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KR101842293B1 - 허브와 풀리 사이에 슬라이딩 경계면을 구비하는 디커플러 조립체 - Google Patents

허브와 풀리 사이에 슬라이딩 경계면을 구비하는 디커플러 조립체 Download PDF

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KR101842293B1
KR101842293B1 KR1020127030753A KR20127030753A KR101842293B1 KR 101842293 B1 KR101842293 B1 KR 101842293B1 KR 1020127030753 A KR1020127030753 A KR 1020127030753A KR 20127030753 A KR20127030753 A KR 20127030753A KR 101842293 B1 KR101842293 B1 KR 101842293B1
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KR
South Korea
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pulley
hub
clutch spring
gap
decoupler assembly
Prior art date
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KR1020127030753A
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English (en)
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KR20130080439A (ko
Inventor
패트릭 매리언
루카스 윌슨
Original Assignee
리텐스 오토모티브 파트너쉽
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Publication date
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Abstract

일 태양에서, 본 발명은 무단 구동 요소와 샤프트 사이에서의 디커플러 조립체에 관한 것이다. 무단 구동 요소는 예를 들어 차량 엔진으로부터의 부속물 구동 벨트일 수 있다. 샤프트는 예를 들어 교류발전기 또는 압축기와 같은 벨트-구동식 부속물의 입력 샤프트일 수 있다. 디커플러 조립체는 샤프트에 장착되는 허브, 상기 허브에 대해 회전 가능한 풀리, 감쇠 스프링, 및 클러치 부재를 구비한다. 풀리의 일부는 허브 상의 풀리 지지면 상에 지지된다. 풀리와 풀리 지지면 사이에는 갭이 존재한다. 풀리와 풀리 지지면 사이의 슬라이딩을 촉진하기 위해 갭에는 윤활유가 제공된다. 풀리와 허브 사이에서의 폴리머 부싱 사용을 제거함으로써, 여러가지 장점이 제공된다.

Description

허브와 풀리 사이에 슬라이딩 경계면을 구비하는 디커플러 조립체{DECOUPLER ASSEMBLY WITH SLIDING INTERFACE BETWEEN HUB AND PULLEY}
본 발명은 벨트 구동식 부속물(belt driven accessories)이 일시적으로 벨트의 속도와 다른 속도로 작동될 수 있도록 하기 위한 디커플링 기구에 관한 것이며, 보다 구체적으로 랩-스프링 클러치를 포함하는 디커플링 기구에 관한 것이다.
차량 내의 엔진으로부터 벨트에 의해 구동되는 교류발전기(alternator)와 같은 부속물 상에 디커플링 기구를 제공하는 것이 공지되어 있다. 디커플러로서 지칭될 수도 있는 이러한 디커플링 기구는 관련 부속물이 일시적으로 벨트의 속도와 다른 속도로 작동되게 할 수 있다. 예를 들어, 벨트가 작동 중이고 교류발전기 샤프트의 회전을 구동하고 있을 때 벨트의 갑작스러운 정지가 발생하면, 디커플러는 교류발전기 샤프트가 항력에 의해 감속되어 정지될 때까지 관성에 의해 일시적으로 회전을 지속하게 할 수 있으며, 따라서 교류발전기 샤프트에 대한 응력을 감소시킨다. 다른 예로서, 디커플러는 엔진으로부터의 크랭크샤프트가 피스톤의 운동과 연관된 감속 및 가속 사이클을 겪더라도 교류발전기 샤프트가 비교적 일정한 속도로 회전되게 할 수 있다.
이러한 디커플러는 차량의 파워트레인에 유효하게 추가된다. 그러나, 그 비용을 절감하고, 그 작동 수명을 향상시키며, 그 복잡성을 감소시키고, 그 제조를 간단하게 하기 위한 지속적인 요구가 존재한다. 따라서 이들 지속적 요구의 하나 이상을 충족시키는 디커플러를 제공하는 것이 유익할 것이다.
