만 동력을 전달하고 반대방향으로 오버-러닝(over-running)에 의한 분리를 제공하는 프리휠 풀리(freewheel pulley)로 구성된다. 그 볼, 캠, 또는 니들의 메쉬(mesh)가 금속으로 이루어져 단단하기 때문에 단단한 결합을 제공한다.

그 내부는 토크(torque)를 전달하도록 연결요소를 꼭 끼워 넣는데 적합한 캠의 형태가 바람직하다.

특히, 그와 같은 풀리가 미국특허 제4,725,259호 및 제5,676,225호에 개시되어 있다.

그 외부의 감속이 빠르게 발생하는 분리 단계 동안, 순수한 관성에 의해 구동된 그 내부는 완전한 접촉이 없을 경우 고속을 유지한다.

외부 구동요소와 내부 구동요소간 속도차는 초과 속도의 현상을 이끌기 위해 충분히 커질수 있다.

미국특허 제4,725,259호의 도 2(여기에서 도 1과 같이 재현된)에는 속도 오버 타임의 파형을 나타내며, 그 외부의 속도는 연속선으로 도시되는 반면 그 내부의 속도는 점선으로 도시되어 있다.

그 외부의 속도가 빠르게 변동되면, 그 구동 시스템은 연결을 끊고 다음에 그 외부와 재연결한다:

ㆍ 마찰이 없으면, 내부요소의 속도는 거의 일정하고;

ㆍ 반대의 토크이면, 내부요소의 속도는 적게 변동하며;

ㆍ 그 내부(구동부)에 의해 제공된 속도 변동의 레벨은 그 감속에 따라 그 반대의 토크에 의존하며, 이러한 감속은 그 반대의 토크가 높을 경우(예컨대, 교류발전기가 최대 비율로 전기를 전달할 때) 매우 크다.

거기에는 구동 동작이 그 내부로부터 발생하는 프리휠이 존재하며, 이는 상기 설명한 바와 같지만, 반전될 수 있다.

프리휠 풀리는 몇가지 결점을 갖고 있다:

1) 결합 모드에 있어서, 볼들이 외부와 내부 사이에 꼭 끼워져 있다. 결합 이 이루어지는(P에서) 동안, 단단한 기계적인 접촉이 힘의 순간적인 상승을 이끄는 충격을 야기한다. 일단 결합되면, 프리휠은 추가의 급격한 동요와 함께 구동부로부터의 모든 동작을 전달한다.

이것은 벨트, 체인, 기어이든지 아니면 직접적이든지 간에 전달에 대한 동력을 전하는 결과를 야기하고, 관련된 손상(미끄러짐, 약화, 마모)을 야기한다.

2) 도 1은 고주파수에서의 2개의 동작모드간 교번을 나타낸다. 구동부의 감속은 반대의 토크에 의한다: 반대의 토크가 클수록 감속이 심하고, 결과적으로 그 감속은 구동부의 동작을 좀더 가깝게 따라간다.

반대의 토크가 동력을 취하는 구동부재(교류발전기, 변환기, 회전기구, 도구 등)에 기인할 경우, 그 동작은 구동부의 동작을 거의 정확하게 따라간다. 그와 같은 상황 하에서, 동력의 증속/감속력은 전부(미끄럼, 약화, 마모) 전달한다.

그 상황은 다음과 같이 요약될 수 있다: 만약 구동부재가 반대의 토크를 전달하면(또는 변동의 진폭이 작으면), 프리휠은 차단된 상태를 유지하고 언클러치 모드(unclutched mode)로 결코 스위치되지 않는다.

디젤 엔진 상의 V-홈 모터 차량 벨트 구동의 경우:

ㆍ 엔진이 저속으로 동작하는 동안, 그 속도는 30헤르츠(Hz)의 주파수에서 ±20% 정도로 변동하고;

ㆍ 그 벨트는 구동 풀리(크랭크 샤프트 풀리)로부터 이 동작을 픽업하여 교류발전기로 전달하고;

ㆍ 그 교류발전기가 프리휠을 통해 구동되고, 이 프리휠은 각 감속의 관성을 끊고 각 증속의 관성을 재연결하고;

ㆍ 만약 전기가 교류발전기로부터 취해지면, 그 토크는 10뉴튼미터(Nm) 내지 15뉴튼미터(Nm)에 도달하며, 이는 오버-러닝 스테이지를 차단하는데 충분하고, 따라서 그 프리휠은 결합된 모드를 유지하고 더 이상 교류발전기를 연결하지 않으며;

ㆍ 만약 프리휠의 잠금이 풀리면, 다음 증속에서 그 잠금이 갑자기 발생하여 벨트를 미끄러지게 한다.

