KR101327312B1 - 회전용 씰 토크 측정 장비 - Google Patents

회전용 씰 토크 측정 장비 Download PDF

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    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces

Abstract

본 발명은 회전 샤프트 지그에 편심이 발생하지 않으며, 정밀한 토크량이 측정 가능한 회전용 씰 토크 측정 장비를 개시한다. 따라서 본 발명의 회전용 씰 토크 측정 장비는, 회전모터와, 상기 회전모터와 연결되어 회전 가능하게 배치된 회전 샤프트 지그와, 상기 회전 샤프트 지그 외곽에 이격되어서 자유롭게 회전 가능하도록 배치되고, 회전 씰이 내측에 장착되며, 회전 가능하도록 배치된 회전 하우징 지그와, 상기 회전 하우징 지그의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 장치를 포함한다.

Description

회전용 씰 토크 측정 장비{Torque measurement apparatus for seal}
본 발명은 회전용 씰 토크 측정 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 회전하는 각종 구동축 상에 장착되어 오일(OIL)이나 물(WATER) 등의 침투 및 유출을 근본적으로 차단하여 기기내부를 보호하는 회전용 씰의 토크를 측정하는 장비에 관한 것이다.
회전용 씰이라 함은 각종 기기내의 구동축의 상대 하우징 등에 장착되어 상기 구동축이 고속 회전하는 가운데에서도 오일 또는 물의 침투나 유출 등을 완벽하게 차단하기 위하여 상기 구동축 일단의 둘레에 밀착 장착되는 것으로서, 그 역할에 따라서 오일씰 또는 워터 씰로 통상 명명되는데, 이를 본원에서는 회전용 씰이라 통칭하기로 한다.
회전용 씰은 상대 하우징과 회전 샤프트 사이에 개재된다. 따라서 상기 회전용 씰은 상대 하우징과 회전 샤프트 사이를 통하여 외부로부터 침투하는 먼지, 오염 등을 내부에 있는 오일, 그리스, 물 및 윤활제와 접촉하지 못하도록 한다.
상기 회전 샤프트는 회전함에 반하여, 회전용 씰은 회전하지 않는다. 그러나 상기 회전용 씰의 접촉에 의하여 회전 샤프트는 회전 토크(Torque)를 가지게 된다.
상기 회전 샤프트가 받는 회전 토크가 커질수록 상기 회전 샤프트를 회전시키는 모터의 작동부하가 커지게 된다. 예를 들어 상기 회전용 씰이 차량에 적용되는 경우에는, 상기 회전 샤프트의 회전 토크가 커지게 되면, 연비가 상승하게 된다는 문제점이 있다. 이에 따라서 회전용 씰의 경우, 씰링성과 동시에 토크가 저감되는 것이 중요하다.
도 1은 종래의 회전용 씰 토크 측정 장비(10)를 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 회전용 씰 토크 측정 장비(10)는 회전모터(20)와, 회전 샤프트 지그(30)와, 하우징 지그(40)와, 토크센서(50)를 포함한다.
회전 샤프트 지그(30)는 구동 샤프트(25)에 의하여 회전모터(20)와 연결되어서, 상기 회전모터(20)의 구동에 따라서 회전한다. 상기 회전모터(20)는 기본 프레임(11)에 고정되어 있을 수 있다.
회전 샤프트 지그(30)의 외측에 일정 유격을 가지고 하우징 지그(40)가 고정설치된다. 시험 대상인 회전용 씰(S)은 하우징 지그(40)에 장착되며, 상기 회전 샤프트 지그(30) 사이에 씰링 공간을 이룬다. 상기 하우징 지그는 고정 지그(45)에 의하여 고정될 수 있고, 상기 고정 지그(45)가 기본 프레임(11)에 고정될 수 있다.
토크센서(50)는 상기 회전모터(20)와 회전 샤프트 지그(30) 사이, 보다 자세히는 구동 샤프트(25) 중간에 결합된다.