일 태양에서, 본 발명은 무단 구동 요소와 샤프트 사이에서의 디커플러 조립체에 관한 것이다. 무단 구동 요소는 예를 들어 차량 엔진으로부터의 부속물 구동 벨트일 수 있다. 샤프트는 예를 들어 교류발전기 또는 압축기와 같은 벨트-구동식 부속물의 입력 샤프트일 수 있다. 샤프트는 대안적으로 엔진으로부터의 크랭크샤프트일 수 있다. 디커플러 조립체는 샤프트에 장착되는 허브, 상기 허브에 대해 회전 가능한 풀리, 감쇠 스프링, 및 클러치 부재를 구비한다. 풀리의 일부는 허브 상의 풀리 지지면 상에 지지된다. 풀리와 풀리 지지면 사이에는 갭이 존재한다. 풀리와 풀리 지지면 사이의 슬라이딩을 촉진하기 위해 갭에는 윤활유가 제공된다. 풀리와 허브 사이에서의 폴리머 부싱 사용을 제거함으로써, 여러가지 장점이 제공된다. 한 가지 장점은, 폴리머 부싱이 허브 상에 수동 조립될 것을 통상 요구하는 종래의 조립체에 비해서 조립 과정이 보다 쉽게 자동화될 수 있다는 것이다. 다른 장점은 허브와 풀리 사이에 억지 끼워맞춤(즉, 네거티브 간극)이 없도록 보장하기 위해 공차 범위가 더 작아질 수 있으며 보다 쉽게 제어될 수 있다는 점이다. 다른 장점은, 적어도 일부 실시예에서, 풀리 지지면과 풀리 사이의 결합의 표면적이 디커플러 조립체에 대해 종래 기술보다 긴 축방향 길이를 요구하지 않으면서 부싱과 풀리 사이의 그것보다 클 수 있다는 점이다. 이 증가된 표면적은 풀리와 허브 사이의 경계면에서의 압력을 감소시키며, 이는 두 구성요소 사이의 마모량을 감소시킨다. 마모 감소는 디커플러 조립체의 수명을 향상시키고, 마찰을 감소시켜 차량의 연비를 향상시킬 수 있고, 벨트에 의해 풀리에 부여되는 임의의 경사를 감소시킬 수 있다. 다른 장점도 제공될 수 있다.
제1 태양의 특정한 실시예에서, 디커플러 조립체는, 샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동-회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성된 허브와, 풀리와, 허브와 캐리어 사이에서 토크를 전달하도록 배치되는 감쇠 스프링과, 나선형 클러치 스프링을 구비한다. 풀리는 외표면과 내표면을 갖는다. 외표면은 무단 구동 요소와 결합하도록 구성된다. 풀리의 내표면과 허브 사이에는 베어링이 배치된다. 허브 상의 풀리 지지면은 풀리의 내표면을 슬라이딩 지지한다. 베어링과 풀리 지지면은 함께 풀리를 허브에 대해 회전하도록 지지한다. 클러치 스프링은 풀리가 제1 회전 방향으로 허브보다 빨리 회전될 때 반경방향으로 팽창되어 풀리와 캐리어를 작동적으로 연결하며, 따라서 허브를 풀리와 함께 구동시킨다. 클러치 스프링은 풀리가 제1 회전 방향으로 허브보다 느리게 회전할 때 반경방향으로 수축되어 풀리와 허브를 작동적으로 분리시킨다. 풀리와 허브는 협동하여 클러치 스프링이 배치되는 챔버를 형성하며, 상기 챔버는 풀리 지지면과 풀리의 내표면 사이에 갭을 구비한다. 상기 챔버는 윤활유로 채워진다.
추가 실시예에서, 클러치 스프링의 반경방향 수축은 클러치 스프링이 갭을 향해서 축방향으로 연장되어 윤활유를 갭 내로 압박하게 만든다.
이제 본 발명은 첨부도면을 참조하여 단지 예시적으로 설명될 것이다.
도 1은 그 중 하나가 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플러 조립체를 갖는 복수의 벨트 구동식 부속물을 갖는 엔진의 입면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 디커플러 조립체의 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 디커플러 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 디커플러 조립체의 일부의 고도 확대 단면도이다.
도 5는 종래 기술의 디커플러 조립체의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 사용된 이후의, 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플러로부터의 허브 및 풀리 각각의 고도 확대 단면도이다.
차량용 엔진(10)을 도시하는 도 1을 참조한다. 엔진(10)은 예를 들어 벨트(14)일 수 있는 무단 구동 요소를 구동하는 크랭크샤프트(12)를 구비한다. 벨트(14)를 거쳐서, 엔진(10)은 교류발전기 및 압축기와 같은 복수의 부속물(16)(점선으로 도시됨)을 구동한다. 각각의 부속물(16)은 벨트(14)에 의해 구동되는 풀리(13)를 구비한 입력 구동 샤프트(15)를 구비한다. 임의의 하나 이상의 벨트 구동식 부속물(16)의 입력 샤프트(15)와 벨트(14) 사이에는 풀리 대신에 디커플러 조립체(20)가 제공된다. 디커플러 조립체(20)는 벨트(14)와 샤프트(15) 사이에서 토크를 전달하지만, 벨트(14)가 샤프트(15)에 대해 감속될 때는 샤프트(15)를 벨트(14)로부터 자동으로 결합해제(decouple)시킨다. 또한, 디커플러 조립체(20)는 벨트(14)의 속도가 샤프트(15)에 대해 변동되게 할 수 있다. 따라서, 크랭크샤프트 속도의 변동(피스톤 내연 기관의 고유 속성)의 결과인 벨트 속도의 변동은 디커플러 조립체(20)에 의해 감쇠되고, 그 결과, 샤프트(15) 및 부품(16)에 의해 발생될 응력이 감소된다.
