KR20170051418A - 하나 이상의 탄성 중합체 부재를 수용하는 카트리지를 갖는 구동 시스템용 장치 - Google Patents

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슈하르 만주르
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데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
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Abstract

FEAD를 위한 비틀림 진동 감쇠기가 개시되는 바, 이 비틀림 진동 감쇠기는, 축을 수용하기 위한 보어(bore)를 형성하는 슬리브 및 이 슬리브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 있어 환형 수용부를 형성하는 외측 환형 링을 갖는 허브; 허브와 함께 회전하고, 상기 허브의 슬리브와 외측 환형 링 사이에 배치되는 내측 환형 링을 갖는 구성품; 및 허브와 함께 회전하는 구성품의 내측 환형 링과 허브의 슬리브 또는 외측 환형 링 사이에서 환형 수용부 안에 위치되는 환형 카트리지를 포함한다. 환형 카트리지는, 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 제 1 환형 홈을 형성하고, 이 제 1 환형 홈에 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되어, 허브와 함께 회전하는 구성품을 그 허브에 작동 연결하게 된다. 구성품은 풀리 몸체 또는 관성 부재일 수 있다.

Description

하나 이상의 탄성 중합체 부재를 수용하는 카트리지를 갖는 구동 시스템용 장치{APPARATUS FOR A DRIVE SYSTEM HAVING A CARTRIDGE HOUSING ONE OR MORE ELASTOMER MEMBERS}
본 출원은 2014년 9월 2일에 출원된 미국 가출원 제 62/044,534 호, 2014년 9월 2일에 출원된 미국 가출원 제 62/044,549 호, 및 2015년 1월 23일에 출원된 미국 가출원 제 62/106,799 호의 이익을 주장하며, 이들 미국 가출원 각각은 전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있다.
본 발명은 일반적으로 차량 엔진의 구동 시스템을 위한 장치, 및 특히, 베어링 시스템 없이 허브와 동심인 위치에서 하나 이상의 탄성 중합체 부재를 수용하는 환형 카트리지를 갖는 비틀림 진동 감쇠기(TVD) 및/또는 절연기에 관한 것이다.
원래 크랭크축은 엔진의 전방 단부 어셈블리 구동(FEAD) 시스템을 구동시킨다. 크랭크축은 피스톤의 발사로 회전되며, 그 피스톤은 연속적이 아닌 리드미컬한 토크를 크랭크축에 가하게 된다. 토크가 이렇게 지속적으로 가해지고 해제됨으로써 요동이 일어나는데, 이 요동으로 인해 크랭크축은 파손될 때까지 스트레스를 받게 된다. 다르게 말하면, 크랭크축은 질량과 비틀림 스프링율을 갖는 보통의 비틀림 바아와 유사한데, 그래서 크랭크축은 그 자신의 비틀림 공진 진동수를 갖게 된다. 최고 토크와 최저 토크 및 왕복 운동하는 구성품의 가속으로 인한 관성 하중에 의해, 크랭크축 자체는 작동 중에 전후방으로 (회전적으로) 휘어지게 된다. 그 펄스가 크랭크축의 공진 진동수에 가까우면, 그 펄스에 의해 크랭크가 통제불가능하게 진동하고 결국에는 파손된다. 따라서, 크랭크에 대항 토크를 가하여 주기적인 발사 충격으로 인해 크랭크축이 받는 토크 비틀림 진폭을 무효화하여 이 문제를 해결하고 또한 일반적으로 무단(endless) 동력 전달 벨트를 구동시켜 회전 운동을 FEAD 시스템에 전달하기 위해, 비틀림 진동 감쇠기(가끔 크랭크축 감쇠기라고 함)가 크랭크축에 장착된다.
기존의 비틀림 진동 감쇠기는 크랭크축의 수명을 연장시키고 FEAD 시스템을 구동시키는데에 효과적이지만, 연료 소비를 절약하기 위한 시동-정지 시스템의 도입과 같은 차량 엔진 작동의 변화로 인해 시스템은 복잡성이 더 커지게 되는데, 기존의 비틀림 진동 감쇠기는 그 복잡성을 다루도록 설계되어 있지 않다. 예컨대, 전통적인 비틀림 진동 감쇠기에서 탄성 중합체 - 금속 계면에 잠재적인 미끄럼을 생기게 하는 벨트 시동으로 인해 상기 시동 - 정지 시스템은 충격력을 발생시킨다. 다른 관심 사항은 금속 구성품들 사이에 양호한 축방향 및 반경 방향 런아웃(run-out)을 유지하는 것이다.
일부 비틀림 진동 감쇠기는 절연기 시스템도 포함한다. 이들 절연기 시스템들 중의 일부는 절연을 위한 고무 스프링 및 진동 감쇠기를 위한 고무 스프링을 사용한다. 일반적으로, 이들 절연기 스프링은 비틀림 진동 감쇠기의 다른 구성품에 몰드 결합된다. 모들 결합은 몰딩 공정을 수행하기 위해 특수한 장비와 시간을 필요로 하기 때문에 제조 공정의 비용을 높게 한다. 이러한 단계 또는 요건을 없애는 것이 유리할 것이다.
전통적인 비틀림 진동 감쇠기 절연기는 순수 전단(shear) 또는 인장과 압축을 받는 고무 스프링을 갖는다. 둘 모두는 조인트를 축방향으로 함께 유지하기 위해 요구되는 안정성을 주지 못하고, 또한 일반적으로, 절연기 스프링은 연한 비틀림 강성을 가질 필요가 있기 때문에 절연기 스프링을 축방향 움직임으로부터 보호하기 위해 베어링 시스템을 포함한다. 따라서, 베어링 시스템을 포함하지 않는 더 간단한 구성을 가지며 또한 바람직하게는 절연기 스프링의 몰드 결합을 포함하지 않는 비틀림 진동 감쇠기에 대한 개선된 설계가 바람직하다.
배경 기술 부분에서 개시된 한계는 개시된 비틀림 진동 감쇠기에서 극복된다. 일 양태에서, 비틀림 진동 감쇠기는 하나 이상의 환형 홈을 갖는 환형 카트리지를 포함하는 절연기 또는 감쇠기를 포함하고, 상기 환형 홈은 대체로 C-형 또는 U-형의 종단면 프로파일을 가지며, 탄성 중합체 부재가 허브 및 이 허브와 함께 회전하는 구성품 사이에서 압축되어 상기 하나 이상의 환형 홈 각각에 위치된다. 비틀림 진동 감쇠기는, 축을 수용하기 위한 보어(bore)를 형성하여 회전 축선을 규정하는 슬리브, 및 이 슬리브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 있어 슬리브와의 사이에서 환형 수용부를 형성하는 외측 환형 링을 갖는 허브; 상기 허브와 함께 회전하고, 상기 허브의 슬리브와 외측 환형 링 사이에 배치되는 내측 환형 링을 갖는 구성품; 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 제 1 환형 홈을 형성하고, 이 제 1 환형 홈이 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 상태에서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품의 내측 환형 링과 허브의 슬리브 또는 외측 환형 링 사이에 위치되는 환형 카트리지; 및 압축 상태로 상기 제 1 환형 홈 안에 위치되어, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품을 허브와 함께 회전하도록 그 허브에 작동 연결하는 제 1 탄성 중합체 부재를 포함한다. TVD들 중의 어떤 것도 전방 단부 부속 구동 시스템에 사용될 수 있다.
일 양태에서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은, 허브와 반경 방향으로 동심이고 또한 상기 내측 환형 링과도 반경 방향으로 동심인 벨트 결합부를 갖는 풀리 몸체이다. 상기 내측 환형 링은 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 상기 풀리 몸체의 내측 환형 링에 압축된다. 상기 내측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있다. 상기 비틀림 진동 감쇠기는, 상기 허브의 외측 환형 링과 풀리 몸체의 벨트 결합부 사이에 있는 감쇠기 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 이 감쇠기 어셈블리는, 상기 허브의 외측 환형 링과 접촉하여 배치되는 탄성 중합체 감쇠기 부재, 및 이 탄성 중합체 감쇠기 부재에 접해 위치되는 관성 부재를 가지며, 그리하여, 상기 관성 부재는 허브와 함께 회전하도록 이 허브에 비강성으로 연결된다.
