KR100292344B1 - 자기보상형밸런서 - Google Patents

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Abstract

재현성 및 마찰에 의한 영향력이 감소되도록 구조가 개선된 자기보상형 밸런서가 개시되어 있다.
이 개시된 밸런서는 회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있도록 상기 회전체에 결합 설치되며, 회전체의 회전축을 중심으로 인입 형성된 환형의 레이스를 갖는 본체와; 레이스 내에 움직임 가능하게 위치되며, 레이스 내부 공간의 적어도 절반을 점유할 수 있는 수량의 강체를 포함하여 강체와 레이스 사이의 마찰에 의한 성능저하를 억제할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

자기보상형 밸런서{Self-compensation dynamic balancer}
본 발명은 자기보상형 밸런서(Self-Compensating Dynamic Balancer)에 관한 것으로서, 상세하게는 재현성 및 마찰에 의한 영향력이 감소되도록 구조가 개선된 자기보상형 밸런서에 관한 것이다.
일반적으로 회전체는 제조 공정상의 오차등에 의한 편심질량에 의해 그 회전중심과 회전체의 무게중심이 불일치한다. 이와 같이, 회전중심과 무게중심의 불일치 한 채로 회전체가 회전하게 되면, 그 회전중심이 공전(公轉) 즉, 훨링(whirling)한다. 이에 따라, 회전체는 내부진동 특히 회전반경방향으로의 내부진동이 발생하게 된다.
이와 같은, 내부진동을 억제하기 위한 종래의 자기보상형 밸런서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(10)와, 상기 케이스(10) 내에 위치된 다수의 강체(40)를 포함하여 구성된다. 상기 케이스(10)는 상기한 강체(40)가 놓이도록 인입형성된 환형의 레이스(21)를 갖는 본체(20)와, 상기 본체(20)의 개구부를 덮을 수 있도록 된 커버부재(30)를 포함한다.
상기 커버부재(30)의 중심에는 구동원(50)의 회전축(51)에 상기 케이스(10)를 결합하기 위한 체결공(35)이 형성되어 있다. 상기 환형의 레이스(21)는 상기 강체(40)가 자유롭게 움직일 수 있도록 된 공간으로 상기 레이스(21)는 상기 체결공(35)의 중심을 그 회전중심으로 한다. 따라서, 상기 케이스(30)가 회전시 상기 레이스(21) 내부에 위치된 강체(40)는 원심력에 의해 상기 회전축(51)의 회전중심(35)으로부터 멀어지는 방향으로 위치되려고 한다. 여기서, 상기 회전축(51)이 편심질량에 의해 공전하는 경우, 상기 강체(40)는 상기 회전축(51)을 기준으로 상기한 공전중심과 반대쪽에 위치되어 편심질량에 의한 내부 진동을 억제한다.
상기한 바와 같이, 구성된 자기보상형 밸런서는 회전체(1)의 정상적인 회전속도를 감안하여 환형을 이루는 레이스(21) 중심의 직경과, 강체(40)의 직경과, 강체(40)의 질량 및 강체(40)의 갯수를 결정함에 의해 회전체의 불평형 질량에 의한 내부진동을 완화하게 된다.
종래의 자기보상형 밸런서는 불평형질량의 보상능력과, 강체(40)의 구조 단순화 및 비용절감을 고려하여 도 2에 도시된 바와 같이, 레이스(21) 내에 위치된 강체(40)의 갯수를 레이스(21)의 점유 공간 절반 이하로 채워 사용하였다.
이 경우, 레이스(21) 내에 위치된 강체들(40) 중 소수의 강체(40)가 레이스(21)와의 마찰력에 의해 움직임이 둔화되는 경우, 미세한 밸런싱이 어려워진다. 또한, 강체(40)의 운동에 차이가 발생하므로 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 레이스 내부에 위치된 강체의 갯수를 조정하여 마찰력 등에 의한 밸런싱 능력 감소를 억제할 수 있도록 된 자기보상형 밸런서를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 일반적인 자기보상형 밸런서를 보인 부분사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 자기보상형 밸런서의 보상능력을 설명하기 위해 나타낸 자기보상형 밸런서의 단면도.
도 4는 자기보상형 밸런서의 강체 수량에 따른 보상능력을 보인 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기보상형 밸런서를 보인 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20...본체 21...레이스 35...회전중심
40...강체 50...구동원 51...회전축
