KR20160141835A - 벨트 부착구 및 시스템 - Google Patents

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KR20160141835A
KR20160141835A KR1020167030951A KR20167030951A KR20160141835A KR 20160141835 A KR20160141835 A KR 20160141835A KR 1020167030951 A KR1020167030951 A KR 1020167030951A KR 20167030951 A KR20167030951 A KR 20167030951A KR 20160141835 A KR20160141835 A KR 20160141835A
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belt
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crossbar
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belt assembly
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KR1020167030951A
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아브라함 디. 슈나이더
에릭 엠. 데이비슨
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나텔 에너지, 인크.
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Abstract

본 발명은 개선된 벨트 부착구를 갖춘 가요성 벨트를 포함하는 벨트 조립체에 관한 것이다. 벨트 부착구는 벨트의 길이를 따라 이격된 2개의 크로스바를 포함한다. 크로스바는 6 자유도의 미리 결정된 이동을 허용하는 베어링을 보유한다. 크로스바는 베어링에 부착되는 강성 본체에 의해 연결된다. 강성 본체에 부착되는 기구는 단순 지지되지만 피칭 회전은 제한된다.

Description

벨트 부착구 및 시스템{BELT ATTACHMENT AND SYSTEM}
정부 지원 연구 또는 개발과 관련된 진술
본 발명은 미국 에너지국에 의해 허여된 특허 허여 번호 DE-EE0005412에 따라 정부 지지를 받아 착안되었다. 정부는 본 발명의 특정 권리를 갖는다.
기술 분야
본 출원은 벨트 부착구, 구체적으로는 큰 하중과 매우 높은 사이클 피로를 견디는 벨트 부착구를 위한 개선된 시스템에 관한 것이다.
통상적인 어플리케이션은 컨베이어, 버킷 굴착기, 엘리베이터, 수직 리프트, 및 한 위치에서 다른 위치로 하중을 전달하는데 사용되는 유사한 기계를 포함한다. 벨트 부착 시스템은 큰 하중이 부착체로부터 발전기를 후속적으로 구동시키는 벨트까지 전달할 필요가 있는 수력 또는 풍력 장치와 같은 동력 변환 기계에 또한 사용될 수도 있다. 그러나, 현재 이용가능한 벨트 부착 시스템은 큰 하중과 높은 사이클 피로를 견디는 능력이 부족하다.
몇몇 시스템에서는 체인이 벨트 대신 사용되고 있지만, 체인은 무거운 경향이 있고 많은 이동식 부품을 포함하며 그리고 높은 마모율과 높은 유지보수비로 인해 불리해지고 있다. 이런 문제로 인해, 체인 기반 시스템은 대체로 빈번한 유지보수를 필요로 한다. 체인 시스템은 또한 시스템이 마모됨에 따라 체인 장력을 유지하기 위해 복잡한 시스템을 필요로 한다.
벨트 시스템은 체인 시스템에 비해 상대적인 단순함, 더 낮은 유지보수 요건 및 소음 저감을 포함하는 이점을 갖는다. 벨트 부착구는 컨베이어 시스템에선 통상적인 바와 같이 부착체와 함께 단일 벨트에 사용될 수 있다. 이 경우, 하중은 크기에 비해 작은 경향이 있으며 그리고 벨트와 하중의 정격 동력은 통상적으로 벨트의 편평부를 따라 전달된다. 벨트 부착구는 또한 수직 리프트와 같이 복수의 벨트 사이에서 부착체를 지지하는데 사용될 수 있다. 이런 경우에 하중이 더 크다면, 벨트에 대한 강성 부착구는 비교적 짧은 피로 수명을 야기하는 굽힘 모멘트 유도 응력으로 인해 불리해질 수 있다.
단일 부착구를 벨트에 고정하는데 사용되는 현재의 방법은 큰 하중의 전달과 긴 피로 수명에 있어서 대체로 불만족스럽다. 몇몇의 통상적인 고정 방법은 체결(볼트 또는 리벳), 접착 및 경화를 포함한다. 부착구를 그 자체만으로 고정시키는 볼트 또는 리벳은 벨트 내의 관통구를 점진적으로 넓히는 것에 의한 짧은 벨트 피료 수명으로 인해 불리해지고 있다. 접착은 성가신 공정으로서 부착구가 벨트로부터 제거되는 것을 허용하지 않는다. 또한, 접착제는 벨트가 스프로킷의 둘레로 휘어질 때의 박리력으로 인해 운용시 비교적 빠르게 열화 및 파손된다. 벨트에 탄성중합체 부재를 경화시키는 것은 특수 공구 세공을 필요로 하며 그리고 최종 부착구는 큰 하중을 지지하지 못한다.
다른 벨트 부착 방법이 스프로킷 둘레로 진행할 때의 부착구 지지 문제를 해결하는데 이용되고 있다. 이는 편평한 접촉 영역이 스프로킷의 둘레에서 선접촉으로 변화되어 피칭 모멘트를 지지할 수 없기 때문에 많은 부착 방법에 있어서 문제가 되는 부분이다. 또한, 2개의 인접한 벨트 치형부 사이의 직선 거리가 스프로킷 둘레에서 변화되어 다중 부착 지점을 어렵게 한다. 기존 해결책은 비교적 낮은 하중을 지지하거나 또는 높은 마모율로 인해 불리해지고 있다.
다른 벨트 부착 시스템과 다른 어플리케이션은 기구를 벨트 부착구(들)에 연결하기 위한 다른 경계 조건을 요구한다. 단일 벨트 부착구는 6 자유도를 허용, 제한 또는 확정할 필요가 있다.
도 1은 제1 양태에 따른 벨트 부착구의 등측도이다.
도 2는 도 1에 도시된 벨트 부착구의 분해도이다.
도 3은 도 1에 도시된 벨트 부착구의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 도 3의 상세 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 벨트 부착구의 제2의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 벨트 부착구의 개략적인 직교 단면도이다.
도 5a는 도 5의 상세 단면도이다.
도 6은 스파이크("크램폰") 특징부를 나타내는 크로스바의 도면이다.
도 7은 제2 양태에 따른 벨트 부착구의 등측도이다.
도 8은 제3 양태에 따른 벨트 부착구의 등측도이다.
도 9는 제4 양태에 따른 병렬 벨트 시스템의 등측도이다.
도 10은 제5 양태에 따른 단일 벨트 반송 시스템의 등측도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 특징부의 상세 단면도이다.
도 12는 제6 양태에 따른 이중 벨트 반송 시스템의 등측도이다.
도 13은 제7 양태에 따른 벨트 반송 시스템의 등측도이다.
도 14는 크로스바 피치 간격에 대한 벨트 부착 설계 변수의 도표이다.
