KR100868877B1 - 프레스용 동적밸런싱장치 - Google Patents

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KR100868877B1
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마사카츠 시가
쇼조 이마니시
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아이다 엔지니어링, 엘티디.
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Abstract

본 발명은, (1) 크랭크샤프트상에 장착되어, 역시 상기 크랭크샤프트상에 장착되는 슬라이드구동용편심부와 반대위상으로 작동하는 동적밸런싱장치구동용편심부; 및 (2) 상기 동적밸런싱장치구동용편심부의 제1끝단부에 연결하는 동시에, 상기 커넥팅로드의 반대쪽 제2끝단부를 균형추에 연결하기 위한 동적밸런싱장치 커넥팅로드를 포함하는 프레스용 동적밸런싱장치를 포함하여 제공되는 동적밸런싱장치에 관한 것이다. 상기 균형추는 그것의 일 끝단부에 제공되는 피벗을 중심으로 하여 선회할 수 있고, 밸런싱장치웨이트의 무게중심이 대략 슬라이드의 무게중심을 통과하는 연직선(plumb line)상에 위치되는 방식으로 형성된다.

Description

프레스용 동적밸런싱장치{DYNAMIC BALANCER FOR A PRESS}
도 1은 종래 프레스의 정면도,
도 2는 제1실시예에 따른 프레스의 정면도,
도 3은 동적밸런싱장치를 예시하고 있는, 도 2의 프레스의 부분평면도,
도 4는 동적밸런싱장치를 예시하고 있는, 도 2의 프레스의 부분확대단면도,
도 5는 도 2의 프레스와 같은 프레스에서 사용하기 위한 제2실시예에 따른 동적밸런싱장치의 평면도,
도 6은 도 5의 동적밸런싱장치의 확대단면도이다.
기술분야
본 발명은 프레스 슬라이드의 수직방향 왕복운동에 의하여 발생되는 관성력을 상쇄시키기 위한 동적밸런싱장치(dynamic balancer)에 관한 것이다.
종래기술
프레스의 슬라이드가 수직방향 왕복운동을 함에 따라 합성된 관성력은 슬라이드의 크기(질량), 스트로크의 수(분당 스트로크(spm)) 등에 따라 좌우되는 프레 스의 진동을 야기하며, 따라서 프레스의 작동결과에 영향을 미칠 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 슬라이드의 질량과 대략적으로 동일한 질량을 가지며 상반된 방식으로 작동하는 동적밸런싱장치(DB)를 사용하는 것이 통례화 되어왔다.
도 1은 종래기술에 따른 동적밸런싱장치를 나타내고 있다. 도 1에서, 프레스(100)의 프레임은 크라운(crown)(101), 베드(103), 4개의 기둥(102) 및 타이로드(tie rod)(도시 안됨)를 포함하며 상기 타이로드는 크라운(101), 기둥(102) 및 베드(103)를 통과하여 그들을 서로 묶어준다. 가이드포스트(105)를 따라 안내되기 때문에 수직방향으로 왕복운동할 수 있는 슬라이드(104)가 크라운(101) 아래(베드(103)의 위)에 제공된다. 볼스터(bolster)(106)는 슬라이드(104)의 저부면과 마주하는 베드(103)의 상부면에 고정된다. 프레스다이 중 저부다이(도시 안됨)는 볼스터(106)의 상부면에 고정되는 반면, 상부다이는 슬라이드(104)의 저부면에 고정된다. 프레스(100)에서, 가공물은 슬라이드(104)가 수직방향의 스트로크를 수행함에 따라 도면에 도시되지는 않은 상기 다이(상부다이 및 하부다이)에 의하여 처리(가압)된다.
