KR20200134283A - 인장기 - Google Patents

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KR20200134283A
KR20200134283A KR1020207030306A KR20207030306A KR20200134283A KR 20200134283 A KR20200134283 A KR 20200134283A KR 1020207030306 A KR1020207030306 A KR 1020207030306A KR 20207030306 A KR20207030306 A KR 20207030306A KR 20200134283 A KR20200134283 A KR 20200134283A
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KR
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pivot arm
assembly
sprocket
tensioner
coupled
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KR1020207030306A
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Inventor
알렉산더 세르크
안토니 알. 모라
Original Assignee
게이츠 코포레이션
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Abstract

베이스, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 1 인장기 서브-조립체, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 2 인장기 서브-조립체로서, 제 1 인장기 서브-조립체는 제 2 인장기 서브-조립체와는 반대 방향으로 이동하게 되는 것인 제 2 인장기 서브-조립체, 제 1 인장기 서브-조립체와 제 2 인장기 서브-조립체를 연결하는 인장 부재, 및 제 1 인장기 서브-조립체와 마찰식으로 결합되어, 소정의 제 1 작동 조건 동안 제 2 인장기 서브-조립체로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동이 제한되며 소정의 제 2 작동 조건 동안 제 2 인장기 서브-조립체를 향한 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동은 제한되지 않도록 하는 일방향 클러치를 포함하는 인장기.

Description

인장기
본 발명은 인장기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 세장형 가요성 부재 및 일방향 클러치를 통해 제 2 서브-조립체와 협력적으로 결합된 제 1 서브-조립체, 세장형 가요성 부재에 인장 하중을 가하는 제 1 비틀림 스프링 및 제 2 비틀림 스프링, 및 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되어, 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되도록 하는 일방향 클러치를 구비한 인장기에 관한 것이다.
벨트 인장기는 벨트에 하중을 부과하는 데 사용된다. 벨트 하중은 작동 중에 벨트가 하나 이상의 동반 풀리 상에서 미끄러지는 것을 방지한다. 전형적으로, 벨트는 엔진 용례에서 엔진과 관련된 다양한 액세서리를 구동시키는 데 사용된다. 예를 들어, 벨트 구동 시스템에 의해 구동될 수도 액세서리 중 두 가지는 공기 조화 압축기 및 교류 발전기이다.
벨트 인장기는 암에 저널링된 풀리를 포함한다. 암과 베이스의 사이에 스프링이 연결된다. 스프링은 또한 댐핑 기구와 결합될 수도 있다. 댐핑 기구는 서로 접촉하는 마찰면을 포함한다. 벨트 구동부의 작동에 의해 야기되는 암의 진동 운동이 댐핑 기구에 의해 경감된다. 이에 의해 결국 벨트의 예상 수명이 향상된다.
연비 및 효율을 높이기 위하여, 다수의 자동차 제조사가 액세서리 벨트 구동 시스템(ABDS)을 구동시킬 수 있는 능력을 갖춘 교류 발전기를 통합시키기 시작하고 있다. 이러한 교류 발전기는 일반적으로, 모터 발전기 유닛(MGU) 또는 벨트 시동 발전기(BSG)로 지칭된다. 이들 교류 발전기는 엔진 시동, 배터리 충전, 또는 차량 부스팅에 사용될 수 있다. 표준 작동 중에는 크랭크 샤프트 풀리가 ABDS를 구동시킨다. 이 경우, 크랭크 풀리로 들어가는 벨트 측면이 팽팽한 측면이며, 크랭크 풀리에서 나오는 벨트 측면은 느슨한 측면이다. 그러나, MGU가 시스템을 구동시키는 데 사용되는 경우(예를 들어, 시동 중에)에는, 팽팽한 측면이 MGU로 들어가는 벨트 측면이며, 느슨한 측면이 MGU를 떠나 크랭크 풀리로 들어가는 벨트 측면이다.
당 업계의 대표적인 예로서, US 9140338에는 베이스, 베이스에 피벗식으로 결합된 제 1 피벗 암, 제 1 피벗 암에 저널링된 제 1 풀리, 베이스에 피벗식으로 결합된 제 2 피벗 암, 제 2 피벗 암에 저널링된 제 2 풀리, 제 1 피벗 암과 톱니식으로 결합되며 제 2 피벗 암과 톱니식으로 결합되어 제 1 피벗 암 및 제 2 피벗 암이 협조하여 이동하도록 하는 가요성 인장 부재, 및 베이스와 피벗식으로 결합되며 가요성 인장 부재와 결합된 인장기 조립체를 포함하는 인장기가 개시되어 있다.
세장형 가요성 부재와 일방향 클러치를 통해 제 2 서브-조립체와 협력적으로 결합된 제 1 서브-조립체, 세장형 가요성 부재에 인장 하중을 가하는 제 1 비틀림 스프링 및 제 2 비틀림 스프링, 및 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되어, 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되도록 하는 일방향 클러치를 구비한 인장기가 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명의 주요 양태는 세장형 가요성 부재와 일방향 클러치를 통해 제 2 서브-조립체와 협력적으로 결합된 제 1 서브-조립체, 세장형 가요성 부재에 인장 하중을 가하는 제 1 비틀림 스프링 및 제 2 비틀림 스프링, 및 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되어, 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되도록 하는 일방향 클러치를 구비한 인장기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태가 본 발명의 아래의 설명 및 첨부 도면에 의해 지적되거나 명백해질 것이다.
