KR100639711B1 - 비틀림 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환봉 시험편의 비틀림을 측정하기 위한 비틀림 시험장치에 관한 것으로, 본 발명의 시험편 비틀림 측정 장치는 모터에 의해 발생된 구동력을 기 설정된 비율로 감속과 증속을 통하여 시험편을 고정하고 있는 제1고정척으로 전달하는 동력전달유닛을 포함한다. 상기 동력전달유닛은 모터의 정격속도 도달여부에 따라 선택적으로 모터의 회전력을 제1고정척으로 전달하거나 차단하는 클러치를 포함한다.

Description

비틀림 시험장치{TORSION TEST APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비틀림 시험 장치의 정면도;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도;

도 3은 도 1에 도시된 동력전달유닛의 구성을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 구성도;

도 4는 상기 동력전달유닛을 적용시 속도 변화를 그래프로 도시한 그래프;

도 5는 사이클로이드 감속기의 일반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 프레임

112 : 테이블

120 : 스핀들 유닛

130 : 동력전달유닛

132 : 사이클로이드 감속기

134 : 전자 클러치

136 : 사이클로이드 증속기

140 : 모터

본 발명은 환봉 시험편의 비틀림을 측정하기 위한 비틀림 시험장치에 관한 것이다.

비틀림 시험은 각종 형태의 단면을 갖는 봉이나 실물, 모델 등에 비틀림 모우멘트를 가하여 재료의 전단 탄성계수, 전단 항복점, 비틀림 전단강도, 전단 응력과 전단 변형 도와의 관계등, 비틀림에 대한 재료의 성질을 알아보기 위한 것이다. 일반적으로 비틀림 시험편은 환봉이 사용되며, 이것은 응력 계산에서 가장 간단한 형태이기 때문이다.

기존의 비틀림 시험장치는 시험편의 양단을 두 개의 척에 의해 고정시키고, 한쪽 척에는 토오크 센서를 설치하고, 다른 한쪽 척에는 서보 모터의 회전축과 직접 연결하여 일정한 토오크 값으로 회전시키는 장치이다. 이때, 얻어지는 토오크 값이 데이터 처리의 주된 대상이 된다.

그러나, 기존의 비틀림 시험장치는 서보 모터가 정격속도에 이르는 시간(예를 들어 1600RPM의 경우 천분의 40초가 소요된다) 동안 회전력이 상기 시험편에 전달되어 시험편의 변형을 유발시키게 된다. 따라서, 고속 회전력에서의 정확한 비틀림 시험 데이터를 얻을 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 모터가 정격속도로 회전된 상태의 회전력을 시험편에 제공할 수 있는 새로운 형태의 비틀림 시험 장치를 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 모터의 고속 회전력을 슬립 현상이나 충격 없이 시험편에 제공할 수 있는 새로운 형태의 비틀림 시험 장치를 제공하는데 있다. 또 다른 목적은 속도의 변화없이 100/sec 에 이르는 고속변형률속도를 얻기 위한 그리고 모터가 가지고 있는 정격속도에 이르는 시간을 제로화 하여 완벽한 변형률속도를 구현할 수 있는 새로운 형태의 비틀림 시험 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제들을 이루기 위하여 본 발명의 시험편 비틀림 측정 장치는 프레임과; 상기 프레임에 회전가능하게 설치되는 그리고 상기 시험편의 양단이 고정되는 제1,2 고정척; 상기 제1고정척을 회전시키는 회전력을 제공하는 모터; 상기 모터에 의해 발생된 회전력을 기 설정된 비율로 감속과 증속을 통하여 상기 제1고정척으로 전달하는 동력전달유닛을 포함한다.

본 발명에서 상기 동력전달유닛은 상기 모터의 정격속도 도달여부에 따라 선택적으로 상기 모터의 회전력을 상기 제1고정척으로 전달하거나 차단하는 클러치와, 상기 모터의 구동축에 연결되는 그리고 상기 모터의 출력을 감속하여 상기 클러치에 전달하는 감속기와; 상기 제1고정척과 연결되는 그리고 상기 클러치로부터 제공받은 회전력을 증속하여 상기 제1고정척에 전달하는 증속기를 포함한다.

본 발명에서 상기 클러치는 전자 클러치이고, 상기 감속기와 상기 증속기는 사이클로이드(Cycloid) 방식이다.

본 발명에서 상기 모터가 정격속도에 도달했는지를 감지하여 신호를 발생하 는 감지부와; 상기 감지부로부터 신호가 발생되면 상기 클러치에 전원을 제공하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 1 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비틀림 시험 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비틀림 시험 장치의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 동력전달유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 비틀림 시험 장치(100)는 외관을 구성하는 프레임(110)의 테이블(112)상에는 환봉 시험편(10)이 조임 및 풀림이 가능하도록 설치된 제1,2 고정척(114,116)에 고정된다. 제2고정척(116)에는 스핀들 유닛(120)과, 토오크 센서(122)가 설치된다. 상기 제1고정척(114)에는 동력전달유닛(130)이 연결되고, 이 동력전달유닛(130)에는 회전력을 제공하는 모터(140)가 연결 설치된다.