슬라이드(104)의 수직방향 스트로크는 크라운(101)에 내장된 구동기구부(110)에 의하여 구동된다. 구동기구부(110)에는 보스(112a, 112b)에 의하여 회전가능하게 지지되는 크랭크샤프트(111)가 제공된다. 플라이휠(113)은 크랭크샤프트(111)의 오른쪽 끝에 고정된다. 플라이휠(113)은 회전을 일으키는 모터(도시 안됨)에 의하여 구동되는 한편, 플라이휠의 회전에너지가 플라이휠(113)상에 제공된 클러치및브레이크장치(clutch-and-brake device)(114)에 의하여 크랭크샤프트(111)로 전달된다.
슬라이드구동용편심부(111a)는 크랭크샤프트(111)의 중간부에 제공된다. 더 큰 크기를 갖는 커넥팅로드(115)의 끝단부는 부싱(116)에 의하여 슬라이드구동용편심부(111a)에 회전가능하게 연결된다. 한편, 플런저(108)는 다이높이조절장치(107)에 의하여 슬라이드(104)상에 제공되고 수직방향으로 스크로크를 수행하기에 자유롭게 플런저가이드(109)에 의하여 안내된다. 더 작은 크기를 갖는 커넥팅로드(115)의 끝단부는 플런저(108)에 연결된다.
높이조절장치(107)에 관하여, 플런저(108) 저부의 끝단부에 있는 나사부(108a)가 웜 휠(107a)의 내주와 맞물리며, 웜 휠(107a)은 수평면내에서 자유롭게 회전할 수 있는 한편, 리테이너(107c)에 의하여 제 위치에서 유지될 수 있도록 되어 있다. 웜 휠(107a)의 외주는 웜 샤프트(107b)와 맞물린다. 웜 샤프트(107b)는 모터(도시 안됨)에 의하여 회전하도록 구동된다. 따라서, 웜 샤프트(107b)가 회전하여 웜 휠(107a)을 구동하면, 슬라이드(104)(웜 휠(107a))은 플런저(108)(나사부(108a))에 대하여 상하로 이동한다. 따라서, (도 1에서 DH로 나타낸) 다이의 높이가 조절된다.
구동장치(110)에는 동적밸런싱장치(120)가 제공된다. 동적구동기(120)에는 크랭크샤프트(111)상의 슬라이드구동용편심부(111a)의 옆에 위치한 DB(동적밸런싱장치)구동편심부(111b, 111c)가 제공된다. DB구동편심부(111b, 111c)는 슬라이드구동용편심부(111a)와 반대위상으로 제공된다. DB커넥팅로드(121a, 121b)의 큰끝단부는 부싱(122a, 122b)에 의하여 DB구동편심부(111b, 111c)에 회전가능하게 연결된 다. 한편, 균형추(123)는 동적밸런싱장치(120)(구동기구부(110)) 위에 제공된다. 균형추(123)는 가이드핀(124)에 의하여 상하로 이동하도록 가이드된다. 커넥팅핀(125)은 DB커넥팅로드(121)의 작은끝단부 및 균형추(123)를 연결한다. 균형추(123)의 질량은 슬라이드(104) 및 슬라이드(104)에 부착된 모든 부재(다이높이조절장치(107) 등)의 총질량과 대략 동일하다.
상술된 바와 같이 구성된 프레스(100)(구동기구부(110), 동적밸런싱장치(120) 등)는 슬라이드(104)의 수직방향 스트로크와 반대인 균형추(123)의 수직방향 스트로크를 발생시킨다. 즉, 균형추(123)는 슬라이드(104)와 대략 동일한 질량을 가지고 슬라이드(104)의 반대쪽으로 작동하기 때문에, 슬라이드(104)의 수직방향 스트로크에 의하여 발생되는 관성력이 균형추(123)의 수직방향 스트로크에 의하여 발생된 관성력에 의하여 상쇄된다.