따라서, 그 관성 때문에, 교류발전기는 계속해서 벨트 미끄러짐, 마모, 소음, 및/또는 베어링의 약화를 야기하는 변동의 증가에 따라 증가하는 동적 토크를 야기한다.

두번째 타입은 탄성요소를 갖춘 풀리로 구성되며, 그 요소는 외부와 내부 사이에 삽입되도록 비틀어짐의 유연성을 갖는다. 이 요소는 링, 디스크, 스프링, 패드 등의 형태를 갖는다. 이 요소의 강성의 크기는 정적 및 동적 조건 하에서 전달되는 토크의 함수가 된다. 탄성요소는 토크의 변동을 흡수하도록 변형시킬 수 있지만, 그것은 구동하는 부분과 구동된 부분간 회전차를 조절할 수는 없다.

탄성요소를 갖춘 풀리의 한 카테고리를 소정의 여기 주파수(excitation frequency) 이상의 모든 속도 변동을 여과하기 위해 선택되는 소위 강성의 "분리기(decoupler)" 풀리라 부른다.

도 2는 공지의 탄성 풀리의 예를 나타내고, 도 3은 그 주파수 응답을 나타내며, fr은 그 공진 주파수(분당 회전주기(rpm)에서)이고 fc는 그 컷오프 주파수(rpm에서)이다. 진폭은 컷오프 주파수에서 진폭에 대응하는 0dB 레벨을 갖는 여과비 율 형태로 세로축 상에 데시벨(dB)로 나타냈다.

도 2에 나타낸 동력전달 풀리는 갈빗대 형태의 V-벨트 립(rib)의 윤곽에 맞는 외부 아웃라인(1)을 갖는 풀리요소를 제공한다. 상기 풀리요소는 베어링(2)에 대해 회전하고 교류발전기의 리시버 샤프트와의 연결을 제공하는 부분(3)에 또 다른 부분(7”)을 통해 내부 아웃라인이 확립된 고무 바디(6)의 외부 아웃라인(6’)의 부분(7’)을 통해 확장부(1’)를 제공한다.

이러한 타입의 풀리는 외측과 내측간 연결이 불변하기 때문에 수단 위치에 대해서만 요동할 수 있다.

구동하는 부분과 (내부) 구동된 부분의 변동의 진폭간 비율은 그 변동의 주파수 함수를 변화시킨다.

연합하여, 드라이브되는 관성과 강성은 공진 시스템을 구성한다. 탄성 풀리의 컷오프 주파수(fc) 이상에서, 상기 구동된 내부는 상기 구동하는 외부보다 작게 변동한다.

또한, 이들 풀리는 몇가지 단점을 나타낸다:

1) 첫번째 단점은 그들이 반경 힘을 지지하는 베어링(보통 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)에 기초한) 또한 제공한다는 사실에 기인한다. 이러한 마찰은 풀리가 움직이지 않는 상태를 유지하는(따라서 고정된) 것 이하의 부착 임계치를 생성하기 때문에 여과를 방해한다.

2) 속도 변동이 완전히 공진 주파수(fr) 이하의 주파수에 있으면, 또는 급격한 요동이 진행 중이면, 탄성요소는 아주 조금 변형하고 그 힘을 전달한다. 주파 수 스펙트럼(도 3 참조)은 설계시에 아주 잘 알려져 있어야 하며, 그렇지 않으면 탄성 풀리가 작동하지 않을 수 있기 때문이다.

3) 속도 변동이 컷오프 주파수(fc)보다 높은 주파수에 있으면, 또는 급격한 요동이 단시간이면, 탄성요소는 변형한다. 이러한 변형은 양방향에서 발생한다; 정방향으로 저장된 에너지는 반대방향 등으로 탄성의 리턴에 의해 재저장된다. 이는 풀리의 가열과 손상을 야기한다.

