KR20140013019A

KR20140013019A - 비대칭 토크-감응성 클러칭을 구비한 풀리

Info

Publication number: KR20140013019A
Application number: KR1020137026111A
Authority: KR
Inventors: 앤서니 이. 라누티; 케빈 듀틸
Original assignee: 데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-02-04
Also published as: JP5852144B2; EP2686567A2; AR085416A1; US8784244B2; EP2686567A4; CA2829855C; US20110198185A1; CN103703282A; AU2012229080B2; WO2012125882A3; EP2686567B1; BR112013023639B1; AU2012229080A1; BR112013023639A2; CN103703282B; WO2012125882A2; MX2013010505A; CA2829855A1; JP2014510241A

Abstract

자동차용 액세서리 구동 시스템에 사용하기 위한 풀리 조립체는, 샤프트 맞물림 허브, 상기 샤프트 맞물림 허브 상에 나사결합된 너트, 환상의 부싱 및 상기 환상의 부싱의 외측 둘레에 위치된 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈들을 포함하며, 상기 샤프트 맞물림 허브, 상기 너트, 상기 환상의 부싱 및 상기 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈들은 모두 풀리 부재에 내장된다. 상기 너트는 상기 환상의 부싱에 대하여 축방향으로 변위될 수 있으며, 상기 환상의 부싱은 제1 방향으로의 너트의 축방향 변위에 응답하여 반경 방향 외측으로 확장되어, 상기 풀리 부재의 내부 결합면과 상기 브레이크 슈의 외부 결합면 사이에, 풀리 부재로부터 입력축으로 토크를 전달하는 마찰 맞물림을 제공할 수 있다. 상기 너트는 상기 환상의 부싱 내에 너트를 놓기 위해 그의 내부 나사산면에 대향된 대체로 절두원추형인 외부면을 포함한다.

Description

비대칭 토크-감응성 클러칭을 구비한 풀리{PULLEY WITH ASYMMETRIC TORQUE-SENSITIVE CLUTCHING}

이 출원은 2008년 4월 30일에 출원된 미국 출원 제12/112,393호의 일부계속출원인, 2010년 2월 26일에 출원된 미국 출원 제12/713,580호의 일부계속출원이다.

본 발명은 일반적으로 풀리에 관한 것으로, 특히 상대적인 토크-역전에 응답하는 토크-감응성 클러칭(torque-sensitive clutching)을 이용하는 풀리 조립체에 관한 것이다.

예를 들어 차량 엔진을 사용하여 워터 펌프, 교류 발전기/발전기, 냉각수 냉각용 팬, 파워스티어링 펌프 및 압축기를 포함하는 다양한 자동차용 액세서리 조립체를 구동시키는 것이 알려져 있다. 특히, 자동차의 엔진 샤프트에 의해 작동된 구동 풀리는 종동 풀리들을 통하여 차례로 액세서리 조립체들을 구동시키는 무단 벨트를 구동시킨다.

예를 들어, 내연기관의 점화에 의해 개시된 주기적인 토크 펄스들은 피구동 구성부품의 원활한 작동을 중단시킬 수 있는, 상당한 속도 전이(speed transition)를 일으킬 수 있다. 또한, 기동(startup), 셧다운((shutdown), 제이크 브레이킹(jake braking), 변속(gear shifting) 등과 관련된 관성과 종동 속도 전이들도 또한 종동 구성부품들의 작동을 중단시킬 수 있다. 이들 전이는 벨트 점프(belt jump), 벨트 마모, 베어링 마모, 소음 등과 같은 바람직하지 않은 영향을 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있는 토크-감응성 클러칭을 이용하는 풀리 조립체를 제공하는 것이다.

개선된 종동 풀리 조립체들은, 종동 액세서리의 입력축과 풀리 조립체의 외측 종동 시브(outer driven sheave) 사이에 일방향 상대 운동을 허용하도록 토크-감응성 클러칭을 이용한다. 풀리 조립체의 시브가 지배적인 회전 방향으로 구동될 때, 풀리 조립체의 클러칭 메커니즘은 소망하는 원활한 회전을 위해 액세서리 입력축을 맞물어 구동시킨다. 예를 들어, 종동 속도 전이들의 결과로서 상대적인 토크 역전이 발생했을 때, 제안된 풀리 조립체의 내부 클러칭 메커니즘은 종동 액세서리를 외측 종동 시브로부터 해제시키고, 이에 의해 지배적인 회전 방향에서의 운동량에 의해 종동 샤프트를 계속적으로 회전시킨다.

본 발명의 하나의 관점에 따르면, 이러한 풀리 조립체는, 샤프트 맞물림 허브, 상기 샤프트 맞물림 허브 상에 나사결합된 너트, 환상의 부싱 및 상기 환상의 부싱의 외측 둘레에 위치된 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈들을 포함하며, 상기 샤프트 맞물림 허브, 상기 너트, 상기 환상의 부싱 및 상기 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈들은 모두 풀리 부재에 내장된다. 상기 샤프트 맞물림 허브는 회전 축선, 외부 나사산면 및 액세서리 입력축을 수용하기 위한 보어를 포함한다. 상기 풀리 부재는 외부 주변 벨트-맞물림면, 및 내부 결합면을 갖는 보어를 포함한다. 상기 너트는 상기 샤프트 맞물림 허브의 외부 나사산면과 맞물리는 내부 나사산면을 포함하고, 상기 내부 나사산면에 대향되는 대체로 절두원추형인 외부면을 구비한다. 상기 환상의 부싱은 상기 너트와 함께 회전되도록 그 안에 상기 너트가 놓여진다. 상기 브레이크 슈는 상기 풀리 부재의 상기 내부 결합면과 마찰 접촉하는 외부 결합면을 구비한다. 상기 너트는 상기 환상의 부싱에 대하여 축방향으로 변위될 수 있고, 상기 환상의 부싱은 상기 풀리 부재의 내부 결합면과 브레이크 슈의 외부 결합면 사이에 마찰 맞물림을 제공하기 위해 제1 방향으로의 너트의 축방향 변위에 응답하여 반경 방향 외측으로 확장될 수 있으며, 풀리 부재로부터 입력축으로 토크를 변환시킨다.

따라서, 제1 방향으로 토크가 너트에 작용될 때, 너트는 나사 연결부를 통하여 샤프트 맞물림 허브에 "단단히 조여지며", 브레이크 슈와 풀리 부재 사이에 마찰 접촉을 증가시키기 위해 환상의 부싱을 확장시키며, 이에 따라 너트와 샤프트 맞물림 허브가 풀리 부재와 함께 회전된다. 그 후, 제1 방향과는 반대 방향인 제2 방향으로 토크가 너트에 적용될 때, 너트는 입력축 상에서 "느슨해지며", 즉, 너트는 도 9에 도시된 "B" 방향으로 축방향으로 이동되어, 환상의 부싱이 그의 확장된 상태로부터 내측으로 수축되도록 하며, 이에 의해 브레이크 슈들이 해제되고, 너트와 입력축이 풀리 부재로부터 해제되며, 이에 따라 샤프트 맞물림 허브는 풀리 부재와는 독립적으로 회전된다.