본 발명은 베이스, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 1 인장기 서브-조립체, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 2 인장기 서브-조립체로서, 제 1 인장기 서브-조립체는 제 2 인장기 서브-조립체와는 반대 방향으로 이동하게 되는 것인 제 2 인장기 서브-조립체, 제 1 인장기 서브-조립체와 제 2 인장기 서브-조립체를 연결하는 인장 부재, 및 제 1 인장기 서브-조립체와 마찰식으로 결합되어, 소정의 제 1 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동이 제한되며 소정의 제 2 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체를 향한 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동은 제한되지 않도록 하는 일방향 클러치를 포함하는 인장기를 포함한다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시한 것이며, 아래의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 인장기의 평면도이다.
도 2는 인장기의 저면도이다.
도 3은 서브-조립체의 분해도이다.
도 4는 풀리 베어링 조립체의 단면도이다.
도 5는 암-풀리 조립체의 단면도이다.
도 6은 보상 스프링 및 랩 스프링과 풀리-암 조립체의 단면도이다.
도 7은 보상 스프링의 배향을 보여주는 사시도이다.
도 8은 스프로켓을 갖는 서브-조립체의 단면도이다.
도 9는 랩 스프링의 배향을 보여주는 평면도이다.
도 10은 보상 스프링의 사시도이다.
도 11은 스프로켓-동기식 벨트 조립체의 사시도이다.
도 12는 서브-조립체의 단면도이다.
도 13은 제 2 서브-조립체의 분해도이다.
도 14는 풀리-베어링 조립체의 단면도이다.
도 15는 암-풀리 조립체의 단면도이다.
도 16은 일차 스프링과 암-풀리 조립체의 단면도이다.
도 17은 일차 스프링의 배향을 보여주는 저면 사시도이다.
도 18은 스프로켓을 갖는 서브-조립체의 단면도이다.
도 19는 스프로켓-동기식 벨트 조립체의 사시도이다.
도 20은 벨트와 서브-조립체의 단면도이다.
도 21은 서브-조립체의 단면도이다.
도 22는 인장기의 단면도이다.
도 23a 및 도 23b는 벨트의 느슨한 측면이 교호하는 인장기의 모식도이다.
도 24는 벨트 장력을 MGU 상의 토크의 함수로서 예시한다.
도 25는 벨트 신장에 대한 인장기 응답의 모식도이다.
도 26은 제 1 서브-조립체의 보상 매커니즘의 상세도이다.
도 27은 보상 매커니즘 기능의 개략적인 설명도이다.
도 28은 서브-조립체(2)의 강성 스프링에 의한 토크 장력 곡선을 보여준다.
도 29는 서브-조립체(2)의 연성 스프링에 의한 토크 장력 곡선을 보여준다.
도 30은 보상이 이루어지지 않은 경우의 벨트 길이 변화 그래프이다.
도 31은 최적화된 보상에 의한 벨트 길이 변화를 보여준다.
도 1은 인장기의 평면도이다. 본 발명의 인장기는 2 개의 서브-조립체, 즉, 제 1 인장기 서브-조립체(10) 및 제 2 인장기 서브-조립체(20)를 포함한다. 각각의 서브-조립체는 장착 브래킷(30)에 피벗식으로 장착된다. 가요성 세장형의 톱니형 벨트 또는 연결 부재(40)가 2 개의 서브-조립체를 연결한다.
도 2는 인장기의 저면도이다. 브래킷(30)은 인장기를 장착면(도시하지 않음)에 부착하는 데 사용된다.
도 3은 서브-조립체 분해도이다. 제 1 인장기 서브-조립체는 제 1 풀리(50), 베어링(60), 피벗 핀(70), 부싱(80), 제 1 피벗 암(90), 보상 스프링(100), 랩 스프링(110), 제 1 스프로켓(120), 및 리벳(130)을 포함한다. 베어링(60)은, 풀리(50)의 샤프트 표면(53)과 베어링(60)의 내륜(62) 사이의 간섭 끼워 맞춤에 의해, 풀리(50)에 압입된다. 풀리(50)의 단부(52)가 내륜(62)의 바닥 상으로 그 위에 스웨이징(swaging) 처리된다.
부싱(80)이, 홀(91)의 내면과 부싱(80)의 외측면(81) 사이의 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 제 1 피벗 암(90) 내로 배치된다. 피벗 핀(70)이, 핀 외면(71)과 부싱 내면(82) 사이의 꽉 끼는 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 제 1 피벗 암(90)의 홀(91)과 부싱(80)을 통해 배치됨으로써, 각각의 부싱이 피벗 핀(70) 상의 제자리에 잠금된다. 피벗 암(90)이 핀(70)을 중심으로 선회한다. 핀(70)은 브래킷(30)에 압입된다.