디커플러 조립체(20)의 단면도인 도 2를 참조한다. 디커플러 조립체(20)는 허브(22), 풀리(24), 베어링(26), 감쇠 스프링(28), 캐리어(30), 클러치 스프링(32) 및 단부 캡(34)을 구비한다.
허브(22)는 임의의 적합한 방식으로 샤프트(15)에 장착되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 허브(22)에는 디커플러 조립체(20)에 대한 회전축(A)을 형성하는 샤프트-장착 구멍(36)이 관통 제공될 수 있다. 샤프트 장착 구멍(36)은 샤프트(15)의 단부를 딱맞게 수용하도록 구성될 수 있다. 샤프트-장착 체결구(도시되지 않음)는 허브(22)를 샤프트(15)에 고정 장착시켜 두 구성요소가 함께 축(A) 주위로 회전하도록 구멍(36)의 원위 단부(38)를 통해서 삽입될 수 있다.
풀리(24)는 허브(22)에 회전 가능하게 결합된다. 풀리(24)는 벨트(14)와 결합하도록 구성되는 외표면(40)을 갖는다. 외표면(40)은 홈(42)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 벨트(14)는 따라서 다중-V 벨트일 수 있다. 그러나, 풀리(24)의 외표면(40)이 임의의 다른 적합한 구조를 가질 수 있으며 벨트(14)가 다중-V 벨트일 필요는 없음을 알 것이다. 예를 들어, 풀리(24)가 단일 홈을 가질 수 있고 벨트(14)가 단일의 V 벨트일 수 있거나, 또는 풀리(24)가 평벨트(14)와 결합하기 위해 대체로 평탄한 부분을 가질 수도 있다.
풀리(24)는 추가로 내표면(43)을 갖는다. 베어링(26)은 풀리(24)의 내표면(43)과 결합하며, 풀리(24)의 제1(근위) 축방향 단부(44)에서 허브(22) 상의 풀리(24)를 회전 가능하게 지지한다. 베어링(26)은 밀봉형 볼 베어링과 같은 임의의 적합한 형태의 베어링일 수 있다.
풀리(24)의 제2(원위) 축방향 단부(46)에서, 풀리(24)의 내표면(43)은 허브(22)의 풀리 지지면(48) 상에 슬라이드 가능하게 지지된다. 베어링(26)과 풀리 지지면(48)은 함께 풀리(24)를 허브(22)에 대해 회전하도록 지지한다. 풀리 지지면(48)에 의해 제공되는 슬라이딩 지지는 차후에 보다 상세히 설명된다.
감쇠 스프링(28)은 샤프트(15)에 대한 벨트(14) 속도의 변동을 수용하기 위해 제공된다. 감쇠 스프링(28)은, 환형 슬롯(50)(도 2) 내에 유지되는 제1 단부(49)(도 3)를 갖고 허브(22) 내의 반경방향 벽(도시되지 않음)과 접촉하는 비틀림 스프링일 수 있다. 감쇠 스프링(28)은 추가로, 환형 슬롯(54) 내에 유지되고 캐리어(30) 내의 반경방향 벽(도시되지 않음)과 접촉하는 제2 단부(52)를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 감쇠 스프링(28)은 제1 및 제2 단부(49, 52) 사이에 복수의 코일(58)을 갖는다. 감쇠 스프링(28), 허브(22) 및 캐리어(30) 사이의 적합한 배치의 일 예는 그 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 특허 제7,712,592호에 도시 및 기재되어 있다.
도시된 실시예에서, 감쇠 스프링(28)과 클러치 스프링(32) 사이에는 슬리브(57)가 제공된다. 도시된 실시예에서 슬리브(57)는 나선형 부재 자체이지만, 중공 원통형 형상과 같은 임의의 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 슬리브(57)는 [감쇠 스프링(28)이 비틀림 스프링인 실시예에서] 감쇠 스프링(28)의 반경방향 팽창을 위해 이용 가능한 공간의 양을 제한함으로써 토크 제한기로서 작용한다. 따라서, 선택된 한계를 초과하는 토크가 풀리(24)에 의해 제공될 때, 감쇠 스프링(28)은 슬리브(57)에 의해 구속될 때까지 팽창된다. 적합한 슬리브(57)의 일 예는 그 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 특허 제7,766,774호에 도시 및 기재되어 있다.
감쇠 스프링(28)은 디커플러 조립체(20) 내에서 축방향으로 약간 압축될 수 있으며, 따라서 캐리어(30)를 축방향으로 압박하여, 허브(22)와 풀리(24) 사이에 가압-끼워맞춤되는 베어링(26)과 접촉 상태에 있는 드러스트 판(59)과 접촉시킨다.
