KR920009819B1

KR920009819B1 - 가역 무단벨트 회전식 커플링

Info

Publication number: KR920009819B1
Application number: KR1019900003177A
Authority: KR
Inventors: 피. 맥과이어 데니스; 브레인 왓트슨 제이
Original assignee: 로드 코포레이숀; 제임스 떠블유 라이트
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1992-10-22
Also published as: US5033988A; JPH02271112A; EP0386996A1; KR900014783A; CA2011471A1

Abstract

내용 없음.

Description

가역 무단벨트 회전식 커플링

제1도는 축방향으로 정렬된 샤프트를 연결하는데 사용할 때의 각종 부품의 배치를 보여주는 본 발명의 무단 벨트형 커플링의 개략도.

제2도는 제1도에 도시한 커플링 조립체의 각종 부품을 보여주는 분해도.

제3a도는 칼라에 대하여 함께 연결된 무단벨트 및 칼라구멍의 중심선의 반경에 대한 하중을 보여주는 평면도.

제3b도는 칼라에 대하여 함께 연결된 무단 벨트를 보여주는 부분 사시도.

제4도는 구동측 및 피동측 연결부재에 대한 허브 조립체의 연결을 보여주는 다른 분해도.

제5도는 두개의 허브 및 중간 연결부재의 조립을 보여주는 평면도.

제6a도는 제로 토크에서 평탄지점을 보여주는 종래 기술의 커플링의 토크-편향 그래프.

제6b도는 곡선에서 평탄지점을 보여주는 본 발명의 커플링의 토크-편향 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 커플링 12 : 모우터구동샤프트

14 : 허브 16 : 팬샤프트

18 : 허브 14a : 볼트

18a : 볼트 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 : 연결부재

40 : 제1단부스풀 41 : 제2단부스풀

42 : 무단벨트 44 : 연결부재

본 발명은 회전식 기계 커플링에 관한 것으로, 특히 본 발명은 회전축 사이의 부적당한 정렬을 조절하면서 일측으로부터 타측까지 어느 회전방향으로 토크(torque)를 전달하기 위하여 인접 구동 및 피동측 사이에 연결된 다수의 무단 벨트를 포함하는 유형의 회전식 기계 커플링에 관한 것이다.

설치상의 오류 또는 설계에 의하여 부적당하게 정렬된 축을 가질 수도 있는 인접샤프트를 연결하기 위한 가요성 커플링은 종래의 기술에 널리 공지되어 있으며 많은 용도에 이용할 수 있다. 그러나 종래 기술의 대부분의 가요성 커플링은 내구성 및 인접샤프트(예컨데 구동샤프트 및 피동샤프트)사이에 허용되는 각도 또는 축의 부적당한 정렬에 관한 능력에 있어서 제한이 있다. 몇몇 현존하는 커플링은 부적당한 정렬을 조절하기 위하여 탄성재료를 이용하지만 일반적으로 비틀림 강성이 부족하고 그 크기와 관련하여 소량의 토크만을 전달할 수 있다. 카단형태의 만능조인트를 포함하여 종래의 비탄성 형태의 가요성 커플링은 비교적 높은 정도의 샤프트의 부적당한 정렬을 허용하지만 회전 샤프트 사이에 일정한 속도관계를 제공하지 않는다. 특수한 기계 커플링은 그와 같은 일정한 속도관계를 제공하도록 설계되었지만 이들 조인트는 주유되어야만 하는 베어링과 시일을 포함하고 있으며 파손되기 쉽다.

탄성재료를 이용하는 종래 기술의 커플링 및 카단형태 같은 이들 만능 조인트에 대한 대안으로서, 무단벨트형 커플링이 충분한 비틀림 강도를 제공하면서 커플링의 각도 및 축방향의 부적당한 정렬 조절 기능 능력을 향상시키도록 개발되었다. 그와같은 커플링은 서로 연결된 다수의 개개의 가요성 무단벨트 부재 및 볼트, 핀 또는 이와 유사한 수단에 의하여 연결된 부재를 포함하고 있다. 전형적으로 무단벨트 부재는 동일한 길이를 가지며, 사각형, 다각형 또는 원형(예컨데 8각형, 6각형)형상을 포함한 다양한 대칭형으로 함께 연결된 다수의 부재로 구성되는 가요성 구조물을 형성한다. 최소한 두개의 가요성 구조물이 함께 연결되어 링크 커플링을 형성하는데, 이 링크 커플링은 연결하고자 하는 샤프트의 플랜지에 각 단부가 연결되어 있다. 그와같은 커플링은 미국특허 제4,790,794호 및 제4,377,386호에 기술되어 있다.

