KR101109540B1 - 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법 - Google Patents

토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법 Download PDF

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임채환
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송진섭
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김흥섭
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Abstract

본 발명은 기어박스 양측에 각각 연결되는 동력전달 축과, 상기 동력전달 축에 연결되는 구동모터와, 상기 동력전달 축과 연결되어 함께 회전되는 토션 축을 포함하는 백투백 방식의 기어박스 시험장치에 있어서, 상기 토션 축에 고정 설치되어 토션 축과 함께 회전되는 회전체와, 상기 회전체에 설치되어 회전체를 회전시키는 액추에이터(actuator)와, 상기 액추에이터를 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되어, 상기 토션 축에 가해지는 토크를 가변함으로써, 기어박스에 가해지는 토크를 가변하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기어박스에 가해지는 토크를 증감시키는 토션 축에 회전체를 설치하고, 회전체를 액추에이터에 의해 회전시킴으로써 기어박스에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법 {GEAR BOX TESTER HAVING TORQUE VARIABLE FUNCTION AND TORQUE VARIABLE METHOD THEREOF}
본 발명은 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기어박스에 가해지는 토크를 증감시키는 토션 축에 회전체를 설치하고, 회전체를 액추에이터에 의해 회전시킴으로써 기어박스에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 있는 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 기어박스는 내부에 다수의 기어들이 배열된 토크 변환 장치로서, 동력을 전달하고 입력 값을 적절히 변환시켜 출력 값으로 전달할 때 반드시 여러 조건에 따른 요구 성능시험 즉, 기어박스의 내구성과 정확한 토크 전달 특성에 대한 안정성 확보를 위한 시험을 하게 된다.
이를 위해, 통상적으로 성능시험 대상인 기어박스에 모터나 제너레이터 등을 이용하여 강제로 회전력과 토크를 가해 기어박스 내 기어에 대한 필요 성능시험을 하게되는데 즉, 예를 들면 성능시험 대상인 기어박스의 입력부에 모터를 연결해 기어박스의 속도를 증감하고, 기어박스의 출력부와 간접적으로 연결되는 토션축에 토크를 증감하면서 성능시험을 수행하게 된다.
상기와 같은 시험 장치 중 백투백 방식의 기어박스 시험장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 구동모터(10)와, 구동모터(10)에 일단이 결합되어 회전하는 제1 동력전달 축(30)과, 제1 동력전달 축(30)에 일측이 연결되어 회전력을 전달받는 기어박스(20)와, 기어박스(20)의 타측에 연결되어 회전되는 제2 동력전달 축(30)과, 제1 동력전달 축(30) 및 제2 동력전달 축(40)에 각각 연결되어 회전력을 전달받는 제1 연결박스(50) 및 제2 연결박스(60)와, 제1 연결박스(50) 및 제2 연결박스(60)에 동력전달 가능하게 연결되어 기계적 링크를 형성하는 토션 축(70)으로 구성된다.
여기서, 입력축과 같은 기어비와 토크를 갖기 위하여 기어박스(20)를 연결부(80)에 의해 연결하여 시험을 수행한다.
상기와 같이 구성되는 종래의 백투백 방식의 기어박스 시험장치는 구동모터(10)의 회전에 의해 기어박스(20)에 회전력이 부과되고, 회전력이 부과된 기어박스(20)에 토션 축(70)의 회전에 따라 토크를 증감시키며 성능시험을 수행한다.
그러나, 종래에는 기어박스(20)에 가해지는 토크를 증감시키기 위해 시험자가 수동으로 토션 축(70)에 부하를 작동시켰기 때문에, 기어박스(20)에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기어박스에 가해지는 토크를 증감시키는 토션 축에 회전체를 설치하고, 회전체를 액추에이터에 의해 회전시킴으로써 기어박스에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 있는 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치 및 이를 이용한 토크 가변 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 기어박스 양측에 각각 연결되는 동력전달 축과, 상기 동력전달 축에 연결되는 구동모터와, 상기 동력전달 축과 연결되어 함께 회전되는 토션 축을 포함하는 백투백 방식의 기어박스 시험장치에 있어서, 상기 토션 축에 고정 설치되어 토션 축과 함께 회전되는 회전체와, 상기 회전체에 설치되어 회전체를 회전시키는 액추에이터(actuator)와, 상기 액추에이터를 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되어, 상기 토션 축에 가해지는 토크를 가변함으로써, 기어박스에 가해지는 토크를 가변하는 것에 의해 달성된다.
