KR100472291B1 - Friction spring vibration isolation system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향 성분에 대해서도 감쇠의 효과를 가지며 따로 댐퍼가 필요치 않는 마찰 스프링형 진동저감 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a friction spring type vibration reduction system that has a damping effect not only in the horizontal direction but also in the vertical direction component and does not require a damper.
본 발명은 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치하는 진동저감 장치로서, 지진하중을 수용하기 위한 수평방향으로 설치된 스프링(5)과 힌지 결합된 경사 부재(3)의 완충 작용으로 수평과 수직 양 방향으로 운동할 수 있으며, 감쇄는 경사 부재(3)와 힌지 연결부(4)에 의해 힌지 결합된 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)과의 접촉 마찰로 수행하는 스프링(5)을 이용한 마찰 진동저감 시스템인 것이다. The present invention is a vibration reducing device installed on the structure to prevent damage to the structure by the earthquake, the horizontal action to accommodate the earthquake load horizontally installed in the horizontal direction (5) and the hinged inclined member (3) is coupled horizontally Can be moved in both vertical and vertical directions, and the attenuation is carried out by contact friction between the top plate housing 9 and the PTFE resin plate 6 hinged by the inclined member 3 and the hinge connection 4. It is a friction vibration reduction system using).
본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 수직과 수평의 양 방향 모두에 대하여 거동할 수 있으며 PTFE 수지판에 의하여 감쇄할 수 있어 소규모 기기의 효율적인 진동 저감 시스템으로 사용할 수 있다. The friction spring type vibration reduction system of the present invention can be operated in both vertical and horizontal directions by using the elastic restoring force of the spring installed horizontally, and can be attenuated by PTFE resin plate to effectively reduce vibration of small devices. Can be used.
Description
본 발명은 마찰 스프링형 진동저감 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치할 수 있는 마찰 스프링형 진동저감 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a friction spring type vibration reduction system. More particularly, the present invention relates to a friction spring type vibration reduction system that can be installed in a structure to prevent damage to the structure by an earthquake.
현재 가장 많이 사용되고 있는 진동저감 장치로는 첨부도면 중 도 9에 나타낸 바와 같이, 적층고무 베어링의 중앙부에 납봉(91)을 삽입하여 적층고무 베어링의 저 감쇠의 단점을 개선한 납삽입 베어링(Lead Rubber Bearing: LRB)이 있다. As the vibration reducing device that is currently used most often, as shown in FIG. 9 of the accompanying drawings, a lead insertion bearing which improves a disadvantage of low damping of a laminated rubber bearing by inserting a lead rod 91 in the center of the laminated rubber bearing Bearing: LRB).
도 9에서 부호 92는 고무 덮개이고, 93은 스틸탑재판이며, 94는 스틸보강판이고, 95는 내부고무층이다.In Fig. 9, reference numeral 92 is a rubber cover, 93 is a steel mounting plate, 94 is a steel reinforcing plate, and 95 is an inner rubber layer.
납삽입 베어링은 적층고무의 낮은 강성에 따른 진동절연 효과와 납봉(91)의 높은 에너지 흡수성질 및 납봉(91)의 높은 초기의 강성에 의해 풍 또는 교통하중 등에 의한 강도가 낮은 외부교란에 대한 저항능력 등 설계조건상 매우 좋은 성질을 갖고 있으며, 제작 공정이 단순하고 비용이 저렴한 장점이 있다.Lead-in bearings have low resistance to external disturbance due to wind or traffic load due to vibration insulation effect due to low stiffness of laminated rubber, high energy absorption property of lead rod 91 and high initial stiffness of lead rod 91. It has very good properties in terms of design conditions such as capability, and the manufacturing process is simple and inexpensive.
그러나, 고무가 가진 기본적인 단점, 즉 경년에 따른 특성의 변화 및 내구성 저하뿐만 아니라 납의 변형에 따른 용융 및 재결정화 과정에 의한 강성의 변화 등 지진 응답 예측을 위한 설계에 많은 불확실한 인자들이 존재하고 있다. However, there are many uncertainty factors in the design of the earthquake response prediction, such as the basic disadvantages of rubber, that is, changes in properties and deterioration with age, as well as changes in stiffness due to melting and recrystallization due to lead deformation.