나선형 클러치 스프링(32)은, 캐리어(30)의 반경방향 벽(62)과 결합될 수 있고 캐리어(30)에 고정 연결될 수 있는 제1 단부(60)(도 3)를 갖는다. 나선형 클러치 스프링(32)은 자유 부동(free floating)될 수 있는 제2 단부(64)를 갖는다. 나선형 클러치 스프링(32)은 제1 및 제2 단부(60, 64) 사이에 복수의 코일(66)을 구비한다.
따라서, 풀리(22)로부터 클러치 스프링(32)을 통해서, 캐리어(30)를 통해서, 감쇠 스프링(29)을 통해서 허브(22) 내로 토크 경로가 제공된다.
풀리(24)를 샤프트(15)의 속도보다 빠른 속도로 구동하기 위해 벨트(14)로부터 풀리(24)에 토크가 가해지면, 풀리(24)의 내표면(43)과 클러치 스프링(32)의 코일(66) 사이의 마찰은 클러치 스프링(32)의 코일(66) 중 적어도 하나를 클러치 스프링(32)의 제1 단부(60)에 대해 축(A) 주위로 제1 회전 방향으로 적어도 일부 각도로 구동시킨다. 풀리(24)에 의해 제1 단부(60)에 대해 구동되는 하나 이상의 코일(66) 사이의 상대 이동은 클러치 스프링이 반경방향으로 팽창되게 하며, 이는 클러치 스프링(32)의 코일(66)과 풀리(24)의 내표면(43) 사이의 파지를 더 강화시킨다. 그 결과, 클러치 스프링(32)의 제1 단부(60)는 풀리로부터 캐리어(30)로 토크를 전달한다. 캐리어(30)는 감쇠 스프링(28)을 통해서 허브(22)에 토크를 전달한다. 그 결과, 허브(22)는 풀리(24)의 속도까지 오게 된다. 따라서, 풀리(24)가 허브(22)보다 빨리 회전할 때, 클러치 스프링(32)은 풀리(24)를 캐리어에 작동적으로 연결시키며 따라서 허브(22)에 작동적으로 연결시킨다.
가동 중에, 벨트(14)는 엔진(10)의 작동 중에 자연스럽게 발생하는 크랭크샤프트(12)의 속도 변동으로 인해 속도 변동을 겪을 수 있다. 이들 속도 변동은 급격할 수 있으며 따라서 클러치 스프링(32)은 내내 풀리(24)와 적어도 어느 정도 결합 유지될 수 있다. 그 결과, 이들 속도 변동이 캐리어(30)에 전달될 수도 있다. 그러나, 감쇠 스프링(28)은 캐리어(30)와 허브(22) 사이에 순간적인 상대 회전 운동이 가능하도록 휘어진다. 디커플러 조립체(20)는 경우에 따라서 디커플러 조립체(20) 내의 선택된 구성요소 사이에 마찰이 존재할 수 있도록 구성될 수 있으며 따라서 감쇠 스프링(28)의 휘어짐은 감쇠된다.
풀리(24)가 감속되어 샤프트(15)보다 느리게 회전하면, 클러치 스프링(32)에 대한 풀리(24) 내표면(43)의 제1 회전 방향으로의 힘이 제거되고 따라서 클러치 스프링(32)은 반경방향으로 수축되어 풀리(24)를 캐리어(30)로부터 및 허브(22)로부터 작동적으로 분리시킨다.
풀리(24)와 허브(22)는 협동하여 클러치 스프링(32)이 배치되는 챔버(68)를 형성한다. 도시된 실시예에서는, 감쇠 스프링(28)도 챔버(68) 내에 배치된다. 클러치 스프링(32)을 윤활시키고 클러치 스프링(32)과 풀리(24) 내표면(43) 사이의 결합을 윤활시켜 그 사이의 마찰 정도를 제어하고 그 결합 중에 풀리(24)의 내표면(43) 및 클러치 스프링(32)에 대한 손상을 방지하기 위해 챔버(68)는 윤활유(70)로 실질적으로 채워진다. 전술했듯이, 풀리(24)의 내표면(43)은 허브(22)의 풀리 지지면(48) 상에 슬라이드 가능하게 지지된다. 보다 구체적으로, 풀리 지지면(48)과 풀리(24)의 내표면(43)은 도 4에 (크게 과장하여) 도시된 갭(G)에 의해 분리된다. 갭(G)과 메인 챔버 부분(72)[클러치 스프링(32)이 착좌되는 부분]은 함께 챔버(68)를 구성한다. 따라서, 갭(G)은 윤활유(70)로 채워진다. 갭(G) 내에 윤활유(70)가 존재하는 것은 풀리(24)의 내표면(43)과 허브(22)의 풀리 지지면(48) 사이에 회전 슬라이딩 운동을 가능하게 한다. 윤활유(70)는 예를 들어 PetroCanada Peerless LLG grease와 같은 그리스 등의 임의의 적합한 형태의 윤활유일 수 있다. 클러치 스프링에 대한 윤활유(70)의 사용은 그 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 특허 제7,618,337호에 기재될 수 있다.