본 명세서의 풀리 조립체들은 풀리의 오버-런(over-running) 상태를 허용하도록 설계된 유사한 장치들 이상의 다수의 이점을 제공한다. 첫 번째로, 너트와 환상의 부싱 사이의 급경사의 맞물림(steeply angled engagement)의 사용에 의해, 개선된 설계는 더 작은 축력을 갖는 지배적인 반경 방향 힘을 통하여 매우 큰 클램핑력과 토크 저항을 달성한다. 축방향 하중의 감소는, 개선된 응답성을 위해, 높은 토크 맞물림 후에도 나사 연결부의 보다 간단한 비활성화를 얻는다. 개선된 응답성은 오버-런 상태에서의 비활성화를 위한 더 낮은 분리 토크(break-away torque)를 의미한다. 두 번째로, 다른 관점에 따르면, 브레이크 슈들은 환상의 부싱과 풀리 부재와 각각 맞물리기 위한 비-평행 표면들을 이용할 수 있다. 브레이크 슈의 외부 결합면과 풀리 부재의 내부 결합면의 평행 관계는 마찰 재료의 표면적을 최대화하고 (이에 의해 마모율을 감소시키고) 오정렬을 야기하는 힘들을 감소시킨다. 세 번째로, 다른 실시예들에 있어서, 해제된 오버-런 하에서 회전 자유로운 볼 베어링의 부가는 개선된 구조적 강도를 제공할 뿐만 아니라 환상의 부싱의 마모를 경감시키는 것에 의해 조립체의 수명을 연장시킨다. 네 번째로, 또 다른 실시예에 있어서, 환상의 부싱의 내부에서의 그리스 포켓들의 도입은 부싱과 너트의 마모를 감소시키고 이들 구성부품들의 수명을 연장시킨다. 다섯 번째로, 환상의 시일의 부가는, 회전 동안 구성부품들을 손상시키거나 또는 추가 마모를 유도하는 오염물질들이 풀리에 유입되는 위험을 감소시킨다.

본 발명의 다른 이점들 및 특징들은 이하의 특정 실시예들 및 청구항들로부터 명백해질 것이다.

도 1은 액세서리 구동 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 액세서리 구동 시스템에서 사용하기 위한 풀리 조립체의 일 실시예의 측단면도이다.
도 3은 도 2의 풀리 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 교류 발전기의 입력축에 연결된 도 2의 풀리 조립체의 부분 측단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 브레이크 슈의 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 환상의 브레이크 부재를 협동적으로 형성하기 위해 정렬된 4개의 아치형의 브레이크 슈의 평면도이다.
도 7은 풀리 조립체의 일 실시예의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 풀리 조립체의 조립 평면도이다.
도 9는 도 8의 선9-9를 따라 취한 조립된 풀리의 측단면도이다.
도 10은 도 8의 풀리 조립체 내의 서브조립체의 측면 사시도이다.
도 11은 너트의 측면 사시도이다.
도 12는 환상의 부싱의 측면 사시도이다.
도 13은 환상의 시일의 저면 사시도이다.

하기의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 나타내는 것이며, 본 발명의 실시예들은 첨부한 도면들에 부가적으로 도시되어 있다. 도면들에 있어서, 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소들은 유사한 참조부호로 표시한다.

도 1을 참조하면, 예를 들어 자동차 내연기관의 액세서리 구동 시스템(10)은 다수의 액세서리들을 구동하기 위해 사용되는 무단 벨트(30)를 포함한다. 다양한 액세서리들이 그들의 풀리 조립체들로 개략적으로 도 1에 도시되어 있다. 벨트(30)는 크랭크 풀리 조립체(12), 팬/워터 펌프 풀리 조립체(14), 파워스티어링 풀리 조립체(18), 아이들러 풀리 조립체(20) 및 텐셔너 풀리 조립체(22)의 주위로 연행(entrain)된다. 일부 실시예들에 있어서, 텐셔너 풀리 조립체(22)는 텐셔너 암이 벨트(30)로부터 떨어져 승강되는 것을 억제시키기 위해 마찰 댐퍼에 의한 비대칭 감쇠와 같은 감쇠를 포함한다.

다양한 액세서리들은 벨트(30)에 의해 자체적으로 회전되는 풀리 조립체(14, 16, 18, 20, 22)들의 사용을 통해 구동된다. 설명의 목적을 위해, 교류 발전기의 풀리 조립체(16)를 중심으로 이하에서 설명한다. 그러나 다른 액세서리들 중 하나 또는 그 이상의 다른 풀리 조립체들이 또한 풀리 조립체(16)와 유사한 형태로 작동될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 풀리 조립체(16)는, 지배적인 회전 방향으로 회전될 때 입력 토크를 교류 발전기의 입력축으로 전달하고, 또한 풀리 조립체와 교류 발전기의 입력축(78)(도 4 참조) 사이의 상대적인 토크 역전들로부터 입력축을 격리시킨다. 풀리 조립체(16)와 교류 발전기의 입력축 사이에 이러한 상대적인 토크 역전들이 발생할 때, 풀리 조립체(16)의 내부 클러칭 시스템은 교류 발전기를 토크 역전으로부터 해제시키도록 작용하고, 이에 의해, 교류 발전기 입력축이 지배적인 회전 방향에서의 운동량에 의해 계속적으로 회전되는 것이 허용된다. 도 4는, 교류 발전기의 입력축(78)에 연결되고 벨트(30)와 맞물린 풀리 조립체(16)를 도시한다.

풀리 조립체(16)는 회전 축선(48), 외부 나사산면(66) 및 교류 발전기의 입력축을 수용하기 위한 보어(44)를 구비한 샤프트 맞물림 허브(40)를 포함한다. 샤프트 맞물림 허브(40)는, 샤프트 맞물림 허브(40)가 입력축에 대하여 자유롭게 회전되는 것을 방지하기 위하여, 잘 알려진 우드러프 키(Woodruff key)에 의해 교류 발전기의 입력축에 정합될 수 있다. 물론, 샤프트 맞물림 허브(40)와 교류 발전기의 입력축 사이에, 예를 들어 스플라인을 포함하는 다른 연결부들도 또한 가능하다. 일부 실시예들에 있어서, 환상의 칼라 또는 슬리브(53)는 외부 나사산면(66)과의 간섭이 없는 위치에서 샤프트 맞물림 허브(40)에 끼워맞춤되거나 또는 이 허브에 결합될 수 있다.

풀리 부재(50)는 샤프트 맞물림 허브(40)에 대하여 위치되며, 이 풀리 부재가 허브에 대하여 회전될 수 있는 크기인 중앙 보어 또는 개구부(54)를 포함한다. 또한, 풀리 부재(50)는 벨트(30)를 맞무는 외부 주변 벨트-맞물림면(52) 및 내부 결합면(55)을 포함한다. 내부 결합면(55)은 다른 구성부품을 맞물고 풀리 부재(50)로부터 다른 구성부품들로 토크를 전달하도록 마찰 재료로 제조되거나 또는 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 벨트 맞물림면(52)은 벨트(30)의 대응하는 리브 및 홈들과 정합되는 V자형 리브 및 홈들을 포함하도록 성형되어 있다. 톱니형(cog), 평탄형 또는 원형 리브 및 홈들과 같은 다른 구성들도 가능하다.

일부 실시예들에 있어서, 롤러 베어링(58)은, 해제될 때 허브(40)에 대한 풀리 부재(50)의 안정적인 회전을 허용하도록 허브(40)와 풀리 부재(50) 사이에 위치될 수 있다. 롤러 베어링(58)의 내륜(inner race)은 샤프트 맞물림 허브(40)에 인접하여 결합될 수 있다. 롤러 베어링(58)의 외륜(outer race)은 풀리 부재(50)에 인접하여 결합될 수 있다. 도 2와 같이, 허브(40) 위에 슬리브(53)를 포함하는 일 실시예에 있어서, 롤러 베어링(58)의 내륜은 허브(40)에 직접적으로 결합되는 것보다는 슬리브(53)에 인접하여 결합될 수 있다. 롤러 베어링의 사용은, 클러칭 메커니즘의 요소들이 서로에 대하여 회전될 때의 마모를 감소시키는 것에 의해, 조립체의 전체적인 구조적 강도를 개선시키고 또한 조립체의 수명을 연장시킬 수 있다.