4) 속도 변동이 공진 주파수(fr)에 아주 가까운 주파수(도 3 참조)에 있으면, 탄성 풀리는 변동을 확대한다(여과비율 ＞ 0dB). 이는 원하는 효과에 반대되는 효과를 생성한다. 이러한 확대는 양방향의 아주 높은 레벨의 변형에 의해 발생한다; 정방향으로 저장된 에너지는 반대방향 등으로 탄성의 리턴에 의해 재저장된다. 이는 또한 가열과 손상을 야기한다.

자동차의 적용에 고려할 것은 다음과 같다:

ㆍ 엔진(N = 4 실린더를 갖는)은 저속(V_m = 900rpm에서 공회전)으로 동작하고 그 속도는 30Hz의 주파수(F_exc)에서 ±20%의 범위에서 변동.

다시 말해서 상기 F_exc = V_mN/120.

ㆍ 교류발전기는 700rpm(23.3Hz)부터의 여과를 수행하도록 가정된 분리기 풀리에 의해 구동.

ㆍ 공회전 속도는 V_m = 900rpm(F_exc = 30Hz)이고, 따라서 풀리를 적절히 여과한다.

이러한 흡수 때문에, 탄성요소(고무로 이루어진)는 ±20°에 가깝게 가열되고 경화되어 변형되고, 빠르게 깨질 수 있다.

시작하자 마자, 그 엔진은 0의 속도에서 공회전 속도(900rpm)까지 빠르게 간다. 따라서, 그것은 공진 주파수에 단시간에 도달한다. 이 순간에, 고무요소의 변형 수위는 ±40°에 도달할 수 있고 시작이 몇번 이상 반복되면 그것은 아주 빠르게 깨질 수 있다.

ㆍ 마지막으로, 엔진이 갑자기 감속 또는 멈추어 버리면, 크랭크 샤프트에 연결된 벨트가 회전을 정지하지만, 관성 때문에 교류발전기는 계속해서 회전한다. 따라서, 그 벨트는 갑자기 신장된 후 형태를 급속히 회복하여 압축된다.

세번째 타입의 풀리는 스프링을 이용한 탄성 클러치 풀리로 구성된다.

예컨대, 미국특허 제6,083,130호의 도 2에 나타낸(여기에서 도 4와 같이 재현된) 바와 같은 탄성 클러치 풀리에 있어서, 제1토션 스프링(88)은 방사상으로 팽창함으로써 클러치 기능을 제공하는 스프링과 함께 외부(120)와 내부(52) 사이에 삽입된다. 그 클러치는 제2토션 스프링(85-86)이 되는 탄성요소에 연결된다.

제1스프링이 수축되면, 구동하는 부분과 구동된 부분간 연결에 초과 압력이 발생한다. 그럼에도 불구하고, 연결을 유지하는 마찰 임계치가 있기 때문에, 미끄럼 현상을 야기한다.

제1스프링이 팽창하는 방향에서, 강한 연결을 이끌고, 그 탄성요소(이 경우 스프링)는 그 힘을 전달 받는다.

소정의 비틀어짐의 각도 이상으로 상기 탄성요소를 더 이상 변형시킬 수 없 다(턴 터칭(turns touching)). 따라서, 풀리의 축 길이를 증가시켜 그 부피를 크게하는 스프링을 심하게 잡아당겨야만 한다.

볼 베어링(118)은 수명을 단축시키는 큰 오프셋으로 동작한다. 아주 적은 반경 힘을 흡수하기 위해, PTFE 베어링(110-112)은 볼 베어링과 반대의 끝단에 삽입된다. 이러한 PTFE 베어링은 클러치에 가산되는 마찰을 발생시켜 언락 모드(unlocked mode)의 효율을 저하시킨다.

이러한 다른 세번째 타입의 풀리는 미국특허 제6,394,248호, 특히 여기에서 도 5a 및 5b로 재현된 도 2 및 3에 개시되어 있다. 팽창하는 스프링(22)의 원리는 보존된다. 그러나, 탄성요소는 지느러미 형태의 돌출부 27과 47 사이에 삽입된 일련의 압축 스프링이다.

진폭의 변형은 스프링이 완전히 압축될 수 없기 때문에 반드시 한계가 있다.

더욱이, 그 요소 17과 26은 저마찰의 유도를 가져야만 하지만, 그렇지 않기 때문에 높은 파지(seizing)의 위험성이 있다.

그러한 구조에 있어서, 벨트의 반경 힘은 큰 오프셋을 갖는 볼 베어링(50)에 의해 지지된다.