상기와 같은 회전용 씰 토크 측정 장비(10)의 토크 측정 방법은, 먼저 상기 하우징 지그(40)에 회전용 씰(S)을 장착하지 않은 상태에서, 회전 샤프트 지그(30)를 회전하여서 이 때의 토크 값을 측정한다.
그 후에, 상기 하우징 지그(40)에 회전용 씰(S)을 장착한 상태에서, 회전 샤프트 지그(30)를 회전하면서 토크 값을 측정하여서, 회전용 씰 장착시의 토크 값과 회전용 씰 비장착시의 토크값의 차이를 구하여, 회전 샤프트 지그의 토크를 측정하였다.
그런데, 종래의 회전용 씰 토크 측정 장비(10)의 경우, 회전 샤프트 지그(30)의 토크량을 토크센서(50)로 직접 측정한다.
따라서 구동 샤프트(25)에 측정센서(50)가 개재되어야 한다. 따라서, 회전모터(20)와 회전 샤프트 지그(30) 사이가 직접적으로 연결되는 것이 아니라, 회전 모터(20)와 측정 센서(25) 사이 및 측정 센서(25)와 회전 샤프트(30) 사이에 커플링(60) 등 조인트가 필요하다. 이로 인하여 회전 샤프트 지그(30)가 회전시에 편심의 위험을 가지게 된다. 상기 편심을 방지하기 위하여 구동 샤프트(25) 중간에 베어링 홀더(70)가 설치될 필요도 있다.
이에 따라서, 회전모터(20)와 회전 샤프트 지그(30) 사이에 구조가 복잡해지고, 구동 샤프트(25)의 무게가 무거워진다. 이에 따라서 회전 샤프트 지그(30)의 편심 및 진동이 발생하게 되어서, 결과적으로 토크 값의 변동이 크게 된다. 그 결과 회전 샤프트 지그의 정밀한 토크 측정이 어렵게 되며, 특히 속도에 따른 토크 변동이 커지게 된다.
이러한 문제점은, 축경이 큰 제품의 경우 보다 편심이 커지게 됨으로써, 보다심각하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 간단하면서도 회전 샤프트 지그에 편심이 발생하지 않으며, 정밀한 토크량이 측정될 수 있는 구조를 갖는 회전용 씰 토크 측정 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 회전용 씰 토크 측정 장비는, 회전모터와, 상기회전모터와 연결되어 회전 가능하게 배치된 회전 샤프트 지그와, 상기 회전 샤프트 지그 외곽에 이격되어서 자유롭게 회전 가능하도록 배치되고, 회전 씰이 내측에 장착되며, 회전 가능하도록 배치된 회전 하우징 지그와, 상기 회전 하우징 지그의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 장치를 포함한다.
상기 회전 하우징 지그 외곽에는 하우징 지그 홀더가 고정 배치되고, 상기 회전 하우징 지그와 하우징 지그 홀더 사이에는 베어링이 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 토크 측정 장치는, 일단이 상기 하우징 지그 홀더에 고정되고, 타단이 상기 회전 하우징 지그에 이격 배치된 토크 센서와, 상기 회전 하우징 지그에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그의 회전력에 맞추어 상기 토크 센서를 누르도록 배치된 누름부재와, 상기 토크 센서에서 측정된 누름부재의 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그의 토크량을 계산하는 토크 계산부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 토크 측정 장치는, 일단이 상기 하우징 지그 홀더에 고정되고, 타단이 상기 회전 하우징 지그에 이격 배치된 누름부재와 상기 회전 하우징 지그에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그의 회전력에 맞추어 상기 누름부재를 누르도록 배치된 토크 센서와, 상기 토크 센서에서 측정된 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그의 토크량을 계산하는 토크 계산부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 토크 센서 및 누름부재는, 상기 회전 모터의 회전축을 중심으로 서로 대향하여 각각 좌우에 배치되고, 상기 좌측에 배치된 누름부재는 상기 좌측에 배치된 토크 센서를 상기 회전 하우징 지그가 일측으로 회전시에 누르도록 배치되며, 상기 우측에 배치된 누름부재는 상기 우측에 배치된 토크 센서를 상기 회전 하우징 지그가 타측으로 회전시에 누르도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전용 씰이 고정된 하우징 지그의 회전력을 하우징 지그에 설치된 로드셀로 측정함으로써, 회전모터와 회전 샤프트 지그 사이에 별도의 토크 측정 수단이 불필요하다. 이에 따라서 회전 샤프트 지그의 편심이나 진동의 발생율이 최소한으로 되어서, 정밀한 토크 측정이 가능하다. 이와 더불어 축경이 큰 제품의 경우에도 측정이 용이하다.