또한, 과도한 변형시 수직하중에 의한 좌굴도 우려되어 구조물의 최저차 고유진동수를 어느 한도 이하로 낮출 수 없으며, 액체 저장 탱크와 같이 재하 하중이 일정치 않는 경우는 최저차 고유 진동수가 하중의 크기에 따라 변하기 때문에 효과적인 진동저감 주파수를 설정하기 어려운 점이 있다.In addition, buckling due to vertical load during excessive deformation is also a concern, so the minimum natural frequency of the structure cannot be lowered below a certain limit, and when the loading load is not constant, such as a liquid storage tank, the minimum natural frequency is dependent on the magnitude of the load. Because of this, it is difficult to set an effective vibration reduction frequency.
이에 따라, 진자의 성질을 응용하여 구조물의 최저차 고유 진동수를 결정할 수 있는 진동저감 장치가 개발되고 있다. 진자를 이용한 진동저감 장치는 진자의 특성상 고유진동수를 재하 하중에 관계없이 일정하게 설계할 수 있으며, 감쇠에너지를 동시에 고려하여 지진에 의한 구조물의 동적 응답을 감소시키도록 하고 있다. 이중 대표적인 것으로서 도 10에 도시한 바와 같은 구면(101)을 따라 구조물의 지지부가 움직이도록 하고, 접촉부에 PTFE(Polytetrafluoro ethylene) 수지를 삽입한 마찰진자 베어링(102)을 이용한 진동저감 장치와 접촉부에 볼베어링을 이용한 TEKTON N-베어링 등이 있다. 도면에서 미설명부호 103은 관절형 마찰 슬라이더이다.Accordingly, a vibration reduction device that can determine the lowest natural frequency of the structure by applying the properties of the pendulum has been developed. Due to the characteristics of the pendulum, the vibration reduction device can design the natural frequency uniformly regardless of the load and reduce the dynamic response of the structure due to the earthquake by considering the damping energy at the same time. Among them, a vibration reduction device using a friction pendulum bearing 102 in which a support portion of a structure moves along a spherical surface 101 as shown in FIG. 10 and a PTFE (Polytetrafluoroethylene) resin is inserted into a contact portion and a ball bearing in a contact portion And TEKTON N-bearings. In the figure, reference numeral 103 is an articulated friction slider.
이 시스템의 장점은 수직하중의 지지능력과 수평 복원강성이 서로 독립적이어서 대변형에 따른 좌굴발생의 우려가 없고 안정적으로 구조물을 지지할 수 있으며, 곡률을 임의로 설계할 수 있기 때문에 고유 진동수를 가능한 낮게 설계할 수 있다. 이러한 장점에도 불구하고 이 시스템의 단점은 수직 방향 성분에 대하여 감쇠가 없으며 볼베어링 형식의 경우에 댐퍼가 필수적으로 필요하다는 것이다. The advantage of this system is that the supporting capacity of the vertical load and the horizontal restoring stiffness are independent of each other, so that there is no fear of buckling due to large deformation, so that the structure can be stably supported, and the curvature can be arbitrarily designed to reduce the natural frequency as low as possible. Can be designed. Despite these advantages, the disadvantage of this system is that there is no attenuation for the vertical components and dampers are essential for ball bearing types.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수평 방향 뿐 아니라 수직 방향 성분에 대해서도 감쇠의 효과를 가지며 별도로 댐퍼가 필요치 않는 주로 소형 기기의 기초에 사용할 수 있는 마찰 스프링형 진동저감 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.The present invention is to solve such a conventional problem, to provide a friction spring vibration reduction system that can be used on the basis of mainly small equipment that has a damping effect not only in the horizontal direction but also in the vertical direction components and does not require a damper. The purpose is to.