중량감소, 부식성 부재에 대한 환경저항, 마모저항 및 비주유를 포함하는 무단벨트형 커플링은 가요성 형태의 커플링보다 다수의 이점을 제공한다. 그러나 공지의 무단벨트형 커플링은 회전이 일방향으로 연속하는 용도에 사용하는데는 제한이 있다. 이러한 제한은 현존하는 커플링이 토크 역전중에 받는 바람직하지 않은 수축 및 팽창으로부터 유래된다. 커플링의 그와같은 수축 및 팽창은 커플링의 연속하는 단일방향 회전중에 회피된다. 구동 및 피동부재의 연결에 있어서 부단벨트의 배치는 방향에 관계없이 연속하는 단일방향 회전중에 커플링의 연속장력을 야기시킨다. 이와는 달리 벨트는 두그룹으로 배치되는데, 제1그룹의 벨트는 구동부재에 부착되는 선단부분과 피동부재에 부착되는 후단부분을 갖고 있고, 제2그룹의 벨트는 각각 피동부재에 부착되는 선단부분과 구동부재에 부착되는 후단부분을 가지고 있다. 선단 및 후단이라는 용어는 일반향으로의 회전에 대하여 벨트의 단부의 기준으로서 사용된다. 예컨데 일방향 시계방향으로의 회전을 위하여 토크는 제1그룹의 각 벨트를 장력상태로 놓은 벨트의 견인력에 의하여 구동부재로부터 피동부재로 전달된다. 제2그룹의 벨트는 적은 압축상태로 놓이지만 부재 사이에 직접적인 토크 전달을 초래하지 않는다. 사실상 모든 토크 전달은 장력 상태에서 매우 강성인 제1그룹의 벨트에 의하여 운반되는 반면에 압축 상태에서 매우 유연한 제2그룹의 벨트는 부재 사이에 사실상 토크 전달을 전혀 운반하지 않는다. 이러한 물리적 특성은 통상 개개 벨트의 비선형성 하중편향 특성으로써 기술된다. 반대 방향으로의 회전을 위하여 두그룹의 무단벨트이 역할을 역전된다.

공지 무단벨트형 커플링의 상술한 배치는 회전이 어느 한 방향으로 연속하는 경우 또는 회전이 서서히 제로로 감소된 다음 간할적으로 역전되는 경우 만족스럽다. 그러나 그와같은 커플링은 커플링이 갑작스러운 회전 역전을 받은 경우 커플링에 손상을 일으키거나 커플링이 빨리 파손되게 하는 바람직하지 않은 동적 특성을 가지고 있다. 제6a도에 도시한 바와같이, 공지의 무단벨트형 커플링은 제로 토크에서 토크-편향 곡선에 독특한 비선형성 또는 편탄지적을 가지고 있다. 비선형성은 긴장으로부터 해방시 통상의 고무밴드와 같이 압축모우드로부터 커플링의 수축을 설명하여 준다. 커플링의 갑작스러운 회전 또는 토크 역전의 결과 대항하는 장력 모우드 사이에서 커플링이 스냅핑된다. 더우기 그와같은 커플링은 커플링이 수평샤프트와 관련하여 사용될때 회전축으로부터 커플링의 축의 중심의 초기 평향을 일으킴을 알았다. 그와같은 편향의 결과 회전시 커플링에 불균형 상태가 나타난다. 공지의 무단벨트 커플링은 상술한 바와같이 갑작스러운 역전을 받을시 파손된다. 토크-편향 곡선에서 비선형성으로 도시한 바와같은 이 문제점은 그와같은 무단형 커플링이 많은 가역 커플링 용도에 사용될 수 있기 전에 해결을 요한다.

가역무단 벨트형 커플링의 용도가 많이 있다. 그 한가지는 어느 회전 방향에서나 고속 및 높은 토크로 작동하는 팬을 갖는 냉각탑에서의 용도이다. 냉각탑은 대량의 물을 연속 냉각시키기 위하여 발전소, 산업공장 및 배에서 사용된다. 일반적으로 그와같은 물은 세균 성장을 감소시키기 위하여 염소처리된다. 그와같은 환경에서 커플링의 요건에는 어느 방향으로나 스러운 역전회전, 약 5°까지의 부적당한 정렬, 약7000rpm 까지의 작동 속도 및 약 80,000인치/파운드 까지의 간혈 하중을 갖는 약 15,000-약40,000인치/파운드의 연속 토크 능력이 포함한다. 더우기 커플링은 염소 처리수의 환경 영향을 견디는 것이 바람직하다.

냉각탑 구동 시스템의 한가지 중요한 문제점은 부적당한 정렬의 변화량이다. 냉각탑 구조물은 일반적으로 변화하는 기후 상태로 인하여 치수가 변할 수 있는 목재 구조로 되어 있다. 그와같은 구조적 변화의 결과 약 5°까지의 구동시스템의 부적당한 정렬이 변화된다. 다른 문제점은 구동샤프트의 회전 방향의 갑작스러운 역전으로부터 유래된다. 냉각탑에서 공기 흐름은 그러한 목적을 위하여 구조물로부터 얼음이 용해될때 역전된다. 때때로 회전방향이 갑자기 역적되어 커플링에 피크 토크 하중을 야기시킨다.

냉각탑 구동시스템에 현재 사용되는 한가지 형태의 가요성 커플링은 스테인레스 스틸 금속 격막 커플링이다. 그러나 그와같은 커플링은 1°까지의 최대 부적당한 정렬에 한정되며 염소 처리수에 대한 환경저항이 부족하다. 일반적으로 그와같은 커플링의 교체는 단기간의 연속 사용후 요구된다. 상술한 냉각탑 수동시스템의 문제점을 해결하기 위한 그와같은 커플링의 사용은 상술한 결점으로 인하여 만족스럽지 못하였다.

