KR101207810B1

KR101207810B1 - 인장 및 압축 하중 부가장치

Info

Publication number: KR101207810B1
Application number: KR1020110024818A
Authority: KR
Inventors: 석창성; 강민성; 이동근; 이재하
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-12-05
Also published as: KR20120107241A

Abstract

본 발명은 기계재료 및 기계구조물의 강성을 측정하는 시험 장치에 있어서 인장 및 압축 하중을 가할 수 있는 하중 부가장치에 관한 것으로, 특히 외부 전원의 입력 없이 사용자가 직접 수동으로 작동시킬 수 있으며 적은 힘으로 기계재료 및 기계구조물에 비교적 큰 하중을 가할 수 있는 인장 및 압축하중 부가 장치에 관한 것으로 그 주요 구성은, 외부 케이스(100)와; 상기 외부 케이스(100)에 설치되는 핸들(140)과, 상기 핸들(140)의 작동으로 회전하는 웜기어(130)와, 상기 웜기어(130)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록, 웜기어(130)의 축 방향으로 외부케이스(100) 내에 설치되는 스크류(170); 상기 스크류(170)가 끼워진 상태로 상기 외부 케이스(100) 내부에 고정되어, 상기 스크류(170)의 회전으로 인해 발생하는 하중을 케이스로 전달해 주는 베어링(160)과; 상기 스크류(170)의 단부에 결합되는 환봉형 너트(180)와; 상기 환봉형 너트(180) 단부에 설치되어, 인장 및 압축 하중이 발생하는 경우 이를 측정할 수 있는 로드셀(190)과; 상기 스크류(170)의 축 방향과 나란히 설치되어 거리 변화를 측정하는 변위게이지(110);를 포함하여, 웜기어(130)의 회전량을 조절하여 인장 및 압축 하중의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

인장 및 압축 하중 부가장치{APPARATUS FOR APPLYING TENSION AND COMPRESSION LOAD}

본 발명은 기계재료 및 기계구조물의 강성을 측정하는 시험 장치에 있어서, 인장 및 압축 하중을 가할 수 있는 하중 부가장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 전원의 입력 없이 사용자가 직접 수동으로 작동시킬 수 있으며, 적은 힘으로 기계재료 및 기계구조물에 비교적 큰 하중을 가할 수 있는 인장 및 압축하중 부가 장치에 관한 것이다.

일반적으로 기계재료 또는 기계구조물의 강성을 측정하는 시험 장치로 유압 또는 전기모터 방식 등을 활용한 만능시험기가 널리 상용화되어 있지만, 시험기 대당 가격이 수억 단위로 매우 고가이고, 설치에 필요한 공간이 별도로 필요하며, 복잡한 작동 방법을 미리 숙지해야만 한다는 단점이 있다.

그리고 널리 사용되고 있는 유압식 만능시험기의 경우, 인장 및 압축 하중을 발생시키기 위하여 유압을 이용한 액츄에이터를 적용하고 있다. 하지만 액츄에이터 구동에 필요한 유압을 발생시키기 위하여 전기모터, 유압펌프 등의 부대 장비가 필요하며, 유지 및 보수비용이 적지 않고 구동에 많은 전력이 소모된다는 단점이 있다. 또한 복잡하거나 규격이 큰 기계재료 및 기계구조물의 한 부분의 강성을 측정하고자 할 때, 액츄에이터의 위치를 쉽게 변경할 수 없다는 단점이 있고, 이때 하중선의 변위를 측정하기 위해서는 별도의 변위 측정 시스템이 마련되어야 한다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 장치의 단점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 종래의 유압 및 전기모터 방식의 만능시험기에서 인장 및 압축 하중 발생에 필요한 하중 부가장치(유압펌프, 액츄에이터 등)가 가진 한계성을 극복하고, 비교적 큰 하중이 필요하지 않는 기계재료 및 기계구조물의 강성시험에 있어서 시험하고자 하는 방향으로 쉽게 이동 및 설치를 할 수 있는 인장 및 압축 하중 부가장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

또한 기계구조물의 강성 시험시, 실제 구조물이 사용되는 환경에서 받게 되는 하중환경을 동일하게 모사하여 같은 방향과 같은 크기의 하중을 기계구조물에 부가할 수 있도록 하여 해당 방향의 강성을 측정할 수 있게 하는 하중 부가장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