허브(22)는 카본 스틸, 보다 구체적으로 20% 탄소를 갖는 카본 스틸과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 풀리(24)도 대략 20%의 탄소 함량을 갖는 카본 스틸로 제조될 수 있다. 풀리(24)의 내표면(43)은 약 0.02mm의 범위에 있을 수 있는(이보다 작을 수도 있음) 깊이로, 및 약 1000 HV(즉, 비커스 경도 시험에 의한 비커스 피라미드 넘버)의 경도로 경화된 질화물일 수 있다. 풀리 지지면(32)의 경도 레벨은 약 75 HV일 수 있다.
단부 캡(34)(도 3)은 갭(G)의 제2(원위) 단부를 밀폐시키기 위한 시일 부재로서 작용하도록 제공된다. 따라서, 챔버(68)는 일 단부에서 단부 캡(34)에 의해 밀봉되고 타 단부에서 베어링(26)에 의해 밀봉된다. 단부 캡(34)은 풀리(24)의 제2 단부(46)에 장착될 수도 있다.
도 5에서 100으로 도시되는 일부 종래 기술의 디커플러 조립체에서, 허브(101)는 폴리머 부싱(104)이 배치되는 홈(102)을 구비한다. 홈(102)은 부싱(104)의 캡처를 보조하는 사이드 리브(103)에 의해 둘러싸인다. 부싱(104)은 풀리(108)를 허브(101) 상에서 회전 가능하게 지지하기 위해 풀리(108)의 내표면(106)과 결합한다. 일부 경우에 부싱(104)은 나일론이다.
부싱(104)을 허브(101) 상에 설치하기 위해서, 부싱(104)은 사이드 리브(103) 위에서 연신되어야 하는 바, 이는 일반적으로 수동으로 이루어지는 단계이다. 조립 전에, 그러나, 부싱(104)은 습도가 높은 환경에서 착좌될 경우에 부풀어오를 수도 있다. 그 결과, 부싱(104)은 조립 작업자가 허브(101) 상에 설치하기에 어려울 수도 있다.
종래 기술의 디커플러 조립체(100)는 사용 중에 양호하게 작동하며 양호한 수명을 갖는다. 결국 사용 중에, 나일론 부싱(104) 상에 과도한 마모가 발생하면, 디커플러 조립체(100)에 대한 벨트의 피칭(pitch) 및 요잉(yaw)과 관련한 문제뿐 아니라 풀리(108)와 벨트(도시되지 않음) 사이의 정렬 문제가 초래될 수 있다. 이는 풀리(108)에 의해 베어링(도시되지 않음) 상에 가해지는 비-반경방향 힘을 초래할 수 있으며, 이는 베어링의 수명을 단축시킬 수 있다. 추가로, 이들 문제는 풀리(108)와 허브(101) 사이에 증가된 마찰을 발생시킬 수 있으며, 이는 엔진의 연비 감소 및 작동 중의 노이즈를 초래할 수 있다.
추가로, 종래 기술의 조립체에서 부싱(104)과 풀리(108)의 내표면(106) 사이에 제공되는 간극은 대략 0.040mm일 수 있지만, 예를 들어 부싱(104) 치수의 공차를 포함하는 여러가지 인자로 인해 간극에는 +/-0.043mm의 비교적 큰 공차가 존재할 수도 있다. 그러나, 이 공차는 부싱(104)과 풀리(108)의 내표면(106) 사이에 네거티브 간극(즉, 억지 끼워맞춤)을 초래할 수 있음을 알 수 있다. 억지 끼워맞춤은 풀리(108)와 허브(101)를 함께 설치하는 과정을 어렵게 만들 수 있다. 풀리(108)와 허브(101)를 함께 설치하는 도중에, 특히 억지 끼워맞춤이 있는 경우에는, 풀리(108)가 부싱(104) 상에 재밍(jam)될 수 있다. 이는 부싱(104)을 세단(chip)시키거나 달리 손상시킬 수 있으며, 어느 경우에나 부싱(104) 및 경우에 따라서 허브(101)와 풀리(108)가 폐품으로서 폐기될 수 있다.
추가로, 부싱(104)의 상대적 연성은 일부 적용에서 벨트로부터 풀리(108)를 통해서 부싱에 특정 힘이 가해질 때 부싱이 비교적 쉽게 변형되게 만들 수 있다. 일 예는 풀리(108)의 경사를 압박하는 벨트로부터의 충분히 큰 힘이 될 것이다. 이 변형은 또한 풀리(108)가 갖는 피칭 및 요잉 문제를 초래할 수 있다.