냉각탑 구동시스템을 위한 적당한 커플링은 치밀하고 경량이며, 유지가 용이하고 어느 방향으로의 회전도 견딜 수 있어야 함이 중요하다. 또한 그와 같은 커플링은 예상할 수 있는 긴 유효 수명을 가져야 하고, 급유를 요함이 없이 만족스러벡 작동하여야 하며, 5°까지의 부적당한 정렬하에서 작동하여야 한다.

단일 방향 회전에 적당한 이용 가능한 가요성 커플링 및 무단벨트형 커플링이 다수 있지만 모우터와 팬사이에 고속 및 높은 토크의 전달을 허용하면서 구동모우터 샤프트에 대하여 약 5°까지의 각도로 경사진 축을 중심으로하여 냉각탑 팬이 회전되게 하는 방식으로 구동모우터에 냉각탑 팬을 연결함에 있어서 부과되는 상술한 조건과 합치될 수 있는 무단벨트형 가역 커플링을 현재 입수할 수 없다.

따라서 본 발명의 제1목적은 냉각탑에서 공기팬을 모우터 구동샤프트에 연결시 사용하기에 특히 적당한 신규 가요성 가역 무단벨트형 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 높은 토크 및 실질적인 부적당한 정렬의 조건하에서 어느 회전방향에서도 구동 및 피동부재 사이로 운동을 전달할 수 있는 개량된 가요성 가역부단 벨트형 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제로토크를 통과하는 선형 토크-편향 곡선의 동적 특성을 갖는 개량된 가요성 가역 무단벨트형 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전축으로부터 측방향 편향을 실질적으로 제거하기 위한 충분한 강성을 갖는 개량된 가요성 가역 무단벨트형 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 염소 처리수의 환경에서 장기간 사용할 수 있는 가역 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 급유를 요함이 없이 예상할 수 있는 유효 수명에 걸쳐 높은 토크를 전달할 수 있는 치밀하고 경량인 가역 무단벨트형 커플링을 제공하는데 있다.

본 발명은 빈번한 교체없이 부적당하게 정렬된 축을 중심으로하여 호전 가능한 부재 사이에 가역 커플링을 설치하는 독특한 방법을 특징으로 한다.

본 발명의 특징은 고속, 높은 토크 및 실질적인 부적당한 정렬의 조건하에 어느 회전방향 및 갑작스러운 역전에서도 구동 및 피동부재 사이로 운동을 전달할 수 있는 가요성 무단벨트형 커플링을 갖는다는 것이다.

본 발명의 다른 특징은 염소 처리수로 인한 변질을 지지한다는 점이다.

본 발명의 다른 특징은 냉각탑 팬을 모우터 구동장치에 연결시 유효수명이 길다는 것이다.

본 발명의 이점은 가역 무단벨트형 커플링이 보수함이 없이도 유효 수명이 길다는 것이다.

특히 본 발명은 냉각탑에서 팬샤프트를 구동샤프트에 연결하기에 특히 적합할 뿐만 아니라 회전의 갑작스러운 역전을 포함해서 부적당하게 정렬된 교차축에 대하여 어떠한 회전방향으로 토크 및 고속이 전달될 수 있는 기타 용도에 이용될 수 있는 개량된 가역무단벨트형 커플링을 제공하여 준다. 커플링은 샤프트의 허브에 연결하기 위한 구동측 연결부재, 샤프트축과 부적당하게 정렬될 수 있는 다른 샤프트의 허브에 연결하기 위한 피동측 연결부재, 구동측 및 피동측 연결부재의 외주에 설치되는 보빈형 칼라, 및 구동 및 피동 부재를 추진 가능하게 상호 연결하는 섬유다발로 구성되는 다수의 무단벨트로 구성되어 있다. 각각의 무단벨트는 환상통로에서 접선적으로 이동하도록 구동측 연결부재에 설치되는 칼라 둘레에 둘러싸인 일측단부 및 피동측 연결부재에 설치되는 다른 칼라 둘레에 둘러싸인 타측 단부를 가지고 있다. 칼라는 무단벨트를 수용하기 위하여 플랜지는 방사상으로 연장시킴으로써 형성되는 U-형 단면을 가지고 있다. 탄성 매트릭스는 칼라와 함께 섬유다발을 매입한다. 각각의 무단벨트는 장력 및 압축 하중을 수용하기위하여 무단벨트의 최종강도의 약 5%를 초과하는 장력하에 예비하중을 받는다. 커플링에 설치시 무단벨트는 그의 칼라 축이 각각의 연결된 부재의 회전축에 대하여 평행하게 배치되게 배열된다. 본 발명의 커플링은 무단벨트가 여러가지 작동 조건하에서 압축을 피하도록 장력하에 예비하중을 받은 방법에 의하여 어느 방향으로 회전을 부여하도록 작동된다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 가역 무단벨트형 커플링(10)을 도시한 것으로, 상세히 후술하는 바와같이 상기 커플링(10)은 모우터 구동샤프트의 수평회전축(Rs)에 대하여 일정한 각도(α)로 부적당하게 정렬된 회전축(Rh)을 중심으로 샤프트가 회전되게 하면서 모우터 구동샤프트와 팬샤프트 사이에서 어떠한 회전방향으로 토크를 전달하기 위한 다수의 예비하중 무단벨트를 포함하고 있다. 장력 또는 압축하에 축방향 하중은 예비하중 무단벨트에 의하여 지지된다. 그 결과 본 발명의 커플링은 모우터 축에 대한 팬샤프트의 실질적인 부적당한 정렬을 조절하기 위함은 물론 어느 방향으로도 갑작스러운 회전역전을 조절하기에 특히 적합한다.

