KR20200133024A - 비틀림 진동 댐퍼 - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 허브와 적어도 제1 환형 탄성중합체 부재를 구비하는 비틀림 진동 댐퍼가 개시되는데, 상기 허브는 외부 벨트 맞물림면을 갖는 풀리 본체와 함께 회전하도록 풀리 본체와 일체를 이루며, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재는 상기 외부 벨트 맞물림면과 허브 사이에서 풀리 본체에 안착되며, 상기 풀리 본체에 결합된 제1 관성 링에 의하여 함께 회전하도록 맞대어 유지된다. 비틀림 진동 댐퍼는 또한 상기 외부 벨트 맞물림면과 허브 사이에서 제1 환형 탄성중합체 부재에 대향하는 면에서 풀리 본체에 안착되며 풀리 본체에 결합된 제2 관성 링에 의하여 함께 회전하도록 맞대어 유지되거나, 또는 제1 관성 부재와 프론트 엔드 캡 사이에서 제1 환형 탄성중합체 부재에 대향하는 면에서 제1 관성 부재에 안착되는 제 2 환형 탄성중합체 부재를 포함하며, 상기 프론트 엔드 캡은 상기 제2 탄성중합체 부재를 상기 제1 관성 부재에 맞대어 압축한다.

Description

비틀림 진동 댐퍼{TORSIONAL VIBRATION DAMPERS}
관련 출원
본 출원은 2014년 3월 5일자로 출원된 미국 가출원 제61/948,135호의 이익 및 2014년 5월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/987,784호의 이익을 주장하며, 양 출원은 본원에 참조로써 포함된다.
본 발명은 차량 엔진용의 비틀림 진동 댐퍼에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 크랭크샤프트에 장착된 비틀림 진동 댐퍼들 중 하나를 구비하는 프론트-엔드 부속품 구동 시스템(front end accessory drive system)에 관한 것이다.
엔진의 프론트 엔드 부속품 구동(Front End Accessory Drive; FEAD) 시스템은 기본적으로 크랭크샤프트에 의하여 구동된다. 크랭크샤프트는 크랭크샤프트 상에 연속적이기보다는 오히려 리드미컬한 토오크를 부과하는 피스톤의 점화에 의하여 회전된다. 이러한 토오크의 일정한 인가 및 해제는 진동을 야기하여, 크랭크샤프트에 고장 발생 시점까지 응력을 가한다. 다시 말해, 크랭크샤프트는 질량과 비틀림 스프링 상수를 갖는 플레인 토션 바아(plain torsion-bar)와 유사하므로, 크랭크샤프트는 고유 비틀림 공진 주파수를 갖는다. 왕복운동 부품의 가속도에 기인하는 관성 하중 뿐만 아니라, 토오크의 마루(peak)와 골(valley)에 의하여 크랭크샤프트 자체는 작동 중에 전후방으로 (회전하여) 방향을 바꾼다. 이러한 펄스가 크랭크샤프트 공명 주파수와 비슷하면, 펄스에 의하여 크랭크샤프트는 제어 불가능하게 진동하여 결국에는 파손될 수 있다. 따라서, 크랭크샤프트에 대한 토오크를 상쇄함으로써 이 문제를 해결하여 주기적인 점화 충격에 의하여 크랭크샤프트에 부과되는 토오크 비틀림 진폭을 무효화하고, 일반적으로 무단 동력 전달 벨트를 구동시키는 것에 의하여 FEAD 시스템에 회전 운동을 전달하기 위하여, 비틀림 진동 댐퍼(종종 크랭크샤프트 댐퍼라고 불리운다)가 크랭크샤프트에 장착된다.
기존의 비틀림 진동 댐퍼는 크랭크샤프트의 수명을 연장하고 FEAD 시스템을 구동시키기에 효과적이지만, 차량 엔진 작동에 있어서의 변경, 예컨대 연료 소모를 줄이기 위한 기동-정지 시스템의 설치는 기존의 비틀림 진동 댐퍼가 문제를 해결하도록 설계되어 있지 않은 시스템에 복잡성을 추가한다. 예를 들면, 기동-정지 시스템은 전통적인 비틀림 진동 댐퍼에 있어서 탄성중합체와 금속 간의 접촉면에서 잠재적인 미끄러짐을 도입하는 벨트 스타트로 인하여 충격력을 도입한다. 또 다른 중요한 것은 금속성 부품들 사이에 적절한 축방향 및 반경 방향 런아웃(run-out)을 유지하는 것이다.
본원에 개시된 신규의 비틀림 진동 댐퍼는, 벨트 기동-정지 상황 중에 댐퍼 내부의 탄성중합체와 금속 간의 접촉면에서 잠재적인 미끄러짐을 제거하거나 감소시키고, 또한 시일 노즈부(seal nose)와 벨트 맞물림면 사이에서 축방향 및 반경방향 런아웃와 위치를 개선한다.
일 양태에 따르면, 허브와 적어도 제1 환형 탄성중합체 부재를 구비하는 비틀림 진동 댐퍼가 개시되는데, 상기 허브는 풀리 본체와 함께 회전하도록 일체를 이루고, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재는 외부 벨트 맞물림면과 허브 사이에서 상기 풀리 본체에 안착되며(seated), 상기 풀리 본체에 결합된 제1 관성 링에 의하여 함께 회전하도록 맞대어 유지된다. 풀리 본체는 외부 벨트 맞물림면을 갖는다. 일 실시예에서, 비틀림 진동 댐퍼는 또한 외부 벨트 맞물림면과 허브 사이에서 상기 제1 환형 탄성중합체 부재에 대향하는 면에서 풀리 본체에 안착되며, 풀리 본체에 연결된 제2 관성 링에 의하여 함께 회전하도록 맞대어 유지되는 제2 환형 탄성중합체 부재를 구비한다. 상기 제1 관성 부재는 하나 이상의 체결부재에 의해 상기 제2 관성 부재에 연결된다.