또한, 상기 구동부는 상기 액추에이터와 연결되는 유압 공급 라인 상에 설치되어 유압을 공급하는 유압 공급펌프와, 상기 액추에이터로 공급되는 유압을 제어하는 비례밸브와, 상기 비례밸브를 제어하여 기 설정된 유압 또는 조작된 유압이 액추에이터로 공급되게 하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유압 공급 라인 상에 설치되는 온오프 밸브를 더 포함하며, 상기 온오프 밸브는 액추에이터로 공급되는 동력의 손실을 절감시킬 수 있다.
또한, 상기 비례밸브와 연결 설치되는 어큐뮬레이터(accumulator)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 액추에이터는 한 쌍의 유압 실린더로 구비되어 회전체의 일측 및 타측에 각각 설치되고, 상호 반대 방향으로 작동되어 회전체를 회전시키며, 상기 비례밸브는 각 액추에이터에 각각 별도로 설치될 수 있다.
또한, 기어박스 양측에 각각 연결되는 동력전달 축과, 상기 동력전달 축에 연결되는 구동모터와, 상기 동력전달 축과 연결되어 함께 회전되는 토션 축을 포함하는 백투백 방식의 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법에 있어서, 구동부에 의해 액추에이터를 작동시켜 회전체를 회전시킴으로써, 토션 축에 가해지는 토크를 가변하여 기어박스에 전달되는 토크를 가변할 수 있다.
또한, 상기 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법은 (a) 각 액추에이터에 공급될 유압을 설정하는 단계와, (b) 유압 공급펌프가 작동되어 각 비례밸브에 유압을 공급하는 단계와, (c) 컨트롤러가 각 비례밸브를 제어하여 각 액추에이터에 기 설정된 유압을 공급하는 단계와, (d) 상기 각 액추에이터에 기 설정된 유압이 공급되면 컨트롤러가 유압 공급펌프의 작동을 중지시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계(d) 후, 상기 컨트롤러가 온오프 밸브를 제어하여 상기 각 액추에이터로 유압을 공급하는 유압 공급 라인을 폐쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 단계(d) 후, 상기 각 액추에이터로 공급된 유압이 감소할 경우 컨트롤러가 어큐뮬레이터를 제어하여 이를 상쇄시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 기어박스에 가해지는 토크를 증감시키는 토션 축에 회전체를 설치하고, 회전체를 액추에이터에 의해 회전시킴으로써 기어박스에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 대한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치의 부분 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치의 회전체가 회전하는 동작을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치의 제1 및 제2 액추에이터의 작동 회로도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치는, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 구동모터(10)와, 구동모터(10)에 일단이 결합되어 회전하는 제1 동력전달 축(30)과, 제1 동력전달 축(30)에 일측이 연결되어 회전력을 전달받는 기어박스(20)와, 기어박스(20)의 타측에 연결되어 회전되는 제2 동력전달 축(30)과, 제1 동력전달 축(30) 및 제2 동력전달 축(40)에 각각 연결되어 회전력을 전달받는 제1 연결박스(50) 및 제2 연결박스(60)와, 상기 제1 연결박스(50) 및 제2 연결박스(60)에 동력전달 가능하게 연결되어 기계적 링크를 형성하는 토션 축(70)과, 토션 축(70)에 고정 설치되어 토션 축(70)과 함께 회전되는 회전체(100)와, 회전체(100)에 설치되어 회전체(100)를 회전시키는 액추에이터와, 상기 액추에이터를 구동시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
먼저, 구동모터(10)는 본 발명에 따른 시험장비에 동력, 즉 회전력을 가해주기 위한 것으로, 제1 동력전달 축(30)과 연결되도록 설치된다.
또한, 제1 동력전달 축(30)은 구동모터(10)에 일단이 연결되어 회전력을 전달받아 회전하고, 타단이 기어박스(20)의 일측에 연결되어 기어박스(20)로 구동모터(10)의 회전력을 전달한다.
그리고, 제2 동력전달 축(40)은 제1 동력전달 축(30)을 통해 회전력을 전달받은 기어박스(20)의 타측에 연결되어 회전된다.
한편, 제1 및 제2 연결박스(50, 60)는 제1 동력전달 축(30) 및 제2 동력전달 축(40)에 각각 일단이 연결되어 회전력을 전달받는다.
여기서, 제1 및 제2 연결박스(50, 60)의 내부에는 사용자의 실시예에 따라 체인, 벨트, 기어 등 다양한 동력전달수단이 치합되어 회전하면서 전달받은 회전력을 토션 축(70)으로 전달하게 된다.