제1-3도에는 모우터 구동샤프트(12)의 회전축(Rs)에 대하여 각도(α)로 부적당하게 정렬될 수 있는 회전축(Rh)을 중심으로 회전 가능한 팬샤프트(16)에 회전축(Rs)을 중심으로하여 회전 가능한 모우터 구동샤프트(12)를 연결하는 커플링(10)이 도시되어 있다. 구동부재, 또는 허브(14)는 볼트, 용접, 스풀라인, 키이 등과 같은 통상적인 수단(도시되지 않음)에 의하여 모우터 구동샤프트(12)에 고정되어 있다. 허브(18)는 팬샤프트(16)에 유사하게 연결되어 있다. 도시한 실시예에서 허브(14)(18)는 평탄 원형판을 포함하고 있지만, 허브(14)(18)는 샤프트 회전축에 직교하는 평면에서 각을 이루며 오프셋된 관계로 샤프트(12)(16)로부터 방사상 외방으로 연장되는 아암을 갖는 통상의 스파이더를 포함할 수도 있음은 물론이다.

부적당한 정렬 각도(α)(제1도)같은 모우터 구동샤프트(12)의 회전축(Rs)과 팬샤프트(16)의 회전축(Rh) 사이의 부적당한 정렬 각도를 조절하기 위하여 다수의 무단벨트형 연결부재(32)(33)(34)(39)가 허브(14)(18) 사이에 배치되어 상호 연결되어 있다. 제1 및 제2도에 도시한 바와같이, 연결부재(32)와 같은 각각의 연결부재는 제1단부(32a) 및 제2단부(32b)를 가지고 있는 바, 이 경우 제1단부나 제2단부는 구동샤프트(12)의 회전방향에 대하여 정의한 바와같이 선단부나 후단부일 수도 있다. 예컨데 커플링(10)의 시계방향 회전에 있어서 제1단부(32a)는 연결부재(32)를 당기는 선단부이고 반시계 방향 회전에 있어서 제1단부(32a)는 연결부재(32)를 미는 후단부이다.

제3a도에 도시한 실시예에서 여덟 개의 그와같은 연결부재(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38)(39)가 허브(14)(18) 사이에 제공되어 있으며, 제1도에서는 제2단부(33b)에 인접한 연결부재(34)의 제1단부(34A) 및 연결부재(32)의 제1단부(32a)에 인접한 연결부재(39)의 제2단부(39b)와 함께 연결부재(32)(33)가 도시되어 있다.

연결부재(35)(36)(37)(38)는 명확을 기하기 위하여 제1도로부터 생략되어 있으나 제1도의 정경에 도시한 연결부재(32)(33)(34)(39)의 바로 뒤에 위치되어 있다. 여덟 개의 연결부재가 도시되어 있지만 공간 및 하중 요건을 포함하여 설계 매개 변수에 따라 다수의 연결부재가 이용될 수 있으나 등각도로 일정간격 이격된 최소한 4개의 연결부재가 부적당하게 정렬될시 샤프트(12)(16) 사이의 적당한 구동관계를 확실하게 하는데 요구된다.

각각의 연결부재는 구동허브(14)에 연결된 일측단부 및 피동허브(18)에 연결된 타측 단부를 가지고 있어 연속하는 연결부재는 구동 및 피동부재에 대향하게 연결된다. 즉 연속하는 연결부재(32)(33)에 있어서 연결부재(32)는 구동허브(14)에 연결된 제1단부(32a)를 가지고 있고, 연결부재(33)는 피동허브(18)에 연결된 제1단부(33a)를 가지고 있다.

4개의 연결부재(32)(34)(36)(38)는 각각 구동 허브(14)에 연결된 제1단부 및 피동허브(18)에 연결된 제2단부를 갖는 제1군의 연결부재를 형성하며, 4개의 중간 연결부재(33)(35)(37)(39)는 각각 피동 허브(18)에 연결된 제1단부 및 구동허브(14)에 연결된 제2단부를 갖는 제2군의 연결부재를 형성한다. 구동 및 피동 허브에 연결부재에 상술한 연결은 일방향으로 회전운동을 위하여 제1군의 연결부재가 장력하에 놓이게 하고 제2군의 연결부재가 약간 압축하에 놓이게 하며, 반대 방향으로 회전운동을 위하여 장력/압축 모우드가 역전되게 한다.

연결부재(32)같은 제1군의 연결부재의 각각의 연결부재는 구동허브(14)에 연결된 볼트(14a)에 의하여 구동허브(14)에 연결된 제1단부(32a) 및 볼트(18a)에 의하여 피동 허브(18)에 연결된 제2단부(32b)를 가지고 있다. 구동 허브의 볼트(14a)는 구동샤프트(12)의 회전축(Rs)의 방사상 외방에 위치되어 회전축(Rs)에 대하여 평행한 평면에 연장되어 있다. 이와 마찬가지로 피동 허브의 볼트(18a)는 팬샤프트(16)의 회전축(Rh)에 대하여 방사상 외방에 위치되어 회전축(Rh)에 대하여 평행하게 연장되어 있다. 따라서 볼트(14a)(18a)는 서로에 대하여 일정간격이 이격되어 서로 직면하는 관계로 배치되지만 제1도에 도시한 바와같이 주위가 오프셋되어 있다. 제1구의 각 연결부재는 볼트(14a)(18a)에 의하여 각각 관련 허브(14)(18)에 연결되어 있다.