다른 양태에서, 상기 환형 카트리지는, 반경 방향 내측으로 상기 회전 축선 쪽으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 제 2 환형 홈을 형성하며, 또한 압축 상태에서 상기 제 2 환형 홈 안에 위치되어 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품과 그 허브의 작동 연결을 도와주는 제 2 탄성 중합체 부재를 갖는다. 여기서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은, 허브와 반경 방향으로 동심이고 또한 상기 내측 환형 링과도 반경 방향으로 동심인 벨트 결합부를 갖는 풀리 몸체일 수 있다. 상기 내측 환형 링은 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 상기 풀리 몸체의 내측 환형 링에 압축되며, 상기 제 2 탄성 중합체 부재는 허브의 슬리브에 압축된다. 상기 내측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있고, 상기 허브의 슬리브의 반경 방향 외측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 제 2 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있다. 상기 비틀림 진동 감쇠기는, 상기 허브의 외측 환형 링과 풀리 몸체의 벨트 결합부 사이에 있는 감쇠기 어셈블리를 또한 포함할 수 있다. 이 감쇠기 어셈블리는, 상기 허브의 외측 환형 링과 접촉하여 배치되는 탄성 중합체 감쇠기 부재, 및 상기 탄성 중합체 감쇠기 부재에 접해 위치되는 관성 부재를 가지며, 그리하여, 상기 관성 부재는 허브와 함께 회전하도록 이 허브에 비강성으로 연결된다.
다른 양태에서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은 관성 부재이고, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 허브의 외측 환형 링에 압축된다. 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있다. 상기 허브의 외측 환형 링은 외측 벨트 결합면을 형성할 수 있고, 상기 허브는 단일체형 몸체일 수 있다. 상기 관성 부재는 플랜지를 가지며, 이 플랜지는, 플랜지의 적어도 일 부분이 허브의 외측 환형 링의 후방면에 위치되게 하는 거리로 상기 회전 축선에서 멀어지는 방향으로 상기 내측 환형 링으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다.
다른 양태에서, 상기 환형 카트리지는, 반경 방향 내측으로 상기 회전 축선 쪽으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 제 2 환형 홈을 형성하며, 또한 압축 상태에서 상기 제 2 환형 홈 안에 위치되어 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품과 그 허브의 작동 연결을 도와주는 제 2 탄성 중합체 부재를 갖는다. 여기서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은 관성 부재이고, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 허브의 외측 환형 링에 압축되고, 제 2 탄성 중합체 부재는 관성 부재의 내측 환형 링에 압축된다. 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있고, 관성 부재의 내측 환형 링의 반경 방향 외측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 2 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 가질 수 있다. 허브의 외측 환형 링은 외측 벨트 결합면을 형성할 수 있고, 상기 허브는 단일체형 몸체일 수 있다. 상기 관성 부재는 플랜지를 가지며, 이 플랜지는, 플랜지의 적어도 일 부분이 허브의 외측 환형 링의 후방면에 위치되게 하는 거리로 상기 회전 축선에서 멀어지는 방향으로 상기 내측 환형 링으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다.
다른 양태에서, 절연기가 개시되는 바, 이 절연기는, 회전 축선에서 멀어지는 방향으로 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 종단면 프로파일을 갖는 적어도 하나의 환형 홈을 형성하는 허브, 상기 허브와 반경 방향으로 동심인 외측 결합면과 내측 표면을 갖는 몸체, 및 상기 몸체의 내측 표면과 허브 사이에서 압축되어 상기 환형 홈 안에 위치되는 탄성 중합체 부재를 포함한다. 상기 몸체의 외측 결합면은 기어 결합면 또는 벨트 결합면일 수 있고, 상기 탄성 중합체 부재는 환형 탄성 중합체 부재를 형성하는 복수의 부분일 수 있고, 환형 탄성 중합체 부재는 그의 내경과 외경 사이에서 축방향으로 연장되어 있는 복수의 보어를 가질 수 있다. 또한, 허브는 환형 홈을 형성하는 서로 이격된 플랜지들의 각 자유 단부에서 립(lip)을 포함할 수 있고, 상기 몸체는 허브의 각 립을 수용하기 위한 환형 수용부를 포함하고, 조립 상태에서, 탄성 중합체 절연기 부재가 몸체의 내측 표면과 허브 사이에서 압축된 상태에서 상기 립이 몸체의 상기 환형 수용부에 위치된다. 허브는 축에 장착될 수 있다.
본 특허 또는 출원 파일은 적어도 하나의 컬러 도면을 포함한다. 컬러 도면(들)과 함께 본 특허 또는 특허 출원 공보의 사본은 요청시 필요한 비용이 지불되면 관청에 의해 제공될 것이다.
개시의 많은 양태는 이하의 도면을 참조하여 더 잘 이해할 수 있다. 도면에 나타나 있는 구성품은 반드시 척도에 따를 필요는 없고, 대신에 본 개시의 원리를 명확히 설명하는데에 강조를 두고 있다. 더욱이, 도면에서, 유사한 참조 번호는 수개의 도 전체에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 전방 단부 부속 구동기에 있는 구성품의 사시도이다.
도 2는 허브와 풀리 몸체 사이에서 압축되는 탄성 중합체 부재를 수용하기 위한 대체로 C-형 또는 U-형의 환형 카트리지를 포함하는 절연기를 갖는 비틀림 진동 감쇠기의 종단면도이다.
도 3은 진동 감쇠를 위한 탄성 중합체 부재를 수용하기 위한 대체로 C-형 또는 U-형의 환형 카트리지를 갖는 비틀림 진동 감쇠기의 종단면도이다.
도 4는 허브와 풀리 몸체 사이에서 압축되는 제 1 및 2 탄성 중합체 부재를 수용하기 위한 H-형 환형 카트리지를 포함하는 절연기를 갖는 비틀림 진동 감쇠기의 종단면도이다.
도 5는 진동 감쇠를 위한 제 1 및 2 탄성 중합체 부재를 수용하기 위한 H-형 환형 카트리지를 갖는 비틀림 진동 감쇠기의 종단면도이다.
도 6은 폐쇄형 환형 링, 개방형 환형 링, 및 직선형 탄성 중합체 재료 스트립으로서의 탄성 중합체 부재의 사시도이다.
도 7a는 색 대역(color band)이 베어링 시스템으로 보호되는 몰드 결합된 단일 절연기 탄성 중합체 부재를 갖는 종래 기술의 TVD의 변형 크기와 모드형을 나타내도록 정규화된 모드 플롯(modal plot)이다.
도 7b는 색 대역이 도 2의 TVD의 변형 크기와 모드형을 나타내도록 정규화된 모드 플롯이다.
도 7c는 색 대역이 도 4의 TVD의 변형 크기와 모드형을 나타내도록 정규화된 모드 플롯이다.
도 8은 기어 시스템용 절연기의 분해 정면도이다.
이제, 도면에 도시되어 있는 바와 같은 실시 형태에 대한 설명을 상세히 참조하도록 한다. 여러 개의 실시 형태를 이 도면과 관련하여 설명하지만, 본 개시를 본 명세서에서 개시되는 실시 형태(들)에 한정하고자 하는 것은 아니다. 반대로, 모든 대안예, 변형예 및 등가예도 포괄하는 것이다.
이제 도 1을 참조하면, FEAD 시스템(18)의 한 실시 형태의 예가 단순히 실례를 들기 위한 목적으로 나타나 있는데, 이 시스템은 전방면(30)과 후방면(27)을 갖는 통합형 하우징(15)을 포함한다. 통합형 하우징(15)의 후방면(27)은 바람직하게는 엔진에 장착된다. FEAD 시스템(18)은 차량 엔진, 선박 엔진 및 정치식(stationary) 엔진을 포함한 어떤 엔진에도 사용될 수 있다. 통합형 하우징(15)의 형상과 구성은 이 하우징이 장착되는 차량 엔진에 달려 있다. 따라서, 통합형 하우징(15) 및 보다 구체적으로는 FEAD 시스템(18)은 엔진 구동기 부속품(9)의 위치에 따라 변할 수 있으며 여전히 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 엔진 구동기 부속품(9)의 위치와 수는 변할 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 진공 펌프, 연료 분사 펌프, 오일 펌프, 물 펌프, 파워 스티어링 펌프, 공기 조화 펌프, 및 캠 구동기가, FEAD 시스템(18)에 포함되기 위해 상기 통합형 하우징(15)에 장착될 수 있는 다른 엔진 구동기 부속품(9)의 예이다. 엔진 구동기 부속품(9)은 바람직하게는, 용이한 장착을 위해 공구 접근이 가능하고 또한 수리를 위한 접근도 가능한 표면을 따른 위치에 볼트 등에 의해 통합형 하우징(15)에 장착된다. 도 1에서, 통합형 하우징(15)은 얼터네이터(alternator)(12) 및 벨트 장력 부여기(21)를 포함한 복수의 엔진 구동기 부속품(9)를 가지고 있다.