내부 나사산면(67)을 갖는 너트(64)는 샤프트 맞물림 허브(40)의 외부 나사산면(66)과 나사식으로 맞물리며, 이에 따라 허브(40)에 대한 너트(64)의 제1 회전 방향으로의 상대적인 회전은, 너트(64)를 회전 축선을 따라 제1 직선 방향(A)으로의 축방향으로 변위시키는 반면, 반대 방향으로의 너트(64)의 상대적인 회전은, 너트를 반대의 직선 방향(B)으로의 축방향으로 변위시킨다. 또한, 너트(64)는 샤프트 맞물림 허브(40)의 회전 축선(48)에 대하여 각도를 갖는 외부 결합면(62)을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 너트의 외부 결합면(62)과 허브(40)의 회전 축선(48) 사이에 형성된 예각은 5°내지 45°이다. 다른 실시예에 있어서는, 외부 결합면(62)과 회전 축선(48) 사이의 각도는 바람직하게는 10°내지 20°이다. 최적의 각도는, 결합면에서 맞물린 재료들 사이의 마찰 계수, 너트의 나사산면(67)의 나사각 또는 피치각, 나사산의 마찰 계수, 및 설계의 맞물림/해제 토크 요건에 적어도 부분적으로 의존한다.

풀리 부재(50)와 너트(64) 사이에는 브레이크 부재(90)가 개재된다. 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 브레이크 부재(90)는 너트(64)의 외주면의 둘레에 협동적으로 배열되는 복수의 아치형의 브레이크 슈(91)들로 제조될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 브레이크 부재(90)는, 너트(64)의 이동에 응답하여 링이 신축되도록 하는 하나 또는 그 이상의 가요성 핑거(flexible finger)들을 구비한 연속적인 링일 수 있다. 브레이크 부재(90)는 너트의 외부 결합면(62)에 면하는 제1 결합면(92) 및 풀리 부재(50)의 내부 결합면(55)에 면하는 제2 결합면(94)을 포함한다. 이들의 마주하는 쌍들의 결합면들 사이의 협동 마찰 맞물림은 풀리 부재(50)와 샤프트 맞물림 허브(40) 사이에 클러칭 작용을 제공한다. 일부 실시예들에 있어서, 브레이크 부재(90)는 합성물일 수 있으며, 또한 제1 및 제2 결합면(92, 94)들은 마찰 재료로 제조되거나 또는 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 또한, 환상의 피봇 부싱(72)이 브레이크 부재(90)와 허브(40) 또는 칼라(53) 사이에 위치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 부싱(72)은 브레이크 부재(90)의 브레이크 슈(91)들을 적절한 위치에 유지시키기 위해 하나 또는 그 이상의 스페이서(spacer)(73)들을 포함할 수 있다. 피봇 부싱(72)은 매우 낮은 마찰 계수를 갖는 재료로 제조될 수 있다.

도 2의 실시예에 있어서, 브레이크 부재(90)의 제1 및 제2 결합면(92, 94)들은 비평행이다. 특히, 제2 결합면(94)은 샤프트 맞물림 허브(40)의 회전 축선(48)에 대하여 실질적으로 평행인 반면, 제1 결합면(92)은 회전 축선(48)과의 각도가, 너트의 외부 결합면(62)과 샤프트 맞물림 허브(40)의 회전 축선(48) 사이에 형성된 각도와 실질적으로 동일한 각도로 형성될 수 있다. 한편으로는 제1 결합면(92)과 너트(64) 사이의 제1 맞물림 각도를, 다른 한편으로는 제2 결합면(94)과 풀리 부재(50) 사이의 제2 맞물림 각도를 독립적으로 선택하는 것에 의해, 브레이크 부재(90)는 마찰 재료의 표면적을 최대화하고, (이에 의해 마모율을 감소시키고), 사용가능한 클램핑력을 최대화하고, 오버-런 상태를 벗어나는데 필요한 힘을 최소화하고, 그리고 오정렬을 야기하는 힘을 감소시키도록 구성된다. 또한, 맞물림면들의 맞물림 각도 및 마찰 특성들은 지배적인 회전 방향에서도 구동 역동성(drive dynamic)이 과도한 경우에 최대 지속 맞물림 토크(또는 "분리 토크(break-away torque)")를 확립하도록 선택될 수 있다.

너트(64), 브레이크 부재(90) 및 풀리 부재(50)의 맞물림 마찰면들은 알려진 브레이크 재료들을 포함하는 마찰 재료로 형성되거나 또는 이 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 허용되는 재료로서는, 높은 마찰, 양호한 안정성 및 양호한 마모특성을 갖는 매체의 비석면 성형 재료(non-asbestos molded material)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 용도에 적합한 적어도 하나의 재료는, 유기 및 무기 마찰 조정제 및 충전제와 함께 가황 고무를 함유하는 연질 성형되고, 2개의 롤 압출된, 금속을 포함하지 않는 페놀계 결합 마찰 라이닝을 포함한다. 마찰 재료의 선택은, 특정 용도 및 작동 상태에 따른 원하는 마찰 계수 및 마모 특성에 의존한다.

풀리 조립체(16)가 입력축(78)을 구동시키는 제1 작동 상태에 있어서, 벨트(30)는 풀리 부재(50)를 회전 축선(48)에 대하여 제1 회전 방향으로 구동시킨다. 이 상태에서는, 풀리 부재(50)의 내부 결합면(55)과 브레이크 부재(90)의 제2 결합면(94) 사이의 마찰 맞물림은 브레이크 부재(90)가 제1 회전 방향으로 회전되도록 한다. 이어서, 브레이크 부재(90)의 제1 결합면(92)과 너트(64)의 외부 결합면(62) 사이의 추가의 마찰 맞물림은 너트(64)가 제1 회전 방향으로 회전되도록 한다. 제1 방향으로의 너트(64)의 회전은, 허브(40)와의 나사 맞물림을 통해 (화살표 "A" 방향으로) 회전 축선(48)을 따라 축방향으로 너트(64)를 변위시킨다. 너트(64)가 브레이크 부재(90)와 직접 접촉하는 방향 "A"로 축방향으로 변위될 때, 브레이크 부재(90)는 반경 방향 외측으로 확장되며, 이에 따라 너트(64), 브레이크 부재(90) 및 풀리 부재(50)들 사이의 접촉 압력과 마찰력은 브레이크 부재(90)와 풀리 부재(50)와의 회전을 위해 너트(64)를 브레이크 부재(90)에 마찰 결합시키도록 증가된다.

오버런 상태로 또한 언급되는 제2 작동 상태에 있어서, 입력축(78)은 풀리 부재(50)로부터 해제되고, 풀리 부재(50)가 상대적인 토크 역전 또는 갑작스러운 감속(slowdown)을 경험할 때 제1 회전 방향의 운동량에 의해 계속적으로 회전된다. 이 상태에서는, 풀리 부재(50)는 제1 회전 방향으로 계속적으로 회전되지만, 입력축(78)을 구동시키는 속도 미만의 각속도로 회전될 수 있다. 풀리 부재(50)에서의 갑작스러운 각속도 감소는, 전술한 마찰 맞물림을 통하여 브레이크 부재(90)를 통해 풀리 부재(50)로부터 너트(64)로 변환되는 상대적인 토크 역전의 영향을 받는다. 제2 방향으로의 너트(64)로의 토크 작용은, 절대적인 의미에서, 너트(64)와 허브(40) 양쪽이 회전 축선(48)에 대하여 제1 방향으로 계속적으로 회전되는 경우에도, 너트를 샤프트 맞물림 허브(40)에 대하여 제2 방향으로 회전시킨다. 허브(40)에 대한 제2 방향으로의 너트(64)의 회전은, 허브(40)에 대한 나사 연결을 통하여 (화살표 "B" 방향으로) 너트(64)가 브레이크 부재(90)로부터 떨어져 축방향으로 느슨하게 되거나 또는 변위된다. 너트(64), 브레이크 부재(90) 및 풀리 부재(50)들 사이의 접촉 압력과 마찰력이 감소될 때, 이들은 최종적으로는 결합이 해제되고 또한 최소한의 마찰로 서로에 대하여 회전될 것이며, 이에 따라 입력축(48)은 풀리 부재(50)와는 독립적으로 회전된다.