일 실시예에서, 비틀림 진동 댐퍼는 허브부와 폴리 본체부를 갖는 풀리 본체-허브 일체형 부재(pulley body-hub monolithic member)와, 함께 회전하도록 풀리 본체부의 거의 평행한 대응 표면부(congruent surface)에 고정식으로 또는 착탈 가능하게 부착된 제1 관성 부재 및 제2 관성 부재를 가지며, 각각의 관성 부재와 풀리 본체 사이에는 탄성중합체 부재가 위치하여 진동 주파수를 감쇄한다.
또 다른 실시예에서, 제1 환형 탄성중합체 부재는 회전축을 따라 절단한 조립 단면에 있어서 사다리꼴(trapezoidal)의 단면을 가지며, 제2 환형 탄성중합체 부재도 그러할 수 있다. 탄성중합체 부재의 사다리꼴 단면을 형상을 수용하기 위하여, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 풀리 본체의 일부 및 제1 관성 링의 일부 중 하나 이상은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되어, 회전축으로부터 가장 먼 말단보다 회전축에 더 가까운 제1 환형 탄성중합체 부재에 대하여 더 작은 간극을 형성하며, 이와 유사하게 상기 제2 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 풀리 본체의 일부 및 제2 관성 링의 일부 중 하나 이상은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되어, 회전축으로부터 가장 먼 말단보다 회전축에 더 가까운 제2 환형 탄성중합체 부재에 대하여 더 작은 간극을 형성한다.
또 다른 실시예에 있어서, 제1 환형 탄성중합체 부재는 제1 O형 링과 제2 O형 링을 구비하며, 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링의 외경보다 큰 내경을 가지고, 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링과 동축을 이루며 그 반경방향 외측에 배치된다. 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링에 맞대어 안착된다.
또 다른 양태에 따르면, 허브와 적어도 제1 환형 탄성중합체 부재를 구비하는 비틀림 진동 댐퍼가 개시되는데, 상기 허브는 풀리 본체와 함께 회전하도록 상기 풀리 본체와 일체를 이루며, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재는 외부 벨트 맞물림면과 허브 사이에서 풀리 본체에 안착되며, 상기 풀리 본체에 결합된 제1 관성 링에 의하여 함께 회전하도록 맞대어 유지된다. 또한, 비틀림 진동 댐퍼는 상기 제 1 관성 부재와 프론트 엔드 캡(front end cap)의 사이에서 제1 환형 탄성중합체 부재에 대향하는 면에서 제 1 관성 부재에 안착되며, 상기 프론트 엔드 캡은 제 2 환형 탄성 중합체 부재가 상기 제 1 탄성 중합체에 맞대어 압축되도록 한다. 일실시예에서, 비틀림 진동 댐퍼는 또한 풀리 본체에 연결된 톤 휠(tone wheel)을 구비할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본원에 개시된 비틀림 진동 댐퍼들 중 하나를 구비하는 프론트 엔드 부속품 구동(FEAD) 시스템이 개시된다. FEAD 시스템은 또한 풀리 본체의 외부 벨트 맞물림면과 작동 가능하게 연결되는 무단 구동 벨트와, 차량의 엔진용의 하나 이상의 부속품을 구비하며, 상기 하나 이상의 부속품은 상기 무단 구동 벨트와 작동 가능하게 연결되는 대응 풀리와 샤프트를 갖는다.
또 다른 양태에 따르면, 비틀림 진동 댐퍼들 중 어느 하나에서 탄성중합체 부재를 교체하는 방법이 개시된다. 본 방법은 함께 회전하도록 샤프트에 부착된 본원에 개시된 비틀림 진동 댐퍼들 중 하나를 제공하는 단계와; 상기 비틀림 진동 댐퍼가 샤프트에 부착되어 있는 상태에서, 적어도 제1 탄성중합체 부재에 접근할 수 있도록 제1 관성 부재를 풀리 본체-허브 일체형 부재로부터 분리하는 단계(a)와; 상기 제1 탄성중합체 부재를 제거하는 단계(b)와; 상기 제1 탄성중합체 부재를 새로운 탄성중합체 부재로 교체하는 단계(c)와; 상기 제1 관성 부재를 풀리 본체-허브 일체형 부재에 재결합하는 단계(d)를 구비한다.
본 발명의 여러 가지 양태는 첨부도면을 참조하면, 더 잘 이해될 것이다. 도면에서 부품은 축적될 필요는 없으며, 그 대신에 본 발명의 원리를 명료하게 예시하는 것에 역점을 둔다. 게다가, 도면에서 동일한 참조부호는 도면 전체에 걸쳐 대응하는 부품을 지시한다.
도 1은 프론트 엔드 부속 드라이브의 부품의 사시도이다.
도 2는 엔진에서 크랭크샤프트 상에 장착 가능한 비틀림 진동 댐퍼의 부분 절결 사시도(partial cut-away, perspective view)이다.