[부호의 설명]
100 벨트 부착 조립체
101 벨트
102 크로스바
103 플랫폼
104 베어링 캡
105 스프링 와셔 스택
106 체결구
107 관통 벨트 체결구
108 너트
109 나사형 구멍
116 승강 방향
117 항력 방향
118 측방향
119 피칭 회전
120 코킹 회전
121 롤링 회전
122 벨트 표면
123 인장 부재
201 제2 스프링 와셔 스택
202 핀
203 내부 실린더
204 중간 실린더
205 외부 실린더
206 와셔
207 벨트 포켓
208 구멍 관통 벨트
209 베어링 공동
210 크로스바 구멍
300 베어링 조립체
301 벨트 피치라인
302 핀 중심
303 핀 오프셋
304 제1 간극
305 제2 간극
306 제3 간극
307 제4 간극
308 경사로
310 크로스바 간격
311 핀 외부면
312 내부 실린더 내부면
313 내부 실린더 외부면
314 중간 실린더 내부면
315 중간 실린더 외부면
316 외부 실린더 내부면
317 외부 실린더 외부면
401 스파이크
402 체결구 섕크
403 체결구 나사산
404 크로스바와 벨트의 인터페이스
501 리브
700 벨트 부착 조립체
800 벨트 부착 조립체
801 탄성중합체 실린더
802 탄성중합체 베어링
900 컨베이어 시스템
901 기구
902 이격되어 있는 병렬 벨트 조립체
903 부착 지점
904 스프로킷 또는 시브
905 선형부
906 만곡부
1000 컨베이어 시스템
1001 기구
1002 벨트 조립체
1003 부착 지점
1010 벨트
1020 크로스바
1021 크로스바
1030 플랫폼
1031 플랫폼
1040 베어링 캡
1041 베어링 캡
1101 벨트 부착구
1103 기구 부착 볼트
1105 탑재 화물 질량 중심
1106 벨트 피치 라인
1107 탑재 화물 질량 중심과 벨트 피치 라인 사이의 거리
1200 컨베이어 시스템
1201 부착 지점
1202 벨트 조립체
1203 하중 지탱 기구
1204 스프로킷 또는 시브
1205 승강 모듈
1206 승강 모듈
1207 탑재 화물(팰릿 또는 다른 화물)
1220 벨트 표면
1300 컨베이어 시스템
1301 하중 지탱 플랫폼
1302 벨트 조립체
1303 부착 지점
1304 하중 각도
2020 핀
2021 핀
2030 내부 실린더
2050 외부 실린더
2091 베어링 공동
3020 핀 중심
3030 핀 오프셋
3100 크로스바 간격
벨트 부착구는 동력의 생성을 위해 기구를 구동하거나 또는 기구를 사용하여 벨트를 구동하도록 버킷, 블레이드 또는 강성 플랫폼와 같은 다양한 기구를 벨트에 연결하는데 사용된다. 특정 어플리케이션에 따라, 단일 벨트 부착구는 기구를 미리 결정된 한계 내로 제한하거나 또는 기구를 6 자유도로 고정할 수 있다. 그런 6 자유도는 본 명세서에서 정의된다.
세 가지 병진 자유도 및 세 가지 회전 자유도가 존재한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 벨트의 운동을 따라 배향된, 즉 승강 방향(116)(Z축)에 평행한 하중은 "승강 하중"이며 명목상 "승강 병진"을 유발한다. 벨트의 후방부에 수직으로 배향된, 즉 항력 방향(117)(Y축)에 평행한 하중은 "항력 하중"이며 명목상 "항력 병진"을 유발한다. 벨트의 운동 방향에 대해 횡방향으로 배향된, 즉 측방향(118)(X축)에 평행한 하중은 "측방향 하중"이며 "측방향 병진"을 유발한다. 벨트의 운동 방향에 대해 횡방향인 축을 중심으로 발생되는 모멘트, 즉 측방향(118)(X축)을 중심으로 한 모멘트는 "피칭 모멘트"로 지칭되며 "피칭 회전"(119)을 유발할 수 있다. 벨트의 후방부에 수직인 축을 중심으로 발생되는 모멘트, 즉 항력 방향(117)(Y축)을 중심으로 한 모멘트는 "코킹 모멘트(cocking moment)"로 지칭되며 명목상 "코킹 회전"(120)을 유발한다. 벨트의 운동 방향을 따르는 축을 중심으로 발생되는 모멘트, 즉 승강 방향(116)(Z축)을 중심으로 한 모멘트는 "롤링 모멘트"로 지칭되며 명목상 "롤링 회전"(121)을 유발한다. 이들 방향은 벨트가 직선부에 있는지 만곡부에 있는지와는 상관없이 벨트와 상관되어 벨트에 대해 유지된다는 것을 또한 알아야 한다.
그런 6 자유도는 바람직한 벨트 부착구의 설계에서 고려되어야 한다. 예컨대, 스패닝 기구를 갖춘 한 쌍의 병렬 벨트는 승강 방향과 항력 방향으로의 큰 하중뿐만 아니라 큰 피칭 모멘트가 인가될 수 있다. 이 경우, 각각의 벨트 부착구에 대한 승강 병진과 항력 병진을 제한하면서 미리 결정된 코킹 회전, 롤링 회전 및 측방향 병진을 허용함으로써 기구가 주 굽힘 방향 양쪽으로 단순 지지되는 것이 바람직하다. 동시에, 피칭 회전을 제한함으로써 피칭 모멘트를 저지하는 것이 중요하다. 마지막으로, 큰 하중을 전달할 때, 크로스샤프트에 의해 연결된 한 쌍의 스프로킷은 스프로킷 간의 각도 오정렬을 야기할 수 있는 와인드업(windup)을 겪게 된다. 이런 작용과 제조 공차로 인해, 벨트 부착구는 작은 항력 병진을 수용할 필요가 있다. 다른 어플리케이션은 벨트 부착구에 다른 제한을 가할 수 있다.
벨트 부착구는 큰 하중과 모멘트, 수백만 번의 사이클에 걸친 매우 큰 주기적 하중, 해양 산업과 중공업을 포함하는 불리한 환경, 엄격한 공간 제한, 또는 상술된 것들의 임의의 조합을 포함할 수 있는 까다로운 어플리케이션에서 통상 운용된다. 또한, 벨트 부착구는 거의 유지보수되지 않거나 전혀 유지보수되지 않고 연속적으로 운용되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 일 양태에서, 벨트 부착구(100)는 복수의 자유도를 수용하며 그리고 다양한 까다로운 어플리케이션에서 운용될 수 있다. 벨트 부착구(100)는 기구의 피칭 모멘트를 저지하는 것이 바람직한 어플리케이션을 위해 설계된다. 이 양태에서 피칭 모멘트(113)는 승강 방향(116)으로의 2개의 벨트 부착 지점에 의해 저지된다. 이들 2개의 부착 지점은 사전 천공된 벨트 관통구(208)와, 체결구(107), 와셔(206) 및 너트(108)로 구성된 체결 하드웨어를 사용하여 2개의 크로스바(102)를 벨트(101)에 부착함으로써 달성된다. 벨트 절결부(207)가 크로스바(102)의 만입된 베어링 공동(209)을 수용하도록 제공될 수 있다. 크로스바(102)는 바람직하게는 와셔(206)와 체결구(107)의 헤드가 치형부 프로파일에 완전히 내포되도록 벨트 치형부의 중앙부에 위치설정된다. 이는 벨트(101)가 스프로킷에 대해 조정되지 않고도 스프로킷 위에서 운동할 수 있게 한다. 다른 양태에서, 크로스바(102)는 벨트의 승강 방향(116)을 따라 다른 위치에 위치설정될 수 있다. 그런 양태에서, 스프로킷은 체결 하드웨어가 통과하기 위한 그루브가 필요할 수도 있다.