종래기술의 동적균형장치는 여러가지 단점을 가지고 있다. 종래기술의 프레스의 경우를 예로 들면, 그것이 싱글포인트프레스(single point press)라는 사실에도 불구하고 크랭크의 세 포인트에 편심부를 구비해야 한다. 3개의 편심부를 구비한 이러한 크랭크샤프트는 제조하기(기계가공을 수행하기)가 어렵고 제조비용도 많이 든다. 더구나, 그것은 슬라이드구동용편심부의 양측상에 DB구동편심부를 구비하기 때문에, 플런저(슬라이드)에 연결되는 커넥팅로드의 큰끝단부(슬라이드구동용편심부)는 DB구동편심부보다 크게 구성되어야 한다. 큰끝단부(슬라이드구동용편심부) 보어의 직경이 커질수록, 보어의 원주방향으로의 속도는 증가한다. 이는 결국 특정 부분에서의 온도상승 및 윤활 파손(lubrication breakdown)을 초래하여 분당 슬라 이드 스트로크 수의 증가에 불리하게 작용한다. 커넥팅로드의 큰끝단부(슬라이드구동용편심부)의 증가를 피하기 위한 하나의 대안은 분할된 구조를 갖는 커넥팅로드의 큰 끝단부를 구성하는 것이지만, 이는 제조비용의 증가를 야기하고 프레스를 더욱 무겁게 만든다.
본 발명의 일 목적은 가벼우며 프레스의 작업속도를 증가시키고 가령 구성요소의 수를 줄여 비용을 절감하는 것과 같이 제조비용을 줄이는데 적합한 프레스용 동적밸런싱장치를 제공하는 것이다.
크랭크샤프트상에서 슬라이드구동용편심부와 반대위상으로 작동하도록 장착된 DB구동편심부; 및 그것의 큰 직경 끝단부상의 상기 DB구동편심부에 연결하고 그것의 작은 직경 끝단부상의 균형추에 연결하기 위한 DB커넥팅로드를 포함하는 프레스용 동적밸런싱장치가 제공되며, 여기서, 상기 균형추는, 그것의 일 끝단부상에 제공되는 피벗을 중심으로 하여 선회(swivel)할 수 있으며, 상기 균형추의 무게중심이 대략적으로 상기 슬라이드의 무게중심을 통과하는 연직선(plumb line)상에 위치되는 방식으로 형성된다.
본 동적밸런싱장치의 구성에서는 각각 하나씩의 크랭크샤프트상의 DB구동편심부 및 슬라이드구동용편심부만을 필요로 한다. 균형추에 연결될 커넥팅로드(DB 커넥팅로드)의 개수가 둘에서 하나로 줄어든 것은 본 구성의 결과이다. 균형추는 선회할 수 있도록 형성되며, 상기 목적을 위한 다양한 부재(하드웨어)(피벗 핀 등)를 포함하지만, 중요한 것은, 균형추안내장치 등이 없어져, 전체적으로는, 부품의 개수 및 전체 동적밸런싱장치의 제조비용을 줄일 수 있게 되었다는 점이다.
더욱이, 크랭크샤프트의 일 측상에 편심부가 존재하지 않아서, 슬라이드구동용편심부의 직경을 키우거나 크랭크샤프트(슬라이드구동용편심부)상에서 슬라이드에 연결되는 커넥팅로드의 조립을 고려하여 커넥팅로드의 큰 끝단부를 분할할 필요가 없다. 슬라이드구동용편심부의 직경을 키울 필요가 없기 때문에, 프레스의 작업속도를 증가시키기에 매우 유리해지는데다가, 그것을 분할할 필요가 없기 때문에, 프레스중량을 줄일 수 있다.
균형추가 선회하더라도, 균형추의 무게중심은 항시 슬라이드의 무게중심을 통과하는 연직선과 대략 일직선을 이룬다. 결과적으로, 슬라이드의 관성력과 균형추의 관성력이 서로 상쇄되며, 따라서, 종래기술에서와 같이 슬라이드의 스트로크로 인한 프레스의 진동을 억제하는 이점을 제공한다.