또한 본 발명은 기계재료 및 기계구조물에 대하여 수동으로 다양한 각도로 인장 및 압축 하중을 가할 수 있으며, 부가되는 하중에 의하여 발생되는 변형량을 측정할 수 있는 장치를 제공한다. 보다 상세하게는 웜과 웜기어를 활용하여 시험자가 손으로 직접 구동하여 인장 및 압축 하중을 발생시키고, 하중을 가하는 지점에서 발생하는 하중선 변위를 측정할 수 있는 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주요 구성은, 기계재료 및 기계구조물의 강성을 평가하기 위한 시험 장치 중, 시험편 및 시험 부위에 인장 및 압축 하중을 부가할 수 있고, 하중이 부가되는 동안 하중선 변위를 측정할 수 있는 인장 및 압축하중 부가장치에 있어서, 외부 케이스와; 상기 외부 케이스에 설치되는 핸들과, 상기 핸들의 작동으로 회전하는 웜기어와, 상기 웜기어의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록, 웜기어의 축방향으로 외부 케이스 내에 설치되는 스크류와; 상기 스크류가 끼워진 상태로 상기 외부 케이스 내부에 고정되어, 상기 스크류의 회전으로 인해 발생하는 하중을 케이스로 전달해 주는 베어링과; 상기 스크류에 결합되는 환봉형 너트와; 상기 환봉형 너트 단부에 설치되어, 인장 또는 압축 하중이 발생하는 경우 이를 측정할 수 있는 로드셀과; 상기 스크류의 축 방향과 나란히 설치되어 시험편 또는 시험부위와의 거리 변화를 측정하는 변위 게이지;를 포함하여, 웜기어의 회전량을 조절하여 인장 및 압축 하중의 크기를 조절하도록 구성된다.

상기 환봉형 너트는 그 내경에 암나사가 형성되고, 이와 결합되는 스크류(17)에는 숫나사가 형성된다.

상기 외주 케이스의 외면에 상기 변위 게이지와 평행한 방향으로 LM 가이드가 장착되고, 상기 LM 가이드 상에 변위 측정 기준 플레이트가 설치된다.

상기한 변위 측정 기준 플레이트에는 돌출부가 형성되고, 이 돌출부는 구속장치에 연결되어 고정된다.

상기한 외부 케이스 단부에는 지그 체결부가 형성되고, 상기 지그 체결부에 볼트가 체결되여, 볼트 단부에 시험하고자 하는 시험편이나 시험하고자 하는 기계 부품의 시험면이 접하도록 구성된다.

상기한 로드셀에는 전산나사봉이 연결되고, 전산나사봉에는 힌지축이 구비되어, 상기 힌지축을 기준으로 선회 가능하게 설치된다.

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여는 이하 상술한다.

본 발명에 의하면 사용자가 직접 수동으로 작동시킬 수 있으며 적은 힘으로 기계재료 및 기계구조물에 비교적 큰 하중을 가할 수 있는 인장 및 압축하중 부가 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 장치는 시험 대상에 대하여 다양한 방향으로 하중을 부가할 수 있도록 선회가능하며, 또한 강성 시험 시 시험 대상이 되는 기계재료 및 기계구조물의 변형에 의해 발생하는 변위를 측정하는데에 있어서, 하중이 가해지는 하중선 방향으로 변위 게이지가 장착되어 있어 부가되는 하중으로 인하여 기계재료 및 기계구조물에 발생하는 하중선 방향의 변형량을 측정할 수 있으며, 아울러 변형 측정 기준점이 되는 장치를 하중의 영향을 받지 않는 외부 구조물에 구속함으로써 하중 부가 장치 또는 시험 대상 부위에서 발생하는 변위측정 오차를 최소화할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 장치는 그 구조가 간단하여 제작이 용이하고 구동을 위해 별도의 외부 동력 장치가 필요 없으며 작동 원리 및 사용 방법이 복잡하지 않은 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하중 부가장치를 예시하는 단면도.
도 2 는 베어링(160)에 스크류가 장착되고 환봉형너트에 연결된 것을 보여 주는 도면.
도 3 은 베어링(160)에 스크류가 장착된 상태만 보여주는 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 시험하는 예시도.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 상술한다.

도 1 에 도시된, 핸들(140) 축에는 웜(150)이 형성되고 이에 접하여 작동하는 웜기어(130)가 형성되며 이 웜기어(130)는 스크류(170)와 일체로 형성된다.