도 4는 풀리 베어링 조립체의 단면도이다. 풀리-베어링 조립체(50, 60)가, 베어링의 외륜(64)과 제 1 피벗 암(90)의 내면(93) 사이의 작은 간극의 끼워 맞춤에 의해, 제 1 피벗 암(90) 내로 가압된다. 제 1 피벗 암 상면(92)이 외륜(64)의 상면 상으로 그 위에 스웨이징 처리된다.
도 5는 암-풀리 조립체의 단면도이다. 암(90)은 부싱(80) 상에서 피벗 핀(70)을 중심으로 선회한다.
도 6은 보상 스프링 및 랩 스프링과 풀리-암 조립체의 단면도이다. 랩 스프링(110)의 외면이 피벗 암(90)의 반경 방향 내면(97) 상에 마찰식으로 배치된다. 대안의 실시예에서는, 랩 스프링(110)이 스프래그형 클러치(spraque-type clutch)를 포함할 수도 있다. 스프링(100)의 단부(101)가 피벗 암(90) 상의 정지부(99)와 결합된다.
도 7은 보상 스프링의 배향을 보여주는 사시도이다. 보상 스프링(100)은 제 1 암(90)의 내부에 배치된다. 작동 시에, 보상 스프링(100)은 풀림 방향으로 하중을 받는다.
도 8은 스프로켓을 갖는 서브-조립체의 단면도이다. 제 1 스프로켓(120)은, 제 1 스프로켓 중앙 보어(121)와 제 1 암 샤프트(95) 사이의 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 제 1 암(90)과 회전식으로 결합된다.
도 9는 랩 스프링의 배향을 보여주는 평면도이다. 랩 스프링 탱(tang)(111)이 제 1 스프로켓(120)의 랩 스프링 탱 수용부(122)와 결합된다. 작동 시에, 랩 스프링(110)은 풀림 방향으로 하중을 받는다. 풀림 방향으로의 하중 인가 시에, 랩 스프링(110)이 반경 방향으로 확장되어 피벗 암(90)의 내면(97)을 마찰식으로 파지함으로써, 제 1 서브-조립체와 결합된 벨트 세그먼트가 벨트의 팽팽한 측면인 경우와 같은 소정의 상태 동안 피벗 암(90)이 피벗 암(200)으로부터 멀어지는 방향으로 상대 이동하는 것을 제한하거나 방지한다.
도 10은 보상 스프링의 사시도이다. 보상 스프링(100)은 스프링 단부(102)가 제 1 스프로켓 암 스프링 정지부(123)와 접촉하도록 제 1 스프로켓(120)에 설치된다. 보상 스프링(100)은 비틀림 스프링이다.
도 11은 스프로켓-동기식 벨트 조립체의 사시도이다. 세장형의 톱니형 벨트(40)가 양각 절결부(relief cut)(124)를 통해 제 1 스프로켓(120)과 결합되며, 부재(125)에 의해 제자리에 유지된다. 스프로켓(120)은 톱니형 벨트(40)와 결합되도록 구성된 톱니형 표면을 포함한다. 그러나, 평평한 벨트, 다중 리브형 벨트 또는 와이어 또는 코드와 같은 적절한 인장 부재가 동등하게 사용될 수도 있으므로, 벨트와 스프로켓 상의 톱니형 표면이 필요하지 않을 수도 있다.
도 12는 서브-조립체의 단면도이다. 리벳(130)이 리벳 외측면(133)과 제 1 암 내부 샤프트 표면(96)의 사이에서 제 1 암(90) 내로 가압된다. 리벳 헤드 바닥면(137)이 제 1 스프로켓 리벳 표면(98)과 접촉하여 회전 자유도를 허용하면서 제 1 스프로켓(120)을 제자리에 유지한다.
도 13은 제 2 서브-조립체의 분해도이다. 제 2 인장기 서브-조립체는 제 2 풀리(51), 베어링(61), 피벗 핀(72), 부싱(85), 제 2 피벗 암(200), 일차 스프링(210), 제 2 스프로켓(220), 및 리벳(134)을 포함한다. 베어링(61)은 외측 샤프트 표면(52)과 베어링(61)의 내륜(65)의 사이에서 풀리(51)에 압입된다. 표면 단부(52)가 내륜(65) 상으로 그 위에 스웨이징 처리된다.
일차 스프링(210)은 보상 스프링(100)과 반대 방향으로 하중을 받음으로써, 연결 벨트(40)에 인장 하중을 인가한다.
도 14는 풀리-베어링 조립체의 단면도이다. 풀리-베어링 조립체는, 외륜(66)과 제 2 암(200)의 내면(203) 사이의 작은 간극의 끼워 맞춤에 의해, 제 2 피벗 암(200)에 배치된다. 제 2 암 상면(202)이 베어링(61)의 외륜(66)의 상면 상으로 그 위에 스웨이징 처리된다.
도 15는 암-풀리 조립체의 단면도이다. 2 개의 부싱(85)이, 홀(201)의 내면과 부싱(85)의 외면 사이의 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 제 2 암(200)에 배치된다. 피벗 핀(72)이, 핀의 외면(72)과 부싱 내면(84) 사이의 꽉 끼는 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 홀(201)과 부싱(85)을 통해 배치됨으로써, 부싱이 피벗 핀(72)에 잠금된다.