그러므로, 본 동적밸런싱장치는 종래기술의 프레스와 비교하여 상기 동적밸런싱장치(프레스)의 제작비용을 줄여줄뿐만 아니라 프레스의 작업속도를 증가시키고 프레스의 무게를 줄이는데 적합한 프레스용 동적밸런싱장치를 제공할 수 있다.
다른 형태에서, 본 동적밸런싱장치는 슬라이드를 구동시키는 커넥팅로드와 동일한 부재인 DB커넥팅로드를 포함한다. 이 장치는 슬라이드에 연결되는 커넥팅로드가 균형추에 연결되는 커넥팅로드와 공통의 부품을 공유하는 것을 가능하게 한다. 부품을 공유하면, 대량생산의 효과로 인하여 부품제작비용을 줄일 수 있다. 따라서, 이러한 구성은 제조비용을 절하할 뿐만 아니라 상술한 장점을 실현하는 프레스용 동적균형장치를 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 제1실시예를 예시하고 있다. 설명을 간소화하고 생략할 것은 생략하기 위하여, 종래기술에 따른, 도 1에 나타낸 종래 프레스(100)와 유사한 본 프레스의 부품 및 부분들은 같은 참조부호를 사용하여 표시하였다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 프레스(200)의 전체 정면도이다. 도 3은 도 4에 더욱 상세히 나타낸 동적밸런싱장치의 평면도이다.
도 2 내지 도 4에서, 구동기구부(210)의 크랭크샤프트(211)에는 슬라이드구동용편심부(211a)가 제공된다. 커넥팅로드(212)의 큰 직경 끝단부는 부싱(213)에 의하여 슬라이드구동용편심부(211a)에 연결된다. 동적밸런싱장치(220)는 크라운(101)(구동기구부(210)) 위에 제공된다. 동적밸런싱장치(220)에는 슬라이드구동용편심부(211a)에 인접한 크랭크샤프트(211)상에 슬라이드구동용편심부(211a)와 반대위상의 크랭크샤프트(211)상에 DB구동용편심부(211b)가 제공된다. DB커넥팅로드(221)의 큰 끝단부는 부싱(222)에 의하여 DB구동용편심부(211b)에 회전가능하게 연결된다.
균형추(223)는 동적밸런싱장치(220)(크라운(101)) 위에 제공된다. 또한, 브래킷(224)은 크라운(101) 좌측의 내부판(101a)의 좌측면상에 고정되고, 피벗핀(225)은 브래킷(224)에 고정된다. 균형추(223)는 부싱(226)에 의하여 피벗핀(225)에 슬라이딩가능하게 연결된다. 즉, 균형추(223)는 피벗핀을 중심으로 하여 선회할 수 있도록, 상기 피벗핀(225)(브래킷(224))에 의하여 지지된다. 이와 같이 구성된 균형추(223)는 DB커넥팅로드의 작은 직경 끝단부에 연결된다.
결과적으로, 동적밸런싱장치(220)는 피벗핀(225)을 중심으로 하여 피벗팅함으로써 슬라이드(104)와 반대위상으로 피벗핀(225)에 의하여 상하로 피벗팅되는 선회동작(swiveling action)을 수행한다.
동적밸런싱장치(223)는 그것의 질량이 대략 (다이높이조절장치(107) 등을 포함한) 슬라이드(104) 등의 질량과 동일하고, 수평면(x-y 평면)상에서의 그것의 무게중심의 위치가 수평면(x-y 평면)상에서의 슬라이드(104) 등의 무게중심과 대략 동일한 방식으로 형성된다. 즉, 균형추(223)의 무게중심은 관성력이 상쇄되는 부재들(슬라이드(104) 등)의 무게중심을 통과하는 연직선상에 위치한다. 슬라이드(104) 등의 무게중심은 일반적으로 프레스의 중심이다. 따라서, 균형추(223)의 무게중심은 도 3 및 도 4에 나타낸 점 G에 있도록 배치된다. 결과적으로, 슬라이드(104)의 수직방향 스트로크에 의하여 발생되는 관성력은 균형추(223)가 슬라이드(104)의 수직방향 스트로크와 반대위상으로 선회함에 따라 상쇄된다.