도 3은 도 1의 비틀림 진동 댐퍼의 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 제1 탄성중합체 부재를 적소에 유지하는 대향 표면에 대한 다른 실시예를 예시하기 위하여 풀리 본체의 일부, 제1 탄성중합체 부재, 및 하나의 관성 부재의 일부를 도시하는, 비틀림 진동 댐퍼의 회전축과 평행하게 절단한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 제1 탄성중합체 부재를 적소에 유지하는 대향 표면에 대한 다른 실시예를 예시하기 위하여 풀리 본체의 일부, 이와 동축을 이루는 O-링인 제1 탄성중합체 부재, 및 하나의 관성 부재의 일부를 도시하는 비틀림 진동 댐퍼의 회전축과 평행하게 절단한 단면도이다.
도 6은 종래 기술의 "간접" 댐퍼의 변위 프로파일 그래프이다.
도 7은 엔진에서 크랭크샤프트 상에 장착 가능한 비틀림 진동 댐퍼의 제2 실시예의 부분 절결 사시도이다.
이하, 도면에 도시되어 있는 바와 같은 실시예의 설명을 상세히 참조하기로 한다. 다수의 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명을 본원에 개시된 실시예(들)에 제한하고자 의도하는 것은 아니다. 반대로, 그 의도는 프론트 엔드 캡의 모든 대안, 변경 및 균등물에 대한 것이다.
이하 도 1을 참조하면, FEAD 시스템(18)의 일실시예의 일예가 단지 예시를 목적으로 도시되어 있으며, 상기 FEAD 시스템은 전면부(30)와 배면부(27)를 갖는 일체형 하우징(integrated housing)(15)을 구비한다. 일체형 하우징(15)의 배면부(27)는 엔진에 장착되는 것이 바람직하다. FEAD 시스템(18)은 차량 엔진, 선박 엔진 및 고정형 엔진을 포함하는 어떠한 엔진에도 사용될 수 있다. 일체형 하우징(15)의 형상 및 구성은 장착되는 차량 엔진에 좌우된다. 따라서, 일체형 하우징(15), 보다 구체적으로는 FEAD 시스템(18)은 엔진 구동 부속품(9)의 위치에 따라 변화할 수 있으며, 그럼에도 불구하고 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 엔진 구동 부속품(9)의 위치 및 갯수는 변경될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들면, 기타 엔진 구동 부속품(9)의 예로서는 진공 펌프, 연료 분사 펌프, 오일 펌프, 워터 펌프, 파워 스티어링 펌프, 공기조화 펌프, 및 캠 드라이브가 있으며, 이는 FEAD 시스템(18)에 설치하기 위하여 일체형 하우징(15) 상에 장착될 수 있다. 엔진 구동 부속품(9)은, 용이한 장착을 위한 공구 접근성과 서비스 접근성을 위하여, 표면을 따라 다수의 위치에서 볼트 등에 의하여 일체형 하우징(15)에 장착되는 것이 바람직하다. 도 1에 있어서, 일체형 하우징(15)은 교류발전기(12) 및 벨트 텐셔너(21)를 포함하는 다수의 엔진 구동 부속품(9)을 구비한다.
엔진 구동 부속품(9)은 평벨트, 라운드형 벨트, V-벨트, 다중 홈 벨트, 리브드(ribbed) 벨트 등 중 적어도 하나의 무단 구동 벨트(6), 또는 전술한 벨트의 조합에 의하여 구동될 수 있으며, 상기 벨트는 편면 또는 양면 벨트일 수 있다. 무단 구동 벨트(6)는 서펜틴(serpentine) 벨트일 수도 있으며, 엔진 구동 부속품(9), 교류발전기(12) 및 비틀림 진동 댐퍼(3) 둘레에 감겨 있으며, 상기 비틀림 진동 댐퍼는 크랭크샤프트(8)의 노즈부(10)에 결합되어 있다. 크랭크샤프트는 비틀림 진동 댐퍼(3)를 구동시킴으로써 무단 구동 벨트(6)를 구동시키며, 차례로 나머지 엔진 구동 부속품(9)과 교류발전기(12)를 구동시킨다.
본원에서 FEAD 시스템(18)에 대한 개선점은, 전체가 참조부호 "100"으로 지시되어 있으며 도 2 및 도 3에 예시되어 있는 신규한 비틀림 진동 댐퍼에 있다. 비틀림 진동 댐퍼(100)는 풀리 본체-허브 일체형 부재(101)를 구비하는바, 상기 풀리 본체-허브 일체형 부재는 허브부(102), 풀리 본체부(103), 및 풀리 본체부(103) 중 하나 이상의 거의 평행한 대응 표면부(134 및 136)에 각각 고정식으로 또는 착탈 가능하게 부착된 하나 이상의 관성 부재(108 및 110)를 가지며, 그 사이에 탄성중합체 부재(104 및 106)가 각각 위치하여 크랭크샤프트와 같은 회전 부재의 진동 주파수를 감쇄 및/또는 흡수한다. 탄성중합체 부재(104 및 106)(모두가 존재하는 경우)와 하나 이상의 관성 부재(108 및 110)는 풀리 본체부(103)의 외부 벨트 맞물림면(112)의 배면측(115)에 인접하여 배치되고, 관성 부재(108 및 110)는 탄성중합체 부재(104 및 106)를 각각 풀리 본체부(103)에 맞대어 압축시킨 상태로 유지시킨다. 풀리 본체-허브 일체형 부재(101)는 "직접" 구동 시스템용으로 제공하는 것으로, 즉 무단 벨트는 허브의 벨트 맞물림면(112) 상에서 주행한다. 이러한 구조의 이점은 간접 구동 시스템과 비교하여 벨트 맞물림면(112)이 작은 진폭으로 진동할 수 있다는 점으로, 상기 "간접" 구동 시스템은 무단 벨트가 허브에 간접적으로 결합되어, 허브/크랭크샤프트의 진동의 각상 진폭(angular amplitude)에 대하여 위상이 상이한 큰 진폭으로 진동하도록 조정된다. 본원에 기술된 구조는 탄성중합체와 풀리 본체 간의 경계면 및/또는 기존의 비틀림 진동 댐퍼에서 기동-정지(start-stop) 상황 중에 발생하는 탄성중합체-관성 링 간의 경계면에서의 잠재적인 미끄러짐을 제거하거나 또는 감소시키는 것에 장점이 있으며, 특히 공개된 축방향 구조보다는 오히려 동축 구조를 구비하며 및/또는 "간접" 구동 시스템이며, 시일 노즈부(10)(도 1)와 벨트 맞물림면(112) 간의 축 방향 및 반경 방향 런아웃을 개선한다. 게다가, 본 구조는 종래 기술의 간접 구동 시스템보다 덜 복잡하고, 저렴하며, 조립 및 해제하기에 용이한 적어도 6개의 상이한 탄성중합체 부재 구조에 대한 옵션을 제공한다.