이와 유사한 연결부재(33)와 같은 제2군의 각 연결부재는 피동 허브(18)에 연결된 볼트(18a)에 의하여 피동 허브(18)에 연결된 제1단부(33a), 및 볼트(14a)에 의하여 구동허브(14)에 연결된 제2단부(33b)를 가지고 있다.

샤프트(12)(16)의 회전축을 제1도에 도시한 바와같이 정렬, 즉 동측으로 배열시키므로써 커플링(10)의 연결부재(32)(33) 같은 연결부재는 정렬된 샤프트(12)(16)의 회전축(Rs)에 직교하는 면에 앞으로 전진한다. 어느 회전방향으로도 갑작스러운 역전을 견딜 수 있는 토크를 전달하기 위하여 각각의 개개 연결부재는 축방향으로 견고하다. 환언하면 연결부재는 장력 및 압축 하중에 의하여 야기되는 축방향 편향을 저지한다. 이를 위하여 연결부재는 연속회전이나 회전의 갑작스러운 역전중에 최소한 축방향 편향으로 팬샤프트를 당길 수 있다. 그러나 팬샤프트(16)가 각도(α)를 통하여 변위되고 샤프트(12)(16)가 회전될 때와 같이 샤프트(12)에 대하여 부적당하게 정렬되는 경우, 연결부재는 입력 구동허브(14)와 출력 피동허브(18)사이로 토크를 전달할때 복잡한 방식으로 이동한다. 예컨데, 샤프트(12)(16)가 정렬되면 연결부재는 회전축(Rs)에 대하여 사실상 직교하는 면에서 축(Rs)의 접선방향으로 앞으로 전진한다. 그러나 피동허브(18)와 그의 샤프트(16)가 각을 이루고 오프셋되고 축(hg)에 대한 회전이 시계 방향인 경우 제1군의 연결부재의 제1단부는 직교하는 면으로 유지되지만 그의 제2단부는 직각 평면의 상하에서 축방향으로 주기적으로 변위된다. 그와같은 변위는 허브(14)(18)사이에 토크 전달을 확실히 하기 위하여 여결부재에 의하여 동적으로 조절되어야만 하는 볼트(14a)(18a) 사이의 각도 변위에 변화를 일으킨다. 그와같은 변위를 조절하기 위하여 각 연결부재는 부적당한 정렬로 인하여 야기되는 만곡 및 비틀림 편향을 고려하여 만곡 및 비틀림을 가능하게 유연성이 있다.

연결부재는 어느 방향 및 그의 갑작스러운 역전에 있어서 축(Rs)을 중심으로 회전을 조절하지 않으면 안된다. 축(Rs)을 중심으로 한 시계방향 회전을 위하여 제1군의 연결부재의 제1단부는 구동허브(14)에 대한 직접 고착의 결과 축(Rs)의 접선 바양으로 앞으로 전진한다. 제2군의 연결부재의 제2단부는 제1단부를 추적하며 그 사이의 직접고착에 의하여 피동허브(18)를 당긴다. 그와같은 운동은 제1군의 연결부재가 장력하에 당기어지게 한다. 이와 동시에 제2군의 연결부재의 제2단부는 구동허브(14)에 대한 직접 고착의 결과 유사하게 전진한다. 제2군의 연결부재의 제1단부는 피동허브에 직접 연결되어 제2군의 연결부재가 압축하에 압박되게 한다. 반시계 방향의 회전은 상기 회전과정의 반대이다. 회전에 있어서 그와같은 변화는 허브(14)(18) 사이에 토크 전달을 확실히 하기 위하여 동적으로 조절되어야만 하는 연결부재의 작동 모우드에 변화를 야기시킨다.

상술한 연결부재 운동 및 장력/압축 요건을 조절하면서 토크를 전달하기 위하여 연결부재(32)와 같은 연결부재에는 제1단부(32a)에 설치되는 제1단부스풀(40) 및 제2단부(32b)에 설치되는 제2단부스풀(41)이 형성되어 있다. 제3a도 및 제3b도에 도시한 바와같이, 제1단부스풀(40)은 인접 연결부재(39)의 제2단부(39b)를 위한 단부 스풀로써 작용하고, 제2단부 스풀(41)은 인접 연결부재(33)의 제1단부(33a)를 위한 단부 스풀로써 작용한다.

스풀(40)(41)은 보빈형이며, 각각은 두개의 방사상 외방으로 연장되는 단부플랜지(40a)(40b)(41a)(41b) 및 방사상 외방으로 연장되는 중간플랜지(40c)(41c)를 가지고 있다. 각각의 단부플랜지와 중간 플랜지 사이에는 두개의 U자형 부분이 있다.