도 1은 종래의 회전용 씰 토크 측정 장비의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전용 씰 토크 측정 장비를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전용 씰 토크 측정 장비를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 회전용 씰 토크 측정 장비의 측정 예를 도시한정면도이다.
도 5는 도 3의 변형예를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전용 씰 토크 측정 장비(100)는, 회전모터(110)와, 회전 샤프트 지그(120)와, 회전 하우징 지그(130)와, 토크 측정 장치(140)를 포함한다.
회전모터(110)는 기본 프레임(101) 상에 지지된다. 회전 샤프트 지그(120)는 상기 회전모터(110)와 구동 샤프트(115)를 통해서 직접적으로 연결되어 회전 가능하게 배치된다.
회전 하우징 지그(130)는 상기 회전 샤프트 지그(120) 외곽에 이격되어서 자유롭게 회전 가능하도록 배치된다. 상기 토크 시험 대상인 회전용 씰(S)은 상기 회전 하우징 지그(130) 내측에 고정된다. 또한 상기 회전용 씰(S)은 상기 회전 샤프트 지그(120) 사이에 씰링 공간을 형성한다. 상기 회전용 씰(S)은 상기 씰링 공간으로 외부로부터 침투하는 먼지, 오염 등을 내부에 있는 오일, 그리스, 물 및 윤활제와 접촉하지 못하는 정도로 상기 회전 샤프트 지그(120)와 접촉하고 있다.
이 경우, 상기 회전 하우징 지그(130)는 하우징 지그 홀더(150)에 자유 회전 가능하도록 결합될 수 있다. 이를 위하여, 상기 회전 하우징 지그(130)와 하우징 지그 홀더(150) 사이에 베어링(160)이 개재될 수 있고, 상기 하우징 지그 홀더(150)는 기본 프레임(101)에 직접적으로, 또는 외측 고정 지그(170)를 통하여 기본 프레임(101)에 고정 설치될 수 있다.
토크 측정 장치(140)는 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전 토크를 측정한다. 이를 위하여, 회전모터(110)에 의하여 회전 샤프트 지그(120)가 회전하면, 회전용 씰(S)이 회전 샤프트 지그(120)와의 사이에 접촉력이 발생하게 되고, 이에 따라서 회전 샤프트 지그(120)에 토크가 발생하게 되며, 상기 회전 샤프트 지그(120)의 토크에 의하여 자유 회전 가능한 회전 하우징 지그(130)가 회전하려고 하게 된다. 즉 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전은 상기 회전용 씰(S)과의 접촉에 따른 회전 샤프트 지그(120)의 토크에 기인한다. 따라서 토크 측정 장치(140)가 회전 하우징 지그(130)의 회전 토크를 측정하게 되면, 상기 회전 샤프트 지그(120)의 토크량을 알 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 회전 샤프트 지그(120)의 토크를 구동 샤프트(115)에서 직접 측정하지 않는다. 따라서, 상기 회전모터(110)와 회전 샤프트 지그(120) 사이에 별도의 토크 센서 등이 불필요하다.
이에 따라서 이에 따라서, 회전모터(110)와 회전 샤프트 지그(120) 사이에 구조가 간단해지고, 무게가 가벼워짐으로써 회전 샤프트 지그(120)의 편심 및 진동이 발생하지 않게 된다.
이 경우, 상기 토크 측정 장치(140)는, 토크 센서(141)와, 누름부재(146)와, 토크 계산부(미도시)를 포함한다.