체결구(107)는 섕크부(402) 및 나사산부(403)를 가질 수 있다. 크로스바 구멍(210)은 바람직하게는 체결구(107)의 섕크부(402)와 위치적인 헐거운 끼워맞춤되도록 제조될 수 있다. 큰 주기적 하중이 예상되는 곳에서, 위치적인 헐거운 끼워맞춤은 체결구(107)의 나사산부(403)에서의 응력을 상당히 감소시킨다. 벨트의 순응성으로 인해, 와셔(206)는 체결구 하중을 더 큰 영역에 걸쳐 분배하고 체결구의 인출을 방지하는데 사용될 수 있다. 많은 다른 유형과 구성의 체결구도 크로스바(102)를 벨트(101)에 부착시킬 수 있다. 다른 유형의 체결구의 예는 다른 헤드 형상을 갖는 표준 볼트와 나사, 리벳, 스터드 및 숄더 볼트를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 구성의 벨트 부착구(100)의 예는 나사산이 형성된 크로스바(102)를 사용하는 것, 다양한 유형의 잠금 너트, 잼 너트 또는 잠금 와셔를 이용하여 체결구를 고정하는 것, 다양한 종류의 와셔 또는 스프링 와셔를 제외 또는 사용하는 것, 또는 상술된 것들의 임의의 조합을 포함한다.
부착구가 부착되는 벨트는 강화 재료가 있거나 또는 없는 "타이밍" 또는 능동형 구동 벨트, 편평 벨트 또는 "V"자 벨트를 포함할 수 있다. 벨트는 임의의 통상적인 벨트 재료로 제조될 수도 있으며, 그리고 폴리우레탄, 고무 또는 네오프렌과 같은 하지만 이에 제한되지 않는 가요성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 벨트는 강철 또는 스테인레스강의 와이어나 케이블과 같은 하지만 이에 제한되지 않는 강화 재료, 또는 케블라, 탄소섬유 또는 유리섬유와 같은 하지만 이에 제한되지 않는 섬유와 또한 조합될 수도 있다.
크로스바(102)와 벨트(101) 사이의 접촉은 벨트(101)에 결합될 수 있는 사실상 피라미드 형상인 스파이크(401)에 의해 강화될 수 있다. 강철, 케블라, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 인장 부재(123)로 강화되는 벨트의 경우, 스파이크(401)는 인장 부재를 절단하는 일 없이 인장 부재(123)에 결합되도록 설계하는 것이 바람직하다. 스파이크(401)는 와셔(206)에 의해 덮인 벨트 영역 내에 있도록 벨트 관통구(208)의 둘레에 패너팅되어, 벨트(101)와 인장 부재(123)가 와셔(206)와 크로스바(102) 사이에 개재됨으로써 스파이크(401)의 완전한 결합을 보장할 수 있다.
소정의 벨트 속도를 위한 최대 정격 벨트 동력 및/또는 수천만 번 정도의 사이클에 대한 매우 높은 사이클 피로 내구력에 대응하는 것과 같은 큰 하중을 받는 어플리케이션에서, 스파이크(401)는 슬립 또는 파열이 관측되지 않았다. 일 양태에서, 스파이크(401)는 파손 없이 1억 번의 하중 사이클을 위한 250㎾ 정격의 벨트에서 9000N의 벨트 부착 하중을 견딘다. 스파이크(401)는 또한 크로스바(102) 아래의 다른 위치에 배치될 수 있다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 부싱 롤러 베어링(300)은 핀(202), 내부 실린더(203), 중간 실린더(204) 및 외부 실린더(205)를 포함하는데, 실린더(203, 204, 205)는 핀(202)의 폭의 중간부에 동심으로 그리고 폭의 중간부를 따라 배치된다. 예컨대, 핀(202)은 내부 실린더(203)의 내부 영역에 내포되고, 핀(202)과 내부 실린더(203)는 중간 실린더(204)의 내부 영역에 내포되며, 그리고 핀(202), 내부 실린더(203) 및 중간 실린더(204)는 외부 실린더(205)의 내부 공간에 내포된다. 베어링 하위조립체는 2개의 플랫폼(103) 사이에 배치된 두 세트의 부싱 롤러 베어링(300)을 포함한다. 부싱 롤러 베어링(300)에 단 하나의 실린더, 2개의 실린더, 4개의 실리더, 5개의 실린더, 6개의 실린더 또는 6개보다 많은 실리더를 사용하는 것도 가능하다. 핀은 양단부에서 2개의 플랫폼에 압입 끼워맞춤되거나, 또는 브레이징, 용접, 스웨이징, 헤딩(heading), 체결구에 의해서뿐만 아니라 통상의 기술자에게 공지된 다른 방법에 의해서도 연결될 수 있다. 일 양태에서, 한 쌍의 개재식 스프링 와셔 스택(105)과 제2의 한 쌍의 개재식 스프링 와셔 스택(201)이 사용될 수 있다.
베어링 조립체는 2개의 크로스바(102)에 걸쳐 있으며 그리고 베어링의 외부 실린더(205)가 크로스바(102)의 베어링 공동(209)과 베어링 캡(104)의 정합 베어링 공동 사이에 개재되도록 크로스바에 부착된다. 스프링 와셔 스택(105, 201)은 베어링 공동(209)의 외부에 그리고 크로스바(102)의 리브(501)와 베어링 캡(104)의 대응 리브에 인접하게 배치될 수 있다. 베어링 캡(104)은 크로스바(102)의 나사형 구멍에 결합되는 체결구(106)에 의해 크로스바(102)에 접촉된 상태로 유지된다. 베어링 캡(104)과 크로스바(102)는 또한 베어링 공동(209)의 정렬을 돕는 정합 경사로(308)를 가질 수 있다. 경사로(308)는 승강 방향(116)으로의 베어링 캡(104)과 크로스바(102) 간의 상대 이동을 방지하고 그리고 크로스바(102)가 더 큰 응력을 지탱할 수 있게 한다. 리벳, 볼트와 너트, 브레이징, 용접, 클립, 및 통상의 기술자에게 공지된 다른 방법과 같은 베어링 캡(104)을 크로스바(102)에 부착하는 다른 방법도 허용가능하다.