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자기보상형 밸런서는, 회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있도록 상기 회전체에 결합 설치되며, 상기 회전체의 회전축을 중심으로 인입 형성된 환형의 레이스를 갖는 본체와; 상기 레이스 내에 움직임 가능하게 위치되며, 상기 레이스 내부 공간의 적어도 절반을 점유할 수 있는 수량의 강체를 포함하여 상기 강체와 레이스 사이의 마찰에 의한 성능저하를 억제할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 자기보상형 밸런서는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(10)와, 상기 케이스(10) 내에 다수의 강체(40)를 포함하여 구성된다. 상기 케이스(10)는 상기한 강체(40)가 놓이도록 인입형성된 환형의 레이스(21)를 갖는 본체(20)와, 상기 본체(20)의 개구부를 덮을 수 있도록 된 커버부재(30)를 포함한다. 여기서, 상기 레이스(21)의 내부 공간에 위치된 강체들(40)이 상기 레이스(21) 내부공간의 절반 이상을 점유할 수 있을 정도의 수량 구비된 것에 특징이 있다.
도 3은 불평형 질량이 +Y축 방향에 위치하여, 이를 보상하기 위한 강체들(40)이 -Y축 방향에 위치한 예를 나타낸 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이스(21) 중심의 반경을 D/2, 강체(40)의 질량을 m, 강체(40)의 직경을 d라 할 때, 밸런서의 최대보상능력은 아래의 수학식들에 의해 구할 수 있다.
이웃한 두 개의 강체(40) 각각과 상기 회전중심(35)을 연결한 두 선분 사이의 각도 θe는 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
n개의 강체들(40)이 인접해 있는 경우, 강체들(40) 전체가 이루는 각도
Figure pat00002
는 수학식 2와 같다.
Figure pat00003
도 3에 있어서, 불평형질량이 Y축 방향에 대해 분포되므로 상기 강체들(40) 전체의 Y축방향 보상질량은 수학식 3과 수학식 4로 표현할 수 있다. 여기서, 수학식 3은 강체(40)의 갯수가 홀수인 경우를 나타낸 것이고, 수학식 4는 강체(40)의 갯수가 짝수인 경우를 나타낸 것이다.
Figure pat00004
Figure pat00005
따라서, 상기한 수학식 1 내지 4에 의해, 강체들(40)의 질량 m을 0.13g, 레이스(21)의 중심 직경 D를 25mm, 강체(40)의 직경 d를 3.175mm로 하면, 강체(40)의 갯수에 따른 보상능력 그래프는 도 4에 도시된 바와 같다. 상기한 조건을 갖는 경우, 상기 레이스(21) 내부에는 1개에서 24개의 강체(40)가 채워질 수 있으며, 대략 2에서 12정도의 보상능력을 얻기 위한 강체(40)의 갯수가 1에서 11개까지 뿐만 아니라 13에서 24까지도 가능함을 알 수 있다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기한 강체들(40)이 상기 레이스(21) 내부 공간의 적어도 절반을 점유할 수 있는 수량 예컨대, 대략 13 내지 24개 구비하면, 상기 레이스(21)에 대한 상기 강체들(40)중 일부 강체(40)의 마찰력이 증가되는 경우, 다른 다수의 강체들(40)이 불평형질량을 보상하는 방향으로 가동되어 비정상적인 동작을 억제할 수 있다.
특히, 큰 편심질량이 상기 본체와 함께 회전하는 경우, 거시적인 밸런싱은 강체(40) 전체가 회전중심(35)을 기준으로 편심질량 중심의 반대쪽에 위치되어 수행하고, 미세한 밸런싱은 상기 레이스(21)의 빈 공간 주변에 위치되어 비교적 움직임이 자유로운 볼들이 움직여 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 자기보상형 밸런서는 상기 레이스(21) 내부에 상기 강체들(40)의 표면을 수 마이크로미터 정도의 두께로 덮을 수 있을 정도의 미량의 유체가 주입된 것이 바람직하다. 따라서, 상기 강체(40)의 회전시 상기 레이스(21)와 강체(40)의 마찰력을 줄여 밸런싱 능력을 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 구비된 본 발명에 따른 자기보상형 밸런서는 강체들이 레이스 내부 공간 중 절반 이상을 점유하도록 구비함으로써, 강체와 레이스 내벽과의 마찰 발생시 야기되는 언밸런스를 대폭 줄일 수 있다. 따라서, 밸런싱 능력을 증대시킬 수 있고, 재현성을 높일 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 회전체의 편심질량에 의한 내부진동을 억제할 수 있도록 상기 회전체에 결합 설치되며, 상기 회전체의 회전축을 중심으로 인입 형성된 환형의 레이스를 갖는 본체와;
    상기 레이스 내에 움직임 가능하게 위치되며, 상기 레이스 내부 공간의 적어도 절반을 점유할 수 있는 수량의 강체를 포함하여 상기 강체와 레이스 사이의 마찰에 의한 성능저하를 억제할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자기보상형 밸런서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이스 내부에는 상기 강체들의 표면을 수 마이크로미터 정도의 두께로 덮을 수 있을 정도의 미량의 유체가 주입되어 회전시 상기 레이스와 강체의 마찰력을 줄일 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자기보상형 밸런서.
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