한편, 상기 제1고정척(114)과 상기 제2고정척(116) 사이에는 상기 시험편(10)을 가열시키기 위한 히팅 챔버(160)가 설치되며, 그 히팅 챔버(160)의 양측에는 쿨링 챔버(172)와 스프레이 챔버(174)가 각각 설치되어, 제1,2고정척(114,116)의 과열 방지 및 시험후 상기 시험편(10)의 급냉을 가능하게 한다.

한편, 본 발명에서 가장 중요한 구성요소인 상기 동력전달유닛(130)은 상기 모터(140)가 정격속도(예를 들어 1600RPM)에 도달하는 시간동안, 상기 모터(140)의 회전력이 상기 시험편(10)에 전달되지 않도록 일시 차단하였다가 상기 모터(140)가 정격속도에 도달되면, 그 회전력을 슬립현상과 충격없이 상기 시험편(10)에 전달하는 장치이다.

다시 말해, 상기 동력전달유닛(130)은 상기 모터(140)에 의해 발생된 회전력을 기 설정된 비율로 감속과 증속을 통하여 상기 제1고정척(114)으로 전달하는 것으로, 그 구성을 살펴보면 사이클로이드 감속기(132), 전자 클러치(electronic clutch;134) 그리고 사이클로이드 증속기(136)로 이루어진다.

만약, 예를 들어 상기 모터(140)에 상기 전자 클러치(134)만을 연결하여 사용한다고 가정할 경우, 상기 모터(140)가 정격속도(1600RPM)로 고속 회전하는 상태에서 상기 전자 클러치(134)가 접속(모터(140)의 고속 회전력에 의해 회전하는 구동접착판에 제1고정척과 연결된 피동접착판이 연결)되기 때문에 슬립현상과 충격이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 슬립현상과 충격을 방지하기 위하여 상기 전자 클러치(134)의 전단과 후단에 각각 감속기(132)와 증속기(136)를 연결 설치한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터(140)의 축(142)은 상기 사이클로이드 감속기(132)의 입력축(132a)에 연결되고, 상기 사이클로이드 감속기(132)의 출력축(132b)은 상기 전자 클러치(134)의 구동접착판(134a)과 연결된다. 상기 전자 클러치의 피동접착판(134b)은 상기 사이클로이드 증속기(136)의 입력축(136a)과 연결되며, 상기 사이클로이드 증속기(136)의 출력축(136b)은 상기 제1고정척(114)에 연결된다. 상기 사이클로이드 감속기(132)는 상기 모터(140)의 출력을 감속하여 상기 전자 클러치로 저속의 회전력을 전달하세 되고, 상기 전자 클러치(134)는 일정시간후(대략 100/1000초, 또는 상기 모터(140)가 정격속도에 도달하면), 상기 사이클로이드 증속기(136)의 입력축(136a)으로 저속의 회전력을 전달하게 된다.

여기서, 상기 전자 클러치(134)의 작동은, 일예로, 상기 모터(140)가 가동된 후 100/1000초 후에 제어부(182)에서 자동으로 상기 전자 클러치(134)에 전원을 공급하여 클러치를 작동시키는 방법과, 또 다른 방법으로는 상기 모터(140)가 정격속도에 도달했는지를 감지하는 감지부(180)를 별도로 설치하여, 그 감지부(180)에서 신호를 제어부(182)로 보내면, 제어부(182)에서는 상기 전자 클러치(134)에 전원을 공급하여 상기 전자 클러치를 작동시키는 방법도 사용될 수 있다. 한편, 상기 전자 클러치(134)의 구동접착판(134a)은 상기 사이클로이드 감속기(132)에 의해 저속으로 회전됨으로써, 상기 피동접착판(134b)과의 접속시 슬립 현상이나 충격등이 발생하지 않는다. 이렇게 상기 사이클로이드 감속기(132)를 통해 특정속도로 감속된 저속의 회전력은 상기 전자 클러치(134)를 통해 충격 및 슬립현상 없이 상기 사이클로이드 증속기(136)로 전달되고, 이 사이클로이드 증속기(136)에서는 통 해 정상적인 속도로 증속된 후 상기 제1고정척(114)으로 전달되게 된다.

도 4에서는 상기 동력전달유닛(130)을 적용시 속도 변화를 그래프로 도시한 것으로, 실선으로 표시된 것은 상기 사이클로이드 감속기의 입력축(132a)의 회전속도 변화를 나타낸 것이고, 점선으로 표시된 것은 상기 사이클로이드 증속기의 출력축(136b) 회전속도 변화를 표시한 것이다.