각 스풀(40)(41)을 통하여 구멍(40d)(41d)이 연장되어 있으며, 이들 구멍을 통하여 스풀과 허브를 연결시키는 수단이 지나간다. 스풀은 견고하여 그의 편향에 저항한다. 이를 위하여 스풀(40)(41)은 스테인레스 스틸등과 같은 강한 경량 금속으로 제작되는 것이 바람직하지만 복합체 또는 경질 열가소성 물질을 포함하고 기타 강한 경량 물질로 제작될 수도 있다.

스풀(40)(41)은 U형 부분에 맞추어져 유지되도록 스풀을 둘러싸는 연속무단벨트(42)에 의하여 함께 연결된다. 각 무단벨트(42)는 루우프 형식으로 다층 및 다열로 케브라 폴리아리미드 섬유 같은 강화 고강도 코오드(43)를 감음으로써 형성되는 피복 섬유 코오드 다발로 구성되어 있다.

본 실시예에서 강화 코오드는 케브라 1500/1/3이며, 폴리아리미드 섬유는 약 5.24×10-4in2의 단면적, 약 160파운드 장력강도 및 약 4%의 파열 신장률(%)을 가지고 있다. 그 데니이르는 약 1,500이다. 개개의 가는 섬유사가 세 개가 있는데, 이 경우 세 개의 가는 섬유 모두는 서로에 대하여 일회전으로 꼬여 있다. 각각의 섬유 코오드 다발은 에폭시, 우레탄 또는 기타 중합체 재료같은 매트릭스 재료로 피복 또는 함침되어 있다. 무단벨트(42)는 두개의 일정간격 이격된 맨드릴에 대하여 피복섬유 코오드로 루우프를 형성하므로써 제조된다. 무단벨트(42)를 형성하는데 사용되는 루우프의 수는 커플링을 이용하고자 하는 특수용도의 토크 전달 및 가요성 요건에 따라 변할 수도 있다.

제3a도에 도시한 바와같이, 여덟 개의 스풀 및 여덟 개의 무단벨트는 구동 및 피동허브 사이에 배치하기에 적당한 연결부재(44)로 조립되어 있다. 연결부재(44)의 조립은 스풀(40)(41)의 구멍(40d)(41d)를 통과하도록 외방으로 연장되는 맨드릴을 갖는 방사상으로 팽창되는 장치에 이루어진다. 무단벨트에 의하여 상호 연결된 여덟 개의 스풀로 구성되는 느슨하게 조립된 연결부재(44)는 방사상으로 팽창하는 장치에 놓인다.

본 발명의 특징으로 커플링의 독특한 선형 토크-편향 특성을 제공하도록 커플링에 축방향으로 견고한 무단벨트의 결합이다. 이 특징은 조립중 초래되는 이완 및/또는 수축의 제거에 의하여 달성된다. 수축은 조립된 연결부재에 대하여 탄성재료의 성형중 생길 수도 있다. 이와 및/또는 수축의 제거는 연결부재를 연결부재의 이완으로 인하여 또는 연결부재의 성형 및 피낭화(encapsulation)중에 야기되는 압축 변형과 동일 또는 보다 큰 예비변형 또는 예비하중을 받게 함으로써 달성된다. 연결부재에 예비하중을 받게 함으로써 커플링의 측방 편향을 감소하고 토크가 가해질 때 하중이 제거되는 연결부재에 대한 예비하중을 받게 함으로써 커플링 측방 편향을 감소하고 토크가 가해질 때 하중이 제거되는 연결부재에 대한 압축변형을 감소하고 제6b도에 도시한 바와같이 선형 토크-편향 곡선을 제공하는 연결부재 사이에 가해진 토크 하중의 분포가 보다 균일해 진다. 제6b도에서 곡선의 선형성은 본 발명의 커플링이 회전의 갑작스러운 역전 중 스탭핑의 문제를 극복하였다는 증거이다.

본 실시예에서 연결부재는 각 연결부재의 최종 강도의 약 5-25%의 예비하중을 받을 수도 있다. 예컨데 각 연결부재의 최종 강도가 8,000파운드인 경우 바람직한 예비하중은 약 400-2,500파운드이다. 바람직한 예비하중을 달성하기 위하여, 구멍(40d)(41d)에 대하여 적당한 반경은 실험적으로 결정된다. 그 다음 연결부재(44)는 방사상으로 팽창하는 장치를 소망하는 반경(46)으로 조절함으로써 예비하중을 받을 수 있다.

연결부재(44)의 구조는 적당한 탄성재료(48)로 피낭화함으로써 유지된다. 탄성재료를 도포하는 한가지 방법은 조립된 스풀 및 무단벨트와 함께 방사상으로 팽창하는 장치를 적당한 형에 넣어 성형용 프레스에 의하여 가압 피낭화하는 방법이다. 성형의 완결 후 피낭화된 연결부재는 방사상으로 팽창하는 장치로부터 제거할 수 있다. 각 커플링의 설계 상세는 연결부재를 피낭화하는데 사용되는 탄성재료를 결정하게 된다.

예컨데, 가요성 및 두께는 예상되는 토크 하중 및 구동 및 피동부재 사이의 조절하고자 하는 각도상의 부적당한 정렬의 정도에 달려 있다. 특정 용도의 경우 저손실형 탄성재료가 커플링을 가로지른 열 축적 및 에너지 손실을 최소화하는데 이용되는 것이 바람직하다.