도 16은 일차 스프링과 암-풀리 조립체의 단면도이다. 일차 스프링(210)은 일차 스프링 단부(211)가 제 2 암 스프링 정지부(204)와 접촉하도록 제 2 피벗 암(200)의 내부에 배치된다.
도 17은 일차 스프링의 배향을 보여주는 저면 사시도이다. 일차 스프링(210)이 풀림 방향으로 하중을 받는다.
도 18은 스프로켓을 갖는 서브-조립체의 단면도이다. 제 2 스프로켓(220)은, 제 2 스프로켓 중앙 보어(221)와 제 2 피벗 암 샤프트(205)의 사이의 미끄럼 끼워 맞춤에 의해, 제 2 암(200)에 회전 가능하게 설치된다. 스프링(210)의 단부(212)가 스프로켓(220)의 정지부(224)와 결합된다.
도 19는 스프로켓-동기식 벨트 조립체의 사시도이다. 벨트(40)의 단부가 양각 절결부(222)를 통해 제 2 스프로켓(220)에 배치되며, 부재(223)에 의해 제자리에 유지된다.
도 20은 동기식 벨트와 서브-조립체의 단면도이다. 벨트(40)가 스프로켓(220)과 결합된다. 핀(72)의 외면(73)이 부싱(85)과 결합된다.
도 21은 서브-조립체의 단면도이다. 리벳(134)은 리벳 외측면(131)과 제 2 암 샤프트 내면(206)의 사이에서 제 2 암(200)으로 가압된다. 리벳 헤드 바닥면(132)이 제 2 스프로켓 리벳 표면(225)과 접촉하여 회전 자유도를 허용하면서 제 2 스프로켓(220)을 제자리에 유지한다.
도 22는 인장기의 단면도이다. 제 1 인장기 서브-조립체(10) 및 제 2 인장기 서브-조립체(20)는 각각, 핀(70, 72)과의 간섭 끼워 맞춤에 의해 브래킷(30)으로 가압된다.
작동
상이한 작동 모드 동안 벨트의 느슨한 측면과 팽팽한 측면이 변하기 때문에, 벨트 장력을 적절하게 제어하기 위하여 순간 인장기가 이러한 변경 조건에 맞추어진다.
본 발명의 인장기는 느슨한 측면 또는 팽팽한 측면의 교호 위치에 응답하기 위하여 구동부의 양측 상의 벨트 장력을 제어한다. 이러한 인장기는 가요성 연결 장치에 의해 결합된 제 1 인장기 서브-조립체와 제 2 인장기 서브-조립체를 포함한다. 벨트 장력이 증가할수록, 벨트의 팽팽한 측면이 제 1 인장기 서브-조립체를 외측으로 밀어냄에 따라, 일차 비틀림 스프링에 하중이 인가된다. 일차 비틀림 스프링의 하중이 가요성 연결 장치를 통해 느슨한 측면의 제 2 인장기 서브-조립체로 옮겨진다. 이로 인해, 결국, 제 2 인장기 서브-조립체 풀리가 벨트의 느슨한 측면으로 잡아 당겨지며, 이후 느슨한 측면의 장력이 증가한다. 주어진 시간에 벨트의 어느 측면이 느슨해지는지(팽팽해지는지)에 상관 없이 느슨한 부분의 보상 작동이 이루어진다.
도 23a 및 도 23b는 벨트의 느슨한 측면이 교호하는 인장기의 모식도이다. 풀리(50) 및 풀리(51)가 벨트(B)와 결합된다. 벨트(B)가 크랭크 샤프트(크랭크)와 모터 발전기 유닛(MGU)의 사이에서 이동된다. 크랭크가 시계 방향으로 구동되는 동안(도 23a), 풀리(51)가 벨트(B)의 팽팽한 측면 상에 있다. 풀리(50)는 느슨한 측면 상에 있다. 정지 개시 작동과 같이 MGU가 구동 중일 때(도 23b)에는, 풀리(50)가 벨트(B)의 팽팽한 측면 상에 있으며, 풀리(51)는 느슨한 측면 상에 있다.
하나의 풀리에 대한 다른 하나의 풀리의 각방향 이동은 비선형적이다. 즉, 팽팽한 측면의 풀리(주어진 모드에 따라 인장기의 양측일 수 있음)가 항상 느슨한 측면의 풀리보다 더 큰 각도에 걸쳐 이동한다. 이러한 이동 차이에 의해, 느슨한 측면에 적절하게 장력을 인가하기에 충분한 하중이 일차 스프링(210)에 제공된다.
도 24에는 벨트 장력이 MGU의 토크 함수로서 예시되어 있다. 곡선(A, B)은 벨트의 각각의 측면의 장력을 나타낸다. 곡선(A)은 토크가 음수일 때, 즉, MGU가 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 있을 때 MGU에서 나오는 하류의 벨트 부분이 팽팽한 측면인 것을 보여준다. 곡선(B)은 토크가 양수일 때, 즉, 크랭크 샤프트가 MGU에 의해 구동되고 있을 때 크랭크 샤프트에서 나오는 하류의 벨트 부분이 팽팽한 측면인 것을 보여준다.