위의 분석은 다음과 같다:

ㆍ 프리휠 장치는 한번에 너무나 단단히 락킹되고, 그들 유효성은 반대의 토크에 의존하고;

ㆍ 탄성 풀리는 구동된 부재가 감속시에 계속해서 동작할 수 없게 하고, 그 내부 마찰은 여과에 해를 끼치며;

ㆍ 스프링을 이용한 탄성 클러치를 갖는 풀리는 복잡하면서 동일한 마찰 문제를 갖고 있으며, 또한 부피가 커진다.

본 발명은 분리에 적합한 단단한 탄성요소와 프리휠(예컨대, 볼 또는 니들을 사용하는)을 직렬로 결합함으로써 적어도 상기와 같은 몇가지의 단점들을 피할 수 있다. 그 반경 하중은 오프셋을 작게하기 위해 벨트의 중심에 위치한 볼 베어링에 의해 지지된다. 그 기계적인 연결은 프리휠이 그 락 모드(locked mode)일 경우에만 탄성요소를 통해 이루어진다. 언락 모드, 예컨대 구동하는 요소가 속력이 떨어질 때, 구동된 부재는 자신의 관성작용에 따라 자유롭게 계속해서 회전한다.

본 발명은 벨트-구동 부속품용 동력전달 풀리를 제공하며, 그 동력전달 풀리는 벨트를 수용하는데 적합한 갈빗대 형태의 외부 아웃라인을 갖는 풀리요소와, 벨트에 의해 구동된 부재에 결합하기 위한 리시버 장치와 풀리요소 사이에 삽입된 탄성요소를 포함하고, 상기 동력전달 풀리는 풀리요소와 샤프트 사이의 탄성요소와 직렬로 배치된 볼, 롤러, 또는 캠을 이용한 프리휠 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 프리휠 장치는 상기 리시버 장치에 고착된 탄성요소와 풀리요소 사이에 배치되고, 또 상기 프리휠 장치는 탄성요소와 샤프트 사이에 배치되며, 상기 탄성요소는 풀리요소에 고착되는 것을 특징으로 한다.

장점적으로, 적어도 하나의 베어링, 예컨대 볼 베어링 또는 니들 베어링은 갈빗대 형태의 외부 아웃라인과 상기 부재에 결합된 샤프트에 결합하기 위한 너트나, 아니면 상기 샤프트와의 사이에 삽입된다(풀리가 그 위에 설치될 때).

탄성요소는 적어도 하나의 탄성중합체로 이루어지며, 스프링, 예컨대 나선형 스프링이 될 것이다.

또한, 본 발명은 상기 정의된 바와 같이 적어도 하나의 부속품-분리 풀리를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 특징 및 장점들은 도면을 참조하여 설명하는 다음의 기술내용을 통해 보다 명확히 알 수 있을 것이다:

도 1은 상술한 미국특허 제4,725,259호의 도 2를 재현하고;

도 2는 공지의 탄성 풀리의 예를 나타내고, 도 3은 그 가로좌표를 따라 크랭크 샤프트 속도(rpm)의 함수를 그리고 세로좌표를 따라 여과비율(dB)을 나타낸 주파수 응답을 도시하고;

도 4는 상술한 미국특허 제6,083,130호의 도 2를 재현하고;

도 5a 및 5b는 상술한 미국특허 제6,394,248호의 도 2 및 3을 재현하고;

도 6a 내지 6c, 7, 및 8은 본 발명의 다양한 풀리를 도시하며;

도 9는 전달 시스템의 통상의 응답곡선을 나타낸 그래프이다.

도 6a 내지 6c에 있어서, 파트 200은, 벨트 예컨대 갈빗대 형태의 V형 또는 사다리꼴 벨트의 립을 수용하는 외부 아웃라인(201)을 나타내는 리시버 풀리요소이다. 파트 202는 볼 베어링이며, 바람직하게는 어떠한 축 오프셋도 피할 수 있도록 파트(200)의 립(201) 아래에 배치되며, 따라서 추가적인 베어링의 필요성을 피할 수 있다. 볼 베어링(202)은 반경 및 축 힘의 모두를 흡수한다. 이것은 다수의 베어링을 사용할 수 있다. 파트 203은 부속품, 예컨대 201에서 립된(ribbed) 리시버 풀리요소(200) 옆에 위치된 일단을 갖는 교류발전기의 리시버 샤프트(220)와, 분리기 바디(206)와 너트(203) 사이에 삽입된 볼, 니들, 또는 캠 부류의 프리휠(204)과의 연결을 최초 제공하는 너트이다. 이러한 목적을 위해, 분리기 바디(206)의 외부 아웃라인(206’)은 리시버 풀리(200)의 확장부(211)에 고착된 파트 207에 접착된다.