또한, 본원에 개시된 비틀림 진동 댐퍼는 각상 진동을 FEAD 시스템에 약 6배 내지 약 10배 정도로 덜 전달한다. 이러한 감소는 도 6의 그래프에 도시된 바와 같이, 통상적인 댐퍼의 거동과 본원에 개시된 댐퍼의 실시예를 비교하여 설명될 수 있다. 도 6은 변위 대 주파수의 도표이다. 250Hz의 주파수에서 볼 수 있는 바와 같이, 디멘드는 0.3도이며, 응답은 1.9도이다. 직접 구동 시스템에서 있어서, FEAD에 전달되는 각상 진동은 디멘드와 동일하며, 즉 본 예에서 0.3도일 수 있다. 간접 구동 시스템에 있어서, FEAD에 전달되는 각상 진동은 응답과 동일하며, 즉 1.9도이다. 이러한 두 값의 비교는 1.9/0.3의 배율 상수를 제공하며, 상기 배율 상수는 지수가 약 6이다. 선택된 탄성중합체 재료, 관성 링의 질량, 크랭크샤프트의 각상 진동과 같은, 시스템과 댐퍼의 세부사항에 따라서, FEAD에 전달되는 각상 진동의 감소는 지수가 10 만큼 높을 수 있다.
이하 도 2 및 도 3을 참조하면, 비틀림 진동 댐퍼(100)는 지면 상의 도면의 배향에 대하여 좌측에서 우측으로 체결 부재(114), 제1 관성 부재(108), 제1 탄성중합체 부재(104), 풀리 본체-허브 일체형 부재(101), 제2 탄성중합체 부재(106), 및 제2 관성 부재(110)를 구비한다. 상기 부품들은 서로 회전하도록, 체결부재(114)에 의하여 상호 작동 가능하게 결합되어 있다. 어떤 부품에 대해서도 상대 회전이 없으며, 부품간에도 병진 이동이 없다.
도 2 및 도 3을 계속 참조하면, 풀리 본체-허브 일체형 부재(101)는 허브부(102)와 풀리 본체부(103)를 갖는다. 허브부(102)는 비틀림 진동 댐퍼(100)를 위한 회전축(A)을 형성하며, 샤프트와 함께 회전 이동하도록 그 샤프트를 수용 및 결합되도록 구성된 보어(116)를 갖는다. 일실시예에서, 보어(116)는 엔진의 크랭크샤프트를 수용한다. 풀리 본체부(103)는 허브부(102)를 중심으로 반경방향 외측으로 연장하는 플레이트(118)와, 상기 플레이트(118)의 최외측을 형성하는 외부 벨트 맞물림면(112)을 갖는 환형 링(111)을 구비한다. 플레이트(118)는 축방향으로 관통하여 연장함으로써 허브부(102)로부터 연장하는 다수의 스포크(spoke, 150)를 구획하는 다수의 개구부(148)를 가질 수 있다. 개구부(148)는 풀리 본체-허브 일체형 부재(101)의 총중량을 감소시키며, 제1 관성 부재(108)를 제2 관성 부재(110)에 연결하기 위한 체결부재용 구멍을 제공한다. 풀리 본체부(102)의 벨트 맞물림면(112)은 평탄하거나, 라운드형 벨트를 수납하도록 윤곽이 형성되어 있거나, V형 리브드 벨트의 V형 리브와 결합하기 위하여 V형 홈을 갖거나, 무단 벨트와 결합하기 위하여 다른 필요한 윤곽이 형성되어 있다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 허브부(102)는 플레이트(118)로부터 일방향으로만 축방향으로 연장함으로써 비틀림 진동 댐퍼(100)의 배면부를 형성할 수 있고, 상기 배면부는 엔진과 접하는 크랭크샤프트 상에 장착된다. 그 반대로, 플레이트(118)의 대응 표면부(136)는 비틀림 진동 댐퍼(100)의 전면부를 형성하며, 이는 비틀림 진동 댐퍼(100)를 샤프트와 함께 회전하도록 샤프트에 체결하는 시일 노즈부(10)(도 1)를 수용할 수 있다.
풀리 본체-허브 일체형 부재(101)는 공지되거나 향후에 개발되는 기술을 이용하여 주조, 스피닝, 단조, 기계가공, 또는 성형 제조될 수 있다. 풀리 본체-허브 일체형 부재(101)용으로 적절한 재료는 철, 강철, 알루미늄, 기타 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료로 구성된 그 조합을 포함한다.