커버 플레이트(68)는 소형 유닛의 작업 부품들을 수용하고 이들 부품들을 손상과 파편으로부터 보호하기 위해 임의의 종래 수단에 의해 풀리 조립체(16)에 고정될 수 있다. 특히, 커버 플레이트(68)는 허브(40) 또는 입력축(78)에 고정되어 이들 부품들과 함께 회전될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커버 플레이트(68)는 풀리 조립체(16)의 내부와 외부 사이에 구불구불한(즉, 간접적인) 경로를 형성시키기 위해 풀리 부재(50) 상의 플랜지(51) 위로 연장되어 이 플랜지를 덮는, 외측의 축방향으로 연장되는 플랜지(70)를 포함한다. 이러한 구성의 사용은, 풀리 부재(50)가 커버 플레이트(68)와 허브(40)에 대하여 회전되도록 하며, 동시에 오염물질 및 파편으로부터 풀리 조립체(16)의 내부 부품들에 대한 보호를 제공한다.

다른 관점에 따르면, 비틀림 스프링(74)은 커버 플레이트(68)와 너트(64) 사이의 공동(cavity)(80) 내에 위치될 수 있으며, 이 스프링은 커버 플레이트(68)와 맞물린 스프링의 제1 단부(75) 및 너트(64)와 맞물린 스프링의 제2 단부(76)를 구비한다. 비틀림 스프링(74)은 너트(64)를 허브(40)와의 나사 연결부에 대하여 제1 방향으로 회전시키기 위해 너트를 편향시키도록 예비하중을 받을 수 있다. 대안적으로, 스프링은 브레이크 부재(90)로부터 떨어지는 너트(64)의 축방향 이동에 응답하여 간단하게 설치되거나 또는 권선될 수 있다. 비틀림 스프링(74)의 사용은, 클러칭 조립체의 응답성을 개선시키고, 상대적인 토크 역전 후에 너트(64)가 브레이크 부재(90)로부터 해제되어 잔류되는 것을 방지한다. 구체적으로, 오버런 상태에서, 브레이크 부재(90)에 의해 제2 방향으로 너트(64)에 부여된 토크는 비틀림 스프링(74)에 의해 부여된 비틀림을 극복하는데 충분할 수 있으며, 이에 따라 너트(64)가 변위되는 것을 허용하며 브레이크 부재(90)로부터 해제시킨다. 상대적인 토크 역전이 종료될 때, 비틀림 스프링(74)은 너트(64)를 브레이크 부재(90)와 다시 맞물리도록 하며, 이에 따라 풀리 부재(50)는 허브(40)와 입력축(78)을 다시 구동시킬 수 있다. 다른 실시예들에 있어서는, 브레이크 부재(90)와 맞물리도록 나사식 허브(40) 아래로 너트(64)를 편향시키기 위해, 비틀림 스프링 대신에 축방향 스프링이 사용될 수 있다.

도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 대체로 참조부호 16'로 나타낸 풀리 조립체의 제2 실시예가 도시되어 있다. 풀리 조립체(16')는 지배적인 회전 방향으로 회전될 때 입력 토크를 교류 발전기의 입력축(78)으로 전달하고, 또한 풀리 조립체(16')와 교류 발전기의 입력축(78) 사이의 상대적인 토크 역전들로부터 입력축(78)을 격리시킨다. 입력축(78)은 도 9에 도시되어 있다. 풀리 조립체(16')와 입력축(78) 사이에 이러한 상대적인 토크 역전들이 발생할 때, 풀리 조립체(16')의 내부 클러칭 시스템은 교류 발전기를 토크 역전으로부터 해제시키도록 작용하고, 이에 의해 입력축(78)이 지배적인 회전 방향의 운동량에 의해 계속적으로 회전될 수 있다. 풀리 조립체(16')는 입력축(78)에 연결되고 도 4에 도시된 바와 같은 풀리 조립체(16)와 유사하게 벨트와 맞물린다.

도 7과 도 9에 도시된 바와 같이, 풀리 조립체(16')는 회전 축선(148), 외부 나사산면(166) 및 보어(144)를 구비한 샤프트 맞물림 허브(140)를 포함한다. 보어(144)는 교류 발전기의 입력축(78)을 수용한다. 샤프트 맞물림 허브(140)는, 샤프트 맞물림 허브(140)가 입력축에 대하여 자유롭게 회전되는 것을 방지하기 위하여, 교류 발전기의 입력축(78)에 키결합(kyed)될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이는 우드러프 키일 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 샤프트 맞물림 허브(140)는 입력축(78)의 외경의 외관(feature)(79)과 정합되는 형상인 보어(144) 내의 키 홈(key way)(146)을 포함할 수 있다. 물론, 샤프트 맞물림 허브(140)와 교류 발전기의 입력축(78) 사이에, 예를 들어 스플라인 연결부(splined connection)를 포함하는 다른 연결부들도 또한 가능하다.

풀리 부재(150)는 샤프트 맞물림 허브(40)에 대하여 위치되며, 이 풀리 부재가 허브에 대하여 회전될 수 있는 크기인 중앙 보어 또는 개구부(154)를 포함한다. 또한, 풀리 부재(150)는 도 1의 벨트(30)와 같은 벨트를 맞무는 외부 주변 벨트-맞물림면(152) 및 내부 결합면(155)을 포함한다. 내부 결합면(155)은 다른 구성부품을 맞물고 풀리 부재(150)로부터 다른 구성부품들로 토크를 전달하도록 마찰 재료로 제조되거나 또는 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 벨트 맞물림면(152)은 벨트의 대응하는 리브 및 홈들과 정합되는 V자형 리브 및 홈들을 포함하도록 성형되어 있다. 톱니형, 평탄형 또는 원형 리브 및 홈들과 같은 다른 구성들도 가능하다.

일부 실시예들에 있어서, 환상의 칼라 또는 슬리브(142)는 외부 나사산면(166)과의 간섭을 일으키지 않는 위치에서 샤프트 맞물림 허브(140)에 끼워맞춤되거나 또는 이 허브에 결합될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 슬리브(142)는 샤프트 맞물림 허브(140)와 일체로 형성될 수 있다. 슬리브(142)는 샤프트 맞물림 허브(140)를 풀리 부재(150)의 보어(154) 내에 안착시키기 위해 시트(seat)로서 작용하는 평판형 플랜지(143)를 포함한다.

도 7과 도 9를 다시 참조하면, 롤러 베어링과 같은 베어링(158)은, 내부 클러칭 시스템이 해제될 때, 허브(140)에 대한 풀리 부재(150)의 안정적인 회전을 허용하도록 허브(140)와 풀리 부재(150) 사이에 베어링을 위치시키는 위치에서 풀리(150)의 보어(154) 내에 수용될 수 있다. 도 9에 도시된 롤러 베어링(158)의 내륜(202)는 샤프트 맞물림 허브(140) 및/또는 그의 슬리브(142)에 인접하여 결합될 수 있다. 롤러 베어링(158)의 외륜(204)는 풀리 부재(150)에 인접하여 결합될 수 있다. 허브(140) 위에 슬리브(142)가 없는 실시예에 있어서는, 롤러 베어링(158)의 내륜(202)는 슬리브(142)에 결합되는 것보다는 허브(140)에 인접하여 직접적으로 결합될 수 있다. 롤러 베어링의 사용은, 클러칭 메커니즘의 요소들이 서로에 대하여 회전될 때의 마모를 감소시키는 것에 의해, 조립체의 전체적인 구조적 강도를 개선시키고 또한 조립체의 수명을 연장시킬 수 있다.

베어링(158)은 도 2에 도시된 바와 같은 풀리의 플랜지에 의해 풀리 부재(150) 내에 유지될 수 있다. 다른 실시예에서는, 도 7과 도 9에 도시된 바와 같이, 베어링은 내부 스냅 링(159)과 외부 스냅 링(160)을 사용하여 풀리 부재(150) 내에 유지될 수 있다. 내부 스냅 링(159)은 슬리브(142) 또는 허브(140) 내에 형성된 환상의 오목부(206) 내에 스냅 끼워맞춤된다. 외부 스냅 링(160)은 풀리 부재(150) 내에 형성된 환상의 오목부(208) 내에 스냅 끼워맞춤된다. 스냅 링(159, 160)들은 브레이크 슈(191)와 풀리 부재(150)의 맞물림으로부터 생성된 진동 및/또는 임의의 내부 축력에 의해 베어링이 풀리 부재(150)로부터 벗어나는 것을 방지한다.