부싱 롤러 베어링(300)에 대한 추가적인 상세사항이 도 3a에 도시되어 있다. 3개의 동심 실린더(203, 204, 205)가 3개의 작은 간극에 의해 핀(202)으로부터 그리고 서로로부터 분리되어 있다. 간극(304)이 핀(202)과 내부 실린더(203) 사이에 위치설정된다. 간극(305)이 중간 실린더(204)와 내부 실린더(203) 사이에 위치설정된다. 간극(306)이 중간 실린더(204)와 외부 실린더(205) 사이에 위치설정된다. 이들 간극은 미끄럼 끼워맞춤을 보장하며 그리고 실린더(203, 204, 205)가 핀(202), 베어링 공동(209) 및 서로에 대해 병진 및 회전하는 것을 가능케 한다. 본 발명의 일 양태에서, 간극의 크기는 대략 0㎜ 내지 대략 0.5㎜의 범위이다. 다른 양태에서, 간극의 크기는 대략 0.02㎜ 내지 대략 0.3㎜의 범위이다. 또 다른 양태에서, 간극의 크기는 대략 0.05㎜ 내지 대략 0.2㎜의 범위이다. 간극(304, 305, 306)은 또한 미리 결정된 각도의 코킹 회전(120)과 롤링 회전(121)을 허용하도록 한정될 수 있다. 예컨대, 상당한 코킹 회전(120) 또는 롤링 회전(121)이 예상되는 경우, 예컨대 베어링 공동(209)의 크기와 실린더(203, 204, 205)의 직경을 증가시킴으로써 간극(304, 305, 306)이 커질 수도 있다. 간극(304, 305, 306)이 커짐으로써 벨트 부착구(100)가 코킹 모멘트(114) 또는 롤링 모멘트(115)를 벨트(101)로 전달하지 않고 회전을 흡수할 수 있다. 이 예에서, 간극(304, 305, 306)은 또한 미리 결정된 회전각을 허용하고 그리고 추가적인 벨트 부착구의 코킹 회전(120) 또는 롤링 회전(121)을 방지하도록 설정될 수도 있다. 베어링 공동(209)은 크로스바(102)와 베어링 캡(104)에 의해 형성되며 그리고 크로스바(102) 또는 베어링 캡(104)과 외부 실린더(205) 사이에 있는 영역이다. 간극(307)은 외부 실린더(205)와 크로스바(102) 또는 베어링 캡(104) 사이에서 베어링 공동(209) 내에 위치설정될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 일 양태에서 크로스바(102)와 베어링 캡(104)에 의해 형성된 베어링 공동(209)은 완전한 원형이 아니며 상이한 반경의 2개의 접선방향 원호부에 의해 형성된다. 이런 점이 원형 공동 내에 수용되는 부싱 롤러 베어링과는 대조되는 부분이다. 따라서 이 양태에서, 간극(307)은 베어링(300)의 원주 둘레에서 균일한 두께가 아니다. 따라서, 베어링 공동(209)의 형상은 승강 방향(116)과 항력 방향(117)으로의 핀(202)의 상이한 병진량을 허용하도록 그리고/또는 코킹 회전(120)과 롤링 회전(121)을 독립적으로 제한하도록 설계될 수 있다. 본 발명의 일 양태에선, 2개의 크로스바(102) 사이의 직선 거리가 변화되는 스프로킷 둘레로의 운동을 수용하기 위해 추가적인 간극 두께가 승강 방향(116)으로 요구된다. 그런 양태에선, 피치 회전(119)을 최소화하기 위해 항력 방향(117)으로의 병진을 최소로 유지하는 것이 바람직하다. 그러나, 롤링 회전(121), 자유 이동 실린더, 공차, 및 와인드업 또는 공차로 인한 임의의 스프로킷 오정렬을 허용하기 위해선 항력 방향(117)으로의 약간의 병진이 필요하다. 본 발명의 다른 양태에선, 항력 방향(117)으로의 간극의 크기를 증가시킴으로써 미리 결정된 양의 피칭 회전(119)을 허용하는 것이 바람직할 수도 있다.
도 3에 도시된 크로스바 간격(310)은 여러 인자에 따라 결정된다. 일 양태에서, 크로스바 간격(310)은 벨트의 피치의 2배인데, 한 피치는 인접한 벨트 치형부 사이의 거리로 정의된다. 소정의 피칭 모멘트에 대해서, 크로스바(102)를 서로 더 가까이 배치하는 것은 항력 하중을 증가시켜 베어링의 전체 반경방향 하중을 증가시키고 그리고 부착된 기구의 피칭 회전(119)을 증가시킨다. 그러나, 크로스바(102)를 서로 더 가까이 배치하는 것은 또한 각각의 베어링이 벨트의 매 회전마다 수용해야 하는 측방향 병진을 저감한다. 베어링 마모는 베어링 하중과 활주 거리의 함수라서 크로스바 간격을 변경한다. 크로스바 간격(310)은 이들 변수 중의 임의의 변수에 대해 또는 임의의 다른 중요 변수에 대해 최적화될 수 있다. 설계 변수가 크로스바 피치 간격에 따라 어떻게 변화되는지를 예시하는 도표가 도 14에 도시되어 있다. 도 14는 승강 하중, 항력 하중, 피칭 모멘트, 및 대응하는 회전과 병진이 모두 존재하는 본 발명의 특정한 일 양태에 적용된다. 기재된 변수들은 "핀 측방향 병진", "베어링 마모", "피치 회전" 및 "반경방향 하중"이다. "핀 측방향 병진"은 코킹 회전(120)과 측방향 병진의 결과인 측방향(118)으로의 핀(202)의 이동을 의미한다. "베어링 마모"는 부싱 롤러 베어링 구성에서의 베어링(300)의 부품들[핀(202), 동심 실린더(203, 204, 205) 및 베어링 공동(209)]의 총 마모율을 의미한다. "피치 회전"은 플랫폼(103) 또는 부착된 기구(901)의 피칭 회전(119)을 의미한다. "반경방향 하중"은 승강 하중, 항력 하중 및 모멘트로 인한 베어링 반경방향 총 하중이다. 도표 내의 설계 변수는 단일 도표와 용이하게 비교될 수 있도록 정규화되는데, 즉 각각은 최대 단위 값을 갖는다. 본 발명의 이 양태에서, 최대 "핀 측방향 병진"은 2.5㎜이고, 최대 "베어링 마모"는 0.08㎣/hr이고, 최대 "피치 회전"은 1.2도이며, 그리고 최대 "반경방향 하중"은 6300N이다.
도 14는 크로스바 간격이 어떻게 소정의 어플리케이션에 대해 선택되는지를 예시하고 있다. 예컨대, 피칭 모멘트가 큰 어플리케이션에선, 크로스바 간격은 베어링 마모와 핀 측방향 병진의 증가로 인해 베어링 반경방향 하중과 피칭 각도가 감소되도록 증가될 수 있다. 그런 어플리케이션에서, 크로스바 간격은 일 양태에선 벨트 피치의 12배인 시브(904)의 직경에 대응하는 값으로 증가될 수도 있다. 그러나, 핀 측방향 병진이 스프링 와셔 스택(105 또는 201)의 기하학적 제한 또는 편향에 의해 한정되는 경우, 더 작은 크로스바 간격이 선택될 수도 있다. 베어링 수명이 최우선 사항인 어플리케이션에서, 크로스바 간격은 베어링 마모를 최소화하도록 선택될 수도 있다. 도 14에 도시된 하중 계획안에서, 베어링 마모를 최소화하기 위한 최적의 범위는 벨트 피치의 대략 2배 내지 대략 3배이다. 본 발명의 일 양태에서, 벨트는 32㎜의 피치 및 64㎜(2피치)의 크로스바 간격(310)을 가질 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 더 작은 벨트는 14㎜의 피치 및 42㎜(3피치)의 크로스바 간격을 가질 수 있다. 치형부가 없는 벨트의 경우에도, 크로스바 간격(310)은 마찬가지로 임의의 중요 변수에 대해 최적화될 수 있다.
운용
도 1 내지 도 6에 도시된 벨트 부착구(100)는 기구(901)가 도 9에 도시된 바와 같이 부착 지점(903)에서 2개의 벨트 부착구(100) 사이에 지지된 상태에서 일 세트의 병렬 벨트(902)와 함께 사용될 수 있다. 버킷 또는 블레이드와 같은 다양한 기구가 플랫폼(103) 내의 나사형 구멍(109)을 사용하여 벨트 부착구에 부착될 수 있다. 너트를 갖춘 관통 볼트, 브레이징, 용접, 플랫폼과 기구를 일체형 단일품으로 제조하는 것, 또는 통상의 기술자에게 공지된 다른 방법과 같은 기구(901)를 플랫폼(103)에 부착하는 다른 방법도 가능하다. 어플리케이션에 따라, 기구(901)가 벨트(902)에 의해 구동될 수 있거나, 또는 기구(901)는 동력을 발생시키도록 벨트(902)를 구동할 수 있다. 어떤 경우든지, 하중과 모멘트는 벨트 부착구(100)를 통해 벨트(902)로 전달하는 기구(901)에 인가된다.