본 발명은 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 기기의 기초 바닥에 고정되는 하부 하우징; 기기 구조물을 실질적으로 받치게 되며 상하 및 좌우로 이동이 가능한 상판 하우징; 상기 하부 하우징과 상기 상판 하우징 사이에서 이들의 변형에 거동하고 먼지나 이물질의 유입을 방지하기 위한 고무 막; 상기 하부 하우징에 힌지에 의해 고정되고, 상기 상판 하우징을 받치면서 수직 방향으로의 진동에 의해 경사 각도가 변하도록 된 V자형 경사 부재; 상기 경사 부재의 상단과 상기 상판 하우징의 밑면의 중앙 부위에 형성되어 있는 힌지 고정점에 수평 방향으로 연결 설치되어 있으며, 지진 하중을 수용하고 상기 경사 부재의 완충 작용으로 수평 및 수직 방향으로 운동할 수 있도록 탄성 인장력을 갖는 한 쌍의 스프링; 상기 경사 부재의 다른 상단에 설치되어 있으면서 상기 경사부재의 작용에 따라 상기 상판 하우징의 밑면과 마찰 접촉하면서 움직이도록 된 PTFE 수지판; 상기 PTFE 수지판과 상기 상판 하우징과의 접촉 상태를 유지하기 위한 판형 스프링; 및 상기 PTFE 수지판과 상기 판형 스프링을 고정하기 위한 하우징으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a friction spring type vibration reduction system comprising: a lower housing fixed to a base bottom of a device; A top housing substantially supporting the device structure and movable up, down, left and right; A rubber membrane which behaves in a deformation thereof between the lower housing and the upper housing and prevents inflow of dust or foreign matter; A V-shaped inclined member fixed to the lower housing by a hinge, the inclined angle being changed by vibration in a vertical direction while supporting the upper plate housing; It is connected in the horizontal direction to the hinge fixing point formed at the upper end of the inclined member and the central portion of the bottom surface of the upper plate housing, can receive the earthquake load and move in the horizontal and vertical direction by the buffer action of the inclined member. A pair of springs so as to have elastic tension; A PTFE resin plate installed on the other upper end of the inclined member and moving in frictional contact with the bottom surface of the upper plate housing according to the action of the inclined member; A plate spring for maintaining a contact state between the PTFE resin plate and the upper plate housing; And a housing for fixing the PTFE resin plate and the plate spring.
본 발명에 의하면, 상기 스프링은 기기 밑에 대각선으로 설치되어 있으면서, 상기 스프링을 탄성 복원력에 의해 원 위치로 복원시키게 되는 4쌍의 마찰 스프링을 추가로 가지며, 상기 경사 부재의 양쪽 선단과 상기 하부 하우징의 표면에 수직 방향으로 설치되어 있으면서 상기 기기의 하중을 일부 부담하고 작은 규모의 지진 하중에 대한 수평방향의 운동을 수용하도록 된 인장 스프링도 추가로 갖고 있다.According to the present invention, the spring further has four pairs of friction springs, which are diagonally installed under the device and which restore the springs to their original positions by the elastic restoring force, wherein both springs of the inclined member and the lower housing It is further provided with a tension spring which is installed perpendicular to the surface and bears part of the load of the device and accommodates horizontal movement against small seismic loads.
이하 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
첨부 도면 중 도 1은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 평면도 이고, 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 개략적인 측단면도를 나타낸 것이다.1 is a plan view of a friction spring type vibration reduction system according to the present invention, Figure 2 shows a schematic side cross-sectional view along the line A-A of FIG.
본 발명은 지진에 의한 구조물의 손상을 방지하기 위하여 구조물에 설치하는 진동저감 장치로서, 지진하중을 수용하기 위한 수평방향으로 설치된 스프링(5)과 힌지 결합된 경사 부재(3)의 완충 작용으로 수평과 수직 양 방향으로 운동할 수 있으며, 감쇄는 경사 부재(3)와 힌지 연결부(4)에 의해 힌지 결합된 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)과의 접촉 마찰로 수행하는 스프링(5)을 이용한 마찰 진동저감 시스템인 것이다. The present invention is a vibration reducing device installed on the structure to prevent damage to the structure by the earthquake, the horizontal action to accommodate the earthquake load horizontally installed in the horizontal direction (5) and the hinged inclined member (3) is coupled horizontally Can be moved in both vertical and vertical directions, and the attenuation is carried out by contact friction between the top plate housing 9 and the PTFE resin plate 6 hinged by the inclined member 3 and the hinge connection 4. It is a friction vibration reduction system using).
본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링(5)이 탄성 인장력의 작용으로 수평과 수직의 양 방향의 지진하중에 대하여 모두 작용하게 한 것으로 각 기기에 설치되는 진동저감 시스템의 최소수량은 4개이며, 도3과 같이 기기 기초판의 각 꼭지점에 배치된다.The friction spring type vibration reduction system of the present invention allows the spring 5 installed horizontally to act on seismic loads in both horizontal and vertical directions by the action of elastic tensile force. Are four, and are arranged at each vertex of the base plate of the apparatus as shown in FIG.
본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 작용원리는 도 1에서 마찰 진동저감 시스템의 하부 하우징(2)은 기기 기초바닥에 고정되며, 경사부재(3)는 힌지 결합부(4)에 의해 하부 하우징(2)에 고정되어 있다.The working principle of the friction spring vibration reduction system of the present invention is the lower housing (2) of the friction vibration reduction system in Figure 1 is fixed to the base of the machine, the inclined member (3) is hinged by the lower housing (4) It is fixed to (2).