엔진 구동기 부속품(9)은 적어도 하나의 무단 구동 벨트(6)로 구동되는데, 이 벨트는 평 벨트, 라운딩된 벨트, V-벨트, 다중 홈 벨트, 리브 붙이 벨트, 또는 이들 벨트의 조합이 될 수 있고, 일면 또는 양면형일 수 있다. 무단 구동 벨트(6)는 구불구불한 벨트일 수 있고, 엔진 구동기 부속품(9), 얼터네이터(12) 및 비틀림 진동 감쇠기(3) 주위에 감길 수 있고, 비틀림 진동 감쇠기는 크랭크축(8)의 노즈(10)에 연결된다. 크랭크축은 비틀림 진동 감쇠기(3)를 구동시켜 무단 구동 벨트(6)를 구동시키며, 그리고 이 무단 구동 벨트는 나머지 엔진 구동기 부속품(9)과 얼터네이터(12)를 구동시키게 된다.
본 명세서에 있는 FEAD 시스템(18)에 대한 개선은, 새로운 크랭크축 감쇠기-절연기(도 2에서 전체적으로 참조 번호 "100"으로 표시되어 있음)이다. 상기 크랭크축 감쇠기-절연기(100)는, 중심에서부터 반경방향 외측으로 가면서, 허브(102)의 슬리브(104), 환형 카트리지(112), 탄성 중합체 절연기 부재(114), 풀리 몸체(116)의 내측 환형 링(134), 허브(102)의 외측 환형 링(106), 탄성 중합체 감쇠기 부재(120), 관성 부재(118), 및 풀리 몸체(116)의 벨트 결합면(136)을 포함한다.
허브(102)는 슬리브(104)를 가지며, 이 슬리브는 크랭크축과 같은 축을 수용하기 위한 보어(bore)(103)를 형성하여 그래서 회전 축선(A)을 규정한다. 허브(102)는 또한 슬리브(104)로부터 반경방향 외측으로 이격되어 그 슬리브와 동심인 외측 환형 링(106)을 가지고 있다. 외측 환형 링(106)과 슬리브(104)는 플레이트(105)에 의해 연결되어 있고 그래서 그들 사이에 환형 수용부(107)가 형성되어 있다. 허브(102)는 알려져 있는 기술 또는 이후 개발된 기술을 사용하여 주조되거나, 회전 가공되거나, 단조되거나, 기계 가공되거나 또는 몰딩될 수 있다. 허브용으로 적합한 재료는 철, 강, 알루미늄, 다른 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료를 포함한 이것들의 조합물을 포함한다. 상기 플레이트(105)는 이를 관통하는 하나 이상의 공간부(109)를 가질 수 있다. 이 공간부(109)는 TVD의 구조적 온전성을 훼손함이 없이 그 TVD의 전체 중량을 줄여주는 어떤 형상 또는 크기로도 될 수 있다. 중심 보어(103)를 형성하는 허브(102)의 슬리브(104)는 플레이트(105)로부터 일 주방향(도 2에서는 풀리 몸체(116)의 면 가드(face guard)(130) 쪽으로 향하는 우측)으로 축방향으로 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 플레이트(105)는 크랭크축 감쇠기-절연기(100)의 전방면(FF)을 형성하는데, 이 전방면은 노즈 시일(10)(도 1)을 수용하게 되며, 이 노즈 시일은 크랭크축 감쇠기-절연기(100)를 크랭크축과 같은 축과 함께 회전하도록 이 축에 체결한다.
크랭크축 감쇠기-절연기(100)의 반대편 면인 후방면(BF)은 풀리 몸체(116)의 면 가드(130) 및 환형 카트리지(112)의 일 부분으로 형성된다. 풀리 몸체(116)는, 반경 방향으로 허브(102)와 동심인 벨트 결합부(135), 및 이 벨트 결합부(135)로부터 반경 방향 내측으로 연장되어 있는 상기 면 가드(130)를 포함하고, 이 면 가드는 보어(138)를 형성하는 내측 환형 링(134)에서 끝난다. 내측 환형 링(134)은 면 가드(130)로부터 일 주방향(도 2에서는 허브(102)의 플레이트(105) 쪽을 향하는 좌측)으로 축방향으로 연장되어 있다. 벨트 결합부(135)는 회전 중심 축선(A)에 대해 반경 방향 외측에 배치되는 TVD(100)의 최외측 표면을 형성한다. 벨트 결합면(136)은 평평할 수 있고, 라운딩된 벨트를 수용할 수 있는 윤곽으로 되어 있거나, V-리브 붙이 벨트의 V-리브와 결합하기 위한 V-홈 또는 무단 벨트와 결합하기 위해 필요한 윤곽을 갖는 다른 홈을 가질 수 있다. 면 가드(130)는 하나 이상의 공간부(140)를 가질 수 있다. 이 공간부(140)는 TVD의 구조적 온전성을 훼손함이 없이 그 TVD의 전체 중량을 줄여주는 어떤 형상 또는 크기로도 될 수 있다.
조립시 내측 환형 링(134)은 허브(102)의 외측 환형 링(106)의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 스프링이라 할 수 있는 탄성 중합체 절연기 부재(114)는, 풀리 몸체의 내측 환형 링(134)에 대해 반경 방향 압축을 받으면서 환형 카트리지(112)의 환형 홈 안에 위치된다. 그 환형 카트리지(112)는, 도 2의 종단면에서 볼 때 대체로 C-형 또는 U-형 단면 프로파일을 가지며 환형 수용부(107) 안에 위치되고, 환형 카트리지(112)의 서로 이격된 환형 플랜지(150)는 회전 축선(A)에 대해 횡으로 배향되고 이 회전 축선으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다.
환형 카트리지(112)는, 탄성 중합체 절연기 부재(114)가 축방향으로 자유롭게 팽창하는 것을 방지하는 강성 재료로 만들어진다. 일 실시 형태에서, 환형 카트리지(112)는 회색 철, 강 등과 같은 금속 재료를 포함하거나 이러한 금속 재료로 만들어진다. 추가적으로, 탄성 중합체 절연기 부재(114)가 내측 환형 링(134)에 압축됨으로써, 그 탄성 중합체 절연기 부재가 자유롭게 팽창하는 것이 방지되고, 그 결과, 환형 카트리지(112)와 함께 탄성 중합체 절연기 부재는 계면에 큰 유체 정역학적 압력을 가하게 된다. 이 큰 유체 정역학적 압력은, 탄성 중합체 부재를 다른 구성품에 몰드 결합시킴이 없이 TVD의 이들 특정한 구성품들을 함께 유지시키기에 충분한다.
도 2의 크랭크축 감쇠기-절연기(100)에 대한 다른 가능성은, 도 2의 단일 환형 카트리지(112)가 아닌, 도 4에 나타나 있는 이중 환형 카트리지(312) 이다. 도 4에서, 크랭크축 감쇠기-절연기(100')는, 중심에서부터 반경 방향 외측으로 가면서, 허브(102)의 슬리브(104), 제 1 탄성 중합체 절연기 부재(310), 환형 카트리지(312), 제 2 절연기 부재(314), 풀리 몸체(116)의 내측 환형 링(134), 허브(102)의 외측 환형 링(106), 탄성 중합체 감쇠기 부재(120), 관성 부재(118), 및 풀리 몸체(116)의 벨트 결합면(136)을 포함한다. 허브(102) 및 풀리 몸체(116)는 도 2에 대해 전술한 바와 같다.