도 4를 참조하면, 표면(43, 48) 사이의 갭(G)은 축(A)에 대한 풀리(24)의 경사를 방지하기에 충분히 좁지만 갭(G) 내로의 윤활유 진입을 허용하기에 충분히 넓은 폭(W)을 가질 수 있다. 갭(G)의 폭(W)은 예를 들어 대략 0.0875mm일 수 있다. 적어도 부분적으로 허브(22)와 풀리(24) 구조물의 재료로 인해, 갭(G)의 폭(W)의 공차는 종래 기술 조립체(100)에서의 간극과 연관된 공차보다 상대적으로 작을 수 있다. 예를 들어, 폭(W)의 공차는 대략 +/-0.0175mm일 수 있다. 허브 지지면(48)과 내표면(43) 사이의 간극[즉, 갭(G)의 폭(W)]은 항상 포지티브한 것을 알 것이다. 따라서, 두 구성요소 사이에 억지 끼워맞춤이 결코 존재하지 않으며, 그로 인해 허브(22)와 풀리(24)를 함께 조립하는 것이 종래 기술의 허브(101) 및 풀리(108)에 비해 용이해진다. 추가로, 별도의 부재[즉, 부싱(104)]를 설치할 필요가 없다는 것도 허브(22)와 풀리(24)를 함께 조립하는 것을 용이하게 한다. 또한, 부싱(104)의 없어짐은 허브(22)와 풀리(24)를 조립하기 위한 자동화 공정의 사용을 용이하게 하며, 따라서 조립 비용을 더 절감한다. 0.035mm(즉, +0.0175mm 내지 -0.0175mm)의 공차 범위가 바람직하지만, 다른 공차 범위가 허용될 수 있다. 예를 들어, 공차 범위는 0.1mm(예를 들어, +0.05mm 내지 -0.05mm)일 수 있고, 허브(22)와 풀리(24) 사이의 공칭 간극이 절대로 네거티브하지 않도록 보장하며, 따라서 억지 끼워맞춤이 결코 초래되지 않는다.
갭(G)의 제1 단부에는 일부 형태의 도입부(lead-in)(74)(도 4에 가장 잘 도시됨)가 제공될 수 있으며, 이는 메인 챔버 부분(72)과 대면한다. 이 도입부(74)는 갭(G) 내로의 윤활유(70) 진입을 용이하게 한다. 이 도입부(74)는 모따기 형태, 반경 형태, 또는 임의의 기타 적합한 형태일 수 있다.
도시된 실시예에서, 도입부(74)는 구체적으로, 허브(22)와 풀리(24)의 내표면(43) 사이에 형성되고 메인 챔버 부분(72)의 일부인 클러치 스프링 간극 슬롯(76)과 대면한다. 클러치 스프링(32)의 반경방향 팽창 및 수축 도중에, 클러치 스프링(32)은 축방향으로 신장 및 수축된다. 전술했듯이, 그러나, 클러치 스프링(32)의 제1 단부(60)는 캐리어(30)에 고정 연결될 수 있으며, 캐리어(30)는 감쇠 스프링(28)에 의해 드러스트 판(59)과 접촉하도록 압박되고 따라서 축방향으로 효과적으로 제 위치에 고정된다. 그 결과, 클러치 스프링(32)의 제1 단부(60)는 축방향으로 제 위치에 고정되며 따라서 클러치 스프링(32)의 제2 단부(64)는 클러치 스프링(32)의 반경방향 팽창 및 수축 도중에 축방향으로 신축한다. 구체적으로, 클러치 스프링(32)은 반경방향으로 팽창함에 따라 축방향으로 수축되어 적어도 부분적으로 슬롯(76)의 외부로 당겨지고, 이에 의해 따라서 슬롯(76)이 윤활유(70)로 채워지도록 허용(및 압박)할 수 있다. 클러치 스프링(32)이 반경방향으로 수축함에 따라, 클러치 스프링은 슬롯(76) 내로 축방향 신장되며, 따라서 슬롯(76) 내에 있는 윤활유(70)를 갭(G) 내로 압박한다. 도입부(74)는 클러치 스프링(32)의 압박 하에 윤활유(70)가 갭(G)에 진입하는 것을 용이하게 한다. 이런 식으로, 갭(G)은 디커플러 조립체(20)의 작동 중에 윤활유(70)에 의해 규칙적으로 '펌핑'된다. 특히, 윤활유(70)는 허브(22)로부터 풀리(24)가 결합해제되고 그로 인해 허브(22)와 풀리(24) 사이에 상대 회전이 이루어질 때 갭(G) 내로 압박된다.