이러한 구조에 있어서, 프리휠 기능 및 하중 흡수 기능이 완전히 분리된다. 프리휠(204)은 종래의 프리휠 풀리와 달리 어떠한 축 또는 반경 힘에도 영향을 받지 않는다.

선택적인 삽입, 예컨대 파트 209에 단단히 설치된 립 실(220: lip seal)(도 6a)은 프리휠의 외부 케이지와 분리기 바디(206)의 강도부재(209) 사이의 느슨함을 방지하기 위해 제공할 수 있다.

따라서, 동일한 프리휠 요소(204)가 다른 형태의 분리기 바디에 채용될 수 있다.

고무의 분리기 바디(206)는 동작하는 동안 탄성작용(탄력적이기 때문에)과 또 점성효과에 의한 댐핑(damping)작용(이력현상: hysteresis) 모두를 제공하도록 제공한다.

도 6a 내지 6c는 프리휠(204)과 베어링(202)에 대한 다양한 다른 배치를 나타낸다.

도 6c에 나타낸 바와 같이, 보호 캡(210) 및 적절한 개스킷은 프리휠(204) 및 분리기 바디(206)가 위치한 자유단에 배치될 수 있다.

또한, 분리기능은 금속 스프링, 예컨대 나선형 스프링(208; 도 7)에 의해 이루어질 수 있다.

도 6a 내지 6c 및 7에는 다양한 타입의 롤링 베어링(볼 베어링, 니들 베어링 등)의 사용이 나타나 있다. 베어링은 너트(203; 도 6a, 6c 및 7에 나타낸 바와 같이) 상에 설치되거나 아니면 내부 아웃라인(202’; 도 6b)을 통해 리시버 샤프트(220) 상에 직접 안내된다.

또한, 고무 바디(206)의 주위에, 예컨대 고무 바디(206)와 확장부(211) 사이에 프리휠(204)을 배치할 수 있다.

이러한 구조는 단순하면서 극히 소수의 부품을 필요로 한다.

모든 상황 하에서, 상술한 장치는 리시버 부재가 반대의 토크를 전달할 때조차 분리효과를 얻을 수 있지만, 종래의 프리휠에서는 아니다.

분리기와 샤프트간 연결을 해제하여 공진을 제거하기 위해 프리휠 오버러닝(overrunning)을 제공한다.

만약 분리효과가 필수적이지 않으면, 그 유연성 요소가 프리휠의 상태 변경 을 약화시키는데 적합한 강성을 주는 것이 가능하다.

반경 하중이 롤링 베어링(볼 베어링 등)을 통해서는 흡수되고, 스므스(smooth) 베어링을 통해서는 흡수되지 않기 때문에 내부 마찰은 없다.

본 발명의 장치는 하중(반경/축)을 흡수하는 기능 및 프리휠 기능을 분리하는 것을 가능하게 한다.

분리요소의 형태 및 기계적인 특성은 프리휠 또는 그 롤링 베어링을 재설계할 필요 없이 채용될 수 있다.

본 발명은 재사용되는 공통 구성요소에 의해 모듈 형태로 실시될 수 있다.

받침대를 포함하거나 터칭 턴의 스프링을 갖는 소정 종래의 풀리와 달리, 탄성요소의 편향 폭을 한정하지 않는다.

더욱이, 프리휠 오버러닝 때문에, 변형 폭은 단지 여과 목적에 사용하는 부분으로 제한하므로, 유연성 요소의 약화는 감소한다.

본 발명은 벨트(디젤 또는 가솔린 엔진)를 이용한 동력전달에, 좀더 일반적으로는 속도 및 토크의 변동이 마주치는 모든 상황에 적용할 수 있다.

프리휠이 락될 때, 탄성요소가 작용한다. 그러면 그것은 구동된 부재에 의해 생성된 반대의 토크에 저항한다. 이는 속도 변경으로 인한 동적 토크 변동 외에, 대체로 탄성요소의 평균레벨의 변형을 야기한다. 이들 변동은 그 평균 위치에 대한 탄성요소의 변형의 변동을 야기한다.

