KR101358890B1 - 고무시편 고속 마찰특성 시험기 - Google Patents

고무시편 고속 마찰특성 시험기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고무시편(Rubber block)의 마찰특성을 평가하는 시험기에 관한 것으로, 특히 시험하는 고무시편의 마찰계수와 각 방향의 힘 및 모멘트를 효과적으로 측정할 수 있으면서 속도변화에 따른 고무시편에 다양한 하중 조건을 부가하여 측정할 수 있는 고무시편 고속 마찰특성 시험기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 노면(1)에 고무시편(2)을 접촉 이동시키면서 하중을 가하여 고무시편의 마찰특성을 평하는 시험기에 있어서, 상기 노면(1)이 장착되는 노면 장착부(3)와, 상기 노면 장착부(3)를 지지하는 메인 프레임(4), 상기 메인 프레임(4)의 상단에 설치되는 상부 커버(5) 및, 상기 상부커버(5)의 하단부에 장착되어 고무시편(2)에 하중을 부가하는 하중 부가부(6)로 이루어지되, 상기 하중 부가부(6)는 고무시편(2)이 부착되는 시편교체 지그(7)와 부가된 하중 검출용 3축 로드셀(8)을 구비한 이동부(9)가 내부 선형모터(10)에 의해 선형 가이드(11)를 따라 이동되어 고무시편의 하중과 모멘트를 측정하도록 되어 있다.