허브(102)의 플레이트(105)는 크랭크축 감쇠기-절연기(100')의 전방면(FF)을 형성하고, 반대편 면인 후방면(BF)은 풀리 몸체(116)의 면 가드(130) 및 환형 카트리지(112)의 일 부분으로 형성된다. 조립시 내측 환형 링(134)은 허브(102)의 외측 환형 링(106)의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 스프링이라 할 수 있는 탄성 중합체 절연기 부재(310, 314)는, 허브의 슬리브(104)와 풀리 몸체의 내측 환형 링(134) 사이에서 반경 방향 압축을 받으면서 환형 카트리지(312) 안에 위치된다. 그 환형 카트리지(312)는, 대체로 H-형인 단면 프로파일을 가지며, 그래서 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 2개의 환형 홈을 형성하며, 이들 환형 홈 각각의 안에는 탄성 중합체 절연기 부재가 위치되어 수용된다. 환형 카트리지(312)는, H-형 단면 프로파일의 환형 플랜지(150)가 회전 축선(A)에 대해 횡으로 배향된 상태로, 환형 수용부(107) 안에 위치된다. 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 탄성 중합체 절연기 부재(310)는, 허브(102)의 슬리브(104)에 압축되어 환형 카트리지(312)의 반경 방향 내향 환형 홈(322) 안에 위치되며, 제 2 탄성 중합체 절연기 부재(314)는, 풀리 몸체(116)의 내측 환형 링(134)에 압축되어 환형 카트리지(312)의 반경 방향 외향 환형 홈(324) 안에 위치된다.
환형 카트리지(312)는, 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(310, 314)가 축방향으로 자유롭게 팽창하는 것을 방지하는 강성 재료로 만들어진다. 일 실시 형태에서, 환형 카트리지(312)는 회색 철, 강 등과 같은 금속 재료를 포함하거나 이러한 금속 재료로 만들어진다. 추가적으로, 제 1 및 2 탄성 중합체(310, 314)가 슬리브(104) 및 내측 환형 링(134)에 각각 압축됨으로써, 탄성 중합체 부재가 자유롭게 팽창하는 하는 것이 방지되며, 그 결과, 환형 카트리지(112)와 함께 탄성 중합체 부재는 계면에 큰 유체 정역학적 압력을 가하게 된다. 이 큰 유체 정역학적 압력은, 탄성 중합체 부재를 몰드 결합시킴이 없이 또한 어셈블리에 베어링이 필요함이 없이 TVD의 구성품들을 함께 유지시키기에 충분한다.
도 2 및 4를 참조하면, 크랭크축 감쇠기-절연기(100, 100')는, 허브(102)의 외측 환형 링(106)과 접촉하여 배치되는 탄성 중합체 감쇠기 부재(120), 및 이 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)에 접해 위치되는 관성 부재(118)를 포함하며, 그리하여, 관성 부재(118)는 허브(102)와 함께 회전하도록 그 허브에 작동가능하게 연결된다. 관성 부재(118)는, 충분한 관성을 갖는 재료, 통상적으로 주철, 강, 또는 유사한 조밀 재료로 만들어질 수 있다. 관성 부재(118)는 허브(102)와 동심이고 그 허브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 있어, 그 허브(102)의 외측 환형 링(106)은 관성 부재(118)의 내측 표면과 대향하고, 그 외측 환형 링과 내측 표면 사이에는 틈이 형성된다. 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는 이 틈 안으로 압입 끼워맞춤되거나 주입되어, 허브(102)와 관성 부재(118)를 단일체로서 회전할 수 있도록 서로 비강성으로 연결한다.
탄성 중합체 절연기 부재(114, 310, 314) 및 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는, 크랭크축 감쇠기-절연기(100)가 장착되는 회전 축에 의해 발생되는 비틀림 진동을 경우에 따라 절연 및/또는 흡수 및/또는 감쇠시키기에 적절한 어떤 적절한 탄성 중합체 재료라도 될 수 있다. 탄성 중합체 재료는 바람직하게는 자동차 엔진용으로 적합한, 즉 엔진에서 나타나는 온도 및 도로의 온도 및 조건을 견디기에 적합한 탄성 중합체 재료이다. 탄성 중합체 재료는 미국 특허 제 7,658,127 호(전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있음)에 개시되어 있는 것일 수 있다. 일 실시 형태에서, 탄성 중합체 부재는 스티렌-부타디엔 고무, 천연 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 에틸렌 아크릴 탄성 중합체, 수소화 니트릴 부타디엔 고무, 및 폴리클로로프렌 고무 중의 하나 이상으로 만들어지거나 그 하나 이상을 포함할 수 있다. 에틸렌 아크릴 탄성 중합체의 일 예는 E.I. 듀퐁사(E.I. du Pont de Nemours and Company)의 VAMAC® 에틸렌 아크릴 탄성 중합체이다. 탄성 중합체 부재는 내부에 분산되어 있는 복수의 섬유를 선택적으로 포함하는 복합 재료일 수 있다. 그 섬유는 TECHNORA® 섬유라는 이름으로 판매되고 있는 섬유와 같은 연속적인 또는 단편화된(잘린) 아라미드 섬유일 수 있다. 일 실시 형태에서, 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는 진동 감쇠 시스템용으로 알려져 있는 통상적인 접착제를 사용하여 외측 환형 링(106)에 부착될 수 있다. 적합한 접착체의 일부 예는, Lord Corporation, Henkel AG & Co., 또는 Morton International Incorporated Adhesives & Specialty Company에 의해 판매되는 고무 결합 접착제를 포함한다.
이제 도 7을 참조하면, 탄성 중합체 절연기 부재(114)를 수용하는 단일 환형 카트리지(112)(도 7b)로 인해, 종래 기술의 TVD(도 7a)와 비교하여, 비틀림 스프링 강성과 비비틀림(non-torsional) 스프링 강성(주로 축방향 및 원추 강성) 사이에 더 큰 차이가 나타난다. 도 7a 및 7b는, 색 대역(color band)이 변형 크기와 모드형을 나타내도록 정규화된 모드 플롯(modal plot)이다. 종래 기술의 TVD(도 7a)는 약 50 Hz 및 70 Hz의 연한 원추 및 축방향 강성을 갖는데, 이는 바람직하지 않다. 데이타에서 보는 바와 같이, 관성 부재가 단일 탄성 중합체 부재에 부착되면, 비틀림 모드와 원추 모드는 약 50 Hz에서 겹치고, 축방향 모드는 그로부터 단지 약 20 Hz로 분리되어 있다. 이는, 탄성 중합체 부재의 비비틀림 운동을 방지하기 위해 베어링을 필요로 하는 연한 비비틀림 스프링 시스템을 설명한다. 이와는 달리, 도 7b에 제공되어 있는 도 2의 TVD의 모드 플롯은, 123 Hz에서의 비틀림 강성과 원추 및 축방향 강성(둘다 200 Hz 보다 큼) 사이에 큰 차이를 갖는데, 즉 비틀림 모드와 원추 모드의 겹침이 없으며, 축방향 모드는 종래 기술의 TVD 보다 훨씬 높다. 축방향 모드는 비틀림 모드 보다 80 Hz 이상 더 크지만, 축방향 모드와 유사하다(축방향 모드에 207 Hz, 원추 모드에 대해서는 209 Hz). 이 데이타는, 대체로 C-형이거나 U-형인 단면 프로파일을 갖는 본 명세서에서 개시된 상기 환형 카트리지(112)를 사용할 때, 몰드 결합이 왜 필요 없는지 또한 베어링 시스템도 왜 필요 없는지를 당업자에게 입증해준다.
이제 도 7c를 참조하면, 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(310, 314)를 수용하는 대체로 H-형의 단면 프로파일을 갖는 이중 환형 카트리지(312)로 인해, 도 7a의 종래 기술의 TVD와 비교하여, 비틀림 스프링 강성과 비비틀림 스프링 강성(주로 축방향 및 원추 강성) 사이에 더 큰 차이가 나타난다. 전술한 바와 같이, 종래 기술의 TVD(도 7a)는 약 50 Hz 및 70 Hz의 연한 원추 및 축방향 강성을 갖는데(이는 바람직하지 않음), 왜냐하면, 이는 탄성 중합체 부재의 비비틀림 운동을 방지하기 위해 베어링을 필요로 하는 연한 비비틀림 스프링계이기 때문이다. 이와는 달리, 도 7b에 제공되어 있는 도 4의 TVD의 모드 플롯은, 60 Hz에서의 비틀림 강성과 원추 및 축방향 강성(둘다 100 Hz 보다 큼) 사이에 큰 차이를 갖는데, 즉 비틀림 모드와 원추 모드의 겹침이 없으며, 축방향 모드는 종래 기술의 TVD 보다 훨씬 높고, 비틀림 모드 보다 70 Hz 이상 더 크고 또한 원추 모드 보다는 35 Hz 이상 더 크다. 이 데이타는, 이중 환형 카트리지(312)를 사용할 때, 몰드 결합이 왜 필요 없는지 또한 베어링 시스템도 왜 필요 없는지를 당업자에게 입증해준다.