토션 축(70)은 제1 및 제2 연결박스(50, 60)를 상호 연결하도록 설치되어 본 발명의 구성요소들이 하나의 폐회를 구성하는 기계적 링크 구조를 가지도록 하는 것으로, 토션 축(70)으로 인하여 구동모터(10)의 회전력이 제1 동력전달 축(30), 기어박스(20), 제2 동력전달 축(40), 제2 연결박스(60), 토션 축(70), 제1 연결박스(50)를 순차적으로 순환할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 백투백 방식의 기어박스 시험장치는 종래 널리 사용되고 있는 것이므로, 자세한 설명은 생략하고 이하에서는 본 발명의 주요 특징부인 회전체(100), 액추에이터 및 구동부에 대해 자세하게 설명한다.
먼저, 회전체(100)는 일정 강성을 갖는 유성기어박스로서, 토션 축(70) 상에 설치되어 유성기어박스의 선기어가 토션 축(70)과 함께 회전된다.
그리고, 액추에이터는 한쌍의 유압 또는 공압 실린더로 구비되어 회전체(100)의 일측 및 타측에 각각 설치되고, 상호 반대 방향으로 작동되어 회전체(100)를 회전시킨다.
설명의 편의상 도 3의 좌측 방향에 설치된 액추에이터를 제1 액추에이터(200), 우측 방향에 설치된 액추에이터를 제2 액추에이터(210)라 하겠다.
한편, 구동부는 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)를 구동시키기 위한 것으로, 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)와 연결되는 유압 공급 라인(300) 상에 설치되어 유압을 공급하는 유압 공급펌프(310)와, 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 각각 설치되어 공급되는 유압을 제어하는 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)와, 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)를 제어하여 기 설정된 유압 또는 조작된 유압이 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)로 공급되게 하는 컨트롤러(340)와, 유압 공급 라인(300) 상에 설치되어 유압 공급 라인(300)은 개방 또는 폐쇄하는 온오프 밸브(350)와, 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)와 연결 설치되는 어큐뮬레이터(360)를 포함하여 구성된다.
상기 구동부를 구성하는 유압 공급펌프(310), 제1 및 제2 비례밸브(320, 330), 컨트롤러(340), 온오프 밸브(350) 및 어큐뮬레이터(360)는 일반적으로 널리 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성되는 구동부는 컨트롤러(340)는 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)를 제어하여 기 설정된 유압 또는 시험자에 의해 조작된 유압이 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)로 공급되도록 한다.
예를 들어, 시험자가 회전체(100)를 도 4a의 좌측 방향으로 회전시키도록 설정하면, 컨트롤러(340)는 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)를 제어하여 제1 액추에이터(200)는 상부 방향으로 작동시키고 제2 액추에이터(210)는 하부 방향으로 작동시켜 회전체(100)를 도 4a의 좌측 방향으로 회전시킨다.(도 4a 참조)
그리고, 시험자가 회전체(100)를 도 4b의 우측 방향으로 회전시키도록 설정하면, 컨트롤러(340)는 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)를 제어하여 제1 액추에이터(200)는 하부 방향으로 작동시키고 제2 액추에이터(210)는 상부 방향으로 작동시켜 회전체(100)를 도 4b의 좌측 방향으로 회전시킨다.(도 4b 참조)
여기서, 회전체(100)의 회전반경은 시험자의 설정에 따라 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)가 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급하는 유압을 조정하여 가변 가능하다.
그리고, 온오프 밸브(350)는 시험자가 설정한 유압이 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급되었을 때, 유압 공급라인(300)을 폐쇄하여 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급되는 동력의 손실을 방지한다.
또한, 어큐뮬레이터(360)는 온오프 밸브(350)에 의해 유압 공급라인(300)이 폐쇄되고, 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급된 유압이 감소할 경우 작동되어 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급된 유압이 일정하게 유지되도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치는 기어박스(20)에 가해지는 토크를 증감시키는 토션 축(70)에 회전체(100)를 설치하고, 회전체(100)를 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 의해 회전시킴으로써 기어박스(20)에 가해지는 토크를 정확하게 증감시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치를 이용하여 기어박스(20)에 가해지는 토크를 가변하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 시험자가 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급될 유압을 설정하면, 유압 공급펌프(310)가 작동되어 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)에 유압을 공급한다.
그 후, 컨트롤러(340)는 제1 및 제2 비례밸브(320, 330)를 제어하여 기 설정된 유압을 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 공급되게 한다.