전형적인 사이클 동안, 벨트 부착구(100)는 선형부(905)를 따라 운동한 후에, 스프로킷(904) 위에서 운동함에 따라 만곡부(906)를 따라 운동한다. 스프로킷(904) 둘레로의 회전 이동은 크로스바(102) 사이의 직선 거리가 스프로킷(904) 위에서 변화되기 때문에 각각의 베어링(300)이 미리 결정된 피칭 회전뿐만 아니라 승강 병진을 허용할 필요가 있다. 베어링 표면들이 함께 이동됨으로써 핀(202), 내부 실린더(203), 중간 실린더(204), 외부 실린더(205) 및 베어링 공동(209)을 포함하는 베어링 요소들 간의 활주 접촉이 야기된다. 이런 활주 접촉은 마모를 유발한다. 베어링의 하우징에 고정되는 표준 베어링의 경우, 마모는 매 사이클마다 동일한 위치에서 유발되어 급속한 국부적인 마모를 초래한다. 그러나, 베어링(300)의 경우, 베어링 실린더(203, 204, 205)는 매 사이클마다 회전만 함으로써 모든 실린더 베어링 표면, 즉 핀 외부면(311), 내부 실린더 내부면(312), 내부 실린더 외부면(313), 중간 실린더 내부면(314), 중간 실린더 외부면(315), 외부 실린더 내부면(316), 외부 실린더 외부면(317) 및 베어링 공동(209)을 균등하게 마모시킨다. 다시 말하면, 실린더는 더 넓은 접촉 영역을 마모시켜 유지보수 간격이 더 길어진다. 마모는 힘과 활주 거리의 함수이기는 하지만, 정합 재료들 간의 응착력의 함수이기도 하다. 응착 마모(adhesive wear)는 정합체의 접찰면의 대향하는 돌기 간의 활주 유도 파열 및 미소용접에 의해 유발된다. 유사한 재료는 상이한 재료보다 더 큰 수준의 인력과 응착력을 받는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에선, 상이한 재료가 응착 마모를 저감하도록 인접한 부품과 실린더용으로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 인접한 부품은 강철과 청동으로 제조될 수 있다. 예컨대, 핀(202)은 강철일 수 있고, 내부 실린더(203)는 청동일 수 있고, 중간 실린더(204)는 강철일 수 있고, 외부 실린더는 청동일 수 있으며, 그리고 베어링 공동(209)는 강철일 수 있다. 다른 양태에서, 핀(202), 내부 실린더(203), 중간 실린더(204), 외부 실린더 및 베어링 공동(209)이 모두 강철로 제조되는 경우, 응착 마모는 특정 재료에 따라 그리고 윤활제가 인접한 표면들 사이에 사용되었는지 여부에 따라 상이한 재료가 인접한 부품용으로 사용된 경우보다 대략 100배 정도 더 클 수도 있다. 강철; 스테인레스강; 구리 합금; 폴리머; 첨착 금속, 보강 플라스틱, 트리메탈 및 코팅된 재료를 포함하는 합성물을 포함하는 통상의 기술자에게 공지된 임의의 베어링 재료도 임의의 실린더용으로 사용될 수 있다. 그리스, 오일, 물 또는 그라파이트 등 같은 윤활제도 접착 마모를 감소시키기 위해 베어링 사이에 팩킹될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 운용 중에 승강, 항력 및 모멘트 하중은 선형 운동 중에는 기구(901)에 인가되고, 그런 다음 스프로킷(904) 위에서 변화되는 것이 일반적이다. 승강 하중은 베어링 공동(209)에 대한 핀(202)의 승강 병진을 유발한다. 이로 인해 베어링 실린더(203, 204, 205)가 베어링 공동(209)의 더 작은 직경부에 대해 가압되어 베어링 실린더(203, 204, 205)는 일 세트의 리프 스프링처럼 휘어지게 된다. 베어링 실린더(203, 204, 205)는 승강 하중을 받는 동안 스프링처럼 작동하기 때문에, 최종 충격력이 저감된다. 벨트 부착구의 일 양태에서, 핀(202)은 도 3에 도시된 바와 같이 벨트(101)가 선형 위치에 있는 상태에선 명목상 베어링 공동(209)의 중앙에 위치될 수 있다. 이로 인해 승강 하중은 선형부(905)에 있는 동안 각각의 베어링(300)에 의해 균등하게 수용될 수 있다. 더 낮은 승강 하중에 대해서는, 핀(202)이 베어링 공동(209)에 대해 대향하는 승강 방향으로 오프셋되어 선형 운동부에 있는 동안 승강 병진을 감소시킬 수 있다. 도 3에선, 그런 오프셋 구성에 따르면 우측 핀(202)은 베어링 공동(209) 내에서 우측으로 오프셋되고 좌측 핀(202)은 베어링 공동(209) 내에서 좌측으로 오프셋된다.
기구(901)에 대한 승강 하중은 또한 기구가 완전한 강체가 아니라면 기구(901)의 굽힘을 유발할 수 있다. 기구(901)의 굽힘은 벨트 부착구(100)의 코킹 회전(120)으로 나타난다. 베어링(300)에서, 그런 벨트 부착구의 코킹 회전은 측방향 병진과 코킹 회전(120)으로 간주된다. 측방향 병진량은 기구(901)의 중심이 승강 방향(116)으로 플랫폼(103)에 대해 어디에 위치되어 있는지에 따라 하나의 핀(202)과 다른 핀(202) 간에 서로 상이하다. 스프링 와셔 스택(105, 201)은 측방향 병진을 흡수하는 동시에 중심조정 복원력을 제공하는데 사용될 수 있다. 각 핀마다 예상되는 측방향 병진량에 따라, 스프링 와셔 스택(105 또는 201)은 큰 중심조정력과 작은 변위를 또는 작은 중심조정력과 큰 변위를 제공하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 플라스틱 와셔(201)에 대응하는 핀(202)이 강철 와셔(105)에 대응하는 핀(202)보다 훨씬 더 큰 측방향 병진을 겪게 되는 경우 스프링 와셔 스택(105)은 강철로 제조되고 그리고 스프링 와셔 스택(201)은 플라스틱으로 제조될 수 있다. 스프링 와셔 스택(105, 201)은 또한 베어링(300)을 주변 환경으로부터 밀봉 및 격리하는 기능을 할 수 있다. 본 발명의 다른 양태에선, 밀봉 또는 중심조정 기능을 위해 스프링 와셔 스택(105, 201)이 필요하지 않은 경우 스프링 와셔 스택은 제외될 수 있다. 다른 유형의 스프링 와셔, 표준 압축 스프링, 다양한 유형의 캔틸레버 스프링, 탄성중합체 요소, 또는 통상의 기술자에에 공지된 다른 수단과 같은 많은 다른 유형의 스프링이 중심조정력을 제공하는데 사용될 수도 있다. 추가적으로, 본딩된 탄성중합체, 벨로우즈(bellows), 부트(boot), 또는 다른 수단도 베어링(300)을 주변 환경으로부터 밀봉 및 격리하는데 사용될 수 있다.