설계에 따르면, 토크가 작은 경우에만, 느슨한 측면의 장력이 항상 설치 장력(토크가 0일 때의 장력) 아래로 떨어진다. 팽팽한 측면의 토크에 의해 장력이 선형적으로 증가함에 따라, 느슨한 측면의 장력이 어느 정도 대수적으로 증가한다. 이에 의해, 벨트의 수명을 단축시키는 경향이 있는 과도한 설치 장력을 도입하지 않고 느슨한 측면의 장력이 효과적으로 제어될 수 있다.
도 25는 벨트 신장에 대한 인장기 응답의 모식도이다. 고정적인 설치 벨트 길이가, 공차와 마모라는 두 가지 원인으로 인해, 설치 공칭 길이와 차이가 나게 된다. 벨트가 작동 중에 공칭 값보다 길어짐에 따라, 각각의 인장기(들)가 위치(A)로부터 위치(B)로 벨트 안쪽으로 추가로 이동되며, 따라서, 원래 설치 장력(예압)의 일부 및 잠재적으로는 전부를 잃게 된다. 종래 기술의 인장기는 설치 예압이 이후 벨트 신장을 통해 완전히 소실될 수 없도록 과도한 예압으로 설치됨으로써 이러한 문제를 해결한다. 그러나, 대다수의 경우, 이러한 과도한 예압은 과도한 벨트 장력을 초래하여, 궁극적으로 벨트의 수명을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 인장기는 예압이 소정의 임계 값 아래로 떨어질 경우 예압이 예측 가능하게 복원될 수 있도록 하는 보상 매커니즘을 포함한다.
보상 매커니즘은 제 1 인장기 서브-조립체(10)에 한 쌍의 일방향 클러치 랩 스프링(110)과 보상 스프링(100)을 제공함으로써 실현된다. 랩 스프링(110)은 스프로켓(120)이 예압의 손실을 유발하는 방향으로 회전하는 것을 방지하는 데 사용되지만, 예압을 증가시키는 방향으로의 움직임은 허용한다. 일차 스프링(210)의 예압이 임계 값 아래로 떨어지면, 연결 벨트(40)의 장력이 떨어진다. 연결 벨트 장력이 보상 스프링(100)에 주어진 예압에 의해 균형을 이루는 크기 아래로 떨어지면, 보상 스프링(100)이 스프로켓(120)을 감아, 균형 상태 및 시스템 예압의 일부를 복원한다.
도 26은 제 1 서브-조립체의 보상 매커니즘의 상세도이다. 랩 스프링(110)이 스프로켓(120)과 결합된다. 보상 스프링(100)은 스프로켓(120)과 피벗 암(90)의 사이에 결합된다. 보상 스프링(100)은 풀림 방향으로 하중을 받는다.
도 27은 보상 매커니즘 기능의 개략적인 설명도이다. 제한이 아닌 예시로서, 도 27에는 최대 길이(L0)를 갖는 연결 벨트에 의해 연결된 스프링 율(spring rate)(kp)을 갖는 일차 스프링 및 스프링 율(kc)을 갖는 보상 스프링이 도시되어 있다. 연결 장치에는 예압(F0)으로 장력이 인가된다. 보상 스프링이 임계 예압(FT)을 가지므로, 시스템 예압이 FT 아래로 떨어지지 않는 한, 스프링은 효과적으로 비활성 상태이다. 스프로켓의 주위에 느슨하게 감긴 비틀림 스프링과 유사하게, 선형 스프링은 느슨한 연결 벨트에 대해 "감김(winding)" 또는 수집을 수행할 수 있다.
인장기가 허용 가능한 가장 짧은 벨트(도시하지 않음)의 설치를 허용하는 위치에 고정되는 것으로 시작된다. 이러한 시스템에 허용 가능한 가장 짧은 벨트가 설치되면, 연결 장치가 "느슨해지지(slack)" 않으며, 예압은 F0로 유지된다. 그러나, 더 긴 벨트가 설치되면, 인장기의 해제 시에, 연결 장치가 느슨해지며, 일차 스프링이 ΔF=kpΔLi에 따라 중간 크기의 느슨함(ΔLi)으로 벨트를 감음에 따라 예압을 상실한다. 이것은 시스템 장력이 보상 임계 값(FT)에 도달할 때까지 발생한다. FT에 도달하면, 보상 스프링이 활성화되며, 2 개의 스프링이 모두 작동하여 남아 있는 느슨한 부분을 감는다. 각각의 스프링에 의한 느슨한 부분의 감김량은 해당 스프링 율에 의해 결정된다. 특히, 각각의 스프링은 ΔLp=ΔF/kp 및 ΔLc=ΔF/kc에 따라 느슨한 부분을 감는다. 이것은 느슨한 부분이 전부 감길 때까지 발생하며, 그 결과, 최종 시스템 예압(FF)이 달성된다. 보상 매커니즘에 의한 최종 시스템 예압은 아래와 같이 주어진다:
Figure pct00001
그러나, 보상이 이루어지지 않는 경우의 최종 예압은 아래와 같이 주어진다:
Figure pct00002
전술한 선형 모델은 이후 회전 모델로 확장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에서, 일차 스프링(210)은 0.0798 Nm/deg의 스프링 율을 가지며, 설치 시에, 예를 들어, 1664 mm의 공칭 길이를 갖는 벨트 상에서 2.11 Nm까지 하중을 받도록 설계된다. 또한, 보상 스프링(100)은 공칭 벨트 상에서 -1.89 Nm(임계 하중)까지 하중을 받도록 설계된다. 스프링(100)이 하중을 받지 않는 것을 방지하기 위해, 랩 스프링(110)이 사용된다. 랩 스프링(110)은 반응 모멘트와 보상 예압의 합이 일차 스프링(210)의 토크와 같도록 충분히 큰 반응 모멘트를 발생시키기에 충분한 마찰력을 피벗 암(90)에 제공한다. 이러한 하중 상태는 벨트 부재(40)에 100 N의 장력을 초래하며 108.2 mm의 유효 길이를 초래한다. 인장기가 공칭 길이보다 4 mm 더 길지만 여전히 허용 오차 범위 내에 있는 1668 mm의 벨트에 설치되는 경우, 도 25에 도시된 바와 같이, 벨트가 길어질수록 인장기가 서로를 향해 안쪽으로 이동된다.