Description

고무시편 고속 마찰특성 시험기{High speed friction tester for rubber block}
본 발명은 고무시편(Rubber block)의 마찰특성을 평가하는 시험기에 관한 것으로, 특히 시험하는 고무시편의 마찰계수와 각 방향의 힘 및 모멘트를 효과적으로 측정할 수 있으면서 속도변화에 따른 고무시편에 다양한 하중 조건을 부가하여 측정할 수 있는 고무시편 고속 마찰특성 시험기에 관한 것이다.
일반적으로 고무재료의 용도가 널리 광범위하게 사용되는 관계로 고무시편의 마찰에 관한 연구가 다양하게 진행되고 있는바, 고무는 기히 알려진 바와 같이 비선형성을 갖는 종탄성 계수가 작고 파단까지의 신장율이 매우 크며, 비틀림 변형이 쉬우면서 전기 절연성과 내약품성을 갖고 있어서 수분침투를 방지하는 밀봉재료와 소음, 진동을 방지하는 방진재료, 구조 요소 내지는 동력전달 요소뿐만 아니라, 타이어의 회전저항과 마찰재로 다양하게 널리 사용되고 있다.
이러한 고무 마찰특성을 평가하는 종래 고무시편 마찰 시험기를 살펴보면 고무시편과 테스트 암이 접촉표면에서 상대적인 직진운동 또는 원운동만을 할 때 테스트 암에 가하여지는 수직력과 마찰력만을 측정하고 이 데이터로부터 마찰계수를 측정하도록 되었다.
예를 들면, 헤리돈형 마찰 측정기에서 발란서와 중량추에 의하여 로드셀에 연결된 테스트 암에 시편이 일정한 속도로 접촉 이동하도록 함으로서 테스트 암에 가하여지는 수직력과 마찰력을 측정하여 마찰계수를 계산하도록 되었으며, 라프라 마찰 시험기에서는 로드셀에 연결된 지지편에 시편을 고정하고 시편의 반대편에 웨이트를 설치하여 수직력을 측정하면서 고정된 마찰면에 시편이 접촉하면서 이동하도록 되었다.
이러한 종래 마찰 시험기는 측정되는 힘에 시편의 운동에 의한 관성력이 포함되므로 사용하는 기종에 따라 마찰력이 다르게 나타나게 되어 정확한 데이터를 얻기 어려웠다.
한편, 종래에도 상기와 같은 고무시편 마찰 시험기 외에 일본의 AND 사에서 제공된 고무 마찰 시험기는 회전형 노면으로 이루어진 회전판을 만들어 고정된 고무 블록시편에 이 회전판을 회전시키어 고무마찰을 연구하기 때문에 고무시편이 직선으로 이동하면서 마찰특성이 평가되기에, 실제 고무 블럭시편이 직선으로 이동하고 있다고 가정하기가 곤란하였다.
또한, 독일 Karlshrue 대학에서 개발된 고무마찰 시험기는 이너드럼(Inner Drum)에 타이어를 장착하여 실험을 수행하고 있으나, 이 또한 실제 고무의 접촉면이 원형을 이루기에 직선구동 시험이라고 보기가 어렵다.
실제 고무는 하중에 의해 압축(Compression)과 전단(Shear), 슬립(Slip)을 반복하고 있으며, 특히 차량에 장착되는 타이어의 고무시편 마찰 평가시 스티어링(Steering), 스터블(Stable), 브레이킹(Braking)에 관한 연구를 위해 약 직선이동시 10m/s의 시험속도가 요구되고 있은 실정이었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 요구조건에 맞추기 위해 발명된 것으로, 고무블럭 시편의 직선 구동시험이 가능하고 고무블럭 시편이 접하는 노면의 기울기를 변화시키면서 X, Y, Z축 방향의 힘과 모멘트를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 피드백 시스템을 통해 설정된 하중의 정확한 부가력이 가능하여 효과적으로 측정할 수 있는 고무시편 고속 마찰특성 시험기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 노면에 고무시편을 접촉 이동시키면서 하중을 가하여 고무시편의 마찰특성을 평가하는 시험기에 있어서, 상기 노면이 설치된 노면부와, 상기 노면부를 지지하는 메인 프레임, 상기 메인 프레임의 상단에 설치되는 상부 커버 및, 상기 상부 커버의 하단부에 장착되어 고무시편에 하중을 부가하는 하중 부가부로 이루어지되, 상기 하중 부가부는 고무시편이 부착되는 시편교체 지그와 로드셀을 구비한 이동부가 내부 선형모터에 의해 선형 가이드를 따라 이동되는 구조로 되어 있다.
이러한 본 발명에 따른 고무시편 고속 마찰특성 시험기는 측정하는 고무시편의 직선운동 시험이 가능하고 노면의 기울기 변화를 통해 X축, Y축, Z축 방향의 힘과 모멘트를 측정하면서 설정된 하중의 정확한 부가가 가능함에 따라 고무시편에 다양한 하중부가와 속도변화를 통해 고무시편 마찰 특성을 정확하게 측정 평가할 수 있도록 되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고무시편 고속마찰특성 시험기의 전체 사시도,
도 2는 도 1에서 하중 부가부의 전체 정면도,
도 3은 도 2의 저면도,
도 4는 도 3의 요부 사시도,
도 5는 도 4의 단면도,
도 6은 도 1에서 노면부를 지탱하는 지지부의 전체 정면도,
도 7a ~ 도 7c는 본 발명의 작동상태의 흐름을 보여주는 도면들이다.
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고무시편 고속마찰 특성 시험기 전체를 보여주는 사시도이다.
본 발명은 도면에 도시된 바와 같이 노면(1)에 고무시편(2)을 접촉 이동시키면서 하중을 가하여 고무시편의 마찰특성을 평가하는 시험기에 있어서, 상기 노면(1)이 장착되는 노면 장착부(3)와, 상기 노면 장착부(3)를 지지하는 메인 프레임(4), 상기 메인 프레임(4)의 상단에 설치되는 상부 커버(5) 및, 상기 상부커버(5)의 하단부에 장착되어 고무시편(2)에 하중을 부가하는 하중 부가부(6)로 이루어지되, 상기 하중 부가부(6)는 고무시편(2)이 부착되는 시편교체 지그(7)와 부가된 하중 검출용 3축 로드셀(8)을 구비한 이동부(9)가 내부 선형모터(10)에 의해 선형 가이드(11)를 따라 이동되는 구조로 되어 있다.
여기서 상기 하중 부가부(6)는 시편교체 지그(7)에 부착되는 고무시편(2)에 하중을 부가하기 위해 이동부(9) 내부에 공압 벨로우즈 실린더(12)를 갖추고 있으며(도 5 참조), 상기 이동부(9)의 하단에는 3축 방향의 하중과 모멘트 값을 연산할 수 있는 3축 로드셀(8)이 설치되어 있는데, 상기 3축 로드셀(8)들은 X축, Y축, Z축 방향의 하중과 모멘트를 검출할 수는 피에조 타입(Piezo type)으로 되어 있다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 하중 부가부(6)의 선형가이드(11)에는 여러 개의 자석(13)이 내장되고 이 선형가이드(11)를 따라 고무시편(2)이 부착된 이동부(9)를 내부 선형모터(10)에 의해 X축 방향으로 고속으로 안정되게 직선이동을 구현하도록 되어 있는데, 상기 이동부(9)의 속도와 하중 부가부(6)에서 고무시편(2)에 가해지는 하중 등은 공지의 제어시스템인 PLC 제어부를 통해 이루어지도록 되어 있다.
한편, 상기 노면 장착부(3)의 테스트용 노면(1)은 필요에 따라 아스팔트 노면, 콘크리트 노면, 요철노면, 습윤노면, 결빙노면 등으로 다양하게 교체하여 구현할 수 있다.
그리고 상기 노면 장착부(3)는 도 7a에 도시된 바와 같이 양쪽 선단에 설치된 2개의 전동 실린더(14)에 의해서 Z축 방향인 수직방향으로 이송하게 되는데, 이때 상기 전동 실린더(14)의 한쪽 가이드(15)가 선형가이드(16)를 따라 상하로 안정되게 이동된다.
또한, 상기 전동 실린더(14)들은 개별 동작을 통해 상기 노면(1)을 X축 방향의 기울기를 제공할 수 있으며, 상기 노면 장착부(3)의 중앙에 설치된 스크류 잭(17)은 2개의 힌지 포인트(18)를 매개로 노면(1)을 Y축 방향으로 기울기를 제공할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 본 발명의 작동상태를 도 7a ~ 도 7c를 통하여 설명한다.
먼저, 도 7a와 같이 고무시편(2)의 초기 시험위치에서는 상기 하중 부가부(6)의 이동부(9) 하단에 고무시편(2)을 시편교체 지그(7)에 장착하는데, 여기서 시험되는 고무시편(2)은 다양하게 교체하여 장착할 수 있음은 물론이다.
이어 상기 고무시편(2)이 하중 부가부(6)에 장착되면, 도 7b와 같이 전동 실린더(14)들의 작동으로 노면 장착부(3)가 선형 가이드(16)를 따라 상승하여 노면(1)이 고무시편(2)에 접촉되는바, 이때 상기 고무시편(2)에는 이동부(9)의 공압 벨로우즈 실린더(12)에 의하여 시험할 하중이 부가되고, 이 이동부(9)는 고무시편(2)을 노면(1)에 접촉시킨 상태에서 도 7c의 화살표 (가)방향을 따라 내부 선형모터(10)에 의해 이동부(9)가 (A) → (B)위치로 안정되고 신속하게 이동하게 되는바, 이때 이동속도는 앞서 말한 바와 같이 공지의 PLC 제어에 의해 다양한 속도변화를 구현하여 측정 평가할 수가 있다.
이 같은 본 발명에 따른 고무시편 고속 마찰특성 시험기는 시험 평가할 고무시편을 직선 구동으로 이동시키면서 시험이 가능하고 하중 부가부(6)에 설치된 3축 로드셀(8)들에 의해 X축, Y축, Z축 방향의 하중과 모멘트 값의 연산 검출이 가능하도록 노면(1)의 기울기 변화를 가지면서 정확한 시험을 반복할 수 있도록 되어 있다.
1 : 노면, 2 : 고무시편,
3 : 노면 장착부, 4 : 메인 프레임,
5 : 상부 커버, 6 : 하중 부가부,
7 : 시편교체 지그, 8 : 로드셀(Load cell),
9 : 이동부, 10 : 내부 선형모터,
11 : 선형가이드, 12 : 공압 벨로우즈 실린더,
13 : 자석, 14 : 전동 실린더,
15 : 가이드, 16 : 선형가이드,
17 : 스크류 잭, 18 : 힌지 포인트,
19a,19b,19c : 가이드.