이제 도 3을 참조하면, 비틀림 진동 감쇠기(전체적으로 참조 번호 "200"으로 표시되어 있음)가 나타나 있는데, 이 비틀림 진동 감쇠기는 절연기 시스템을 포함하지 않지만, 그의 감쇠 시스템을 위해, 도 2에 대해 전술한 바와 같은 환형 카트리지(212)를 가지고 있으며, 이 환형 카트리지는 탄성 중합체 부재(214)를 수용하는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 가지고 있다. 탄성 중합체 부재(214)는 관성 부재(218)와 허브(202)를 단일체로서 회전할 수 있도록 비강성으로 서로 연결한다. 상기 TVD(200)는 감쇠기-절연기(100)는, 중심에서부터 반경방향 외측으로 가면서, 허브(202)의 슬리브(204), 관성 부재(218), 환형 카트리지(212), 탄성 중합체 부재(214), 및 벨트 결합면236)을 형성하는 허브(202)의 외측 환형 링(206)을 포함한다. 벨트 결합면(236)은 회전 중심 축선(A)에 대해 반경 방향 외측에 배치되는 TVD(200)의 최외측 표면이다. 벨트 결합면(236)은 평평할 수 있고, 라운딩된 벨트를 수용할 수 있는 윤곽으로 되어 있거나, V-리브 붙이 벨트의 V-리브와 결합하기 위한 V-홈 또는 무단 벨트와 결합하기 위해 필요한 윤곽을 갖는 다른 홈을 가질 수 있다. 여기서, 허브(204)는, 도 2 및 4에서 명백하듯이 벨트 결합면을 형성하는 별도의 풀리 몸체를 갖지 않고, 상기 벨트 결합면(236)을 포함하는 단일체형 몸체이다.
허브(202)의 슬리브(204)는 크랭크축과 같은 축을 수용하기 위한 보어(203)를 형성하며 그래서 회전 축선(A)을 규정한다. 허브(202)는 또한 플레이트(205)에 의해 슬리브(204)로부터 반경방향 외측으로 이격되어 있는 외측 환형 링(206)을 가지며, 그래서 외측 환형 링과 슬리브 사이에는 환형 수용부(207)에 형성되어 있다. 허브(202)는 알려져 있는 기술 또는 이후 개발된 기술을 사용하여 주조되거나, 회전 가공되거나, 단조되거나, 기계 가공되거나 또는 몰딩될 수 있다. 허브용으로 적합한 재료는 철, 강, 알루미늄, 다른 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료를 포함한 이것들의 조합물을 포함한다. 상기 플레이트(205)는 이를 관통하는 하나 이상의 공간부(209)를 가질 수 있다. 이 공간부(209)는 TVD의 구조적 온전성을 훼손함이 없이 그 TVD의 전체 중량을 줄여주는 어떤 형상 또는 크기로도 될 수 있다. 중심 보어(203)를 형성하는 슬리브(204)는 플레이트(205)로부터 일 주방향(도 3에서는 우측)으로 축방향으로 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 플레이트(205)는 TVD(200)의 전방면(FF)을 형성한다.
TVD(200)의 반대편 후방면(BF)은 관성 부재(218)의 플랜지(232)에 의해 형성된다. 이 플랜지(232)는 회전 축선(A)에서 멀어지는 방향으로 관성 부재(218)의 환형 몸체 또는 링(234)으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다. 플랜지(232)는 그의 최외측의 내측 가장자리(238)가 허브(202)의 외측 환형 링(206)의 후방면(220)에 위치되게 하는 거리로 연장되어 있다. 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)는 허브(202)의 슬리브(204)와 동심으로 그 슬리브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 배치되고, 그리하여 환형 몸체(234)와 슬리브(204) 사이에 여유 틈이 형성된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 구성의 관성 부재(218)는 대체로 L-형의 종단면 프로파일을 갖는다.
조립시, 스프링이라 할 수 있는 탄성 중합체 부재(214)는 환형 카트리지(212)에 의해 형성되어 있는 환형 홈에 위치되고 허브의 외측 환형 링(206)에 대해 반경 방향 압축을 받는다. 환형 카트리지(212)는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 가지며, 이 단면 프로파일은, 그의 환형 플랜지(250)가 회전 축선(A)에 대해 횡으로 배향되어 그 회전 축선으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있는 상태에서, 환형 수용부(207) 안에 위치된다.
환형 카트리지(212)는, 탄성 중합체 부재(214)가 축방향으로 자유롭게 팽창하는 것을 방지하는 강성 재료로 만들어진다. 일 실시 형태에서, 환형 카트리지(212)는 회색 철, 강 등과 같은 금속 재료를 포함하거나 이러한 금속 재료로 만들어진다. 추가적으로, 탄성 중합체 부재(214)가 단일체형 허브(202)의 외측 환형 링(206)에 압축됨으로써, 탄성 중합체 부재가 반경 방향으로 자유롭게 팽창하는 것이 방지되고, 그 결과, 환형 카트리지(212)와 함께 탄성 중합체 부재(214)는 계면에 큰 유체 정역학적 압력을 가하게 된다. 이 큰 유체 정역학적 압력은, 탄성 중합체 부재를 몰드 결합시킴이 없이 또한 탄성 중합체 부재의 축방향 움직임을 방지하는 베어링 시스템이 없이 TVD의 특정한 구성품들을 함께 유지시키기에 충분한다.
탄성 중합체 부재(214)는, TVD(200)가 장착되는 회전 축에 의해 발생되는 비틀림 진동을 경우에 따라 흡수 및/또는 감쇠시키기에 적절한 어떤 탄성 중합체 재료라도 될 수 있다. 탄성 중합체 재료는 바람직하게는 자동차 엔진용으로 적합한, 즉 엔진에서 나타나는 온도 및 도로의 온도 및 조건을 견디기에 적합한 탄성 중합체 재료이고, 도 2에 대해 전술한 바와 같은 것일 수 있다.
여전히 도 2를 참조하면, 크랭크축 감쇠기-절연기(100)는 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)를 포함하고, 이 탄성 중합체 감쇠기 부재는, 허브(102)의 외측 환형 링(106) 및 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)에 접해 위치되는 관성 부재(118)와 접촉하여 배치되며, 그리하여, 관성 부재(118)를 허브(102)와 함께 회전하도록 그 허브에 작동가능하게 연결한다. 관성 부재(118)는, 충분한 관성을 갖는 재료, 통상적으로 주철, 강, 또는 유사한 조밀 재료로 만들어질 수 있다. 관성 부재(118)는 허브(102)와 동심이고 그 허브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 있어, 허브(102)의 외측 환형 링(106)은 관성 부재(118)의 내측 표면과 대향하고 그 외측 환형 링과 내측 표면 사이에는 틈이 형성된다. 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는 이 틈 안으로 압입 끼워맞춤되거나 주입되어, 허브(102)와 관성 부재(118)를 비강성으로 연결한다.