언락 모드에 있어서, 프리휠은 토크를 전달할 수 없으며, 따라서 탄성요소의 각도진 변형(피크의 제한에 의해)의 진폭을 제한할 수 있게 한다.

이러한 오버러닝은 분리기에서 관찰되는 공진효과를 제거하기 위해 제공한다. 탄성요소의 변형 진폭이 0(zero)을 통과하자 마자, 그 프리휠은 언락되고 탄성요소는 더 이상 에너지를 탄력적으로 저장하지 않는다.

최종적으로, 구동하는 부분의 속도가 갑자기 떨어지면, 유연성 요소는 최초의 중립위치로 리턴하고, 결과적으로 그 무마찰 오버러닝은 그 구동된 요소가 자신의 관성작용에 의해 계속해서 회전할 수 있게 함으로써, 프리휠이 오버러닝을 시작하는 순간에 그 유연성 요소에 저장된 에너지는 없다.

도 8은 프리휠 장치(204)와 탄성요소가 그 구동된 부속품의 샤프트(220)와 풀리간 커넥션 옆에 위치되는 반면 201에서 립된 리시버 풀리요소(200)가 그 샤프트(220)와 풀리간 커넥션으로부터 멀리 배치되는 다른 형태를 나타낸다.

놀랄정도로, 본 발명은 그 탄성요소의 강성을 증가시킬 수 있게 한다.

자동 벨트 전달장치에 있어서, 연속의 관성과 강성은 공진 세트를 갖고 있는 발진 기계 시스템을 생성한다. 용어 "공진"은 회전부재의 각속도가 증가된다는 사실을 나타낸다.

엔진의 속도 불안정으로 인해 구동동작이 의사-사인형(pseudo-sinusoidal)이기 때문에, 그것은 변하는 엔진 속도와 함께 변화하고 넓은 주파수 범위를 진행하는 주파수를 제공함으로써 그 전달 시스템의 모든 공진 주파수를 지나간다.

용어 "응답"은 그 시스템의 모든 동작의 동적 표현을 나타낸다. 공진은 큰 동력을 야기하거나 표준의 전달 벨트 플랩핑(flapping)을 야기하거나 또는 게다가 텐셔너 움직임을 야기하고, 가끔 동시에 그 모두를 야기한다.

도 9의 곡선은 여기 주파수의 함수로서 통상의 응답 형태를 나타낸다. 여기 주파수는 크랭크 샤프트의 평균 회전속도 및 실린더의 수에 비례한다.

임계 주파수(f*)는 시스템의 공진 주파수 중 하나가 된다. 엔진에 의해 생성된 여기(excitation)가 공진으로 시스템에 에너지를 전달하기 때문에 응답은 큰 진폭을 갖는다.

다른 상황에서, f*는 또한 엔진으로부터의 여기의 진폭이 가장 큰 주파수가 된다.

디젤 엔진의 경우, 특히 직접 주입 엔진의 경우, 속도 불안정성이 가장 큰 레벨은 보통 20Hz 내지 60Hz 범위에서 발견된다.

또한, 그것은 벨트 전달 시스템에서 공진 주파수를 흔히 발견하는 주파수 범위 내에 있다.

따라서, 거기에는 일치하는 높은 위험성을 갖는 2개의 주파수가 존재한다. 여기가 높고 응답 주파수와 일치하면, 그 시스템은 실행할 수 없다.

도 9에 있어서, 임계 주파수(f*)에서의 응답은 시스템에 의해 받아들여질 수 있는 레벨을 초과하는 것으로 추정된다(기능이 저하되거나 심지어 완전히 감퇴될 위성험이 있는). 따라서, 해당 기술분야에 숙련된 자에게 공지된 해결책 중 하나는 이러한 증폭에 대한 책임이 있는 시스템의 일부를 탄력적으로 분리하는 것을 포함하고 있다.

탄성요소를 위해 선택된 강성은 분리 및 내구성 모두와 관련된 필요조건을 만족해야만 한다.

종래기술에 있어서, 분리 시스템의 강성은 탄성 풀리의 컷오프 주파수(f*)가 항상 그 임계 주파수(f*) 이하가 되도록 선택되었다. 이것을 "주파수 블로킹(frequency blocking)"이라 한다. 따라서, 엔진이 f*에서 동작할 경우, 시스템의 응답은 분리 시스템 없이 행해진 것 보다 훨씬 더 작다.