제1 및 제2 액추에이터(200, 210)에 기 설정된 유압이 공급되어 회전체(100)가 회전되면, 컨트롤러(340)는 유압 공급펌프(310)의 작동을 중지시킨다.
유압 공급펌프(310)의 작동이 중지되면, 컨트롤러(340)는 온오프 밸브(350)를 작동시켜 유압 공급라인(300)을 폐쇄하여 유압의 흐름을 차단하게 된다.
상기 과정이 모두 실행된 후, 외부 또는 내부 요인에 따라 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)의 유압이 감소될 경우, 컨트롤러(340)는 어큐뮬레이터(360)를 작동시켜 제1 및 제2 액추에이터(200, 210)의 감소된 유압을 상쇄시키게 된다.
상기와 같은 일련의 과정을 반복적으로 수행하여 기어박스(20)에 가해지는 토크를 가변 혹은 유지할 수 있으며, 이때 동력손실을 최소화하여 기어박스(20)의 시험을 실시하게 된다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
10 : 구동모터 20 : 기어박스
30 : 제1 동력전달 축 40 : 제2 동력전달 축
50 : 제1 연결박스 60 : 제2 연결박스
70 : 토션 축 80 : 연결부
100 : 회전체 200 : 제1 액추에이터
210 : 제2 액추에이터 300 : 유압 공급 라인
310 : 유압 공급 펌프 320 : 제1 비례밸브
330 : 제2 비례밸브 340 : 컨트롤러
350 : 온오프 밸브 360 : 어큐뮬레이터

Claims (9)

  1. 기어박스 양측에 각각 연결되는 동력전달 축과, 상기 동력전달 축에 연결되는 구동모터와, 상기 동력전달 축과 연결되어 함께 회전되는 토션 축을 포함하는 백투백 방식의 기어박스 시험장치에 있어서,
    상기 토션 축에 고정 설치되어 토션 축과 함께 회전되는 회전체와;
    상기 회전체에 설치되어 회전체를 회전시키는 액추에이터(actuator)와;
    상기 액추에이터를 구동시키는 구동부를 포함하여 구성되어 상기 토션 축에 가해지는 토크를 가변함으로써, 기어박스에 가해지는 토크를 가변하되,
    상기 구동부는,
    상기 액추에이터와 연결되는 유압 공급 라인 상에 설치되어 유압을 공급하는 유압 공급펌프와;
    상기 액추에이터로 공급되는 유압을 제어하는 비례밸브와;
    상기 비례밸브를 제어하여 기 설정된 유압 또는 조작된 유압이 액추에이터로 공급되게 하는 컨트롤러와;
    상기 유압 공급 라인 상에 설치되어 액추에이터로 공급되는 동력의 손실을 절감시키는 온오프 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비례밸브와 연결 설치되는 어큐뮬레이터(accumulator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액추에이터는 한 쌍의 유압 또는 공압 실린더로 구비되어 회전체의 일측 및 타측에 각각 설치되고, 상호 반대 방향으로 작동되어 회전체를 회전시키며,
    상기 비례밸브는 각 액추에이터에 각각 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 가변 기능이 구비된 기어박스 시험장치.
  6. 기어박스 양측에 각각 연결되는 동력전달 축과, 상기 동력전달 축에 연결되는 구동모터와, 상기 동력전달 축과 연결되어 함께 회전되는 토션 축을 포함하는 백투백 방식의 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법에 있어서,
    구동부에 의해 액추에이터를 작동시켜 회전체를 회전시킴으로써, 토션 축에 가해지는 토크를 가변하여 기어박스에 전달되는 토크를 가변하는 것을 특징으로 하되,
    상기 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법은,
    (a) 각 액추에이터에 공급될 유압을 설정하는 단계와;
    (b) 유압 공급펌프가 작동되어 각 비례밸브에 유압을 공급하는 단계와;
    (c) 컨트롤러가 각 비례밸브를 제어하여 각 액추에이터에 기 설정된 유압을 공급하는 단계와;
    (d) 상기 각 액추에이터에 기 설정된 유압이 공급되면 컨트롤러가 유압 공급펌프의 작동을 중지시키는 단계와;
    (e) 상기 컨트롤러가 온오프 밸브를 제어하여 상기 각 액추에이터로 유압을 공급하는 유압 공급 라인을 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 단계(d) 후,
    상기 각 액추에이터로 공급된 유압이 감소할 경우 컨트롤러가 어큐뮬레이터를 제어하여 이를 상쇄시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기어박스 시험장치의 토크 가변 방법.
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