전술한 문제점에도 불구하고, 풀리 지지면(48)과 풀리(24)의 내표면(43) 사이의 윤활된 금속-대-금속 접촉은 일부 종래 기술의 디커플러 조립체에 비해 디커플러 조립체(20)에 있어서 더 우수한 성능과 더 긴 수명을 초래하는 것으로 밝혀졌다. 슬라이딩 연결을 구성하는 구성요소에 의해 발생되는 마모는, 구성요소 사이에 가해지는 압력에 상기 구성요소 사이의 속도를 곱한 PV 값에 적어도 부분적으로 상관된다. 구성요소 사이에 가해지는 압력은 이들 사이에 가해지는 힘을 결합 면적으로 나눈 것과 같다. 결합 면적은 원주에 축방향 길이를 곱한 것과 같다. 도 2에 도시된 조립체(20)를 도 5에 도시된 종래 기술의 조립체(100)와 비교하면, 속도, 경계면에서의 원주 거리, 및 힘 인자는 둘 사이에서 동일할 수 있다. 그러나, 부싱(104)과 풀리(108) 내표면(106)의 경계면에서의 축방향 길이(LB로 도시됨)가 무엇보다도 사이드 리브(103)의 존재에 의해 제한되고 있음을 알 수 있다. 그러나, 풀리 지지면(48)과 풀리(24) 내표면(43)의 경계면에서의 축방향 길이(LH로 도시됨)는 적어도 부분적으로 사이드 리브에 대한 필요 없음으로 인해 상기 축방향 길이(LB)보다 길다. 직접적인 결과로서, 허브(22)와 풀리(24) 사이의 결합 면적은 부싱(104)과 풀리(108) 사이의 결합 면적보다 크다. 그 결과, 허브(22)와 풀리(24) 사이의 압력은 부싱(104)과 풀리(108) 사이의 압력보다 낮다. 그 결과, 조립체(20)에서의 PV 값은 조립체(100)에서의 PV 값보다 낮다. PV 값의 감소는 허브(22)와 풀리(24) 사이의 결합 면적에서의 마모 감소와 상관있다.
디커플러 조립체(20)의 예에 대해서 이것이 사용 중에 어떻게 실시되는지를 결정하기 위해 수명 테스트가 이루어졌다. 특히 한 가지 테스트는 엔진을 선택된 시간 동안 가동시키고, 디커플러 조립체(20)를 엔진의 감속, 가속, 도심 주행, 고속도로 주행, 및 기타 조건과 같은 다양한 엔진 조건에 노출시킨다. 한 번의 테스트 실행에서, 디커플러 조립체(20)는 2000 시간의 테스트(선택된 수년의 현실-세계 주행에 상당)를 받았으며, 이후 디커플러 조립체(20)는 검사를 위해 분해되었다. 검사 결과, 디커플러 조립체(20)는 양호한 상태에 있는 것으로 밝혀졌다. 특히 베어링 지지면(48)과 풀리(24)의 내표면(43)에는 본질적으로 마모의 흔적이 전혀 나타나지 않았다. 테스트 조립체(20)에 사용된 윤활유도 체크되었으며 우수한 상태에 있는 것으로 밝혀졌다. 다른 테스트에서, 조립체(20)의 초기 설계 개념의 일 예는 4000 시간의 테스트(상기 수년의 현실-세계 주행의 두 배에 상당)를 받았으며 이후 분해되어 검사되었다. 풀리(24)의 내표면(43)에서는 마모가 거의 없고(0.006mm) 풀리 지지면(48)에서는 마모가 전혀 없는 것으로 밝혀졌다. 윤활유 상태는 양호한 것으로 밝혀졌다. 조립체(100)와 유사한 종래 기술 조립체의 예는 교합 구성요소(즉, 부싱과 풀리의 내표면)에서 상당히 큰 양의 마모가 나타났음을 알 것이다.
허브(22)와 풀리(24)에서의 마모는, 임의의 치수 변화를 보여주기 위해 매우 정확히 측정할 수 있는 프로파일 머신(도시되지 않음)을 사용하는 등과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 측정될 수 있다. 추가로, 허브(22)와 풀리(24)는 섹션화될 수 있으며 섹션은 도 6a[허브(22)를 도시] 및 도 6b[질화물 경화된 층(80)과 함께 풀리(24)를 도시]에 도시하듯이 검사될 수 있다.
도면에는 나선형 클러치 스프링이 도시되어 있고 이러한 클러치 스프링이 전술한 이유로 바람직하지만, 다른 형태의 클러치 부재가 대신에 디커플러 조립체(20)에 사용될 수 있음을 알 것이다.