승강 하중은 또한 벨트(101)에 대한 크로스바(102)의 피칭 모멘트(113)를 유발할 수 있다. 승강 하중(110)은 베어링 공동(209)에 접촉되는 경우 핀 중심(302)에서 반작용한다. 도 3에는, 벨트(301)의 피치라인에 대한 핀 중심(302)의 오프셋(303)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 핀 중심(302)은 벨트 표면(122)과 일치한다. 따라서, 승강 하중은 명목상 벨트(101)에 대한 크로스바(102)의 피칭 모멘트를 유발하지 않는다. 이로 인해 벨트(101)에 대한 크로스바(102)의 무시해도 될 정도의 피칭 회전이 유발됨으로써, 크로스바와 벨트의 인터페이스(404)에서 더 작은 하중을 유발하고 벨트 표면(122)의 마모가 저감된다. 핀(202)과 베어링(300)을 벨트 표면(122)과 일치시키기 위해선 벨트 절결부(207)가 또한 필요하다. 승강 하중이 보다 적은 어플리케이션을 위한 본 발명의 다른 양태에선, 벨트 절결부(207)가 더 이상 필요 없도록 핀 오프셋(303)이 증가될 수 있다. 이런 구성의 예가 도 7에 도시되어 있다.
핀 중심(302)과 정렬되지 않은 기구(901)에 대한 승강 하중은 벨트 부착구(100)에 대한 피칭 모멘트로 나타나며 그리고 대향하는 항력 하중으로서 베어링(300)에 의해 수용될 수 있다. 기구(901)에 대한 피칭 모멘트도 동일한 결과를 초래할 수 있다. 그런 두 가지 하중은 벨트 부착구(100)의 피칭 회전(119)을 유발한다. 피칭 회전(119)의 회전량은 항력 방향(117)으로의 베어링 공동(209)의 크기를 감소시킴으로써 또는 크로스바(102) 사이의 간격(310)을 증가시킴으로써 제한될 수 있다.
기구에 대한 항력 하중은 벨트 부착구(100)의 롤링 회전(121) 및 측방향 병진을 유발할 수 있다. 측방향 병진은 베어링 공동(209)에 대한 핀(202)의 측방향 병진을 유발한다. 이런 병진은 제한받지 않거나 또는 스프링 와셔 스택(105, 201)에 의해 흡수될 수 있다. 베어링 공동(209)에 대한 핀(202)의 롤링 회전은 간극(304, 305, 306, 307)이 실린더(203, 204, 205)의 양측에서 0으로 감소될 때까지 제한받지 않을 수 있다.
도 9에 도시된 컨베이어 시스템에서, 기구(901)는 병렬 벨트(902)에 수직이다. 기구(901)가 병렬 벨트(902)에 대해 완전히 수직이 아닌 경우, 하나의 벨트 부착구(100)가 병렬 스프로킷(904) 사이의 와인드업 또는 조립체 공차로 인해 평행한 벨트 부착구(100)보다 약간 빨리 만곡부(906)에 진입하게 된다. 베어링(300)의 경우, 그런 진입으로 인해 베어링 공동(209)에 대한 핀(202)의 항력 병진이 유발될 수 있다. 기구(901)가 비틀림 방향으로 순응하지 않는다면, 큰 베어링력이 유발되어 마모를 증대시켜 결국에는 파손된다. 추가적으로, 간극(304, 305, 306, 307)은 와인드업 또는 공차로 인한 임의의 예상되는 비틀림을 수용할 만큼 커질 수 있다. 일례에서, 1.6도의 와인드업은 0.45㎜의 항력 병진을 유발한다. 간극(304, 305, 306, 307)의 추가로 인한 총 간극 거리가 0.45㎜ 이상인 경우, 와인드업으로 인한 베어링력은 제거된다. 도 3에 도시된 양태에서, 항력 방향으로의 간극(307)이 없는 경우 3개의 간극(304, 305, 306) 각각은 명목상 0.1㎜이다. 이런 양태에서 와인드업에 의해 유발된 항력 병진이 0.45㎜라면, 더 필요한 0.15㎜는 기구(901)의 비틀림 순응에 의해 달성된다.
도 1 내지 도 6에 개시 및 도시된 바와 같은 벨트 부착구의 특징부는 코킹 회전, 롤링 회전 또는 측방향 병진을 사실상 제한하지 않는다. 이로 인해 2개의 벨트 부착 지점(903)에 부착된 기구(901)의 단순 지지 구속체가 형성된다. 단순 지지체는 회전을 허용함으로써 모멘트를 전달하지 않는 주지된 빔 구속체이다. 그런 단순 구속체는 측방향(118)으로는 벨트(902)의 폭의 중간부와 그리고 항력 방향(117)으로는 벨트 표면(122)과 일치한다. 따라서, 구속체는 벨트(902)의 폭을 따라 힘을 균등하게 분배하며 그리고 벨트(902)에 대한 모멘트 전달을 최소화한다. 따라서, 벨트(902)와 벨트 부착구(100)의 피로 수명이 종래 기술 설계에 비해 상당히 증가될 수 있다. 소정의 벨트 속도에 대한 최대 정격 벨트 동력에 대응하는 하중에서, 벨트와 전체 벨트 부착구의 피로 수명은 파손 없이 수천만 번의 사이클에 이른다고 알려져 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 도 7에 도시된 벨트 부착구(700)는 피칭 모멘트(113)뿐만 아니라 코킹 모멘트(114)와 롤링 모멘트(115)도 저지하도록 설계된다. 벨트 부착구(700)는 베어링 내부 및 외부 실린더(2030, 2050)를 핀(2020)의 단부에 배치함으로써 그런 추가적인 제한을 달성한다. 베어링 캡(1040)은 분할되어 있으며 핀(2020)의 단부에 배치된다. 플랫폼(1030)은 단일품이며 벨트 부착구(700)의 중앙부에 위치된다. 특정 어플리케이션에서, 벨트 부착구(700)는 예컨대 도 13에 도시된 바와 같은 캔틸레버 하중과 같은 하중을 특정 배향으로 지지할 수 있다. 벨트 부착구(700)는 예컨대 도 10 및 도 12에 도시된 바와 같은 중앙 지지식 구성을 위해 추가적인 코킹 안정성을 또한 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 몇몇 다른 특징부를 또한 포함한다. 예컨대, 도 7의 벨트(1010)는 절결부를 포함하지 않으므로, 부착 시스템(700)의 모든 요소는 벨트(1010)의 후방부 위에 위치된다. 이런 설계는 벨트(1010) 내의 인장 보강부를 보호하며 제조 단계가 줄어든다. 그러나, 벨트 부착구(700)는 크로스바(1020)와 벨트 표면(1220) 간의 최종 모멘트가 허용될 수 있는 저하중의 경우에 바람직하다. 그런 모멘트는 도 3에 도시된 핀 오프셋(303)보다 큰 도 7의 핀 오프셋(3030)에 의해 유발된다. 핀 오프셋(303)은 핀 중심(302)이 벨트 표면(122)과 일치하기 때문에 0의 모멘트를 유발한다. 이런 핀 오프셋보다 큰, 즉 핀 중심(3020)이 벨트 표면(1220)으로부터 오프셋되어 있는 경우인 임의의 핀 오프셋(3030)은 0이 아닌 모멘트 및 크로스바(1020)와 벨트 표면(1220) 간의 상대 피칭 회전을 유발한다. 