KR100405463B1 - 축하중 시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱으로 성형한 자동차 엔진용 파워 풀리의 그로브(Groove)에 브이벨트 오장착시 걸리는 하중에 대하여, 상기 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 체결력을 측정할 수 있도록 한 축하중 시험기에 관한 것이다.

이를 위해, 플라스틱 풀리의 폴리 그로브(poly groove) 외주부를 장착판으로 견고히 고정시키고, 금속 인서트와 연결된 축에 실제 엔진에 걸리는 하중을 주면서, 풀리의 상용 회전역에서 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 체결력을 측정할 수 있도록 한 축하중 시험기를 제공하고자 한 것이다.

Description

축하중 시험기{Plastic Pulley Cantilever Load Tester}

본 발명은 축하중 시험기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라스틱으로 성형한 자동차 엔진용 파워 풀리의 그로브(Groove)에 브이벨트 오장착시 걸리는 하중에 대하여, 상기 플라스틱 풀리부와 금속 인서트 사이의 체결력을 측정할 수 있도록 한 축하중(Cantilever Load)시험기에 관한 것이다.

통상적으로, 자동차 엔진용 워터펌프 풀리 및 파워 스티어링 풀리는 스틸재로 성형하여 사용하여 왔다.

그러나, 상기 워터펌프 풀리 및 파워 스티어링 풀리의 재질로 스틸을 사용할 경우, 스틸(Steel)의 단가가 높기 때문에 경제적이지 않음은 물론, 스틸의 물성 특성상 완제품의 중량을 증가시키는 단점이 있었다.

그에따라, 자동차용 풀리를 제조함에 있어 경제성을 높일 수 있는 동시에 경량화를 위하여 열경화성 수지로 대부분 개발되어 왔으며, 재질 특성상 금속 인서트를 사용하지 않고도 플라스틱 자체의 물성만으로도 상대 부품과의 장착부위의 강성이 확보되어 별도의 금속 인서트가 필요 없었다.

현재 개발중인 열가소성수지(폴리아미드 공중합체)를 재질로하는 플라스틱풀리는 리싸이클(reclcle)이 가능한 환경 친화적인 재질인 것에 반해 기존 열경화성수지에 비해 일반물성이 떨어져 장착부위에 금속 인서트를 일체로 사출성형하여 장착부위에 강성을 확보하고 있다.

이러한 열가소성 플라스틱 풀리부 금속 인서트사이의 체결력을 확인하여 구동품인 플리의 안정성을 확인해야 한다.

플라스틱 풀리 개발에 있어 특히 고려해야 할 사항은 벨트와 플라스틱 풀리와의 하중 및 응력 집중, 마찰 마모 등의 상관관계등의 기술이 필요하지만 금속에서 플라스틱으로 재질을 대체시에는 기존 금속풀리와 동등한 축하중을 견디는지 확인을 해봐야 한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 플라스틱 풀리(워터펌프 풀리 또는 파워 스티어링 풀리)의 폴리 그로브(poly groove) 외주부를 장착판에 견고히 고정시키고, 금속 인서트부와 연결된 축에 실제 엔진에 걸리는 하중을 주면서, 풀리의 상용 회전역에서 플라스틱 풀리부와 금속 인서트간의 체결력을 측정할 수 있도록 한 축하중 시험기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축하중 시험기를 나타내는 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 축하중 시험기를 나타내는 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 축하중 시험기를 나타내는 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 축하중 시험기에서 플라스틱 풀리가 장착된 상태를 나타내는 단면도,

도 5는 본 발명에 적용되는 자동차용 플라스틱 풀리와 기존의 스틸재 풀리를 나타내는 측단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 플라스틱 풀리 12 : 금속 인서트

13 : 플라스틱 수지부 14 : 풀리 샤프트

16 : 베어링 18 : 추

20 : 회전체 22 : 장착홈

24 : 축 26 : 장착판

30 : 스핀들 32 : 주축대

40 : 지지테이블 42 : 격벽

44 : 안전망 46 : 제어판

48 : 벨트 50 : 구동모터

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은:

소정의 지지테이블(40)상에서 일측에 주축대(32)와 함께 설치된 스핀들(30)과; 플라스틱 풀리(10)가 장착되도록 전면에 장착홈(22)이 형성되고 후면에는 상기 스핀들(30)과 체결되는 축(24)을 갖는 회전체(20)와; 상기 지지테이블(40)의 하부에 설치되어 상기 스핀들(30)의 후단과 벨트(34)로 연결되는 구동모터(50)와; 상기 플라스틱 풀리(10)의 금속인서트(12)와 볼팅으로 체결되는 풀리샤프트(14)와; 상기 풀리 샤프트(14)의 끝단에 장착된 베어링(16)의 저면에 달린 추(18)로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 회전체(20)의 전면 테두리면에는 상기 장착홈(22)에 삽입된 플라스틱 풀리(10)의 외주면에 밀착되는 장착판(26)이 볼팅으로 장착된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 회전체(20)와 상기 스핀들(30) 사이의 지지테이블(40)상에는 격벽(42)이 형성된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 회전체(20)와 플라스틱 풀리(10)와 풀리샤프트(14)와 추(18)를 커버하는 안전망(44)이 상기 격벽(42)과 지지테이블(40)의 상면간에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지지테이블(40)의 소정 위치에는 상기 구동모터(50)의 온오프/구동시간등을 설정하는 제어판(46)이 설치된 것을 특징으로 한다.

여기서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 축하중 시험기(100)는 기존의 스틸재 풀리와 동등 이상의 비틀림강도를 갖는 플라스틱 풀리 제품을 개발하는데 있어서, 플라스틱 풀리(10)의 플라스틱 수지부(13)와 금속인서트(12)간의 결합력을 평가하기 위한 시험장치이다.

즉, 첨부한 도 5에 도시한 바와 같은 플라스틱 풀리(10)에서 중앙부의 금속 인서트(12)와, 외주부의 플라스틱 수지부(13)간의 체결력을 평가하기 위한 것이다.

첨부한 도 1내지 도 4를 참조로 본 발명의 각 구성을 설명하면 다음과 같다.

상기 축하중 시험기(100)는 소정의 지지테이블(40)상에 설치되는 것으로서, 지지테이블(40)의 상면 중앙에는 수직판 형태의 격벽(42)이 일체로 부착되어 있는 바, 상기 격벽(42)을 중심으로 일측에 주축대(32)가 설치되고, 이 주축대(32)에는 스핀들(30)이 회전 가능하게 삽입 장착된다.

또한, 상기 격벽(42)의 반대쪽에는 회전체(20)가 설치되는 바, 회전체(20)의 전면에는 플라스틱 풀리(10)가 삽입 장착되도록 한 장착홈(22)이 형성되고, 후면에는 축(24)이 일체로 연장 형성된다.

따라서, 상기 격벽(42)에 형성된 관통홀을 통하여 상기 회전체(20)의 축(24)이 삽입되어 상기 스핀들(30)의 앞단과 체결된다.

한편, 상기 지지테이블(40)의 하부에는 구동모터(50)가 설치되는데, 이 구동모터(50)의 축과 상기 스핀들(30)의 후단은 벨트(48)로 연결되어, 모터(50)의 회전구동력이 상기 스핀들(30)로 전달되어진다.

상기 회전체(20)의 전면에 형성된 장착홈(22)에는 플라스틱 풀리(10)가 삽입 장착되는 바, 이때 상기 회전체(20)의 전면 테두리에 볼팅등으로 장착되는 장착판(26)이 상기 플라스틱 풀리(10)의 외주면에 밀착 고정되어, 결국 플라스틱풀리(10)가 상기 회전체(20)의 장착홈(22)에서 견고히 고정된 상태가 된다.

상기 플라스틱 풀리(10)의 중앙부에 성형되어 있는 금속 인서트(12)에는 풀리샤프트(14)가 볼팅으로 고정되고, 이 풀리샤프트(14)의 끝단부에는 베어링(16)이 장착된다.

특히, 상기 베어링(16)의 저면에는 소정 무게의 추(18) 또는 로드셀이 부착된다.

한편, 플라스틱 풀리(10)와 풀리샤프트(14)가 하중을 견지지 못하고 파단되는 경우를 고려하여, 상기 회전체(20)와 플라스틱 풀리(10)와 풀리 샤프트(14)와 추(18)를 외부와 차단시키는 안전망(44)이 상기 격벽(42)과 지지테이블(40)의 상면간에 설치된다.

또한, 상기 지지테이블(40)의 일측에는 상기 구동모터(50)의 온오프, RPM의 설정 및 조절, 구동시간등을 설정하고, 모터(50)의 과도한 구동시의 경보음을 내는 제어판(46)이 설치된다.

여기서 본 발명에 따른 축하중 시험기의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 제어판(46)의 구동모터 온 스위치를 조작함과 함께 모터의 RPM 설정 및 구동시간등을 설정하는 조작을 하고, 모터(50)의 축 회전과 동시에 스핀들(30)이 회전을 하게 되며, 스핀들(30)과 연결된 회전체(20)가 동일한 속도로 회전을 하게 된다.