토크 센서(141)는 일단(141a)이 상기 하우징 지그 홀더(150)에 고정되고, 타단(141b)이 상기 회전 하우징 지그(130)에 이격 배치된다. 이에 따라서 상기 토크 센서(141)는 상기 하우징 지그 홀더(150)에 고정되며 회전하지 않는다. 상기 토크 센서(141)는 로드 셀일 수 있다.
누름부재(146)는 상기 회전 하우징 지그(130)에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전력에 맞추어 상기 토크 센서(141)를 누르도록 배치된다. 즉, 평상시에 회전 하우징 지그(130)는 자유롭게 토크를 받지 않는 상태에 있다. 상기 회전모터(110)의 회전에 의하여 회전 샤프트 지그(120)가 회전하게 되면, 상기 회전용 씰이 상기 회전 샤프트 지그(120)와의 사이에 접촉력으로 인한 토크가 발생하게 되어서 상기 회전용 씰이 회전하려고 한다.
이 경우, 상기 회전용 씰이 회전 하우징 지그(130)에 장착되어 있고, 상기 회전 하우징 지그(130)가 다른 부재에 고정되어 있지 않고 자유롭게 회전 가능하므로, 상기 회전 하우징 지그(130)가 상기 회전용 씰의 회전 토크만큼 회전하게 된다. 즉 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전력은, 회전 샤프트 지그(120)가 회전용 씰로 인한 토크량과 비례하게 된다.
이에 따라서 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전력을 측정하면, 회전 샤프트 지그(120)의 토크를 구할 수 있게 된다. 이에 따라서 토크 계산부는 상기 토크 센서(141)에서 측정된 누름부재(146)의 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그(120)의 토크 량을 계산한다.
일 예를 들면, 토크 계산부는 토크 센서(141)에서 측정된 누름량에 따른 회전 샤프트 지그(120)의 토크 량을 미리 시험을 통하여 설정한다. 그 후에, 실질적으로 토크 시험에서 측정된 누름량을 미리 시험을 통해 설정된 데이터에 대입함으로써 간단히 회전 샤프트 지그(120)의 토크 량을 측정할 수 있다.
한편, 특히 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 누름부재(146)는 두개로서, 회전 하우징 지그(130)의 회전 중심으로부터 서로 대향하도록 좌측 누름부재(146L) 및 우측 누름부재(146R)로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 토크 센서(141) 또한 두개로서, 상기 좌측 누름부재(146L)가 일방향 회전(도면에서는, 좌측 회전)할 때 접촉할 수 있도록 상기 좌측 누름부재(146L)와 인접 배치된 좌측 토크 센서(141L)와, 상기 우측 누름부재(146R)가 일방향과 반대인 타방향 회전(도면에서는, 우측 회전)할 때 접촉할 수 있도록 상기 우측 누름부재(146R)와 인접 배치된 우측 토크 센서(141R)로 구성될 수 있다.
이에 따라서 회전모터(110)가 좌측으로 회전하는 경우에는 좌측 누름부재(146L)가 좌측 토크 센서(141L)를 누름으로써, 회전 샤프트 지그(120)의 토크를 측정할 수 있고, 회전모터(110)가 우측으로 회전하는 경우에는 우측 누름부재(146R)가 우측 토크 센서(141R)를 누름으로써, 회전 샤프트 지그(120)의 토크를 측정할 수 있게 된다.
도 5는 도 3의 변형예이다. 이 경우, 도 3의 구성요소와의 차이점을 주로 설명한다. 또한 도 5에서 도3과 동일한 기능 및 구조를 갖는 구성요소는 도 3과 동일한 참조번호로 나타내었으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 5에서는, 토크 센서(241)가 회전 하우징 지그(130)에 고정되고, 누름부재(246)가 하우징 지그 홀더(150)에 고정되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 누름부재(246)는 일단이 상기 하우징 지그 홀더(150)에 고정되고, 타단이 상기 회전 하우징 지그(130)에 이격 배치된다. 토크 센서(241)는 상기 회전 하우징 지그(130)에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그(130)의 회전력에 맞추어 상기 누름부재(246)를 누르도록 배치된다. 토크 계산부(미도시)는 상기 토크 센서(241)에서 측정된 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그(120)의 토크량을 계산한다.