이하 도 2 및 도 3의 제1 탄성중합체 부재와 제2 탄성중합체 부재(104 및 106) 및 제1 관성 부재 및 제2 관성 부재(108 및 110)로 돌아가면, 이러한 부재는, 제1 관성 부재 및 제2 관성 부재(108 및 110)에 대해서는 도 3에서 참조부호가 병기된 것과 같이, 제1 주요 대향 표면 및 제2 주요 대향 표면(140 및 142)과, 내부측(144), 및 외부측(146)을 갖는 환형 본체로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제1 관성 부재 및 제2 관성 부재(108 및 110)는 충분한 질량을 갖는 소정의 재료, 일반적으로 주철 금속으로 제조될 수 있다. 도 4a 및 도 4c에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 관성 링(108)의 제1 주요 표면(140)은 적어도 제1 탄성중합체 부재(104)에 맞대어 위치하는 부분에 대하여 비스듬하게 형성(beveled)될 수 있거나, 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이 직선으로, 즉 회전축(A)에 대하여 거의 직각으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 관성 링(110)의 제2 주요 표면(142)은 제2 탄성중합체 부재(106)에 맞대어 결합하도록 비스듬히 또는 직선으로 형성될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c의 실시예에서, 각각의 탄성중합체 부재(104 및 106)에 맞대어 결합하는 플레이트(118)의 대응 표면(136 및 138)의 일부는 비스듬히 또는 직선으로 형성될 수 있다. 비스듬히 형성된 표면은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되어, 회전축으로부터 가장 먼 말단보다 회전축에 더 가까운 탄성중합체 부재에 대해 더 작은 간극을 형성한다. 따라서, 각각 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(104 및 106)가 유지되는 간극(156)을 형성하기 위해 여러 가지 변경이 가능하지만, 그 결과에 따르면 탄성중합체 부재는 회전축에 대하여 거의 사다리꼴의 길이 방향 단면을 갖는다.
도 5a 내지 도 5c에 개시된 실시예에서, 플레이트(118)의 대응 표면(136 및 138)과 제1 관성 부재(108)의 제1 주요 표면(140)의 일부 [및 제2 관성 부재(110)의 제2 주요 표면(142)의 일부(비도시)] 중 어느 하나 또는 모두는 전술한 바와 같이 비스듬히 형성될 수 있으며, 탄성중합체 부재(104 및 106)는 복수 개의 O형 링, X형 링, V형 링, 정방형 링, 또는 기타 탄성중합체 재료로 제조된 링일 수 있다. 이러한 실시예의 경우에, 각각의 탄성중합체 부재(104 및 106)는 제1 O형 링(160)과 제2 O형 링(162)을 구비할 수 있으며, 여기에서 상기 제1 O형 링(160)은 상기 제2 O형 링(162)의 외경보다 더 큰 내경을 가지며, 상기 제1 O형 링(160)은 상기 제2 O형 링(162)과 동축을 이루며 반경방향 외측으로 배치된다. O형 링 탄성중합체 부재를 이용하면 비용 측면에서 보다 효과적인 제품과 이의 조립체를 제공할 수 있다.
제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(104 및 106)는, 비틀림 진동 댐퍼(100)가 장착되어 있는 회전 샤프트에 의하여 발생되는 비틀림 진동을 흡수 및/또는 감쇄하기 위하여 적절한 탄성중합체일 수 있다. 탄성중합체 부재는 일반적으로 낮은 인장계수와 높은 항복 변형을 가질 수 있다. 탄성중합체 부재는 동일하거나 상이한 탄성중합체로 제조될 수 있다. 탄성중합체는 자동차 엔진 용례에 적합한 것, 즉 엔진에서 겪게 되는 온도 및 도로 온도와 조건을 견뎌내기에 적합한 것이 바람직하다. 일실시예에서, 탄성중합체 부재는 스티렌-부타디엔 고무, 천연고무, 니트릴 부타디엔 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM), 에틸렌 아크릴 탄성중합체, 수소화 니트릴 부타디엔 고무 및, 폴리클로로프렌 고무 중 하나 이상으로 제조되거나 포함할 수 있다. 에틸렌 아크릴 탄성중합체의 일예로는, 이 아이 듀퐁 드 네모아 앤 컴퍼니에서 제조하는 VAMAC® 에틸렌 아크릴 탄성중합체가 있다. 탄성중합체 부재는 내부에 분산된 다수의 섬유를 선택적으로 포함하는 복합 재료일 수 있다. 섬유는 TECHNORA® 섬유라는 상표명으로 시판되는 섬유와 같은, 연속하거나 분절된(잘게 절단) 아라미드 섬유일 수 있다.
체결부재(114)는 볼트, 스크류, 리벳 등일 수 있다. 일실시예에서, 체결부재는 숄더 볼트(shoulder bolt)와 같은 볼트이다. 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 볼트(114)의 숄더(170)는 단단한 정지부가 볼트의 나사 단부(174)를 수용하기 위한 나사 보어(172)를 가질 수 있는 관성 부재, 도 2에서의 제2 관성 부재(110) 중 어느 하나에 대하여 부딪히게 한다. 따라서, 각각의 체결부재(114)는 헤드부(176), 숄더(170)를 갖는 샤프트(178), 그리고 나사 단부(174)를 가질 수 있다. 도 3의 조립된 비틀림 진동 댐퍼(100)에서 알 수 있는 바와 같이, 체결부재(114)는 제1 관성 부재에 형성된 보어(180)(나사산이 형성되지 않음)를 통해 풀리 본체부(103)의 플레이트(118)에 형성된 각각의 개구부(148)를 관통하여 연장하여, 제2 관성 부재(110)의 나사 보어(172)에 나사 체결된다. 체결부재(114)는 헤드부(176)가 제1 관성 부재(108)에 원뿔형 구멍에 묻히도록 형성될 수 있다.