탄성 중합체 절연기 부재(110, 114) 및 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는, 크랭크축 감쇠기-절연기(100)가 장착되는 회전 축에 의해 발생되는 비틀림 진동을 경우에 따라 절연 및/또는 흡수 및/또는 감쇠시키기에 적절한 어떤 탄성 중합체 재료라도 될 수 있다. 탄성 중합체 재료는 바람직하게는 자동차 엔진용으로 적합한, 즉 엔진에서 나타나는 온도 및 도로의 온도 및 조건을 견디기에 적합한 탄성 중합체 재료이다. 탄성 중합체 재료는 미국 특허 제 7,658,127 호(전체적으로 본 명세서에 참조로 통합되어 있음)에 개시되어 있는 것일 수 있다. 일 실시 형태에서, 탄성 중합체 부재는 스티렌-부타디엔 고무, 천연 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 에틸렌 아크릴 탄성 중합체, 수소화 니트릴 부타디엔 고무, 및 폴리클로로프렌 고무 중의 하나 이상으로 만들어지거나 그 하나 이상을 포함할 수 있다. 에틸렌 아크릴 탄성 중합체의 일 예는 E.I. 듀퐁사(E.I. du Pont de Nemours and Company)의 VAMAC® 에틸렌 아크릴 탄성 중합체이다. 탄성 중합체 부재는 내부에 분산되어 있는 복수의 섬유를 선택적으로 포함하는 복합 재료일 수 있다. 그 섬유는 TECHNORA® 섬유라는 이름으로 판매되고 있는 섬유와 같은 연속적인 또는 단편화된(잘린) 아라미드 섬유일 수 있다. 일 실시 형태에서, 탄성 중합체 감쇠기 부재(120)는 진동 감쇠 시스템용으로 알려져 있는 통상적인 접착제를 사용하여 외측 환형 링(106)에 부착될 수 있다. 적합한 접착체의 일부 예는, Lord Corporation, Henkel AG & Co., 또는 Morton International Incorporated Adhesives & Specialty Company에 의해 판매되는 고무 결합 접착제를 포함한다.
이제 도 3을 참조하면, 비틀림 진동 감쇠기(전체적으로 참조 번호 "200"으로 표시되어 있음)가 나타나 있는데, 이 비틀림 진동 감쇠기는 절연기 시스템이 아닌 감쇠 시스템으로서의 탄성 중합체 부재를 포함한다. TVD(200)는 환형 카트리지(212)를 가지고 있으며, 이 환형 카트리지는 제 1 및 2 감쇠 부재(210, 214)를 수용하는 H-형 단면 프로파일을 가지고 있으며, 이들 제 1 및 2 감쇠 부재는 관성 부재(218)를 허브(202)에 비강성으로 연결한다. TVD(200)는, 중심에서부터 반경방향 외측으로 가면서, 허브(202)의 슬리브(204), 관성 부재(218), 제 1 탄성 중합체 부재(210), 환형 카트리지(212), 제 2 탄성 중합체 부재(214), 및 벨트 결합면(236)을 형성하는 허브(202)의 외측 환형 링(206)을 포함한다. 벨트 결합면(236)은 회전 중심 축선(A)에 대해 반경 방향 외측에 배치되는 TVD(100)의 최외측 표면이다. 벨트 결합면은 평평할 수 있고, 라운딩된 벨트를 수용할 수 있는 윤곽으로 되어 있거나, V-리브 붙이 벨트의 V-리브와 결합하기 위한 V-홈 또는 무단 벨트와 결합하기 위해 필요한 윤곽을 갖는 다른 홈을 가질 수 있다.
허브(202)의 슬리브(204)는 크랭크축과 같은 축을 수용하기 위한 보어(203)를 형성하며 그래서 회전 축선(A)을 규정한다. 허브(202)는 또한 플레이트(205)에 의해 슬리브(204)로부터 반경방향 외측으로 이격되어 있는 외측 환형 링(206)을 가지며, 그래서 외측 환형 링과 슬리브 사이에는 환형 수용부(207)가 형성된다. 허브(202)는 알려져 있는 기술 또는 이후 개발된 기술을 사용하여 주조되거나, 회전 가공되거나, 단조되거나, 기계 가공되거나 또는 몰딩될 수 있다. 허브용으로 적합한 재료는 철, 강, 알루미늄, 다른 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료를 포함한 이것들의 조합물을 포함한다. 상기 플레이트(205)는 이를 관통하는 하나 이상의 공간부(209)를 가질 수 있다. 이 공간부(209)는 TVD의 구조적 온전성을 훼손함이 없이 그 TVD의 전체 중량을 줄여주는 어떤 형상 또는 크기로도 될 수 있다. 중심 보어(203)를 형성하는 슬리브(204)는 플레이트(205)로부터 일 주방향(도 3에서는 우측)으로 축방향으로 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 플레이트(205)는 TVD(200)의 전방면(FF)을 형성한다.
TVD(200)의 반대편 후방면(BF)은 관성 부재(218)의 플랜지(232)에 의해 형성된다. 이 플랜지(232)는 회전 축선(A)에서 멀어지는 방향으로 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다. 플랜지(232)는 그의 최외측의 내측 가장자리(238)가 허브(202)의 외측 환형 링(206)의 후방면(220)에 위치되게 하는 거리로 연장되어 있다. 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)는 허브(202)의 슬리브(204)와 동심으로 배치되며 그 슬리브로부터 반경방향 외측으로 이격되어 있어, 환형 몸체(234)와 슬리브(204) 사이에 여유 틈이 형성된다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 구성의 관성 부재(218)는 대체로 L-형의 종단면 프로파일을 갖는다.
조립시, 스프링이라 할 수 있는 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(210, 214)는, 허브의 외측 환형 링(206)과 관성 부재(218)의 환형 몸체(234) 사이에서 반경 방향 압축을 받으면서 환형 카트리지(212) 안에 위치된다. 이 환형 카트리지(212)는 H-형 단면 프로파일을 가지며, 이 H-형 단면 프로파일은, H-형 단면 프로파일의 환형 플랜지(250)가 회전 축선(A)에 대해 횡으로 배향된 상태에서, 상기 환형 수용부(207) 안에 위치된다. 제 1 탄성 중합체 부재(210)는 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)에 압축되어 H-형 환형 카트리지(212)의 한쪽 절반부(H의 하측 절반부)에 위치되고, 제 2 탄성 중합체 부재(214)는 허브(202)의 외측 환형 링(206)에 압축되어 상기 환형 카트리지(212)의 제 2 절반부(H의 상측 절반부)에 위치된다.
환형 카트리지(212)는, 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(210, 214)가 축방향으로 자유롭게 팽창하는 것을 방지하는 강성 재료로 만들어진다. 일 실시 형태에서, 환형 카트리지(212)는 회색 철, 강 등과 같은 금속 재료를 포함하거나 이러한 금속 재료로 만들어진다. 추가적으로, 제 1 및 2 탄성 중합체(210, 214)가 허브(202)의 외측 환형 링(206) 및 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)에 각각 압축됨으로써, 탄성 중합체 부재가 자유롭게 팽창하는 것이 방지되고, 그 결과, 환형 카트리지(212)와 함께 탄성 중합체 부재(210, 214)는 큰 유체 정역학적 압력을 계면에 가하게 된다. 이 큰 유체 정역학적 압력은, 탄성 중합체 부재를 몰드 결합시킴이 없이 또한 이 탄성 중합체 부재의 축방향 움직임을 방지하는 베어링 시스템이 없이 TVD의 그 특정한 구성품들을 함께 유지시키기에 충분한다.
도 3의 비틀림 진동 감쇠기(200)에 대한 다른 가능성은, 단일 환형 카트리지(212)가 아닌, 도 5에 나타나 있는 이중 환형 카트리지(412) 이다. 도 5에서, TVD(200')는, 중심에서부터 반경 방향 외측으로 가면서, 허브(202)의 슬리브(204), 관성 부재(218), 제 1 탄성 중합체 부재(410), 환형 카트리지(412), 제 2 탄성 중합체 부재(414), 및 벨트 결합면(236)을 형성하는 허브(202)의 외측 환형 링(206)을 포함한다. 벨트 결합면(236)은 회전 중심 축선(A)에 대해 반경 방향 외측에 배치되는 TVD(100)의 최외측 표면이다. 벨트 결합면은 평평할 수 있고, 라운딩된 벨트를 수용할 수 있는 윤곽으로 되어 있거나, V-리브 붙이 벨트의 V-리브와 결합하기 위한 V-홈 또는 무단 벨트와 결합하기 위해 필요한 윤곽을 갖는 다른 홈을 가질 수 있다. 허브(202) 및 풀리 몸체(216)는 도 3에 대해 전술한 바와 같은 것일 수 있다.