일차 스프링(210)을 포함하는 인장기는 5.6°안쪽으로 이동하며, 보상 스프링(100)을 포함하는 인장기는 5.8°안쪽으로 이동한다. 균형 상태에서의 이러한 각도 변화로 인해 연결 장치(40)의 유효 길이가 102.1 mm로 단축되어, 연결 장치에 6.1 mm의 느슨한 부분이 초래된다. 보상 매커니즘이 없으면, 느슨한 부분을 감기 위해 일차 스프링이 16.6° 편향된다. 주어진 스프링 율의 경우, 이로 인해 1.33 Nm의 예압 손실이 초래된다. 최종 예압이 0.78 Nm에 불과하면, 연결 벨트(40)의 장력이 100 N으로부터 37.1 N으로 62.9%의 손실을 나타낼 것이다.
그러나, 0.0077 Nm/deg의 보상 스프링 율을 갖는 보상 매커니즘을 사용하면, 예압 손실이 상당히 적다. 이것은 일차 스프링(210)이 초기에 2.76° 편향되어 연결 장치(40)의 단지 1.01 mm의 느슨한 부분을 감기 때문이다. 이 시점에서, 스프링(210)의 예압은 1.89 Nm의 보상 임계 값으로 떨어져 있다. 이러한 상황이 발생하면, 랩 스프링(110)이 분리되어 보상 스프링(100)이 활성화될 수 있다. 이제, 2 개의 스프링이 함께 작동하여 연결 벨트의 남아 있는 5.09 mm의 느슨한 부분을 감는다. 더 연성의 스프링 율을 갖는 보상 스프링(100)은 12.8° 편향되어 4.7 mm의 느슨한 부분을 감는 반면, 더 강성의 스프링(210)은 1.06° 편향되어 나머지 0.39 mm의 느슨한 부분을 감는다. 그 결과, 이들 양 스프링의 최종 비틀림 예압은 1.79 Nm이며, 이것은 85.3 N의 연결 장치 장력으로 변환된다. 비틀림 균형이 수립되고 나면, 랩 스프링(110)이 재결합되어 연결 벨트의 이완을 방지한다. 주어진 보상 매커니즘을 사용하면, 동일한 벨트 길이 및 연결 장치 길이 변경으로 인한 초기 연결 장치 장력 손실이 14.7%에 불과하다.
도 28은 kp=0.0798 Nm/deg의 스프링 율을 갖는 일차 스프링의 토크 장력 곡선을 보여주며, 도 29는 kp= 0.00769 Nm/deg의 스프링 율을 갖는 일차 스프링의 토크 장력 곡선을 보여준다. 곡선(A) 및 곡선(B)은 도 24에서 설명된 바와 같다. 시스템 구성에 대해서는 도 25를 참조한다.
도 29에서, 토크가 높은 경우, B의 느슨한 측면의 장력이 설치 장력(토크가 0일 때의 장력)보다 낮은 반면, 벨트(B)의 팽팽한 측면의 장력은 최대이다. 팽팽한 측면과 느슨한 측면 사이의 이러한 상당한 크기의 장력 차이는 벨트 미끄러짐으로 이어질 수 있다.
반면에, 도 28에 도시된 바와 같이, 더 강성의 스프링을 사용하면, 토크가 높은 경우, 느슨한 측면의 장력이 설치 벨트 장력보다 훨씬 높게 상승한다. 이에 의해, 팽팽한 측면과 느슨한 측면 사이의 장력 차이가 감소되며, 따라서, 벨트의 미끄러짐 가능성이 감소된다.
보상 스프링(100)의 스프링 율이 낮을수록, 보상 스프링에 의해 감기는 연결 장치의 느슨한 부분이 커지며, 궁극적으로 예압 손실이 낮아진다. 이것은, 보상 임계 토크에 도달하면, 2 개의 스프링 모두 동일한 양의 비틀림 예압 손실을 겪기 때문이다. 스프링 율이 연성일수록, 동일한 비틀림 변화를 달성하기 위해서는 스프링이 더 많이 편향되어야 한다. 편향도가 커질수록, 감기는 연결 장치의 느슨한 부분이 더 커진다. 그러나, 이러한 더 연성의 스프링 율에 의하면, 스프링을 합리적인 보상 임계 값으로 예압하기 위해 스프링이 상당량 편향되어야 한다. 스프링 율이 너무 연성이며 원하는 예압이 너무 높으면, 하중 인가 중에 스프링이 파손된다.