이하 도 7을 참조하면, 전체가 참조부호 "200"으로 지시되어 있는 비틀림 진동 댐퍼의 또 다른 실시예는, 지면 상의 도면의 배향에 대하여 좌측에서 우측으로, 프론트 엔드 캡(208), 제1 탄성중합체 부재(204), 관성 부재(210), 제2 탄성중합체 부재(206), 및 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)를 구비한다. 상기 부품들은 서로 회전하도록, 허브 체결부재(114)에 의하여 상호 작동 가능하게 결합되어 있다. 비틀림 진동 댐퍼(200)는 또한 좌측에서 우측으로 움직이며, 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)와 함께 회전하도록 톤 휠 체결부재(tone wheel fastener; 219)에 의하여 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)에 부착되어 있는 선택적인 톤 휠(217)을 구비할 수 있다. 어떤 부품에도 상대 회전이 없으며, 부품간에도 병진 이동이 없다.
풀리 본체-허브 일체형 부재(201)는 허브부(202)와 풀리 본체부(203)를 갖는다. 허브부(202)는 비틀림 진동 댐퍼(200)를 위한 회전축(A)을 형성하며, 샤프트와 함께 회전 이동하기 위해 그 샤프트를 수용 및 결합되도록 구성된 보어(216)를 갖는다. 일실시예에서, 보어(216)는 엔진의 크랭크샤프트를 수용한다. 풀리 본체부(203)는 허브부(202)를 중심으로 반경방향 외측으로 연장하는 플레이트(218)와, 상기 플레이트(218)의 최외측을 형성하는 외부 벨트 맞물림면(212)을 갖는 환형 링(211)을 구비한다. 플레이트(218)는 허브 체결부재(214)를 수용하기 위하여 관통 연장하는 다수의 개구부(248)를 가질 수 있으며, 허브 체결부재에 의하여 프론트 엔드 캡(208)이 플레이트에 결합되어 그 사이에 제1 탄성중합체 부재(204) 및 제2 탄성중합체 부재(206)와 관성 부재(210)이 보유된다. 풀리 본체부(203)의 벨트 맞물림면(212)은 평탄하거나, 라운드형 벨트를 수납하도록 윤곽이 형성되어 있거나, V형 리브드 벨트의 V형 리브와 결합하기 위하여 V형 홈을 갖거나, 무단 벨트와 결합하기 위하여 다른 필요한 윤곽 홈이 형성되어 있다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 허브부(202)는 플레이트(218)로부터 일방향으로만 축방향으로 연장하여, 비틀림 진동 댐퍼(200)의 배면부(BF)를 형성할 수 있으며, 상기 배면부는 엔진을 향하는 크랭크샤프트 상에 장착된다. 그 반대로, 플레이트(218)는 비틀림 진동 댐퍼(200)의 전방면(FF)을 형성하며, 상기 전방면은 비틀림 진동 댐퍼(200)를 샤프트에 함께 회전하도록 샤프트에 체결하는 시일 노즈부(10)를 수용할 수 있다(도 1).
풀리 본체-허브 일체형 부재(201)와 프론트 엔드 커버(208)는, 둘다 공지되거나 향후에 개발되는 기술을 이용하여 주조, 스피닝, 단조, 기계가공, 또는 성형 제조될 수 있다. 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)용으로 적절한 재료는, 철, 강철, 알루미늄, 기타 적절한 금속, 플라스틱, 또는 복합 재료로 구성된 그 조합을 포함한다.
도 7을 계속 참조하면, 관성 부재(210)는 대향하는 전면부(240)와 배면부(242), 내부면(244), 및 외부면(246)을 갖는 환형 본체이며, 충분한 질량을 갖는 소정의 재료, 일반적으로 주철 금속으로 제조될 수 있다. 전면부(240)는 적어도 제1 탄성중합체 부재(204)에 맞대어 위치하는 부분에 대하여 비스듬하게 형성될 수 있거나, 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 직선으로, 즉 회전축(A)에 대하여 거의 직각으로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 관성 링(210)의 배면부(242)는 제2 탄성중합체 부재(206)에 맞대어 결합하도록 비스듬히 또는 직선으로 형성될 수 있다. 게다가, 관성 부재(210)는 제1 탄성중합체 부재(204)의 적어도 일부를 위한 리셉터클로써 전면부(240)에 형성된 제1 환형 홈(250)과, 제2 탄성중합체 부재(206)의 적어도 일부를 위한 리셉터클로써 배면부(242)에 형성된 제2 환형 홈(252)을 가질 수 있다.
제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(204 및 206) 중 어느 하나 또는 모두는, 도 7에 도시된 바와 같이, 조립되면 사다리꼴의 단면을 갖는다. 제1 탄성중합체 부재(204)는 풀리 본체 플레이트(118)과 프론트 엔드 캡(208)과 관성 부재(210)의 사이에서 압축되며, 이들 중 하나 또는 모두는 제1 탄성중합체 부재에 맞대어 결합하는 각진 표면을 가질 수 있다. 이와 유사하게, 제2 탄성중합체 부재(206)는 하나 이상의 각진 표면에 맞대어 압축되지만, 그 표면은 관성 부재(210)와 풀리 본체 플레이트(218)와 접한다. 이러한 구성은 도 4a 내지 도 4c에 개괄적으로 예시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(204 및 206)는, 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 전술한 바와 같이 두 개의 동축을 이루는 링으로 구성될 수 있다. 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 내지 도 5c에서 알 수 있는 바와 같이, 각진 표면은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되어, 회전축으로부터 가장 먼 말단보다 회전축에 더 가까운 탄성중합체 부재에 대하여 더 작은 간극을 형성한다. 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(204 및 206)는, 도 2 및 도 3과 관련하여 전술한 것과 동일한 재료로 제조될 수 있다.