상기 설명에서, 디커플러 조립체는 엔진의 크랭크샤프트에 의해 구동되는 벨트와 벨트-구동식 부속물의 샤프트 사이에 제공되는 것으로 기술되었다. 그러나, 일부 차량에서는 디커플러 조립체가 엔진(10)의 크랭크샤프트(12) 상에 제공될 수 있음을 알 것이다. 이러한 디커플러는 크랭크샤프트(12)가 크랭크샤프트(12)의 출력축 주위로 벨트의 각속도보다 큰 각속도를 가질 때 크랭크샤프트(12)가 벨트(14)를 구동시킬 수 있게 할 것이지만, 크랭크샤프트(12)의 각속도가 벨트(14)의 각속도에 대해 변동될 수 있게 하여, 벨트(14)가 순간적으로 크랭크샤프트(12)를 오버런할 수 있게 할 것이다.
상기 설명은 본 발명의 여러 실시예를 구성하지만, 청구범위의 공정한 의미를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 추가적으로 수정 및 변경될 수 있음을 알 것이다.

Claims (12)

  1. 무단 구동 요소와 샤프트 사이에서 토크를 전달하기 위한 디커플러 조립체이며,
    허브로서, 샤프트가 회전축 주위로 허브와 공동-회전하도록 샤프트에 결합되도록 구성되는 허브;
    외표면과 내표면을 갖는 풀리로서, 상기 외표면은 무단 구동 요소와 결합하도록 구성되고, 풀리의 내표면과 허브 사이에는 베어링이 배치되며, 상기 허브는 풀리의 내표면을 슬라이딩 지지하는 풀리 지지면을 구비하고, 상기 베어링과 풀리 지지면은 함께 풀리를 허브에 대해 회전하도록 지지하는 풀리;
    상기 허브와 캐리어 사이에서 토크를 전달하도록 배치되는 감쇠 스프링; 및
    나선형 클러치 스프링을 포함하며,
    상기 클러치 스프링은 풀리가 제1 회전 방향으로 허브보다 빨리 회전될 때 반경방향으로 팽창되어 풀리와 캐리어를 작동적으로 연결함으로써 허브를 풀리와 함께 구동시키며, 상기 클러치 스프링은 풀리가 제1 회전 방향으로 허브보다 느리게 회전할 때 반경방향으로 수축되어 풀리와 허브를 작동적으로 분리시키고,
    상기 풀리와 허브는 협동하여 클러치 스프링이 배치되는 챔버를 형성하며, 상기 챔버는 풀리 지지면과 풀리의 내표면 사이에 갭을 구비하고, 상기 챔버는 윤활유로 채워지고,
    클러치 스프링의 수축은 클러치 스프링이 갭을 향해서 축방향으로 신장되어 윤활유를 갭 내로 압박하게 하는 디커플러 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 풀리의 내표면과 풀리 지지면 사이의 갭은 0.0875mm인 디커플러 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 풀리의 내표면과 풀리 지지면 사이의 갭의 폭의 공차는 0.0175mm인 디커플러 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 스프링은 비틀림 스프링인 디커플러 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 베어링은 풀리의 제1 단부에서 챔버를 밀봉하는 디커플러 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 풀리의 제2 단부에서 챔버를 밀봉하도록 배치되는 시일 부재를 더 포함하는 디커플러 조립체.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 챔버는 메인 챔버 부분 및 갭을 구비하며, 상기 메인 챔버 부분과 대면하는 갭의 단부는 갭 내로의 윤활유 진입을 용이하게 하도록 구성된 도입부를 갖는 디커플러 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 클러치 스프링은 제1 단부 및 제2 단부를 가지며, 상기 클러치 스프링의 제1 단부는 캐리어에 고정 연결되고, 상기 캐리어는 축방향으로 제 위치에 고정되며, 상기 클러치 스프링의 제2 단부는 클러치 스프링의 수축 도중에 갭을 향해서 축방향으로 이동하여 윤활유를 갭 내로 압박하는 디커플러 조립체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 메인 챔버 부분은 클러치 스프링 간극 슬롯을 구비하고, 도입부를 포함하는 갭의 단부는 상기 클러치 스프링 간극 슬롯과 대면하며,
    클러치 스프링의 제2 단부는 클러치 스프링의 팽창 중에 클러치 스프링 간극 슬롯으로부터 적어도 부분적으로 축방향으로 수축되어 클러치 스프링 간극 슬롯 내로의 윤활유 진입을 압박하고,
    클러치 스프링의 제2 단부는 클러치 스프링의 수축 중에 클러치 스프링 간극 슬롯 내로 축방향 신장되어 클러치 스프링 간극 슬롯 내의 윤활유를 갭 내로 압박하는 디커플러 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 풀리의 내표면은 적어도 선택된 경도 및 적어도 선택된 깊이로 경화되는 디커플러 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 풀리는 제1 축방향 단부 및 제2 축방향 단부를 가지며, 상기 베어링은 풀리의 제1 축방향 단부에 배치되고, 상기 허브의 풀리 지지면은 풀리의 제2 축방향 단부에서 풀리를 지지하는 디커플러 조립체.
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