Claims (7)

  1. 노면(1)에 고무시편(2)을 접촉 이동시키면서 하중을 가하여 고무시편의 마찰특성을 평가하기 위해 상기 노면(1)이 장착되는 노면 장착부(3)와, 상기 노면 장착부(3)를 지지하는 메인 프레임(4), 상기 메인 프레임(4)의 상단에 설치되는 상부 커버(5) 및, 상기 상부커버(5)의 하단부에 장착되어 고무시편(2)에 하중을 부가하는 하중 부가부(6)로 이루어지되, 상기 하중 부가부(6)는 고무시편(2)이 부착되는 시편교체 지그(7)와 부가된 하중 검출용 3축 로드셀(8)을 구비한 이동부(9)가 내부 선형모터(10)에 의해 선형 가이드(11)를 따라 이동되어 고무시편의 하중과 모멘트를 측정 평가하도록 이루어진 고무시편 고속 마찰특성 시험기에 있어서,
    상기 하중 부가부(6)의 선형가이드(11)에는 여러 개의 자석(13)이 내장되고 상기 선형가이드(11)를 따라 고무시편(2)이 부착된 이동부(9)를 내부 선형모터(10)에 의해 X축 방향으로 고속으로 안정되게 직선이동을 구현하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 노면 장착부(3)의 테스트용 노면(1)은 아스팔트 노면, 콘크리트 노면, 요철노면, 습윤노면, 결빙노면 등으로 다양하게 교체하여 적용되는 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 노면 장착부(3)는 양쪽 선단에 설치된 2개의 전동 실린더(14)에 의해서 Z축 방향인 수직방향으로 이송하게 되는데, 이때 상기 전동 실린더(14)의 한쪽 가이드(15)가 선형가이드(16)를 따라 상하로 안정되게 이동되는 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전동 실린더(14)들은 개별 동작을 통해 상기 노면(1)을 X축 방향의 기울기를 제공하는 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 노면 장착부(3)의 중앙에 설치된 스크류 잭(17)은 2개의 힌지 포인트(18)를 매개로 노면(1)을 Y축 방향으로 기울기를 제공하는 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하중 부가부(6)는 시편교체 지그(7)에 부착되는 고무시편(2)에 하중을 부가하기 위해 이동부(9) 내부에 공압 벨로우즈 실린더(12)를 갖춘 것을 특징으로 하는 고무시편 고속 마찰특성 시험기.
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