스프링 율 및 예압의 최적화는 보상 임계 값을 메인 스프링의 예압과 동일하게 설정하며 인장기의 나머지 매개 변수를 허용 오차 범위 이내의 가장 짧은 벨트용으로 설계하는 것이 바람직하다는 것을 나타낸다. 결과적으로, 짧은 벨트의 성능은 예상하는 바와 같으며, 더 긴 벨트가 설치되고 메인 스프링이 토크를 잃기 시작하면, 보상 매커니즘이 활성화된다. 즉, 임계 값에 도달하기 이전의 메인 스프링의 초기 예압 손실은 없다.
도 30은 보상 스프링이 없는 레이아웃의 경우의 토크 장력 곡선을 보여준다( 허용 오차 이내의 가장 짧은 새로운 벨트(곡선(A)), 공칭 길이의 새로운 벨트(곡선(B)), 수명이 다한 가장 긴 무난한 벨트(곡선(C))). 이러한 예에서, 공칭 길이의 새로운 벨트 및 만료 수명(EOL)의 긴 벨트의 경우, 보상이 이루어지지 않는 경우 설치 장력이 0으로 떨어진다.
도 31은 다른 모든 입력 매개 변수를 도 30에 도시된 결과를 제공하는 경우와 동일하게 유지하면서 보상을 최적화한 경우의 동일한 분석 레이아웃을 보여준다. 설치 장력의 변동이 적으며, 각각의 길이의 벨트의 극한 장력이 거의 동일하다.
본 발명의 보상 매커니즘에 의하면, 공칭 예압이 종래 기술의 인장기에서보다 훨씬 낮아질 수 있다. 예압이 낮을수록, 전체적으로 벨트 장력이 낮아져, 시스템의 작동 수명 동안 벨트 길이 변화를 수용하는 데 필요한 과도한 벨트 설치 장력이 필요하지 않게 된다. 이에 의해, 결국, 벨트의 수명이 더 길어지며, 구성 요소의 수명이 더 길어지고, 연비가 향상된다.
베이스, 베이스에 장착되며, 일방향 클러치, 제 1 피벗 암, 제 1 방향으로 하중을 받는 제 1 비틀림 스프링, 및 제 1 피벗 암에 저널링된 제 1 풀리를 포함하는 제 1 인장기 서브-조립체, 베이스에 장착되며, 제 2 피벗 암, 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 하중을 받는 제 2 비틀림 스프링, 및 제 2 피벗 암에 저널링된 제 2 풀리를 포함하는 제 2 인장기 서브-조립체를 포함하며, 제 1 서브-조립체는 세장형의 가요성 부재 및 일방향 클러치를 통해 제 2 서브-조립체와 협력적으로 결합되며, 제 1 비틀림 스프링과 제 2 비틀림 스프링이 세장형의 가요성 부재에 인장 하중을 인가하며, 일방향 클러치가 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되며, 이에 의해, 소정의 작동 상태 동안 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되는 것인 인장기가 제시된다.
베이스, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 1 인장기 서브-조립체, 베이스에 피벗식으로 장착된 제 2 인장기 서브-조립체로서, 제 1 인장기 서브-조립체는 제 2 인장기 서브-조립체와는 반대 방향으로 이동하게 되는 것인 제 2 인장기 서브-조립체, 제 1 인장기 서브-조립체와 제 2 인장기 서브-조립체를 연결하는 인장 부재, 및 제 1 인장기 서브-조립체와 마찰식으로 결합되며, 이에 의해, 소정의 제 1 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동이 제한되며, 소정의 제 2 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체를 향한 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동은 제한되지 않도록 하는 일방향 클러치를 포함하는 인장기가 제시된다.