경사부재(3)는 평상시 기기의 무게와 스프링(5)의 탄성 인장력이 평형을 이루는 점에 수평면과 경사를 유지하고 위치하고 있다. 기기의 무게가 스프링에 작용하였을 때 경사 부재(3)가 45도를 이루어 위치할 수 있도록 강성이 맞는 스프링을 이용한다. The inclined member 3 maintains the horizontal plane and the inclination at the point where the weight of the device and the elastic tension of the spring 5 are in balance. When the weight of the device acts on the spring, a rigid spring is used so that the inclined member 3 can be positioned at 45 degrees.
기기의 무게와 스프링의 인장력이 평형을 이루고 있는 상태에서 수직방향의 지진 하중이 기기에 작용하면 스프링(5)의 작용에 의하여 위아래로 움직이며 이때 스프링(5)과 힌지 연결부(4)에 의해 연결된 경사부재(3)의 작용으로 상판 하우징(9) 아래 면에 접촉하고 있는 PTFE 수지판(6)이 상판 하우징(9)과 접촉하면서 움직이므로 진동저감 시스템에 감쇄의 효과를 나타낸다. 첨부 도면 중 도 6은 상향으로 이동한 상태를 나타내고, 도 7은 하향으로 이동한 상태를 나타낸다.When the earthquake load in the vertical direction acts on the device while the weight of the device and the tension of the spring are in balance, the device moves up and down by the action of the spring (5) and is connected by the spring (5) and the hinge connection (4). The PTFE resin plate 6, which is in contact with the lower surface of the upper housing 9 by the action of the inclined member 3, moves while being in contact with the upper housing 9, thereby exhibiting the effect of attenuation in the vibration reduction system. 6 shows a state of moving upwards, and FIG. 7 shows a state of moving downwards.
상기의 운동에서 감쇄의 효과를 나타내는 부분은 상판 하우징(9)과 마찰 접촉하는 PTFE 수지판(6)과, 상시 PTFE 수지판(6)과 상판 하우징(9)의 접촉 상태를 유지할 수 있는 판형 스프링(7)과, 상기 판형 스프링(7)과 PTFE 수지판(6)을 고정하는 하우징(8)으로 구성되어 있다.The part showing the effect of attenuation in the above motion is a plate-like spring capable of maintaining the contact state of the PTFE resin plate 6 in frictional contact with the upper plate housing 9 and the PTFE resin plate 6 and the upper plate housing 9 at all times. (7) and a housing (8) for fixing the plate spring (7) and the PTFE resin plate (6).
마찰 스프링형 진동저감 시스템의 수평 방향의 운동은 수직 방향의 운동과 마찬가지로 수평 방향의 지진 하중이 기기에 작용하면 상판 하우징(9)에 고정된 힌지 고정점(10)에서 스프링(5)이 고정되고 스프링(5)의 인장력을 초과하는 수평방향의 지진하중이 작용하였을 때 상판 하우징(9)이 전후 좌우로 운동하게 된다. 도 4는 4는 좌측으로 운동하고 있는 상태를 나타내고, 도 5는 우측으로 운동하고 있는 상태를 나타낸다. 진동 저감 시스템의 감쇄는 수직방향의 운동과 마찬가지로 PTFE 수지판(6)의 상판 하우징(9)과의 접촉에 의한 감쇄효과에 의하여 달성된다.The horizontal movement of the friction spring type vibration reduction system is similar to the vertical movement. When the seismic load in the horizontal direction acts on the device, the spring 5 is fixed at the hinge fixing point 10 fixed to the upper housing 9. When the earthquake load in the horizontal direction exceeding the tensile force of the spring 5 is applied, the upper plate housing 9 is moved back and forth and left and right. 4 shows a state in which 4 moves to the left, and FIG. 5 shows a state in which it moves to the right. Attenuation of the vibration reduction system is achieved by the attenuation effect by contact with the upper housing 9 of the PTFE resin plate 6, as in the vertical movement.
지진하중 작용 후의 기기의 복원은 기기 밑에 설치된 4개의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 스프링의 탄성 복원력에 의하여 제자리로 복원된다. 즉, 도 3과 같이 기기 밑에 대각선 방향으로 설치되어 각 방향으로 이동한 후 각각의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 탄성 복원력에 의하여 원위치로 복원된다. The restoration of the device after the seismic load is restored in place by the spring's elastic restoring force of the four friction spring-type vibration reduction systems installed under the device. That is, as shown in Figure 3 is installed in the diagonal direction under the machine is moved to each direction and then restored to its original position by the elastic restoring force of each friction spring type vibration reduction system.