도 7, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 풀리 조립체(16')는 조립될 때, 샤프트 맞물림 허브(140)의 외부 나사산면(166)과 나사식으로 맞물린 내부 나사산면(167)을 구비하는 너트(164)를 포함한다. 이 구성은, 허브(140)에 대한 너트(164)의 제1 회전 방향으로의 상대적인 회전은, 도 9에 도시된 바와 같이, 너트(164)를 회전 축선(148)을 따라 제1 직선 방향(A)으로의 축방향으로 변위시키는 반면, 반대 방향으로의 너트(164)의 상대적인 회전은, 너트를 반대의 직선 방향(B)으로의 축방향으로 변위시킨다. 방향 "A"로의 너트(164)의 변위는, 최종적으로는, 브레이크 슈(191)와 풀리 부재(150) 사이의 증가된 마찰 맞물림을 초래하고, 역으로, 방향 "B"로의 너트(164)의 변위는 브레이크 슈와 풀리 부재 사이의 감소된 마찰 맞물림을 초래하며, 방향 "B"로의 변위가 충분한 경우에는 풀리 부재(150)는, 최종적으로는, 후술하는 바와 같이, 브레이크 슈(91)들로부터 해제된다.

도 11을 참조하면, 너트(164)는 상부(182) 및 하부(184)를 구비한다. 상부(182)는 그의 외부면으로부터 반경 방향 외측으로 돌출되는 하나 또는 그 이상의 탭(186)들을 갖는 대체로 중공의 원통형 부재이다. 탭(186)들은 상단부(187) 및 하단부(188)를 구비한다. 상단부(187)는 대체로 평탄면의 상부면(212)이며, 하단부(188)는 대체로 포인트(point)(189)로 모따기되어 있다. 포인트(189)를 형성하는 면취부(chamfer)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 병치된 브레이크 슈(191)들 사이에 형성된 디보트(divot)(210) 내에 탭(186)이 놓일 수 있도록 한다. 또한, 상부(182)는 스프링 시트로서 기능하는 립(lip)(214)을 포함한다. 립(214)은 스프링의 단부를 유지시키기 위해 구멍, 슬롯, 후크, 오목부, 접촉부 등과 같은 스트링 유지부(spring retention feature)(216)를 포함한다. 스프링 유지부(216)로서 도 11에는 구멍이 도시되어 있다. 스프링 유지부(216)는 탭(186)의 상부면(212) 내에 또는 이 상부면 가까이에 위치될 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상부(182)로부터 하부(184)로의 전이는 너트의 내경의 단차적인 변화(step-wise change)에 의해 형성될 수 있다. 상부(182)의 내경은 하부(184)의 내경보다 더 클 수 있으며, 상부와 하부 사이에 단차부(218)를 형성한다. 하부(184)의 내경은 상부(182)의 내경보다 더 작을 수 있으며, 하부(184)의 내부면으로서 나사산면(167)을 포함한다. 또한, 하부(184)는 샤프트 맞물림 허브(140)의 회전 축선(148)에 대하여 각도를 갖는 외부면(162)을 포함한다. 각도를 갖는 외부면(162)은, 외부에서 보았을 때 대체로 절두원추형인 하부를 갖는 너트(164)를 얻도록 한다. 너트의 외부면(162)과 허브(140)의 회전 축선(148) 사이에 형성된 예각은 5°내지 45°이다. 다른 실시예에 있어서는, 외부면(162)과 회전 축선(148) 사이의 각도는 바람직하게는 10°내지 20°이다. 최적의 각도는, 너트(164)의 외부면과 맞물린 재료들 사이의 마찰 계수, 너트의 나사산면(67)의 나사각 또는 피치각, 나사산의 마찰 계수, 및 설계의 맞물림/해제 토크 요건에 적어도 부분적으로 의존한다.

도 9에 도시된 조립된 상태에서 너트(164)는 환상의 부싱(172) 내에 놓여지며, 대체로 절두원추형인 외부면(162)은 환상의 부싱(172)의 절두원추형 내부면(230)에 인접하여 정합된다. 도 12를 참조하면, 환상의 부싱(172)은, 그들 사이에 슬릿(234)들을 형성하는 2개의 인접한 패널들로부터 각각의 패널이 분리된 복수의 패널(224)에 의해 형성되는 제1 단부(220), 및 패널(224)로부터 반경 방향 외측으로 연장되는 플랜지(236)에 의해 형성되고, 이 플랜지(236)는 회전 축선(148)에 대하여 대체로 수직인, 제2 단부(222)를 구비한다. 슬릿(234)들 중 하나는, 제1 단부(220)로부터 제2 단부(222)로 연장되고 플랜지(236)를 통하여 절단되는 개구부(228)이다. 개구부(228)는, 환상의 부싱(172)이 너트(164)가 "A" 방향으로 이동할 때 반경 방향 외측으로 확장되고, 너트(164)가 "B" 방향으로 이동할 때는 반경 방향 내측으로 수축되도록 한다.

도 12를 다시 참조하면, 환상의 부싱의 각각의 패널(224)은, 패널이 플랜지(236)에 연결되는 부분과는 반대 부분인 그의 상부 가장자리 내로 절개된 키 홈(226)을 포함한다. 키 홈(226)들은, 너트(164)가 환상의 부싱(172) 내에 놓여질 때 너트(164)의 탭(186)들을 수용하는 형상으로, 각각의 패널(224) 내에 위치되어 있다. 탭(186)과 키 홈(226) 및 너트(164)와 환상의 부싱(172)은 회전 축선(148)에 대하여 함께 회전된다. 도 12에 있어서, 키 홈(226)들은 패널(224)의 중앙에 근접하여 각각의 패널 내로 오목하게 들어간 노치들로 나타나 있다. 환상의 부싱(172), 특히 패널(224)들은 유리-충전 나일론일 수 있으며, 또한 그 안에 그리스를 유지하도록 그의 내부면(230) 내로 오목하게 들어간 복수의 포켓(pocket)(232)들을 포함할 수 있다. 환상의 부싱의 내부에서의 그리스 포켓들의 도입은 부싱과 너트의 마모를 감소시키며, 이들 부품들의 수명을 연장시킬 것이다. 또한, 환상의 부싱(172)은, 도 1 내지 도 6의 실시예에서 요구된 브레이크 재료 표면들 중 하나를 제거하고 이에 따라 브레이크 재료를 덜 요구하는 것에 의해 풀리 조립체(16')의 비용을 낮출 수 있다. 또한, 이 실시예는, 너트가 다른 부품과의 표면 체험 마찰 맞물림(surface experiencing frictional engagement)을 포함하지 않기 때문에 너트(164)의 마모를 감소시키는 이득을 갖는다.

각각의 패널(224)의 외부면(238)은 그의 내부면(230)과 유사한, 대체로 절두원추형이다. 각각의 패널(224)의 외부면(238)에는, 대체로 키 홈(226)과 중심이 맞춰진 스페이서(173)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 스페이서(173)는 키 홈(226)의 가장 오목한 부분 또는 저부와 같은 높이에서, 플랜지(236)의 상부면 상에 위치되는 그의 하단부(242)로 연장되는 상단부(240)를 구비한다. 하단부(242)는 상단부(240)보다 대체로 더 넓은 베이스를 형성하며, 스페이서(173)의 좌우 측면들은 베이스로부터 상단부(240)로 점진적으로 테이퍼지고 또한 베이스에 근접하여 대체로 아치형인 섹션(arcuate section)을 포함한다. 스페이서(173)들은, 브레이크 슈(191)에 대한 스탠드(stand)를 형성하기 위해, 플랜지(236)가 각각의 스페이서(173)의 하단부(242)와 그들 사이에서 연장되는 2개의 패널(224)의 외부면(238)의 부분들 사이에서 연장되도록 위치되어 있다.