조립시, 스프링이라 할 수 있는 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(410, 414)는, 허브의 외측 환형 링(206)과 관성 부재(218)의 환형 몸체(234) 사이에서 반경 방향 압축을 받으면서 환형 카트리지(412) 안에 위치된다. 이 환형 카트리지(412)는 대체로 H-형인 단면 프로파일을 가지며, 그리하여, 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 2개의 환형 홈(422, 424)이 형성되며, 이들 환형 홈 각각에는 탄성 중합체 부재가 위치되어 수용된다. 환형 카트리지(412)는, H-형 단면 프로파일의 환형 플랜지(250)가 회전 축선(A)에 대해 횡으로 배향된 상태에서, 환형 수용부(207) 안에 위치된다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 제 1 탄성 중합체 부재(410)는 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)에 압축되어 환형 카트리지(412)의 반경 방향 내향 환형 홈(422) 안에 위치되며, 제 2 탄성 중합체 부재(414)는 허브(202)의 외측 환형 링(206)에 압축되어 환형 카트리지(412)의 반경 방향 외향 환형 홈(424) 안에 위치된다.
환형 카트리지(412)는, 제 1 및 2 탄성 중합체 부재(410, 414)가 축방향으로 자유롭게 팽창하는 것을 방지하는 강성 재료로 만들어진다. 환형 카트리지(412)는 회색 철, 강 등과 같은 금속 재료를 포함하거나 이러한 금속 재료로 만들어질 수 있다. 추가적으로, 제 1 및 2 탄성 중합체(410, 414)가 허브(202)의 외측 환형 링(206) 및 관성 부재(218)의 환형 몸체(234)에 각각 압축됨으로써, 탄성 중합체 부재가 자유롭게 팽창하는 것이 방지되고, 그 결과, 환형 카트리지(412)와 함께 탄성 중합체 부재(410, 414)는 계면에 큰 유체 정역학적 압력을 가하게 된다. 이 큰 유체 정역학적 압력은, 탄성 중합체 부재를 몰드 결합시킴이 없이 또한 이 탄성 중합체 부재의 축방향 움직임을 방지하는 베어링 시스템이 없이 TVD의 그 특정한 구성품들을 함께 유지시키기에 충분한다.
도 8을 참조하면, 전체적으로 참조 번호 "500"으로 표시되어 있는 절연기가 도시되어 있다. 이 절연기(500)는 허브(502)를 가지며, 이 허브는 탄성 중합체 부재(514)를 수용하는 대체로 C-형 또는 U-형의 종단면 프로파일을 갖는 환형 카트리지(512)이며, 여기서 그 탄성 중합체 부재는 제 1 탄성 중합체 부분(515a)과 제 2 탄성 중합체 부분(515b)(나타나 있는 바와 같이 C-형 부재임)으로 형성되며, 이들 탄성 중합체 부분은 환형 카트리지(512) 안에 위치되어 환형 부재를 형성하게 된다. 따라서, 내측 표면(516a, 516b)이 환형 카트리지(512) 내에서 허브(502)에 접해 위치되면 탄성 중합체 부재(514)는 내경을 규정하고, 외측 표면(517a, 517b)은 그의 외경을 규정한다. 탄성 중합체 부재(514)는 몸체(518)의 내측 표면(538)과 환형 카트리지(512) 사이에서 압축되어 환형 카트리지(512) 안에 위치되며, 그리하여, 몸체(518)를 허브(502)와 함께 회전하도록 그 허브에 비강성으로 연결한다. 조립 상태에서 절연기(500)는, 중심에서부터 반경 방향 외측으로 가면서, 허브(502)의 내측 환형 링(504), 환형 카트리지(512), 이 환형 카트리지의 안에 위치되는 탄성 중합체 부재(514), 및 외측 결합면(536)을 형성하는 몸체(518)을 포함한다. 외측 결합면(536)은 일반적으로 회전 축선(A)에 대해 반경 방향 외측에 배치되는 절연기(500)의 최외측 표면이다. 이 실시 형태에서, 특히 장치가 높은 온도와 오일을 받는 위치에서 엔진에 사용되기 위한 것이면, 탄성 중합체 부재는 허브 또는 기어와 같은 상기 장치의 구성품에 몰드 결합될 수 있다.
허브(502)의 내측 환형 링(504)은 축을 수용하기 위한 보어를 형성하며, 그래서 회전 축선(A)을 규정한다. 허브(502)는, 회전 축선에 대해 횡으로 배향되어 반경 방향으로 연장되어 있는 서로 이격된 환형 플랜지(550)를 가짐으로써, 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 환형 카트리지(512)를 또한 형성한다. 환형 플랜지(550)는 탄성 중합체 부재(514)를 수용하도록 선택된 거리로 서로 이격되어 있다. 환형 플랜지(550) 각각의 자유 단부는 허브(502)를 몸체(518)에 결합하기 위한 립(lip)(552)을 포함할 수 있다.
허브(502)는 알려져 있는 기술 또는 이후 개발된 기술을 사용하여 주조되거나, 회전 가공되거나, 단조되거나, 기계 가공되거나 또는 몰딩될 수 있다. 허브용으로 적합한 재료는 철, 강, 알루미늄, 다른 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료를 포함한 이것들의 조합물을 포함한다. 허브(502)는 그의 중량을 줄일 필요가 있다면 전술한 바와 같이 공간부를 포함할 수 있다. 몸체(518)는 허브(502)와 반경 방향으로 동심인 외측 결합면(536) 및 내측 표면(538)을 가지고 있다. 일 실시 형태에서, 외측 결합면(536)은 기어 결합면이다. 다른 실시 형태에서, 외측 결합면은 벨트 결합면 또는 체인 결합면일 수 있고, 평평할 수 있으며, 라운딩된 벨트를 수용할 수 있는 윤곽으로 되어 있거나, V-리브 붙이 벨트의 V-리브와 결합하기 위한 V-홈, 또는 체인의 링크와 결합하기 위한 치부(tooth) 또는 시스템의 원하는 구성품과 결합하기 위해 요구되는 다른 윤곽, 표면, 또는 특징적 부분을 가질 수 있다. 몸체(518)의 내측 표면(538)은 허브(502), 특히 그의 환형 립(lip)(552)과 결합하기 위한 하나 이상의 환형 수용부(562)를 포함할 수 있다. 조립 상태에서, 허브(502)의 환형 립(552) 및 몸체(518)의 환형 수용부(562)는, 탄성 중합체 절연기 부재(514)가 몸체(518)의 내측 표면(538)과 허브(502)의 환형 카트리지(512) 사이에서 압축된 상태에서, 서로 결합 된다.
일 실시 형태에서, 탄성 중합체 부재(514)는, 그의 외경과 내경 사이에 배치되어 축방향으로 연장되어 있는 복수의 보어(564)를 가지고 있다. 이 보어(564)는 일반적으로 탄성 중합체 절연기 부재(514)의 내경 보다 작은 크기를 갖는다. 탄성 중합체 절연기 부재에는 어떤 개수의 보어(564)라도 있을 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, TVD에 2개 이상의 탄성 중합체 부재가 존재할 때, 개시된 구성들 중 어떤 구성으로도 있는 탄성 중합체 부재들 중의 어떤 것도 무단 환형 링(160), 개방형 환형 링(162), 또는 탄성 중합체 재료의 직선형 스트립(164), 환형 링(166)을 형성하는 복수의 요소, 또는 이것들의 조합일 수 있다.
본 명세서에서 개시된 임의의 모든 구성에서, 탄성 중합체 부재가 압축되는 허브의 표면, 관성 부재, 또는 풀리 몸체는, 그 탄성 중합체 부재가 위치되는 오목부를 상기 표면에서 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2에서, 풀리 몸체(116)의 내측 반경 방향 링(134)의 반경 방향 내측 표면은, 탄성 중합체 부재(114)가 위치되는 환형 오목부(142)를 포함한다. 도 3에서, 허브(202)의 외측 환형 링(206)의 반경 방향 내측 표면은, 탄성 중합체 부재(214)가 위치되는 환형 오목부(244)를 포함한다. 도 4에서, 풀리 몸체(116)의 내측 반경 방향 링(134)의 반경 방향 내측 표면은 제 2 탄성 중합체 부재(314)가 위치되는 환형 오목부(142)를 포함하며, 슬리브(104)의 반경 방향 외측 표면은, 제 1 탄성 중합체 부재(310)가 위치되는 환형 오목부(144)를 포함한다. 도 5에서, 허브(202)의 외측 환형 링(206)의 반경 방향 내측 표면은, 제 2 탄성 중합체 부재(414)가 위치되는 환형 오목부(244)를 포함하고, 관성 부재(218)의 내측 환형 링(234)의 반경 방향 외측 표면은, 제 1 탄성 중합체 부재(410)가 위치되는 환형 오목부(242)를 포함한다.