이외에 탄성재료는 탄성재료에 바람직하지 않은 열축적을 회피하기 위하여 연결부재로부터 용이하게 열을 전달하여야만 한다. 바람직한 탄성재료는 약 300-600pis의 장력계수, 약 2,000-3,000psi의 장력강도 및 약 800-1,200%의 파열 신장율을 갖는 폴리우레탄이다.

제1도 및 제2도에 도시한 바와같이, 제조된 연결부재(44)는 통상적인 구동조립 기술에 따라 허브(14)(18)에 연결된다. 이를 위하여 허브(14)는 구동샤프트(12)의 회전축(Rs)에 대하여 직교하는 면에 배치되는 평탄 원형판이다.

본 실시예에서 허브(14)는 볼트(14a)를 수용하기 위하여 횡방향으로 연장되는 4개의 등간격으로 이격된 구멍(도시하지 않았음)을 포함하고 있다. 각각의 구멍은 연결부재에 예비하중을 유지하기 위하여 연결부재의 반경에 해당하는 회전축으로부터 방사상으로 이격되어 있다. 이와 유사하게 허브(18)는 샤프트(16)의 회전축(Rh)에 대하여 직교하는 면에 배치되는 평탄 원형판이다. 또한 허브(18)는 볼트(18a)를 수용하기 위하여 횡방향으로 연장되는 4개의 등간격으로 이격되는 구멍(도시하지 않았음)을 포함하고 있다. 각각의 구멍은 연결부재(44)의 예비하중을 유지하기 위하여 반경만큼 회전축(Rh)으로부터 변위되어 있다.

제1군의 각 연결부재에 제1단부 및 제2군의 각 연결부재에 제2단부는 볼트(14a)에 의하여 허브(14)에 연결되어 있다. 각 볼트는 조립의 용이를 위하여 나사와 헤드부분 중간에 내측으로 점감된 부분을 가지고 있다. 각 볼트(14a)는 허브(14) 및 스풀의 정렬된 구멍을 횡방향으로 통과하여 너트(14b)와 나사 결합된다. 볼트(14a)의 점감부분은 조립전에 연결부재가 겪을 수도 있는 수축을 최소가 되게 한다.

이와 유사하게, 제1군의 각 연결부재의 제2단부 및 제2군의 각 연결부재의 제1단부는 허브(18) 및 이에 대응하는 스풀의 정결된 구멍을 횡방향으로 통과하여 너트(18b)와 나사 결합하는 볼트(14a)와 유사한 각각의 볼트(18a)에 의하여 허브(18)에 연결되어 있다.

부적당하게 정렬된 샤프트를 연결하는데 사용하기 위하여 일 실시예에서 본 발명을 기술하였지만, 본 발명의 커플링이 연결부재(44)의 예비하중상태를 유지하기 위하여 두개의 설치판을 추가적으로 포함하고 있는 제4도 및 제5도에 도시한 실시예에 대하여 언급한다. 성형공정으로부터 연결부재(44)의 제거시 3%까지의 연결부재의 수축이 일어날 수도 있음을 알았다. 그와같은 수축은 연결부재(44)를 예비하중 받게 하는 완전한 이점을 손상시킨다.

제4도 및 제5도에 도시한 바와같이, 커플링(50)은 두개의 설치판(54)(64) 사이에 상호 연결된 연결부재(52)를 포함하고 있다. 연결부재(52)는 구조에 있어서 상술한 연결부재(44)와 유사하다. 따라서 연결부재(44)에 대하여 사용한 참조번호에 기초하여 연결부재(52)에 대한 언급을 하고자 한다.

제4도 및 제5도에 언급한 바와 같이, 구동샤프트 설치판(54)은 조립시 구동샤프트(12)의 회전축(Rs)에 대하여 직각인 평면에 배치되는 다수의 스파이더 아암(55)(57)(58)을 포함하는 스파이더 형태이다. 도시한 실시예에서 4개의 그와같은 아암(55)(56)(57)(58)이 설치되어 있으며, 아암은 회전축(Rs)에 대하여 등거리 및 등각으로 배치되어 있다. 아암(55)과 같은 각각의 아암은 볼트(54a)를 수렴하는 한쌍의 측부(55a)(55b)를 포함하고 있다. 이와 유사하게, 팬샤프트 설치판(64)는 조립시 팬샤프트(16)의 회전축(Rh)에 대하여 직교하는 면에 배치되는 다수의 스파이더 아암(65)(66)(67)(68)을 포함하는 스파이더 형태이다. 아암(65)과 같은 각각의 스파이더 아암은 볼트(64a)를 수용하기 위하여 횡방향으로 지나가는 나사구멍을 갖는 일체형 부분에서 종단하는 방사사상 외방으로 수렴하는 한쌍의 측부(65a)(65b)를 포함하고 있다. 설치판에서 각각의 나사벨트 구멍은 연결부재(52)의 예비하중 반경을 유지하도록 방사상으로 이격되어 있다.