도 7, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 환상의 부싱은 브레이크 슈(191)들을 유지하기 위한 4개의 개별 스탠드들을 형성하는 4개의 패널(224)과 4개의 스페이서(173)를 구비한다. 4개의 브레이크 슈(191)들이 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서는, 2개, 3개, 5개 또는 6개의 브레이크 슈(191)들을 구비할 수 있다. 환상의 부싱(172)은 각각의 브레이크 슈(191)에 대한 충분한 스탠드들을 제공하기 위해 필요한 개수의 패널(224) 및/또는 스페이서(173)를 구비하도록 변경된다. 브레이크 슈(191)들이 풀리 부재(150) 내에 위치되는 환상의 부싱(172)에 의해 형성된 스탠드들 내에 놓여질 때, 브레이크 슈(191)들은 풀리 부재(150)의 내부 결합면(155)과 환상의 부싱(172) 사이에 위치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 스페이서(173)들은 분리된 브레이크 슈(191)들의 저부를 유지시키고, 브레이크 슈(191)들은, 너트(164)의 탭(186)들이 브레이크 슈(191)의 상부를 분리시키는 위치에 반대 위치에서, 브레이크 슈(191)들 사이에서 상방으로 연장되는 스페이스(173)에 의해 전체적으로 바람직하게 위치된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 브레이크 슈(191)들은 환상의 부싱(172)의 외주부의 둘레에 협동적으로 배열되는 복수의 아치형의 브레이크 슈이다. 브레이크 슈(191)들의 각각은 풀리 부재(150)의 내부 결합면(155)에 면하는 외부 결합면(192)을 포함한다. 외부 결합면(192)과 내부 결합면(155) 사이의 협력 마찰 맞물림은 풀리 부재(150)와 샤프트 맞물림 허브(140) 사이에 클러칭 작용을 제공한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 브레이크 슈(191)는 풀리 부재(150)와의 마찰 맞물림을 위한 외부 결합면(192), 및 환상의 부싱에 의해 형성된 스탠드, 즉, 연속적인 스페이서(173)들 사이의 2개의 인접한 패널(224)들의 외부면의 일부와 정합되는 내부면(194)을 구비한다. 외부 결합면(192)과 내부면(194)은 종방향 단면에서 보았을 때 서로 비평행이다. 특히, 외부 결합면(192)은 샤프트 맞물림 허브(140)의 회전 축선(148)에 대하여 실질적으로 평행인 반면, 내부면(194)은 회전 축선(148)과의 각도가, 환상의 부싱(172)의 외부 절두원추형 면(238)에 의해 형성된 각도와 실질적으로 동일한 각도로 형성될 수 있다. 한편으로는 너트(164)의 하부(184)와 환상의 부싱(172)을 브레이크 슈들의 내부면(194)과 정합시키기 위한 제1 맞물림 각도를, 다른 한편으로는 외부 결합면(194)과 풀리 부재(150) 사이의 제2 맞물림 각도를 독립적으로 선택하는 것에 의해, 결합면(192, 194)의 맞물림은 마찰 재료의 표면적을 최대화하고, (이에 의해 마모율을 감소시키고), 사용가능한 클램핑력을 최대화하고, 오버-런 상태를 벗어나는데 필요한 힘을 최소화하고, 그리고 오정렬을 유도하는 힘을 감소시키도록 구성된다. 또한, 맞물림면들의 맞물림 각도 및 마찰 특성들은 지배적인 회전 방향에서도 구동 역동성이 과도한 경우에 최대 지속 맞물림 토크(또는 "개방 토크")를 확립하도록 선택될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 개개의 브레이크 슈(191)는 합성물일 수 있으며, 또한 제1 결합면(192)은 마찰 재료로 제조되거나 또는 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 마찰 재료는 브레이크 슈들의 마모를 감소시키고, 풀리 조립체(16')에 긴 수명을 제공할 수 있다. 유사하게, 풀리 부재(150)의 내부 결합면(155)은 알려진 브레이크 재료들을 포함하는 마찰 재료로 형성되거나 또는 마찰 재료로 코팅될 수 있다. 허용되는 재료로서는, 높은 마찰, 양호한 안정성 및 양호한 마모특성을 갖는 매체의 비석면 성형 재료를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 용도에 적합한 적어도 하나의 재료는, 유기 및 무기 마찰 조정제 및 충전제와 함께 가황 고무를 함유하는 연질 성형되고, 2개의 롤 압출된, 금속을 포함하지 않는 페놀계 결합 마찰 라이닝을 포함한다. 마찰 재료의 선택은, 특정 용도 및 작동 상태에 따른 원하는 마찰 계수 및 마모 특성에 의존한다.

도 7과 도 9 및 도 8을 참조하면, 풀리 조립체(16')는 풀리 부재(150) 내측의 소형 유닛의 작업 부품들을 수용하고 이들 부품들을 손상과 파편으로부터 보호하기 위해 임의의 종래 수단에 의해 풀리 조립체(16')에 고정된 커버(168)를 또한 포함한다. 특히, 커버(168)는 허브(140) 또는 입력축(78)에 고정되어 이들 부품들과 함께 회전될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 커버(168)는 제1 단부(250)의 하측으로부터 연장되는, 층을 이루는 관형 플러그(252)를 구비하는 제1 단부(170)에 평판형 환상 링을 포함한다. 플러그(252)는 제1 층(tier)(253)으로서 언급되는 제1 단부에 가장 가까운 층의 직경이 가장 크고, 제3 층(255)으로서 언급되는 제1 단부로부터 가장 먼 층의 직경이 가장 작은, 내경 및 외경이 감소되는 복수의 층(253, 254, 255)들을 포함할 수 있다. 이들 층들의 직경은, 다른 부품들에 대한 공간 또는 풀리 조립체(16')의 다른 부품들과의 정합을 위한 공간을 제공할 수 있어야 한다.

커버(168)의 가장 큰 직경인 제1 층(253)은, 커버(168)의 제1 층(253)에 반경 방향의 클램핑력을 제공할 수 있는 환상의 시일(169)의 내부면과 시일을 형성할 수 있다. 환상의 시일(169)은 풀리 부재(150)의 보어(154) 내의 내부 환상 면(157)에 대하여 대체로 견고한 끼워맞춤을 갖는다. 풀리 부재의 보어(154)는, 환상의 시일(169)이 풀리 조립체(16')의 다른 부품들을 향하여 축방향으로 내측으로 이동하는 것을 방지하는 내부 환상 쇼울더(shoulder)(156)를 포함한다. 쇼울더(156)는, 도 9의 단면도에서 보았을 때 보어(154)의 내부 환상 면(157)에 대체로 수직이다. 풀리 부재(150) 내의 환상의 시일(169)의 견고한 끼워맞춤은 환상의 시일(169)이 풀리 부재(150)와 함께 회전되도록 하며, 이에 따라 허브(140) 및 샤프트(78)와 함께 회전되는 커버(168)에 대하여 회전된다. 일 실시예에 있어서, 환상의 시일(169)은 도 13에 도시된 하나와 유사한 오일 시일(oil seal)(259)일 수 있으며, 이 오일 시일은 대체로 U자형 단면을 갖는 탄성중합체 재료의 링(261) 내에 놓여진 가터 스프링(garter spring)(260)을 포함한다. 가터 스프링(260)은, 풀리 조립체(16')의 수명을 위해, 탄성중합체 재료가 마모되더라도 오염물질들로부터 시일된 조립체를 유지시키기 위해, 오일 시일(259)의 내부면(262)을 커버(168)의 제1 층(253)과 지속적으로 맞물리도록 하는 반경 방향 내측으로 향한 클램핑력을 제공한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 커버(168)의 평판형 환상 링(170)은 손상, 예를 들어 표면(264)이 노출되는 경우 시일을 손상시킬 수 있는 돌(rock) 또는 다른파편들로부터 시일의 상부면(264)을 보호하기 위해 시일(169) 위로 연장될 수 있다. 대부분의 적용에 있어서, 풀리 부재(150)는 엔진 시스템의 라디에이터를 냉각시키는데 사용되는 팬 근처에 위치되어 있다. 팬은 먼지, 흙, 돌 또는 다른 파편들을 고속으로 풀리 부재(150)에 취입하는 경향이 있다. 이 때문에, 시일의 상부면(264)의 보호는 풀리 조립체(16')의 수명을 연장시키는 것에 도움이 된다.