또한, 본 명세서에서 개시된 임의의 모든 양태에서, 탄성 중합체 부재는, 주로 감쇠 기구로서 기능하던지 또는 절연기로서 기능하던지 관계 없이, 장치가 그의 각각의 구동 시스템에 이용되기에 적합한 비틀림 순응성을 허용하면서, 탄성 중합체부재(들)가 위치되는 카트리지에 의해 축방향으로 지지된다. 특히, 절연기 및 저파수 비틀림 진동 감쇠기는 "연한(soft)" 탄성 중합체 부재를 이용하는데, 이러한 탄성 중합체 부재는 과거에 구성품들을 함께 유지하기 위해 베어링을 필요로 했다. 이들 연한 탄성 중합체 부재를 지지하기 위해 상기 카트지리를 도입하면 베어링이 필요 없게 된다. 커플링이 일반적으로 이 커플링이 장착되거나 연결되는 축 보다 훨씬 낮은 비틀림 진동수를 가지면 그 커플링을 "연하다" 라고 한다.
본 발명을 특정 실시 형태와 관련하여 나타냈고 설명하였지만, 당업자는 본 명세서를 읽고 이해하면 수정을 가할 수 있음이 분명하고, 본 발명은 그러한 모든 수정도 포함하는 것이다.

Claims (24)

  1. 구동 시스템용 장치로서,
    축을 수용하기 위한 보어(bore)를 형성하여 회전 축선을 규정하는 슬리브, 및 이 슬리브로부터 반경 방향 외측으로 이격되어 있어 슬리브와의 사이에서 환형 수용부를 형성하는 외측 환형 링을 갖는 허브;
    상기 허브와 함께 회전하고, 상기 허브의 슬리브와 외측 환형 링 사이에 배치되는 내측 환형 링을 갖는 구성품;
    대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 갖는 제 1 환형 홈을 형성하고, 이 제 1 환형 홈이 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 상태에서, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품의 내측 환형 링과 허브의 슬리브 또는 외측 환형 링 사이에 위치되는 환형 카트리지; 및
    압축 상태에서 상기 제 1 환형 홈 안에 위치되어, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품을 허브와 함께 회전하도록 그 허브에 작동 연결하는 제 1 탄성 중합체 부재를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은, 허브와 반경 방향으로 동심이고 또한 상기 내측 환형 링과도 반경 방향으로 동심인 벨트 결합부를 갖는 풀리 몸체이고, 상기 내측 환형 링은 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 상기 풀리 몸체의 내측 환형 링에 압축되는, 구동 시스템용 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링과 풀리 몸체의 벨트 결합부 사이에 있는 감쇠기 어셈블리를 더 포함하고, 이 감쇠기 어셈블리는,
    상기 허브의 외측 환형 링과 접촉하여 배치되는 탄성 중합체 감쇠기 부재; 및
    상기 탄성 중합체 감쇠기 부재에 접해 위치되는 관성 부재를 포함하고,
    그리하여, 상기 관성 부재는 허브와 함께 회전하도록 이 허브에 비강성으로 연결되는, 구동 시스템용 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 내측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 카트리지는 제 2 환형 홈을 형성하며, 이 제 2 환형 홈은, 반경 방향 내측으로 상기 회전 축선 쪽으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 단면 프로파일을 가지며 그리하여 반경 방향 내측 및 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 대체로 H-형의 단면 프로파일을 함께 형성하고, 또한 상기 환형 카트리지는, 압축 상태에서 상기 제 2 환형 홈 안에 위치되어, 상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품과 그 허브의 작동 연결을 도와주는 제 2 탄성 중합체 부재를 갖는, 구동 시스템용 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은, 허브와 반경 방향으로 동심이고 또한 상기 내측 환형 링과도 반경 방향으로 동심인 벨트 결합부를 갖는 풀리 몸체이고, 상기 내측 환형 링은 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면에 접해 위치되며, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 상기 풀리 몸체의 내측 환형 링에 압축되며, 상기 제 2 탄성 중합체 부재는 허브의 슬리브에 압축되는, 구동 시스템용 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링과 풀리 몸체의 벨트 결합부 사이에 있는 감쇠기 어셈블리를 더 포함하고, 이 감쇠기 어셈블리는,
    상기 허브의 외측 환형 링과 접촉하여 배치되는 탄성 중합체 감쇠기 부재; 및
    상기 탄성 중합체 감쇠기 부재에 접해 위치되는 관성 부재를 포함하고,
    그리하여, 상기 관성 부재는 허브와 함께 회전하도록 이 허브에 비강성으로 연결되는, 구동 시스템용 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 내측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하고, 상기 허브의 슬리브의 반경 방향 외측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 제 2 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은 관성 부재이고, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 허브의 외측 환형 링에 압축되는, 구동 시스템용 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링은 외측 벨트 결합면을 형성하는, 구동 시스템용 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 허브는 단일체형 몸체인, 구동 시스템용 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 관성 부재는 플랜지를 포함하고, 이 플랜지는, 플랜지의 적어도 일 부분이 허브의 외측 환형 링의 후방면에 위치되게 하는 거리로 상기 회전 축선에서 멀어지는 방향으로 상기 내측 환형 링으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있는, 구동 시스템용 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 허브와 함께 회전하는 상기 구성품은 관성 부재이고, 상기 제 1 탄성 중합체 부재는 허브의 외측 환형 링에 압축되고, 상기 제 2 탄성 중합체 부재는 상기 관성 부재의 내측 환형 링에 압축되는, 구동 시스템용 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링은 외측 벨트 결합면을 형성하는, 구동 시스템용 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 허브는 단일체형 몸체인, 구동 시스템용 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 관성 부재는 플랜지를 포함하고, 이 플랜지는, 플랜지의 적어도 일 부분이 허브의 외측 환형 링의 후방면에 위치되게 하는 거리로 상기 회전 축선에서 멀어지는 방향으로 상기 내측 환형 링으로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있는, 구동 시스템용 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 허브의 외측 환형 링의 반경 방향 내측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 상기 제 1 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하고, 상기 관성 부재의 내측 환형 링의 반경 방향 외측 표면은, 상기 회전 축선과 동심이고 제 2 탄성 중합체 부재가 위치되는 환형 오목부를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  19. 크랭크축 또는 구동계와 함께 회전하도록 이에 장착되는 제 1 항의 구동 시스템용 장치를 포함하는 전방 단부 부속 구동 시스템.
  20. 구동 시스템용 장치로서,
    회전 축선에서 멀어지는 방향으로 반경 방향 외측으로 개방되어 있는 대체로 C-형 또는 U-형의 종단면 프로파일을 갖는 적어도 하나의 환형 홈을 형성하는 허브;
    상기 허브와 반경 방향으로 동심인 외측 결합면과 내측 표면을 갖는 몸체; 및
    상기 몸체의 내측 표면과 허브 사이에서 압축되어 상기 환형 홈 안에 위치되는 탄성 중합체 부재를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 몸체의 외측 결합면은 기어 결합면 또는 벨트 결합면을 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 부재는 환형 탄성 중합체 부재를 형성하는 복수의 부분을 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 부재는 그의 내경과 외경 사이에서 축방향으로 연장되어 있는 복수의 보어를 포함하는, 구동 시스템용 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 허브는, 서로 이격되어 상기 환형 홈을 형성하는 환형 플랜지들 포함하고, 각 환형 플랜지의 자유 단부는 립(lip)을 포함하고, 상기 몸체는 허브의 환형 플랜지의 상기 립 각각을 복수의 환형 수용부를 포함하며, 조립 상태에서, 탄성 중합체 절연기 부재가 몸체의 내측 표면과 허브 사이에서 압축된 상태에서 상기 허브의 립이 몸체의 상기 환형 수용부에 위치되는, 구동 시스템용 장치.
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