예컨대, 상기 전자 클러치(134)는 코일에 전원을 제공하면 강력한 자력이 발생하여 피동접착판을 구동접착판에 맞물리도록 하는 전자석 클러치로, 이러한 전자 클러치의 구성과 동작은 일반적인 것으로 본 발명에서는 생략하였다. 본 실시예에서는 전자석 클러치 방식의 클러치를 사용한다고 설명하였으나, 이는 일예에 불과하고, 다른 구동 방식의 클러치를 사용할 수도 있다.

한편, 상기 사이클로이드 감속기(132)(또는 상기 사이클로이드 증속기)는 사이클로이드 치형을 이용한 감속장치를 사용하며, 사이클로이드 감속기의 동작은 간단히 설명하면 다음과 같다. 상기 사이클로이드 감속기(132)는 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(a) 내부에는 롤러(b)들(외측치)가 설치되어 있고, 외측치 안쪽에는 외형이 사이클로이드 곡선으로 형성된 디스크(c)가 위치하며, 상기 디스크(c)의 내부에는 다수의 출력핀(d)이 유격을 둔 체로 삽입되어 있으며, 디스크(c) 중앙에는 편심축(e)이 삽입되어 있다. 상기 편심축(e)에는 고속으로 회전하는 입력축(132a)이 연결되어 상기 편심축(e)이 1회전하면, 편심 베어링(f)이 회전하게 되고, 상기 디스크(c)는 상기 롤러(b)들을 차례로 맞물리면서 편심축(e)의 회전방향과 동일한 방향 및 동일한 속도로 공전하게 된다. 상기 편심축(e)이 1회전하면 디스크(c)는 롤러(b)와의 잇수 차이만큼 덜 이동하게 되고, 디스크(c)는 편심축(e)과 반대방향으로 회전된다. 따라서, 상기 디스크(c)는 고속으로 공전하면서부터 동시에 저속으로 자전하게 되고, 자전하는 디스크는 출력핀(d)으로 전달하여 출력축(132b)을 저속으로 회전시킨다.

상기의 구성으로 이루어진 비틀림 시험 장치(100)는 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서, 본 발명에 따른 비틀림 시험 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 모터가 정격속도로 회전된 상태의 회전력을 시험편에 제공할 수 있다. 또한, 모터의 고속 회전력을 시험편에 전달하는 과정에서 슬립 현상이나 충격이 발생하지 않는다. 또한, 속도의 변화없이 100/sec 에 이르는 고속변형률속도를 얻을 수 있으며, 특히, 모터가 가지고 있는 정격속도에 이르는 시간을 제로화 하여 완벽한 변형률속도를 구현할 수 있다. 이로써, 금속(철강,비철)재료 고온물성을 평가하는 유효한 기기가 된다. 특히, 변형률속도를 실제 압연,압출,단조 ㅈ건에 유사하게 모의시험할 수 있게 됨으로써, 작업조건을 설정하는데 유효한 데이터를 제공함은 물론, 신개발 소재에 대한 가공조건을 시험으로 제안할 수 있어 매우 유효한 발명인 것이다. 뿐만 아니라, 제어압연 제어냉각 기술의 모의 시험도 수행할 수 있다.

Claims (5)

1. 시험편의 비틀림을 측정하기 위한 장치에 있어서:

   프레임과;

   상기 프레임에 회전가능하게 설치되는 그리고 상기 시험편의 양단이 고정되는 제1,2 고정척;

   상기 제1고정척을 회전시키는 회전력을 제공하는 모터; 및

   상기 모터에 의해 발생된 회전력을 기 설정된 비율로 감속과 증속을 통하여 상기 제1고정척으로 전달하는 동력전달유닛을 포함하되;

   동력전달유닛은

   상기 모터가 정격속도에 도달하는 시간동안 상기 모터의 회전력이 상기 시험편에 전달되지 않도록 일시 차단하고, 상기 모터가 정격속도에 도달되면 그 회전력을 상기 제1고정척으로 전달하는 클러치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 동력전달유닛은

   상기 모터가 정격속도에 도달했는지를 감지하여 신호를 발생하는 감지부와; 상기 감지부로부터 신호가 발생되면 상기 클러치에 전원을 제공하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 동력전달유닛은

   상기 모터의 구동축에 연결되는 그리고 상기 모터의 출력을 감속하여 상기 클러치에 전달하는 감속기와;

   상기 제1고정척과 연결되는 그리고 상기 클러치로부터 제공받은 회전력을 증속하여 상기 제1고정척에 전달하는 증속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 클러치는 전자석 클러치이고,

   상기 감속기와 상기 증속기는 사이클로이드(Cycloid) 방식인 것을 특징으로 하는 비틀림 시험 장치.
5. 삭제

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