커플링(50)은 구동샤프트 설치판(54)이 연결부재의 제1단부에 연결되고 팬샤프트 설치판(64)이 연결부재의 제2단부에 연결되도록 두개의 설치판(54)(56)사이에 연결부재(52)를 삽입함으로써 조립된다. 이를 위하여 제1군의 연결부재의 제1단부 및 제2군의 연결부재의 제2단부는 개개의 볼트(54a)에 의하여 구동샤프트 설치판(54)에 연결되어 있다. 제1군의 연결부재의 제2단부 및 제2군의 연결부재의 제1단부는 개개의 볼트(64a)에 의하여 팬샤프트 설치판(64)에 연결되어 있다. 볼트(54a)와 같은 각 볼트는 설치판(54)및 스폴의 정렬된 구멍을 횡방향으로 통과하여 너트(도시하지 않았음)와 나사 결합된다. 연결부재는 팬샤프트 설치판(64)에 유사하게 연결되어 있다. 이러한 연결 배치 결과 각각의 설치판(54)(64)의 스파이더 아암은 45°로 각을 이루며 오프셋 되어 있다.

제5도에 도시한 바와같이, 제조된 커플링(50)은 통상의 구동 조립 기술에 따라 허브(14) 및 허브(18)에 연결된다. 이를 위하여, 허브(14)(18)는 각각의 결합판에서 대응하는 나사구멍(도시하지 않았음)과 나사 결합할 수 있는 볼트를 수용하기 위하여 횡방향으로 연장되는 4개의 등거리로 이격된 구멍을 포함하고 있다.

상술한 바에 비추어 본 발명은 구동샤프트의 회전축에 대하여 부적당하게 정렬되는 축을 중심으로 하여 피동부재가 어떠한 방향으로도 회전되게 하는 방식으로 구동샤프트를 피동부재에 연결하기 위한 개량된 커플링을 제공하여 줌을 명백히 알 수 있다. 본 발명의 커플링은 부적당하게 정렬된 구동샤프트를 연결하거나 또는 냉각탑에서 팬은 구동샤프트에 연결하는 것과 같은 여러가지 용도에 사용될 수 있다. 본 발명의 커플링은 구동부재와 피동부재 사이에 고도로 바람직한 가역 연결을 제공하므로 연결된 시스템에서 바람작하지 않은 응력 및 진동의 발생이 회피된다.

더우기 커플링의 연결부재는 상술한 요건에 부합하도록 충분히 견고하면서 이용가능한 복합 제작 기술을 사용하여 용이하게 제작할 수 있는 충분히 간단한 구조를 가지고 있다.

Claims

서로 각을 이루며 부적당하게 정렬될 수 있는 축을 중심으로 하여 어느 방향으로는 회전시 구동부재와 피동부재 사이로 토크를 전달하기 위하여 구동 및 피동부재를 연결하는데 사용하기 위한 가역 무단벨트 회전식 커플링에 있어서, 다수의 연결부재를 상기 구동 및 피동부재의 회전축에 대하여 주위에 배치시키되 각각의 연결부재는 제1단부 및 제2단부를 형성시킴은 물론 섬유다발의 세장된 무단벨트로 구성시키고, 상기 연결부재중 하나의 제1단부는 인접 연결부재의 제2단부와 중첩되게 구성시키며 ; 경질보빈형 스풀을 상기 연결부재의 상기 중첩부분의 각각에 설치하여 상기 연결부재의 각 단부를 수용하도록 하되 교호하는 스풀을 상기 구동 및 피동부재의 대항부재에 연결하기에 적합하도록 구성시키고 ; 상기 각 연결부재는 피낭화하는 탄성 매트릭스를 형성시키되 ; 상기 각 연결부재는 상기 구동 및 피동부재 사이에 축상 및 피벗 상대운동을 조절하면서 어느 방향으로라도 상기 구동 및 피동 부재의 구동 회전중 상기 연결부재를 장력상태로 유지시키기 위하여 장력 상태에서 예비하중을 받게한 것을 특징으로 하는 가역 무단벨트 회전식 커플링.
제1항에 있어서, 상기 각 연결부재는 상기 연결부재의 장력 상태에서 최종 강도의 최소한 약 5%를 장력하에서 예비하중을 받게 한 것을 특징으로 하는 가역 무단벨트 회전식 커플링.
제1항에 있어서, 상기 각 연결부재의 상기 제1단부에 고착되는 제1경질 설치판 및 상기 각 연결부재의 상기 제2단부에 고착되는 제2경질설치판을 포함시키되, 상기 설치판은 상기 연결부재에서 예비하중 장력을 해방시키기 위하여 커플링의 방사상 수축을 방지하면서 상기 구동 및 피동 부재의 회전축으로부터 상기 연결부재의 단부 부분의 방사상 간격을 유지시키도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 가역 무단벨트 회전식 커플링.
제1항에 있어서, 섬유다발의 상기 무단벨트의 양단부는 인접 스풀에 대하여 루우프를 형성하도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 가역 무단벨트 회전식 커플링.
제1항에 있어서, 상기 탄성 매트릭스는 폴리우레탄이고, 상기 섬유 다발은 폴리아미드 재료인 것을 특징으로 하는 가열 무단벨트 회전식 커플링.
제1항에 있어서, 상기 탄성 매트릭스는 300-600psi 범위의 유효 장력계수, 2,000-3,000psi 범위인 장력강도 및 800-1,200%의 파열 신장율을 갖는 폴리우레탄이고, 상기 섬유는 폴리아미드 재료인 것을 특징으로 하는 가역 무단벨트 회전식 커플링.