본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템에서 복원력이 향상되는 요소는 인장 스프링이 기기의 무게에 의하여 인장력(Pretension)이 가해진 상태이므로 보다 정확하게 기기의 원래자리로 복원되는 구조를 제공할 수 있다.In the friction spring type vibration reduction system of the present invention, the restoring force is improved, and thus the tension spring may be provided with a structure in which the tension spring is applied to the original position of the device more accurately since the tension is applied by the weight of the device.
상판 하우징(9)과 하부 하우징(2) 사이는 주름진 고무 제품 등으로 고무막(1)을 설치하여 상판 하우징(9)과 하부 하우징(2)의 변형에 거동하게 하고 먼지나 이물질이 진동 저감 시스템 내부로 유입되는 것을 방지한다.Between the upper housing 9 and the lower housing 2, a rubber film 1 is installed between the upper housing 9 and the lower housing 2 so as to behave in deformation of the upper housing 9 and the lower housing 2. Prevent from entering inside.
진동 저감 시스템의 기기 기초와의 고정 방법은 하부 하우징에 천공된 홀에 콘크리트 익스팬션 앵커볼트 등의 방법에 의하여 고정한다.Fixing method of the vibration reduction system with the base of the device is fixed to the hole perforated in the lower housing by a method such as concrete expansion anchor bolt.
본 발명의 다른 실시예로서는 기기의 하중을 인장 스프링(5)만으로 부담하는 것이 스프링 특성상 문제가 있는 경우 기기의 하중을 압축 스프링(11)이 일부 부담하는 것으로 도 10에 나타내었으며 이 경우 보다 작은 규모의 지진하중에 대한 수평방향의 운동을 수용할 수 있게 되는 잇점이 있다.According to another embodiment of the present invention, when the load of the device by the tension spring 5 only has a problem in the characteristics of the spring, it is shown in FIG. 10 that the compression spring 11 partially bears the load of the device. The advantage is the ability to accommodate horizontal movements against earthquake loads.
본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실제예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.The present invention can be variously substituted, modified, and changed within the scope without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains, and is not limited to the actual examples and drawings described above. .
본 발명의 마찰 스프링형 진동저감 시스템은 수평으로 설치된 스프링의 탄성 복원력을 이용하여 수직과 수평의 양 방향 모두에 대하여 거동할 수 있으며 PTFE 수지판에 의하여 감쇄할 수 있어 소규모 기기의 효율적인 진동 저감 시스템으로 사용할 수 있다. The friction spring type vibration reduction system of the present invention can be operated in both vertical and horizontal directions by using the elastic restoring force of the spring installed horizontally, and can be attenuated by PTFE resin plate to effectively reduce vibration of small devices. Can be used.
도 1은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 평면도 이다.1 is a plan view of a friction spring type vibration reduction system according to the present invention.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 개략적인 측단면도 이다.FIG. 2 is a schematic side cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 설치도 이다.3 is an installation diagram of a friction spring type vibration reduction system according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 좌향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다. Figure 4 is a side view for showing the state during the leftward movement of the friction spring type vibration reduction system according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 우향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다. Figure 5 is a side view for showing the state during the right-hand movement of the friction spring type vibration reduction system according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 상향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다. Figure 6 is a side view for showing the state of the friction spring type vibration reduction system according to the present invention during the upward movement.
도 7은 본 발명에 따른 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 하향 운동시의 상태를 보여주기 위한 측면도이다. Figure 7 is a side view for showing a state during the downward movement of the friction spring type vibration reduction system according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 다른 구현예의 마찰 스프링형 진동저감 시스템의 측면도이다. 8 is a side view of a friction spring type vibration reduction system according to another embodiment of the present invention.
도 9는 종래의 납삽입 베어링의 진동저감 시스템의 입체도 이다.9 is a three-dimensional view of a vibration reduction system of a conventional lead insert bearing.
도 10은 종래의 마찰진자 베어링의 진동저감 시스템의 단면도이다. 10 is a cross-sectional view of a vibration reduction system of a conventional friction pendulum bearing.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing
1 : 고무막 2 : 하부 하우징1: rubber membrane 2: lower housing
3 : 경사부재 4 : 힌지 연결부3: inclined member 4: hinge connection portion
5 : 스프링 6 : PTFE 수지판5: spring 6: PTFE resin plate
7 : 판형 스프링 8 : 스프링 하우징7: leaf spring 8: spring housing
9 : 상판 하우징 10 : 스프링 고정부9: top housing 10: spring fixing portion
11 : 압축용 스프링11: compression spring
Claims (3)
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| KR10-2002-0065932A KR100472291B1 (en) | 2002-10-28 | 2002-10-28 | Friction spring vibration isolation system |
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