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
100: 회전용 씰 토크 측정 장비
101: 기본 프레임
110: 회전모터
115: 구동 샤프트
120: 회전 샤프트 지그
130: 회전 하우징 지그
140: 토크 측정 장치
141, 241: 토크 센서
146, 246: 누름부재
150: 하우징 지그 홀더
160: 베어링
S: 회전용 씰

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 회전하지 않은 상대 하우징 및 회전하는 회전 샤프트 사이에 개재되며, 상기 상대 하우징에 결합되어서 회전하지 않는 회전용 씰의 회전 토크를 측정하는 장비로서,
    회전모터;
    상기 회전모터와 연결되어 회전 가능하게 배치된 회전 샤프트 지그;
    상기 회전 샤프트 지그 외곽에 이격되어서 자유롭게 회전 가능하도록배치되고, 회전 씰이 내측에 장착된 회전 하우징 지그;
    상기 회전 하우징 지그의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 장치;
    상기 회전 하우징 지그 외곽에 고정 배치된 하우징 지그 홀더; 및
    상기 회전 하우징 지그와 하우징 지그 홀더 사이에 배치된 베어링;을 포함하고,
    상기 토크 측정 장치는:
    일단이 상기 하우징 지그 홀더에 고정되고, 타단이 상기 회전 하우징 지그에 이격 배치된 토크 센서와;
    상기 회전 하우징 지그에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그의 회전력에 맞추어 상기 토크 센서를 누르도록 배치된 누름부재와;
    상기 토크 센서에서 측정된 누름부재의 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그의 토크량을 계산하는 토크 계산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전용 씰 토크 측정 장비.
  4. 회전하지 않은 상대 하우징 및 회전하는 회전 샤프트 사이에 개재되며, 상기 상대 하우징에 결합되어서 회전하지 않는 회전용 씰의 회전 토크를 측정하는 장비로서,
    회전모터;
    상기 회전모터와 연결되어 자유롭게 회전 가능하게 배치된 회전 샤프트 지그;
    상기 회전 샤프트 지그 외곽에 이격되어서 자유롭게 회전 가능하도록배치되고, 회전 씰이 내측에 장착된 회전 하우징 지그;
    상기 회전 하우징 지그의 회전 토크를 측정하는 토크 측정 장치;
    상기 회전 하우징 지그 외곽에 고정 배치된 하우징 지그 홀더; 및
    상기 회전 하우징 지그와 하우징 지그 홀더 사이에 배치된 베어링;을 포함하고,
    상기 토크 측정 장치는:
    일단이 상기 하우징 지그 홀더에 고정되고, 타단이 상기 회전 하우징 지그에 이격 배치된 누름부재와;
    상기 회전 하우징 지그에 고정된 것으로, 상기 회전 하우징 지그의 회전력에 맞추어 상기 누름부재를 누르도록 배치된 토크 센서와;
    상기 토크 센서에서 측정된 누름 정도에 따라서 상기 회전 샤프트 지그의 토크량을 계산하는 토크 계산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전용 씰 토크 측정 장비.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 토크 센서는 상기 회전 모터의 회전축을 중심으로 서로 대향하여 일측 및 타측에 적어도 2개가 배치되고,
    상기 누름 부재는, 상기 토크 센서 각각에 인접 배치하도록 상기 토크 센서의 수와 동일한 수로 배치되며,
    상기 일측에 배치된 누름부재는 상기 일측에 배치된 토크 센서를 상기 회전 하우징 지그가 일 방향으로 회전시에누르도록 배치되며,
    상기 타측에 배치된 누름부재는 상기 타측에 배치된 토크 센서를 상기 회전 하우징 지그가 상기 일방향과 반대인 다른 일방향으로 회전시에 누르도록 배치되는 것을 특징으로 하는 회전용 씰 토크 측정 장비.
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