제2 층(254)은 커버(168)와 너트(164) 사이에 위치되는 비틀림 스프링과 같은 스프링(174)을 수용할 수 있다. 스프링(174)의 제1 단부(175)는 커버(168)와 맞물린다. 일 실시예에 있어서, 제1 단부(175)는 커버(168)의 제2 층(254)의 스프링 시트(256)에 의해 수용될 수 있다. 스프링(174)의 제2 단부(176)는 너트(164)를 맞문다. 특히, 제2 단부는 너트(164)의 탭(186)들 중 하나 내에 위치될 수 있는 스프링 유지부(216)를 맞문다. 비틀림 스프링(174)은 너트(164)를 허브(140)와의 나사 연결부에 대하여 제1 방향으로 회전시키기 위해 너트를 편향시키도록 예비하중을 받을 수 있다. 대안적으로, 스프링은 풀리 조립체(16')의 커버 단부를 항하는 너트(164)의 축방향 이동에 응답하여 간단하게 설치되거나 또는 권선될 수 있다.

도 9를 다시 참조하면, 비틀림 스프링(174)의 사용은, 클러칭 조립체의 응답성을 개선시키고, 상대적인 토크 역전 후에 너트(164)가 환상의 부싱(172)과 맞물리도록 한다. 구체적으로, 오버런 상태에서, 브레이크 슈(191)들에 의해 제2 방향으로 너트(164)에 부여된 토크는 비틀림 스프링(174)에 의해 부여된 비틀림을 극복하는데 충분할 수 있으며, 이에 따라 너트(164)가 "B" 방향(도 9 참조)으로 변위되는 것을 허용하며, 환상의 부싱(172)을 허브(1440)를 향하여 반경 방향 내측으로 수축시키며, 그 결과 브레이크 슈(191)를 풀리 부재(150)로부터 해제시킨다. 이 상태에서는, 허브(140)는 풀리 부재(150)와는 독립적으로 회전되며, 즉 허브는 풀리 부재로부터 해제된다. 상대적인 토크 역전이 종료될 때, 비틀림 스프링(174)은 너트(164)가 허브(140)의 나사산(166)에 대하여 회전되도록 압박하고, 반경 방향 외측으로 환상의 부싱(172)을 확장시키도록 "A" 방향으로 너트(164)를 변위시키며, 이에 따라 브레이크 슈(191)들은 풀리 부재(150)를 다시 맞문다. 맞물린 후에, 풀리 부재(150)는 허브(140)와 입력축(78)을 구동시킬 수 있다. 다른 실시예들에 있어서는, 환상의 부싱(172)과 맞물리도록 나사식 허브(140) 아래로 너트(164)를 편향시키기 위해, 비틀림 스프링 대신에 축방향 스프링이 사용될 수 있다.

도 9의 풀리 조립체(16')가 입력축을 구동시키는 제1 작동 상태에 있어서, 벨트(30)(도시되지 않음)는 풀리 부재(150)를 회전 축선(148)에 대하여 제 1회전 방향으로 구동시킨다. 이 상태에서는, 풀리 부재(150)의 내부 결합면(155)과 브레이크 슈(191)들의 외부 결합면(192) 사이의 마찰 맞물림은 브레이크 슈(191)들을 압박하며, 이에 따라 그들의 키 결합 관계를 통해 환상의 부싱(172)과 너트(164)는 제1 회전 방향으로 회전된다. 또한, 너트(164)는 비틀림 스프링(174)에 의해 이 제1 방향으로 회전되며, 허브(140)와 샤프트(78)를 구동시키기 위해 풀리 부재(150)와 맞물린 브레이크 슈(191)들을 유지시킨다. 제1 방향으로의 너트(164)의 회전은, 허브(140)와의 나사식 맞물림을 통해 화살표 "A" 방향으로 회전 축선(148)을 따라 축방향으로 너트(164)를 변위시킨다. 너트(164)가 브레이킹 조립체(200)의 일부로서 방향 "A"로 축방향으로 변위될 때, 너트(164)는 환상의 부싱과 브레이크 슈(191)들이 반경 방향 외측으로 확장되도록 작용하며, 이에 따라 브레이크 슈(191)와 풀리 부재(150) 사이의 접촉 압력과 마찰력은 너트(164)와 풀리 부재(150) 사이의 마찰 결합을 증가시킨다.

오버런 상태로 또한 언급되는 제2 작동 상태에 있어서, 입력축(78)은 풀리 부재(150)로부터 해제되고, 풀리 부재(150)가 상대적인 토크 역전 또는 갑작스러운 감속을 경험할 때 제1 회전 방향의 운동량에 의해 계속적으로 회전된다. 이 상태에서는, 풀리 부재(150)는 제1 방향으로 계속적으로 회전되지만, 입력축(78)을 구동시키는 속도 미만의 각속도로 회전될 수 있다. 풀리 부재(150)의 갑작스러운 각속도 감소는, 전술한 마찰 맞물림을 통하여 브레이킹 조립체(200)를 통하여 폴리 부재(150)로부터 너트(164)로 변환되는 상대적인 토크 역전의 영향을 받는다. 회전력, 즉 비틀림 스프링(174)의 스프링력(spring force)을 극복하는 이 제2 작동 상태 동안 너트(164)로의 토크의 적용이 풀리 부재(150)에 의해 제공된 경우, 너트(164)가 허브(140)와의 나사 맞물림을 통하여 화살표 "B" 방향으로 회전 축선(148)을 따라 축방향으로 변위되도록 하는 방향으로 너트(164)는 회전될 것이다. 너트(164)가 "B" 방향으로 변위될 때, 브레이크 슈(191)와 풀리 부재(150) 사이의 접촉 압력과 마찰력은 환상의 부싱(172)의 수축의 결과로 인해 감소될 것이며, 너트의 변위가 충분한 경우에는, 환상의 부싱(172)은 브레이크 슈(191)를 해제시키고 이에 따라 허브(140)를 풀리 부재(150)로부터 해제시키는 비확장 상태(non-expanded state)로 내측으로 수축될 것이다. 해제되면, 허브(140)와 풀리 부재(150)는 최소 마찰로 서로에 대하여 회전되며, 이에 따라 풀리 부재(150)는 입력축(78)과는 독립적으로 회전된다.

도 7을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 풀리 조립체(16')는 회전-방지 설치부(rotation-preventing installation feature)를 포함할 수 있다. 이는, 너트(164)의 설치 동안 허브(140)가 풀리 부재(150)에 대하여 회전(spinning)되는 것을 정지시키기 때문에 유익하다. 회전-방지 설치부는 보어(144)의 내경인 키 홈(146)과 허브(140)의 외경인 하나 또는 그 이상의 평탄부(145)를 포함한다. 키 홈(146)은 교류 발전기 샤프트(도 9 참조)의 외경인 키(79)와 맞물릴 수 있다. 평탄부(145)는 렌치(wrench) 또는 플라이어(plier)와 같은 공구를 수용하는 형상으로 배향되어 있다. 따라서, 공구는 그들의 키 결합관계에 의해 입력축(78)에 대하여 허브(140)를 각각 움직이지 않게 유지시키도록 평탄부(145)를 파지할 수 있으며, 이에 따라 너트(164)는 허브(140)의 외부 나사산면(166) 상에 나사결합될 수 있다.