이러한 상황은 아래와 같이 쓸 수 있다:

(1) fc ≤ f*

더욱이, 해당 기술분야에 숙련된 자에게 공지된 규칙(발진 시스템 이론)은 아래와 같은 fr 및 fc와 관련된다:

(2) fc = √2 fr

fr, 분리의 강성

, 분리되는 부속품의 관성 I와 관련된 공지의 관계는 아래와 같다:

(3)

이들 2개의 관계로부터, 보통 해당 기술분야에 숙련된 자는 분리가 계속해서 유효해지는 것을 보장하기 위해 초과되지 않는 최대 강성

에 대한 함수적인 기준을 얻는다:

(4) k ≤ 2π²(f*)²I

그 후, 그 내구성을 위한 필요조건은 전달되는 토크에 의존하고, 또 강성에 기여하는 재료(탄성중합체 디스크, 금속 스프링)의 성질에 의존하는

에 대한 최저 치를 설정할 수 있게 한다.

종래기술에 있어서, 특히 분리된 교류발전기를 포함하는 자동차용 벨트 전동 분야에 있어서, 그것은

가 0.15Nm/°로 저하될 수 있지만, 관련된 변형이 탄성요소의 강도를 크게하여 위태롭게 한다는 것을 발견했다.

그와 같은 상황 하에서, 부재(고출력 교류발전기)에 의해 생성된 반대의 토크는 식 (4)에 의해 정의된 강성

가 실행 가능한 시스템이 정의될 수 없게 하는 것과 같다.

예컨대, 문제를 야기하는 특히 주파수 f*가 되는 20Hz의 주파수로 600rpm에서 동작하는 4-실린더 디젤 엔진을 고려하자.

교류발전기는 3g.m²(gram meters squared)의 관성을 가지며 14Nm의 정격의 전기적 토크를 전달한다.

식 (4)에 따른 함수적 강성

는 23.7Nm/radian 이하가 필요하고, 종래의 유닛에서는 0.41Nm/°필요하다.

따라서, 14Nm의 토크의 작용 하에서, 그리고 그와 같은 강성으로, 정격의 각도진 변형은 34°가 된다(사인 신호의 각도진 가속 및 관성과 관련된 이러한 정격치 부근의 추가적인 동적 변형을 포함시키지 않은). 분리요소의 형태는 그와 같은 각도에서, 그 재료의 신장이 그 재료의 용량을 초과하지 않는 형태가 된다. 따라서, 추가적인 동적 작용에 의해 주어진 각도와 정격의 변형 각도를 감소시키기 위해 그 강성을 증가시키는 것이 중요하다. 불행하게도, 식 (1)에 의해 정의된 바와 같은 분리를 제공할 필요성 때문에, 강성(및 fr 또는 fc)을 증가할 수 없다.

본 발명의 장점 중 하나는 공진현상을 피크-제한하는데 있다.

동작이 무한대로 증가할 수 없기 때문에, 발진의 마찰 이상의 오버러닝은 진동의 소정의 초과된 증폭을 즉시 컷오프한다.

종래의 분리기 풀리가 공진에 들어가는(파괴를 야기하는) 상황에서, 본 발명의 풀리는 탄성요소의 공진 피크를 제한하여 오버러닝에 의한 손상으로부터 보호된다.

따라서, 탄성 분리기의 컷오프 주파수(fc)는 상기 주어진 식 (1)을 만족할 필요가 없다.

본 발명은 주파수의 관점에서 보다 더 적게 "블로킹"될 수 있게 하여 분리기의 공진 주파수를 포지셔닝하기 위한 기준을 넓힐 수 있게 한다.

프리휠을 탄성 분리기 스테이지와 직렬로 삽입함으로써, 종래기술에서 가능한 것 보다 높은 이러한 탄성 분리기 스테이지에 대한 강성(

)을 선택할 수 있게 한다.

결과적으로, 반대의 토크의 작용 하에서, 탄성 분리기 요소에 대한 변형량이 보다 작아짐으로써 그 내구성을 증가시킨다.

물론, 프리휠의 피크-제한 용량은 한정된다. 특히, 구동된 부재의 반대의 토크가 동적 토크에 겹쳐지면, 오버러닝은 주파수 이하가 되고 발진부만이 피크-제한된다.