이러한 방식으로 동적밸런싱장치(220)를 구성함으로써, 크랭크샤프트(211)상에는 단 2개의 편심부만을 필요로 한다. 따라서, 슬라이드(104)와 연결되는 커넥팅로드(212)는 DB구동용편심부(211b)가 제공되지 않는 쪽(도면에서 우측)으로부터 조립될 수 있다. 종래기술의 동적밸런싱장치에서는, 슬라이드구동용편심부 양 측상에 DB구동용편심부가 있기 때문에 슬라이드구동용편심부의 직경을 확대하거나 커넥팅로드(212)를 조립할 수 있도록 하기 위하여 커넥팅로드(212)의 큰 끝단부를 분할할 필요가 있는 반면, 본 실시예에서는 특별한 장치를 필요로 하지 않고, 슬라이드구동용편심부(211a)가 DB구동용편심부(211b)와 같은 직경을 가질 수 있다. 즉, 본 실 시예는 종래기술의 디자인에 비하여 슬라이드구동용편심부의 직경을 줄이고 커넥팅로드(212)를 더욱 가볍게 만들 수 있어, 더욱 빠른 작업속도로 운영되는 프레스에 적합한 동적밸런싱장치를 제공할 수 있다.
더욱이, DB구동용편심부(211b) 및 슬라이드구동용편심부(211a)에 같은 직경을 사용할 수 있어 DB구동용 DB커넥팅로드(221)가 커넥팅로드(212)와 공통의 부품을 공유할 수 있기 때문에, 부품공유로 인하여 제작비용을 줄일 수 있다.
이러한 효과를 갖는 제2실시예는 도 5 및 도 6에 나타내었다. 도 5는 도 6의 동적밸런싱장치의 평면도에 해당하며, 도 6은 본 실시예의 동적밸런싱장치를 예시하기 위하여 프레스의 확대된 단면을 예시하고 있다. 도 5에서 공통의 부품 및 영역은, 필요없는 설명을 간소화하거나 생략하기 위하여 이전 실시예에서와 동일한 참조부호로 나타내었다.
본 실시예에서, 브래킷(324)(피벗핀(325))은 크라운(101)의 전방 플레이트(101c) 상에 제공된다. 균형추(323)의 선회운동을 위한 피벗이 프레스(300)의 전방에서 이루어진다는 사실 외에는, 동작은 제1실시예(도 2 내지 도 4)의 동작과 유사하다. 본 제2실시예에 따르면, 슬라이드에 연결되는 커넥팅로드는 균형추에 연결되는 DB커넥팅로드와 같은 부품을 공유할 수 있어, 공통의 부품의 대량생산을 통한 추가적 비용절감을 실현함과 더불어 제1실시예의 이점을 실현시킬 수 있다.