본 발명의 형태가 본 명세서에 설명되었지만, 본 명세서에 설명된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 부품 및 방법의 구성 및 관계에 있어서 변형이 이루어질 수더 있음이 당업자에게는 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 베이스(30);
    상기 베이스에 장착되며, 일방향 클러치(110), 제 1 피벗 암(90), 제 1 방향으로 하중을 받는 제 1 비틀림 스프링(100), 및 상기 제 1 피벗 암에 저널링된 제 1 풀리(50)를 포함하는 제 1 인장기 서브-조립체(10);
    상기 베이스에 장착되며, 제 2 피벗 암(200), 상기 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 하중을 받는 제 2 비틀림 스프링(210), 및 상기 제 2 피벗 암에 저널링된 제 2 풀리(51)를 포함하는 제 2 인장기 서브-조립체(20)
    를 포함하며,
    상기 제 1 인장기 서브-조립체는 세장형의 가요성 부재(40) 및 상기 일방향 클러치를 통해 상기 제 2 인장기 서브-조립체와 협력적으로 결합되며,
    상기 제 1 비틀림 스프링과 상기 제 2 비틀림 스프링이 상기 세장형의 가요성 부재 상에 인장 하중을 인가하며,
    상기 일방향 클러치가 상기 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되며, 이에 의해, 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되는 것인 인장기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치는, 하중 인가 상태에서 상기 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합하도록 반경 방향으로 확장 가능한 랩 스프링(wrap spring)을 포함하는 것인 인장기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피벗 암과 회전 가능하게 결합되는 제 1 스프로켓으로서, 상기 세장형의 인장 부재가 제 1 스프로켓과 결합되며, 상기 제 1 피벗 암과 상기 제 1 스프로켓의 사이에 상기 제 1 비틀림 스프링이 결합되는 것인 제 1 스프로켓;
    상기 제 2 피벗 암과 회전 가능하게 결합되는 제 2 스프로켓으로서, 상기 세장형의 인장 부재가 제 2 스프로켓과 결합되며, 상기 제 2 피벗 암과 상기 제 2 스프로켓의 사이에 상기 제 2 비틀림 스프링이 결합되는 것인 제 2 스프로켓
    을 추가로 포함하는 인장기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치는 제 1 스프로켓과 제 1 피벗 암의 사이에 결합되는 것인 인장기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 일방향 클러치는 풀림 방향으로 하중을 받는 것인 인장기.
  6. 베이스;
    상기 베이스에 장착되며, 일방향 클러치, 제 1 피벗 암, 제 1 방향으로 하중을 받는 제 1 비틀림 스프링, 및 상기 제 1 피벗 암에 저널링된 제 1 풀리를 포함하는 제 1 인장기 서브-조립체;
    상기 제 1 피벗 암과 회전 가능하게 결합되는 제 1 스프로켓으로서, 세장형 인장 부재가 제 1 스프로켓과 결합되며, 제 1 피벗 암과 제 1 스프로켓의 사이에 상기 제 1 비틀림 스프링이 결합되며, 상기 일방향 클러치가 제 1 스프로켓과 결합되는 것인 제 1 스프로켓;
    상기 베이스에 장착되며, 제 2 피벗 암, 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 하중을 받는 제 2 비틀림 스프링, 및 제 2 피벗 암에 저널링된 제 2 풀리를 포함하는 제 2 인장기 서브-조립체;
    상기 제 2 피벗 암과 회전 가능하게 결합되는 제 2 스프로켓으로서, 상기 세장형 인장 부재가 제 2 스프로켓과 결합되며, 제 2 피벗 암과 제 2 스프로켓의 사이에 제 2 비틀림 스프링이 결합되는 것인 제 2 스프로켓
    을 포함하며,
    상기 제 1 비틀림 스프링과 상기 제 2 비틀림 스프링이 상기 세장형의 가요성 부재에 인장 하중을 인가하며,
    상기 일방향 클러치가 상기 제 1 피벗 암과 마찰식으로 결합되며, 이에 의해, 사전에 정해진 작동 조건 동안 제 2 피벗 암으로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 피벗 암의 상대 이동이 제한되는 것인 인장기.
  7. 베이스;
    상기 베이스에 피벗식으로 장착되는 제 1 인장기 서브-조립체;
    상기 베이스에 피벗식으로 장착되는 제 2 인장기 서브-조립체;
    상기 제 1 인장기 서브-조립체와 상기 제 2 인장기 서브-조립체를 연결하는 인장 부재;
    상기 제 1 인장기 서브-조립체와 마찰식으로 결합되어, 사전에 정해진 제 1 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동이 제한되며, 사전에 정해진 제 2 작동 상태 동안 제 2 인장기 서브-조립체를 향한 방향으로의 제 1 인장기 서브-조립체의 상대 이동은 제한되지 않도록 하는 일방향 클러치
    를 포함하며, 상기 제 1 인장기 서브-조립체는 상기 제 2 인장기 서브-조립체와는 반대 방향으로 이동하게 되는 것인 인장기.
  8. 제 7 항에 잇어서,
    상기 제 1 인장기 서브-조립체는 제 1 피벗 암, 제 1 방향으로 하중을 받는 제 1 비틀림 스프링, 상기 제 1 피벗 암에 저널링된 제 1 풀리를 추가로 포함하며,
    상기 제 2 인장기 서브-조립체는 제 2 피벗 암, 상기 제 1 방향과 반대의 제 2 방향으로 하중을 받는 제 2 비틀림 스프링, 상기 제 2 피벗 암에 저널링된 제 2 풀리를 추가로 포함하는 것인 인장기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제 1 스프로켓이 상기 제 1 피벗 암과 회전 가능하게 결합되며, 상기 인장 부재가 상기 제 1 스프로켓과 결합되며, 제 1 피벗 암과 제 1 스프로켓의 사이에 상기 제 1 비틀림 스프링이 결합되며,
    제 2 스프로켓이 상기 제 2 피벗 암과 회전 가능하게 결합되며, 상기 인장 부재가 상기 제 2 스프로켓과 결합되며, 제 2 피벗 암과 제 2 스프로켓의 사이에 상기 제 2 비틀림 스프링이 결합되며,
    상기 일방향 클러치는 상기 제 1 스프로켓과 상기 제 1 피벗 암의 사이에 마찰식으로 결합되는 것인 인장기.
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