종래의 프리휠 풀리에서 발생하는 것과 같은 동일한 장애를 야기하기 때문 에, 너무나 높은 강성(

)일 필요는 없다(무한대의

값에 대응하는).

이들 2개의 상황간 효과적인 절충안은 다음과 같이 fc에 대한 새로운 최대 한계치를 설정하는 것이다:

(5) fc ≤ 2f*, 즉 k ≤ 8π²(f*)²I

이고, 바람직하게는;

(6) fc ≤ 1.5f*, 즉 k ≤ 4.5π²(f*)²I

이며, 게다가 바람직하게 케이스

는 2π²(f*)²I보다 클 수 있다.

문제를 야기하는 특히 주파수 f*가 되는 20Hz의 주파수로 600rpm에서 동작하는 4-실린더 디젤 엔진의 예로 돌아가면:

ㆍ 교류발전기는 3g.m²의 관성을 가지며 14Nm의 토크를 전달한다.

ㆍ 식 (6)에 따른 함수적인 강성(

)은 53.3Nm/radian 이하가 되거나, 또는 종래의 유닛에서는 0.93Nm/°이여야 한다.

14Nm의 토크의 작용 하에서, 그리고 그와 같은 강성으로, 그 각도진 변형은 15°가 된다(상기의 34° 대신). 따라서, 분리기 요소에 대한 동일한 형태는 종래보다 적은 신장을 야기한다.

고속에서의 어떠한 노이즈의 현상도 피하기 위해 공지의, 예컨대 PCT 출원 WO 03/036114호로부터 공지된 방식에서는 프리휠을 잠시 브레이크를 거는 것이 필요하다는 것을 알 수 있다.

Claims (15)

1. 벨트를 수용하는데 적합한 외부 아웃라인을 갖는 구동하는 풀리요소와, 부속품에 결합되기 위한 리시버 장치와 풀리요소 사이에 삽입된 탄성요소를 포함하고, 벨트-구동 부속품을 분리하기 위한 동력전달 풀리에 있어서, 상기 동력전달 풀리는 풀리요소(200)와 상기 리시버 장치(203, 220) 사이의 탄성요소와 직렬로 배치된 볼, 니들, 또는 캠 타입의 프리휠 장치(204)를 포함하고, 상기 프리휠 장치(204)는 구동요소가 벨트에 의해 구동되는 동안 동력을 전달하여 프리휠을 분리하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프리휠 장치(204)는 상기 풀리요소(200)에 고착된 탄성요소(206, 208)와 상기 리시버 장치(203, 220) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
3. 제2항에 있어서,

   상기 프리휠 장치(204)는 상기 부재에 결합된 샤프트를 수용하기 위한 너트(203)에 설치되는 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
4. 제1항에 있어서,

   상기 프리휠 장치(204)는 풀리요소(200)와 탄성요소(206, 208) 사이에 배치되며, 탄성요소는 상기 리시버 장치(203, 220)에 고착되는 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
5. 제4항에 있어서,

   상기 탄성요소(206, 208)는 상기 부재에 결합된 샤프트(220)를 수용하기 위한 너트(203)에 고착되는 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   갈빗대 형태의 외부 아웃라인(201)과 상기 부재에 결합된 샤프트(220)에 수용하기 위한 너트(203) 사이에 삽입된 적어도 하나의 롤링 베어링(202)을 구비한 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부재에 결합된 샤프트(220) 상에 안내되는데 적합한 내부 아웃라인(202’)을 제공하고, 상기 갈빗대 형태의 외부 아웃라인(201) 내측에 위치된 적어도 하나의 롤링 베어링(202)을 구비한 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 베어링(202)은 볼 베어링 또는 니들 베어링인 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탄성요소(206)는 적어도 하나의 탄성중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 탄성요소는 스프링(208), 특히 나선형 스프링인 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부속품은 자동차의 교류발전기인 것을 특징으로 하는 동력전달 풀리.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 부속품 분리 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    탄성요소(206, 208)의 강성(

    

    )은 다음의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 전달 시스템.

    k ≤ 8π²(f*)²I

    여기서, f*는 시스템의 임계 주파수를 나타내고, I는 분리되는 부속품의 관성을 나타낸다.
14. 제13항에 있어서,

    k ≤ 4.5π²(f*)²I

    인 것을 특징으로 하는 전달 시스템.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,

    2π²(f*)²I ＜ k

    인 것을 특징으로 하는 전달 시스템.

Images