도 7에 도시된 구조는 상술된 상대 피칭 회전에 의해 유발되는 바람직하지 않은 벨트 마모를 방지할 만큼 피로 사이클이 충분히 작거나 또는 승강 하중(110)이 충분히 작은 경우에 가능하다. 추가적으로, 도 7에 도시된 부착구(700)는 크로스바(1020) 사이의 더 작은 간격(3100)을 이용한다. 이 양태에서, 크로스바 간격은 하나의 벨트 피치이거나 32㎜이다. 이런 좁은 간격은 시스템이 스프로킷 또는 시브 위에서 관절 운동할 때 베어링 부품이 수행하는 동작을 감소시키지만, 기구의 더 큰 피칭 회전을 허용한다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 벨트 부착구(800)를 도시한다. 이 특징부는 도 1 내지 도 6의 벨트 부착구(100)와 아주 유사하지만, 주된 차이점은 상이한 유형의 베어링을 사용한다는 것이다. 부싱 롤러 베어링(300)을 이용하는 것이 아니라, 도 8에 도시된 베어링(802)은 탄성중합체 베어링(802)이다. 베어링(802)은 본딩된 탄성중합체(801)에 의해 함께 결합된 강성 내부(2021)와 외부 공동(2091)을 갖는다. 외부 공동(2091)은 크로스바(1021)와 베어링 캡(1041) 내의 사실상 원통형인 대응하는 공동을 포함한다. 일 양태에서, 본딩된 탄성중합체(801)는 탄성중합체 재료와 강성 재료의 교번식 층을 포함하는 동심 적층체를 포함한다. 다른 양태에선, 적층체의 개수, 각 적층체의 재료 조성 및 적층체의 상대 비율이 변경될 수 있다. 추가적으로, 적층체는 이런 벨트 부착구의 목적을 벗어나지 않고 목표 용도에 가장 적합한 연속적인 또는 단속적인 부분으로 구성될 수 있다. 탄성중합체 베어링은 강성 동심 부재의 밀봉, 안정성의 제공 및/또는 하중 지탱 능력을 포함하는 여러 기능을 수행하는 탄성중합체 부재에 의해 다양한 방식으로 설계될 수도 있다. 탄성중합체 베어링 설계는 또한 승강, 항력 및 병진 방향으로 다른 스프링 상수를 허용하도록 최적화될 수 있다. 완전히 원통형인 또는 부분적으로 원호형인 부분으로 구성된 강성 동심 부재가 다양한 방향으로의 강도를 각각 증가 또는 감소시키도록 추가되거나 배제될 수 있다.
컨베이어 시스템의 설명
일 양태의 컨베이어 시스템(900)이 도 9에 도시되어 있다. 이 양태에서, 복수의 기구(901)는 부착 지점(903)에서 병렬식으로 배열된 한 쌍의 벨트 조립체(902)에 부착된다. 벨트와 부착 지점(903)은 서로 이격되어 있다. 벨트는 스프로킷(904) 위에서 운용된다. 2개의 벨트(902)에 걸쳐 있는 기구(901)는 최종 시스템의 예상 용도에 따라 광범위한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 기구(901)는 쓰레기막이 격자 세정 장치용으론 레이크이고, 반송 장치용으론 플랫폼 또는 특수 부품이고, 벌크 재료 이동 기계용으론 바이며, 그리고 터빈 또는 팬과 같은 운동 에너지 변환 장치용으론 공기역학 또는 유체역학 프로파일일 수도 있다. 이들 양태 모두에서 그리고 당해 기술분야의 실시예에서 명백한 다른 양태에서, 기구에 대한 하중(승강 하중, 항력 하중 및 모멘트)은 본 발명의 벨트 부착구[예컨대, 벨트 부착구(100)]를 통해 벨트(902)로 전달되며, 그리고 응력 하의 기계적 변형으로 인한 최종 변형은 벨트 부착구[예컨대, 벨트 부착구(100)]가 견디게 된다. 이런 양태의 기계는 도시된 스프로킷(904)의 세트가 양쪽에 필요하지 않다. 예컨대, 2개의 스프로킷과 하나의 상부 액슬을 사용하여 유사한 기계를 조립하는 것이 바람직할 수도 있다. 이런 유형의 장치는 예컨대 기계에 내장된 부품의 개수를 감소시키는 것이 바람직한 취수용 쓰레기막이 격자로 사용될 수 있다.
추가적인 양태의 컨베이어 시스템(1000)이 도 10에 예시된 기계로 도시되어 있다. 이 양태에서, 복수의 기구(1001)는 부착 지점(1003)에서 단일 벨트 조립체(1002)에 부착된다. 기구(1001)는 도 9에서 기술된 바와 마찬가지로 광범위한 형태를 취할 수 있다. 이 양태에서, 기구 또는 대안적인 기구는 Y축을 중심으로 한 회전(120)으로서 도 10에 도시된 벨트 운동의 벡터에 대해 특정 각도로 유지되는 것이 바람직할 수도 있다. 도 10에 도시된 기구(1001)는 벨트 운동의 벡터에 대해 수직으로 배향된다. 다른 어플리케이션에서, 그런 각도는 목표 용도에 따라 어떤 임의의 값일 수도 있다. 예컨대, 재료 또는 유체를 X축을 따라 기계의 일측에서 타측으로 이동시키도록 설계된 벌크 이송 장치에서, 기구는 부착 Y축을 중심으로 한 회전에 의해 벨트 운동의 벡터에 대해 예각으로, 예컨대 45도로 부착될 수 있다. 코킹 회전을 제한하는 것을 돕기 위해, 도 7에 도시된 벨트 부착 시스템(700)이 사용될 수 있다. 벨트 부착 시스템(700)의 이점은 운동 중인 기구(1001)의 안정화를 달성하는데 필요한 부품의 수량의 저감으로 인한 시스템의 단순화이다. 예컨대, 통상적인 반송 기계는 재순환 컨베이어 플랫폼에서의 하중을 안정시키기 위해 롤러, 베어링, 안내 레일 및 지지 프레임으로 이루어진 복합 시스템과 같은 많은 추가적인 부품을 필요로 한다. 그런 복합 시스템의 많은 부분은 벨트 부착 시스템[예컨대, 벨트 부착구(700)]의 합체에 의해 제거될 수 있는데, 왜냐면 벨트 부착 시스템은 기본적으로 복수의 축에 있어서의 안정성을 제공하는 동시에 큰 하중과 높은 피로 사이클을 견딜 수 있기 때문이다.
도 11은 도 10에 도시된 기구(1001)와 컨베이어 시스템(1000)의 상세 단면도이다. 기구(1001)는 볼트(1103)에 의해 벨트 부착구(1101)에 부착되며, 이 벨트 부착구는 하중을 벨트 조립체(1002)에 전달한다. 기구(1001)의 형상은 크게 상관없으며, 상술된 바와 같이 이 부품은 목표 어플리케이션에 따라 임의의 하중 지탱 기구일 수 있다. 탑재 화물은 벨트 피치라인(1106)으로부터 거리(1107)를 두고 위치설정된 질량 중심(1105)을 가짐으로써, 벨트(1002)를 중심으로 한 피칭 모멘트를 유발한다. 거리(1107)는 도시된 방향으로 존재할 수도 있지만, 또한 0이거나(일치하거나) 또는 벨트(1002)의 반대쪽으로 존재할 수도 있다. 이들 예들 중의 임의의 예는 벨트 부착구(1101)가 저지해야 하는 (0을 포함하는) 임의값의 피칭 모멘트를 유발한다. 추가적으로, 동적 운용은 정적 운용과는 상이한 모멘트와 하중을 유발할 수도 있다. 큰 피칭 모멘트 또는 피칭 회전은 벨트 부착구(1101)의 크로스바(102)를 [간격(310)으로 표시된] 벨트 상에서 승강 방향으로 더 이격되도록 이동시킴으로써 추가적으로 수용될 수도 있다.