도 7을 다시 참조하면, 프론트 엔드 캡(208)은 허브 체결부재(214) 또는 다른 방법에 의하여 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)에 고정식으로 또는 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 허브 체결부재(214)는 볼트, 스크류, 리벳 등일 수 있다. 일실시예에서, 체결부재는 볼트, 예컨대 도 7에 도시된 숄더 볼트, 및 도 2 및 도 3과 관련하여 전술한 바와 같은 볼트이다. 또 다른 실시예에서, 허브 체결부재(214)는 생략될 수 있으며, 그 대신에 프론트 엔드 커버(208)는 롤(roll) 성형 또는 궤도(orbit) 성형에 의하여 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)에 결합되거나, 또는 용접될 수 있다. 프론트 엔드 캡(208)은 외부측(261)과 배면부(262)의 일부를 갖는 거의 평탄한 메인 링(260)을 구비하며, 상기 배면부의 일부는 외측(261)에 가장 인접하여 환형 링(211)에 맞대어 설치되고, 상기 환형 링은 벨트 맞물림면(212)을 형성하고 평탄한 링(260)으로부터 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)의 전면부(FF)를 향하여 연장하는 중공 목부(hollow neck)(264)를 갖는다. 중공 목부(264)는 회전축(A)을 향하여 반경 방향 내측으로 돌출하는 환형 플랜지(266)를 갖는다. 환형 플랜지(266) 내부에는, 허브 체결부재(214)를 수용하기 위하여 다수의 구멍(268)이 제공된다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서 프론트 엔드 캡(208)은 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(204 및 206)를 압축하는 역할을 하며, 또한 비틀림 진동 댐퍼(200)의 부품의 조립 상태를 유지하는 역할을 한다.
도 7을 계속 참조하면, 비틀림 진동 댐퍼(200)는 톤 휠 체결부재(219)에 의하여 환형 링(211)의 배면측에 고정식으로 또는 탈착 가능하게 부착된 톤 휠(217)을 선택적으로 구비할 수 있다. 체결부재(219)는 허브 체결부재(214)에 대하여 전술한 바와 같을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 톤 휠(217)은 전술한 다른 결합 대안들 중 어느 하나에 의하여 환형 링(211)에 부착 가능하다. 톤 휠(217)은 환형 베이스(272)로부터 축방향으로 연장하는 다수의 이격된 치형부(270)를 갖거나, 상기 환형 베이스는 톤 휠 체결부재(219)를 수용하기 위한 다수의 구멍을 갖고, 또 다른 실시예에서 환형 링(211)에 대한, 롤 성형 또는 궤도 성형에 의한 커넥터 또는 억지끼움 연결부를 갖거나, 또는 용접된다. 치형부(270)는 도 7에 도시된 바와 같이 베이스(272)의 외주변에 결합된 불연속의 환형 플랜지를 형성한다. 베이스(272)의 내주변은 톤 휠(217)을 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)에 보다 안정적으로 연결하기 위하여, 립 또는 연속 플랜지(274)를 가질 수 있다.
도 7의 실시예는 도 2 및 도 3의 실시예와 동일한 장점을 제공하며, 부가적으로 풀리 본체-허브 일체형 부재(201)의 전면부(FF) 측에서 관성 부재(210)를 구비함으로써, 톤 휠을 풀리 본체부(203)의 환형 링(211)에 장착 또는 결합하기 위한 공간을 제공한다.
본원에 개시된 비틀림 진동 댐퍼(100 및 200)에 따른 또 다른 장점으로는, 풀리 본체-허브 일체형 부재(101 및 201)는 마모된 탄성중합체 부재(104, 106, 204 및 206)를 제거 및 교체하기 위하여, 크랭크샤프트에 여전히 부착되어 있는 상태에서, 허브 체결부재(114 및 214)를 제거하는 것에 의하여 분해할 수 있는 능력이다. 따라서, 일 양태에 있어서, 함께 회전하도록 샤프트에 부착된 비틀림 진동 댐퍼(100 또는 200)를 제공하는 방법이 개시되는바, 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재(104, 106, 204 및 206)의 마모 이후에, 상기 방법은 하나 이상의 허브 체결부재(114 및 214)를 제거하는 단계와, 하나 이상의 관성 부재(106, 110 및 210) [및 비틀림 진동 댐퍼(200)용 프론트 엔드 커버(208)], 그리고 제 1 탄성 부재 및 제 2 탄성 부재를 제거하는 단계와, 이어서 제1 탄성중합체 부재 및 제2 탄성중합체 부재를 새로운 탄성중합체 부재로 교체하는 단계와, 상기 부품을 하나 이상의 허브 체결부재(114 및 214)로 상호 체결하는 것을 포함하여 비틀림 진동 댐퍼를 재조립하는 단계를 포함한다.
본 발명을 소정의 실시예와 관련하여 도시 및 기술하였지만, 본 명세서를 읽고 이해하면 다양한 변경이 가능함을 당업계의 통상의 기술자에게는 자명하며, 본 발명은 이러한 변경을 포함한다.