본 장치는 종래장치와 관련된 단점을 극복하고 종래의 구조에서는 얻을 수 없는 여러 장점을 제공한다. 예를 들어, 본 장치에 따르면, 슬라이드구동용편심부와 DB구동용편심부 모두에 대하여 같은 직경을 사용할 수 있어, 슬라이드구동용편심부의 직경을 줄일 수 있다. 이것은 슬라이드구동용편심부의 원주방향의 속도를 감속하는 결과를 가져와, 프레스(슬라이드)의 작업속도를 높이려할 때, 온도상승 및 윤활문제의 관점에서 매우 우수한 이점을 가져온다. 그러므로, 본 발명은 프레스의 더욱 빠른 작업에 적합한 동적밸런싱장치를 제공한다. 더욱이, 편심부의 개수가 종래기술에서는 3개이던것이 2개로 줄었기 때문에, 크랭크샤프트에 대한 제작비용을 줄일 수 있다. DB커넥팅로드의 개수 또한 2개에서 1개로 줄었기 때문에, 프레스의 제작비용을 더욱 줄일 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 도시되고 설명되었지만, 당업자라면, 본 발명의 기술적사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 크랭크샤프트상에 장착되어, 역시 상기 크랭크샤프트에 장착되는 슬라이드구동용편심부와 반대위상으로 작동하는 동적밸런싱장치구동용편심부; 및
    큰 직경 끝단부를 상기 동적밸런싱장치구동용편심부에 연결하는 동시에, 반대쪽 작은 직경 끝단부를 균형추에 연결하기 위한 동적밸런싱장치 커넥팅로드를 포함하는 프레스용 동적밸런싱장치에 있어서,
    상기 균형추는 그것의 일 끝단부에 제공되는 피벗핀을 중심으로 하여 선회할 수 있고, 슬라이드의 무게중심을 통과하는 연직선(plumb line)상에 위치한 상기 균형추의 무게중심을 갖는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    지지구조체에 결합되는 브래킷을 더욱 포함하고, 상기 브래킷은 그것에 결합되는 피벗핀을 가져 상기 피벗핀에 의하여 상기 균형추가 상기 피벗핀을 중심으로 피벗운동을 허용하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 큰 직경 끝단부는 상기 작은 직경 끝단부보다 큰 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치구동용편심부 및 상기 슬라이드구동용편심부만이 상기 크랭크샤프트상에 장착되는 편심부인 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치커넥팅로드는 상기 균형추가 상기 피벗핀을 중심으로 하여 선회하는 일 끝단부의 반대쪽 끝단부에서 상기 균형추에 연결되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드구동용편심부의 직경은 상기 동적밸런싱장치구동용편심부의 직경과 같은 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 균형추는 상기 슬라이드의 왕복운동을 상쇄시키는 방식으로 선회하여 상기 균형추의 무게중심이 상기 슬라이드의 무게중심을 통과하는 연직선 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치커넥팅로드는 상기 슬라이드를 구동시키는 상기 커넥팅로드와 동일한 부재인 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  9. 크랭크샤프트상에 장착되어, 역시 상기 크랭크샤프트에 장착되는 슬라이드구동용편심부와 반대위상으로 작동하는 동적밸런싱장치구동용편심부; 및
    큰 직경 끝단부를 상기 동적밸런싱장치구동용편심부에 연결하는 동시에, 반대쪽 작은 직경 끝단부를 균형추에 연결하기 위한 동적밸런싱장치 커넥팅로드를 포함하는 프레스용 동적밸런싱장치에 있어서,
    상기 균형추는 그것의 일 끝단부에 제공되는 피벗핀을 중심으로 하여 선회할 수 있고, 상기 동적밸런싱장치가 상기 슬라이드의 수직방향의 왕복운동에 의하여 발생되는 관성력을 상쇄하고 그것의 수평면(x-y 평면)을 따른 상기 균형추의 무게중심의 위치가 그것의 수평면(x-y 평면)을 따른 상기 슬라이드의 무게중심과 동일하게 구성 및 배치되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  10. 제9항에 있어서,
    지지구조체에 결합되는 브래킷을 더욱 포함하고, 상기 브래킷은 그것에 결합되는 피벗핀을 가져 상기 피벗핀에 의하여 상기 균형추가 상기 피벗핀을 중심으로 피벗운동을 허용하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 큰 직경 끝단부는 상기 작은 직경 끝단부보다 큰 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치구동용편심부 및 상기 슬라이드구동용편심부만이 상기 크랭크샤프트상에 장착되는 편심부인 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치커넥팅로드는 상기 균형추가 상기 피벗핀을 중심으로 하여 선회하는 일 끝단부의 반대쪽 끝단부에서 상기 균형추에 연결되는 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 슬라이드구동용편심부의 직경은 상기 동적밸런싱장치구동용편심부의 직경과 같은 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 동적밸런싱장치커넥팅로드는 상기 슬라이드를 구동시키는 상기 커넥팅로드와 동일한 부재인 것을 특징으로 하는 동적밸런싱장치.
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