다른 양태의 컨베이어 시스템(1200)이 도 12에 도시되어 있다. 복수의 하중 지탱 기구(1203)는 복수의 부착 지점(1201)에서 벨트 조립체(1202)에 부착된다. 벨트 조립체(1202)는 복수의 스프로킷(1204)의 둘레에서 운용된다. 이들 부품은 도시되지 않은 베어링 및 프레임과 같은 구조적 지지 부품과 조합되어 모듈(1205)을 구성한다. 그런 모듈의 쌍(예컨대, 1205, 1206)은 복수의 탑재 화물(1207)을 한 높이에서 다른 높이로 이동시키기 위해 대향하는 방식으로 작동된다. 시스템의 운동은 화살표로 표시되어 있다. 한 쌍보다 많은 모듈이 구성될 수도 있다. 본 발명의 다른 양태에선, 한 쌍의 모듈 대신 2쌍 이상이 존재할 수도 있다. 예컨대, 그런 대안적인 구성은 보다 큰 하중 용량 또는 보다 높은 안정성을 위해 마련되는 것이 바람직할 수도 있다. 탑재 화물(1207)을 승강 모듈(1205, 1206) 내외로 전달하기 위한 반송 수단은 다수의 가능한 선택사항으로, 예컨대 컨베이어 벨트 또는 통상의 기술자에게 공지된 다른 재료 반송 시스템으로 달성될 수도 있다.
다른 양태의 컨베이어 시스템(1300)이 도 13에 도시되어 있다. 이 양태에서, 하중 지탱 플랫폼(1301)은 벨트 시스템(1302)에 대해 캔틸레버식으로 되어 있다. 플랫폼과 벨트의 연결부가 부착 지점(1303)에 제공된다. 이 양태는 벨트에 대해 안정적인 각도(1304)로 배향된 하중 지탱면(1301)를 제공하는 동시에 최종 캔틸레버 모멘트에 반작용하는 컨베이어 시스템(1300)의 능력을 이용한다. 코킹 회전을 제한하는 것을 돕기 위해, 도 7에 도시된 벨트 부착 시스템(700)이 사용될 수 있다. 도시된 플랫폼은 벨트에 수직이지만, 각도(1304)는 목표 용도에 바람직할 수 있는 어떤 임의의 각도로 고정될 수도 있다. 도 10에 대한 설명과 유사하게, 다른 각도(1304)는 재료 또는 유체를 특정 방향으로 전달하는데 바람직할 수도 있다. 또한, 도시된 플랫폼은 임의의 하중 지탱 부품 또는 시스템의 형태를 취할 수도 있는데, 예컨대 팬 또는 터빈과 같은 에너지 변환 시스템용으로는 공기역학 또는 유체역학 포일이거나, 재료 혼합 또는 교반 어플리케이션용으로는 임의의 바람직한 형상이거나, 화물을 한 높이에서 다른 높이로 반송하기 위한 플랫폼이거나, 또는 통상의 기술자에게 명백한 임의의 다른 형태일 수도 있다.

Claims (18)

  1. 벨트 조립체이며
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 가요성 벨트와,
    벨트 부착구로서, 상기 제1 표면에 부착되며 그리고 제1 베어링을 갖는 제1 크로스바, 및 제1 표면에 부착되며 그리고 제2 베어링을 갖는 제2 크로스바를 더 포함하는, 벨트 부착구와,
    상기 제1 베어링과 제2 베어링을 통해 제1 크로스바를 제2 크로스바에 연결하는 강성 연결 본체를 포함하는, 벨트 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 베어링 또는 제2 베어링 중의 하나는 부싱 롤러 베어링, 나선형 권취 베어링, 탄성중합체 베어링 또는 적층된 탄성중합체 베어링인, 벨트 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 스프링 요소를 더 포함하며,
    상기 스프링 요소는 강성 연결 본체를 제1 크로스바에 대해 미리 결정된 위치를 향해 편향시키는, 벨트 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 베어링 또는 제2 베어링 중의 적어도 하나는 주변 환경으로부터 밀봉되는, 벨트 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 각각의 크로스바는 크로스바의 길이를 따라 배치되는 복수의 베어링을 포함하며, 강성 연결 본체가 상기 복수의 베어링을 통해 각각의 크로스바를 연결하는, 벨트 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 각각의 크로스바에 부착되는 분리가능 캡 부품을 더 포함하며, 상기 캡 부품은 상기 베어링을 보유하기 위해 상기 크로스바 내의 공동에 정합되는 공동을 갖는, 벨트 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 캡 부품과 크로스바는 정합 공동들이 정렬되도록 정합 경사면을 갖는, 벨트 조립체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 강성 연결 본체는 기구가 강성 연결 본체에 탈착가능하게 부착될 수 있도록 부착 특징부를 포함하는, 벨트 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 크로스바의 일부분이 벨트 내의 공동을 점유함으로써 베어링이 벨트의 피치라인에 대해 이동될 수 있는, 벨트 조립체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 베어링은 베어링 이동을 두 가지 직교 방향으로 제한하기 위해 비원형 단면을 갖는 공동 내에 보유되는, 벨트 조립체.
  11. 벨트 조립체이며,
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 가요성 벨트와,
    상기 제1 표면에 부착되며 그리고 벨트의 폭의 일부분에 걸쳐 있는 강성 크로스바를 포함하며,
    상기 크로스바는 벨트의 제1 표면에 결합되어 크로스바와 벨트 사이의 상대 운동을 제한하는 복수의 스파이크를 추가로 포함하는, 벨트 조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스파이크는 사실상 피라미드 형상인, 벨트 조립체.
  13. 제11항에 있어서, 가요성 벨트 본체 내의 보강 인장 부재를 더 포함하는, 벨트 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 스파이크 중의 하나는 인장 부재에 결합되는, 벨트 조립체.
  15. 제11항에 있어서, 상기 크로스바는 체결구에 의해 벨트에 부착되며,
    상기 스파이크가 체결구의 근방에 배치됨으로써 체결구의 강도가 벨트 내로의 스파이크의 결합에 도움을 주는, 벨트 조립체.
  16. 제1항에 있어서, 벨트 부착구를 통해 벨트 조립체에 커플링되는 기구를 더 포함하는, 벨트 조립체.
  17. 가요성 벨트와 상기 가요성 벨트에 부착된 기구 사이의 단일 부착 지점을 위해 6 자유도의 미리 결정된 이동을 수용하는 방법이며,
    상기 가요성 벨트에 가요성 벨트의 길이를 따라 2개의 부착 지점을 제공하는 단계와,
    한 쌍의 크로스바를 부착 지점에 부착하는 단계와,
    상기 크로스바에 베어링 공동을 제공하는 단계와,
    베어링을 각각의 크로스바 공동에 장착하는 단계와,
    상기 베어링에 결합되는 강성 연결 본체를 크로스바와 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 베어링은 부싱 롤러 베어링, 나선형 권취 베어링 또는 탄성중합체 베어링인, 방법.
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