Claims (6)

  1. 함께 회전하도록 풀리 본체와 일체화된 허브 - 여기서, 상기 풀리 본체는 외부 벨트 맞물림면을 구비함;
    상기 외부 벨트 맞물림면과 상기 허브 사이에서 상기 풀리 본체에 안착되고, 상기 풀리 본체에 연결된 제1 관성 부재에 의해 함께 회전하도록 상기 풀리 본체에 대해 유지된 제1 환형 탄성중합체 부재; 및
    제2 관성 부재에 의해 상기 풀리 본체에 대해 안착된 제2 환형 탄성중합체 부재;
    를 포함하고,
    상기 제1 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제1 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체의 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 상기 제1 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하고,
    상기 제2 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제2 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체의 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 제2 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하고,
    상기 제1 관성 부재를 상기 제2 관성 부재에 연결하기 위한 하나 이상의 체결부재를 추가로 구비하고
    상기 제1 환형 탄성중합체 부재는 제1 O형 링 및 제2 O형 링을 구비하며, 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링의 외경보다 더 큰 내경을 가지고, 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링과 동축을 이루며 상기 제2 O형 링의 반경방향 외측에 배치되는, 비틀림 진동 댐퍼.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링에 맞대어 안착되는, 비틀림 진동 댐퍼.
  3. 함께 회전하도록 풀리 본체와 일체화된 허브 - 여기서, 상기 풀리 본체는 외부 벨트 맞물림면을 구비함;
    상기 외부 벨트 맞물림면과 상기 허브 사이에서 상기 풀리 본체에 안착되고, 상기 풀리 본체에 연결된 제1 관성 부재에 의해 함께 회전하도록 상기 풀리 본체에 대해 유지된 제1 환형 탄성중합체 부재; 및
    상기 풀리 본체에 연결된 캡에 접촉하여 배치되고, 또한 상기 제1 환형 탄성중합체 부재의 반대측에서 상기 제1 관성 부재에 대해 압축된 제2 환형 탄성중합체 부재;
    를 구비하고,
    상기 제1 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제1 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체의 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 제1 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하고,
    상기 제1 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제2 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체 또는 상기 캡의 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 제2 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하고,
    상기 캡을 상기 허브에 연결하기 위한 하나 이상의 체결부재를 추가로 구비하는, 비틀림 진동 댐퍼.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제2 환형 탄성중합체 부재는, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재의 반대측에서, 상기 제1 관성 부재와 상기 캡 사이에서 상기 제1 관성 부재에 안착되며, 함께 회전하도록 상기 캡에 의해 상기 제1 관성 부재에 대해 압축되는, 비틀림 진동 댐퍼.
  5. 비틀림 진동 댐퍼를 포함하는 프론트 엔드 부속품 구동 시스템에 있어서,
    상기 비틀림 진동 댐퍼는:
    함께 회전하도록 풀리 본체와 일체화된 허브 - 여기서, 상기 풀리 본체는 외부 벨트 맞물림면을 구비함;
    상기 외부 벨트 맞물림면과 상기 허브 사이에서 상기 풀리 본체에 안착되고, 상기 풀리 본체에 연결된 제1 관성 부재에 의해 함께 회전하도록 상기 풀리 본체에 대해 유지된 제1 환형 탄성중합체 부재 - 여기서, 상기 풀리 본체는 크랭크샤프트를 수용 가능한 허브를 구비하고, 상기 허브는 상기 크랭크샤프트와 동축을 이루며 상기 크랭크샤프트에서 반경방향 외측으로 이격 배치됨;
    상기 풀리 본체에 연결된 캡에 맞대어 유지되는 상기 제1 환형 탄성중합체 부재의 반대측에서 상기 제1 관성 부재에 대해 압축된 제2 환형 탄성중합체 부재;
    를 포함하고,
    상기 제1 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제1 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체의 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 제1 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하고,
    상기 제1 관성 부재의 하나 이상의 부분, 및 상기 제2 환형 탄성중합체 부재와 접촉하는 상기 풀리 본체 또는 상기 캡 부분은 반경방향 외측으로 비스듬히 형성되며, 이에 의해, 회전축으로부터 가장 먼 위치보다 상기 회전축에 더 가까운 위치에서 제2 환형 탄성중합체 부재를 위한 더 작은 간극을 형성하며,
    상기 비틀림 진동 댐퍼는:
    상기 캡을 상기 허브에 연결하기 위한 하나 이상의 체결부재;
    상기 풀리 본체의 외부 벨트 맞물림면과 관련하여 작동 가능한 무단 구동 벨트; 및
    자동차 엔진을 위한 하나 이상의 부속품;
    을 추가로 포함하고,
    상기 하나 이상의 부속품의 각각은 샤프트와, 상기 무단 구동 벨트와 관련하여 작동 가능한 대응 풀리를 포함하고,
    상기 제1 환형 탄성중합체 부재는 제1 O형 링 및 제2 O형 링을 구비하고, 상기 제1 O형 링은 상기 제2 O형 링의 외경보다 더 큰 내경을 가지고, 상기 제1 O형 링은 상기 제2O 형 링과 동축을 이루며 상기 제2 O형 링의 반경방향 외측에 배치되는, 프론트 엔드 부속품 구동 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 환형 탄성중합체 부재는, 상기 제1 환형 탄성중합체 부재의 반대측에서, 상기 제1 관성 부재와 상기 캡 사이에서 상기 제1 관성 부재에 안착되고, 함께 회전하도록 상기 캡에 의해 상기 제1 관성 부재에 대해 압축되는, 프론트 엔드 부속품 구동 시스템.
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