회전 축선에 대한 마찰 결합면들의 각도, 결합면들의 마찰 계수, 비틀림 스프링력, 허브와 너트 사이의 나사 연결부의 나사산 피치 및 총 개수, 및 나사 연결부의 마찰 계수를 포함하는 다양한 파라미터들이 풀리 조립체(16, 16')의 작동성, 응답성 및 성능에 영향을 줄 수 있다. 마찰 결합면과 회전 축선 사이에 형성된 예각을 상당히 감소시키는 것에 의해, 이러한 새로운 설계는 더 작은 축력을 갖는 지배적인 반경 방향 힘을 통하여 매우 큰 클램핑력과 토크 저항을 제공한다. 축방향 하중의 감소는, 허브와 너트 사이의 나사 연결부가 상대적인 토크 역전에 보다 간단하게 응답하여 비활성화되도록 한다. 오버런에 대해 0 in-lb 분리 토크의 목표를 향하는 최적화는 전술한 파라미터들의 조합을 선택하는 것에 의해 달성된다. 마모, 주 클러칭(primary clutching), 내구성 및 비용을 포함하는 다른 인자들이 특정 조합의 선택에 영향을 줄 수 있다.

Claims

자동차용 액세서리 구동 시스템에 사용하기 위한 풀리 조립체에 있어서,
회전 축선, 외부 나사산면 및 보어와의 맞물림을 위한 액세서리 입력축을 수용하기 위한 보어를 포함하는 샤프트 맞물림 허브;
상기 샤프트 맞물림 허브를 수용하는 보어를 포함하고, 내부 결합면과 외부 주변 벨트-맞물림면을 포함하는 풀리 부재;
상기 샤프트 맞물림 허브의 외부 나사산면과 맞물리는 내부 나사산면을 포함하고, 상기 내부 나사산면에 대향되는 대체로 절두원추형인 외부면을 구비하는 너트;
상기 너트와의 회전을 위해 그 안에 상기 너트가 놓여지는 환상의 부싱; 및
상기 환상의 부싱의 외측 둘레에 위치되고, 상기 풀리 부재의 상기 내부 결합면과 마찰 접촉하는 외부 결합면을 갖는 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈를 포함하며,
상기 너트는 상기 환상의 부싱에 대하여 축방향으로 변위될 수 있으며,
상기 환상의 부싱은 제1 방향으로의 너트의 축방향 변위에 응답하여 반경 방향 외측으로 확장되는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 환상의 부싱은 키 홈을 포함하고,
상기 너트는 탭을 포함하며,
상기 탭은 상기 키 홈 내에 수용되는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 환상의 부싱은 대체로 절두원추형인 링을 형성하는 복수의 패널들을 포함하며,
각각의 상기 패널은 그들 사이에 슬릿들을 형성하는 2개의 인접한 패널들로 분리되는, 풀리 조립체.
제 3 항에 있어서,
상기 패널의 내부면들은 그 안에 그리스를 수용할 수 있는 오목하게 들어간 포켓들을 포함하는, 풀리 조립체.
제 3 항에 있어서,
상기 패널들은 유리-충전 나일론을 포함하는, 풀리 조립체.
제 3 항에 있어서,
상기 환상의 부싱은 그의 외부면 상에 복수의 스페이서를 포함하며,
2개의 연속적인 스페이서와 그들 사이의 패널 부분들은 브레이크 슈를 수용하는 스탠드를 형성하는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 샤프트 맞물림 허브의 상기 외부 나사산면에 대하여 제1 방향으로의 상기 너트의 회전은, 풀리 부재와의 회전을 위해 상기 샤프트 맞물림 허브를 상기 풀리 부재에 결합시키고,
상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 상기 너트의 회전은, 상기 브레이크 슈의 외부 결합면들을 상기 풀리 부재의 내부 결합면으로부터 해제시키고, 이에 따라 상기 너트와 샤프트 맞물림 허브가 상기 풀리 부재로부터 독립적으로 회전되는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 너트의 상기 절두원추형 외부면은 상기 샤프트 맞물림 허브의 상기 회전 축선에 대하여 대략 5°내지 45°의 예각을 갖는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 브레이크 슈의 외부 결합면들은 브레이크 재료를 포함하는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
허브와의 회전을 위해 상기 샤프트 맞물림 허브에 결합된 커버를 더 포함하는, 풀리 조립체.
제 10 항에 있어서,
풀리 몸체의 보어의 내부 환상 면과 상기 커버의 일부 사이에 위치된 환상의 시일을 더 포함하며,
상기 환상의 시일의 내부면과 상기 커버의 일부 사이에 시일이 형성되는, 풀리 조립체.
제 11 항에 있어서,
상기 커버는 상기 환상의 시일을 보호하기 위해 상기 환상의 시일 위로 연장되는 평판형 환상 링을 포함하는, 풀리 조립체.
제 10 항에 있어서,
상기 커버와 맞물린 제1 단부 및 상기 너트와 맞물린 제2 단부를 구비하는 비틀림 스프링을 더 포함하며,
상기 비틀림 스프링은, 상기 너트가 상기 샤프트 맞물림 허브의 외부 나사산면에 대하여 상기 제1 방향으로 회전되도록 상기 너트를 편향시키는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 샤프트 맞물림 허브가 상기 풀리 부재에 대하여 회전되도록, 상기 샤프트 맞물림 허브에 결합된 내륜 및 상기 풀리 부재에 결합된 외륜을 구비하는 베어링 조립체를 더 포함하는, 풀리 조립체.
제 1 항에 있어서,
각각의 브레이크 슈의 외부 결합면은 상기 풀리 부재의 내부 결합면에 평행하며, 종방향의 단면에서 보았을 때 상기 브레이크 슈의 내부면에 대하여 비평행인, 풀리 조립체.
자동차용 액세서리 구동 시스템에 사용하기 위한 풀리 조립체 제조 방법에 있어서,
회전 축선, 외부 나사산면 및 보어와의 맞물림을 위한 액세서리 입력축을 수용하기 위한 보어를 포함하는 샤프트 맞물림 허브를 제공하는 단계;
상기 샤프트 맞물림 허브를 수용하는 보어를 포함하고, 내부 결합면과 외부 주변 벨트-맞물림면을 포함하는 풀리 부재를 제공하는 단계;
상기 샤프트 맞물림 허브의 외부 나사산면과 맞물리는 내부 나사산면을 포함하고, 상기 내부 나사산면에 대향되는 대체로 절두원추형인 외부면을 구비하는 너트를 제공하는 단계;
상기 너트와의 회전을 위해 그 안에 상기 너트가 놓여지는 환상의 부싱을 제공하는 단계;
상기 환상의 부싱의 외측 둘레에 위치되고, 상기 풀리 부재의 상기 내부 결합면과 마찰 접촉하는 외부 결합면을 갖는 하나 또는 그 이상의 브레이크 슈를 제공하는 단계; 및
상기 풀리 조립체가 상기 허브를 상기 풀리 부재와 맞물리고 해제시키도록 작동되도록, 상기 허브의 외부 나사산면의 나사산 피치를 선택하고, 상기 브레이크 슈의 외부 결합면의 마찰 재료를 선택하고, 그리고 상기 너트의 절두원추형 외부면의 각도를 선택하는 단계를 포함하는, 풀리 조립체 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상대적인 회전에 대해 상기 허브를 상기 풀리 부재로부터 해제시키는데 필요한 토크를 최소화하기 위해 상기 나사산 피치, 상기 마찰 재료 및 상기 각도를 선택하는 단계를 더 포함하는, 풀리 조립체 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 브레이크 슈의 외부 결합면과 상기 풀리 부재의 내부 결합면 사이의 마찰 계수를 선택하는 단계를 더 포함하는, 풀리 조립체 제조 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 환상의 부싱은 대체로 절두원추형인 링을 형성하는 복수의 패널들을 포함하며,
각각의 상기 패널은 그들 사이에 슬릿들을 형성하는 2개의 인접한 패널들로부터 분리되는, 풀리 조립체 제조 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 패널의 내부면들은 그 안에 그리스를 수용할 수 있는 오목하게 들어간 포켓들을 포함하며,
상기 포켓들 내에 그리스를 위치시키기 위해 상기 패널의 내부면들에 그리스를 공급하는 단계를 더 포함하는, 풀리 조립체 제조 방법.