상기 스크류(170)는 베어링(160)과 동축으로 일체로 연장되게 형성되며 스크류(170) 단부에는 환봉형 너트(180)와 나사결합된다.

상기 구성에 의하면 수동으로 작동이 가능한 바, 핸들(140)을 돌리면 웜(150)과 웜기어(130)에 의해 전달력이 직각으로 변환되어 스크류(170)에 전달된다. 스크류(170)가 회전하면 이 스크류(170)를 암나사로 체결하고 있는 환봉형 너트(180)가 회전하여 환봉형 너트(180)가 당겨지거나 밀리게 된다.

예를 들어 스크류(170)가 우회전되면 환봉형 너트(180)가 끌어당겨져 이와 결합되고 있는 로드셀(190)에 인장하중이 작용하고, 스크류(170)가 반대로 회전하면 로드셀(190)에 압축하중이 작용한다. 예를 들어 스크류(170)가 오른쪽 방향으로 회전을 하면 환봉형 너트(180)가 웜기어(130)쪽으로 당겨짐으로써, 베어링(160)과 체결된 외부 케이스(100)도 함께 우측으로 당겨진다.

한편 외부 케이스(100) 외면에는 변위 게이지(110)가 하중선과 평행한 방향으로 일체로 장착되어 있어 하중선 변위를 측정할 수 있게 하였다. 이때 하중선 변위 측정 오차를 최소한으로 줄이고 인장 및 압축 하중이 가해진 기계재료 및 기계구조물에서 발생하는 변형량을 측정하기 위하여, 변위 게이지(110)와 평행한 방향으로 장착된 LM 가이드(20) 상에 변위 측정 기준 플레이트(120)를 설치하였다.

LM 가이드(20) 상에 설치된 변위 측정 기준 플레이트(120)는 이동하지 못하게 외부의 구속장치에 의해 구속될 수 있도록 하였다. 즉 돌출부(30)를 형성하여 시험기와 시험편 사이에서 발생할 수 있는 기계적인 변형 오차를 최소화할 수 있도록 하였다.

한편 환봉형 너트(180)가 장착된 로드셀(190)의 반대편에는 전산나사봉(200)을 체결하여 도 4 에 보듯이 외부의 강체 및 기둥(60)에 고정을 할 수 있도록 하였다. 전산나사봉(200) 단부에는 힌지축(69)을 갖춘 구조로 만들어 힌지축(69)을 중심으로 장치 전체가 선회 가능하도록 하였다.

그리고 전산나사봉(200) 반대편에는 강성 시험을 수행하고자 하는 기계재료 및 기계구조물의 형태에 맞게 지그를 가공하여, 볼트 등의 체결수단으로 일체로 결합시킨다. 즉, 도 4 에 도시한 바와 같이 볼트(62) 체결을 통해 장착할 수 있는 지그 체결부(210)를 갖는다. 지그 체결부(210)는 도 1 에 예시한 바와 같이 중앙에 암나사(211)가 형성된 구조이다. 지그 체결부(210)는 암나사(211)가 형성된 구조 외의 다른 구조로도 만들 수 있다.

암나사(211)에는 볼트(62)의 일 단부가 체결되고 볼트(62)의 타단부는 시험하고자 하는 시험편(64)과 접하도록 설치한다

그리하여 본 발명에 따른 장치에 의한 인장 및 압축하중을 받으면, 그 하중이 앞서 설명한 외부 케이스(100)를 거쳐 중앙에 암나사(211)로 가공된 지그 체결부(210)에 전달되고 그리고 다시 지그 체결부(210)에 연결된 볼트(62)를 경유하여 시험하고자 하는 재료에 직접적인 하중이 미치게 된다.

도 2 는 도 1 에서 스크류(170) 부분에 대한 상세도이고, 도 3 은 웜기어(130), 베어링(160) 및 스크류(170)가 조립된 조립체를 예시하고 있으며, 도 4 는 전체적인 실시 예시도이다.

도 4 를 참고로 다시 한번 본 발명에 따른 작동관계를 순차 설명한다.

먼저 핸들(140)을 수동으로 회전시키면, 도 1 에서 설명한 힘의 전달 구조에 의해 외부 케이스(110)에 전달되어 시험편(64)에 대하여 가압한다.