이에, 상기 회전체(20)에 장착된 플라스틱 풀리(10)가 회전을 하게 되고, 풀리샤프트(14)도 베어링(16)을 중심으로 회전을 하게 되는 바, 이때 베어링(16)의저면에는 소정의 무게를 갖는 추(18)가 매달려 있어서 축하중으로서 작용하게 된다.

이와 같이 본 발명의 축하중 시험기(100)를 이용하여 플라스틱 풀리에 대한 체결력 시험을 실시하게 되는 바, 각각의 시험예는 다음과 같다.

[시험예 1]

기존의 스틸재 풀리 형상과 동일하되, 플라스틱 수지부(재질은 폴리아미드 66 + 6 코폴리머 + GF 33%)의 중앙부에 6t의 금속인서트(재질은 S20C)를 적용한 직경 25cm의 플라스틱 풀리에 최대 축하중을 20kg을 주면서, 상온에서 300시간 동안 6,000rpm으로 회전시킨 결과, 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 균열이 발생하지 않아, 서로간의 체결력에 이상이 없었음을 알 수 있었다.

[시험예 2]

기존의 스틸재 풀리 형상과 동일하되, 플라스틱 수지부(재질은 폴리아미드 66 + 6 코폴리머 + GF 33%)의 중앙부에 6t의 금속인서트(재질은 S20C)를 적용한 직경 25cm의 플라스틱 풀리에 최대 축하중을 30kg을 주면서, 상온에서 1×10⁵시간 동안 2,200rpm으로 회전시킨 결과, 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 균열이 발생하지 않아, 서로간의 체결력에 이상이 없었음을 알 수 있었다.

[시험예 3/4/5]

기존의 스틸재 풀리 형상과 동일하되, 플라스틱 수지부(재질은 폴리아미드 66 + 6 코폴리머 + GF 33%)의 중앙부에 6t의 금속인서트(재질은 S20C)를 적용한 직경 25cm의 플라스틱 풀리에 최대 축하중을 실시예 3,4,5마다 각각 30,33,35kg을 주면서 풀리가 파손될때까지 2,200rpm에서 3000rpm으로 회전시킨 결과, 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 균열이 발생하였다.

즉, 실시예 3의 경우 3시간만에 크랙(crack)이 발생하였고, 실시예 4의 경우 37분만에 크랙이 발생하였으며, 실시예 5의 경우 35분만에 크랙이 발생함을 알 수 있었다.

이와 같은 시험예를 통하여, 양산 풀리의 장착부위의 크랙등의 품질문제를 미리 평가하여 대상엔진의 평가를 용이하게 시험할 수 있고, 여러번의 시험평가를 통하여 금속재 풀리와 동등 이상의 플라스틱 수지부와 금속 인서트간의 체결력을 갖는 플라스틱 풀리의 개발이 가능하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 축하중 시험기에 의하면, 실제 엔진에 걸리는 하중을 주고 풀리의 상용 회전역에서 기존의 스틸재 풀리와 동등 이상의 강성을 갖도록 플라스틱 풀리의 플라스틱 수지부와 금속인서트간의 체결력을 측정할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 소정의 지지테이블(40)상에서 일측에 주축대(32)와 함께 설치된 스핀들(30)과;

   플라스틱 풀리(10)가 장착되도록 전면에 장착홈(22)이 형성되고 후면에는 상기 스핀들(30)과 체결되는 축(24)을 갖는 회전체(20)와;

   상기 지지테이블(40)의 하부에 설치되어 상기 스핀들(30)의 후단과 벨트(34)로 연결되는 구동모터(50)와;

   상기 플라스틱 풀리(10)의 금속인서트(12)와 볼팅등으로 체결되는 풀리샤프트(14)와;

   상기 풀리 샤프트(14)의 끝단에 장착된 베어링(16)의 저면에 달린 추(18)로 구성된 것을 특징으로 하는 축하중 시험기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전체(20)의 전면 테두리면에는 상기 장착홈(22)에 삽입된 플라스틱 풀리(10)의 외주면에 밀착되는 장착판(26)이 볼팅으로 장착된 것을 특징으로 축하중 시험기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전체(20)와 상기 스핀들(30) 사이에는 상기 지지테이블(40)상에서 수직으로 세워진 격벽(42)이 형성된 것을 특징으로 축하중 시험기.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 회전체(20)와 플라스틱 풀리(10)와 풀리샤프트(14)와 추(18)를 커버하는 안전망(44)이 상기 격벽(42)과 지지테이블(40)의 상면간에 설치된 것을 특징으로 축하중 시험기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 지지테이블(40)의 소정 위치에는 상기 구동모터(50)의 온오프/구동시간등을 설정하는 제어판(46)이 설치된 것을 특징으로 축하중 시험기.