즉, 외부 케이스(100) 단부에는 지그 체결부(210)가 장착되어 있고, 이 지그 체결부(210)의 중앙 통공은 암나사(211)(도 1 참조)가 가공된 구조로 되어 있어 이 암나사(211)에 도 4 에 도시한 볼트(62)가 결합되어 있고, 볼트(62) 단부에는 시험하고자 하는 시험편(64)이 결합되어 있다.

또는 시험편(64)이 없이 기계구조물이나 부품의 한 시험면(68)에 대하여 실험 가능하다. 본 실시 예에서는 단지 설명의 편의상, 볼트(62) 단부에 시험편(64)이 설치된 것으로 설명한다. 그러면 외부 케이스(100)의 가압력이 볼트(62) 및 시험편(64)에 대하여 가해진다. 그러면 외부 케이스(100)의 가압되는 만큼의 변위는 이 외부 케이스(100) 외면에 일체로 장착된 변위 게이지(110)가 함께 변위 된다.

그러면 변위 게이지(110)의 변위량만큼 기준 플레이트(120)에 대한 위치적인 변위를 측정할 수 있다. 한편 기준 플레이트(120)는 외부의 구속장치(40)에 의해 제 위치를 벗어나지 않고 변위하지 않으므로 변위 게이지(110)의 상대적인 변위만 정확히 측정할 수 있다.

그리고 전산나사봉(200) 단부는 힌지축(69)을 기점으로 상하로 위치적인 선회가 가능하므로 시험편(64) 또는 시험면(68)에 대한 경사진 각도를 설정하여 가압력 등을 테스트할 수 있어 다양한 각도에서의 가압 및 인장력 시험을 행할 수 있는 장점도 있다.

30 : 돌출부 40 : 구속장치
60 : 기둥 64 : 시험편
68 : 시험면 69 : 힌지축
100 : 외부 케이스 110 : 변위 게이지
120 : 변위 측정 기준 플레이트 130 : 웜기어
140 : 핸들 150 : 웜
160 : 베어링 170 : 스크류
180 : 환봉형 너트 190 : 로드 셀
200 : 전산나사봉 210 : 지그 체결부
220 : 가이드

Claims

인장 및 압축하중 부가장치에 있어서,
외부 케이스(100)와;
상기 외부 케이스(100)에 설치되는 핸들(140)과, 상기 핸들(140)의 작동으로 회전하는 웜기어(130)와, 상기 웜기어(130)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하도록, 웜기어(130)의 축방향으로 외부 케이스(100) 내에 설치되는 스크류(170)와;
상기 스크류(170)가 끼워진 상태로 상기 외부 케이스(100) 내부에 고정되어, 상기 스크류(170)의 회전으로 인해 발생하는 하중을 케이스로 전달해 주는 베어링(160)과;
상기 스크류(170)에 결합되는 환봉형 너트(180)와;
상기 환봉형 너트(180) 단부에 설치되어, 인장 또는 압축 하중이 발생하는 경우 이를 측정할 수 있는 로드셀(190)과;
상기 스크류(170)의 축 방향과 나란히 설치되어 시험편 또는 시험부위와의 거리 변화를 측정하는 변위 게이지(110);를 포함하여,
웜기어(130)의 회전량을 조절하여 인장 및 압축 하중의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.
제 1 항에 있어서,
상기 환봉형 너트(180)는 그 내경에 암나사가 형성되고, 이와 결합되는 스크류(17)에는 숫나사가 형성된 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 케이스(100)의 외면에 상기 변위 게이지(110)와 평행한 방향으로 LM 가이드(20)가 장착되고, 상기 LM 가이드(20) 상에 변위 측정 기준 플레이트(120)가 설치되는 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.
제 3 항에 있어서,
상기한 변위 측정 기준 플레이트(120)에는 돌출부(30)가 형성되고, 이 돌출부(30)는 구속장치(40)에 연결되어 고정되는 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.
제 1 항에 있어서,
상기한 외부 케이스(100) 단부에는 지그 체결부(210)가 형성되고, 상기 지그 체결부(210)에 볼트(62)가 체결되여, 볼트(62) 단부에 시험하고자 하는 시험편(64) 이나 시험하고자 하는 기계 부품의 시험면(68)이 접하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.
제 1 항에 있어서,
상기한 로드셀(190)에는 전산나사봉(200)이 연결되고, 전산나사봉(200)에는 힌지축(69)이 구비되어, 상기 힌지축(69)을 기준으로 선회 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 인장 및 압축하중 부가장치.