KR101470456B1 - 랙과 피니언 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고하중의 구조물을 잭업(jack up)하는 장치에 사용되는 랙과 피니언의 시험 장치에 관한 것이다. 본 발명의 시험장치는 프레임 상에서 직선 방향으로 이동 가능하게 지지되는 랙과, 상기 랙에 맞물리는 피니언을 시험하기 위한 장치로써; 상기 랙(R)의 일단부에 연결되어 유압에 의하여 이동하는 피스톤로드(22)가 랙을 직선 이동시킬 수 있는 유압실린더(20)와, 피니언(P)을 구동시킬 수 있는 회전력을 발생시키는 구동모터(40), 상기 구동모터의 회전을 감속시키는 감속기(42,44), 상기 감속기에 의하여 회전하고, 피니언과 동축의 회전축을 가지는 기어(46,48); 그리고 상기 회전축에 설치되어 토오크를 측정할 수 있는 토오크미터(50)를 포함하고 있다. 구동모터에 의한 피니언의 회전과 유압을 이용한 랙의 이동을 이용하여 랙과 피니언의 시험을 행한다.

Description

랙과 피니언 시험장치{Testing device for rack and pinion}

본 발명은 랙과 피니언 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고하중의 구조물의 잭업(jack up)을 위한 장치에 사용되는 랙과 피니언 시험장치에 관한 것이다.

직선형태를 가지는 랙과 원형의 기어인 피니언은, 회전운동을 직선 운동으로 변환하는 장치라고 할 수 있다. 그리고 이러한 랙과 피니언은 여러 가지 기술분야에서 널리 사용되고 있다. 그 중에서 선박과 같은 고하중의 물체 또는 구조물을 들어올리는(jack up) 경우에도 사용된다.

예를 들면 해상에서 구조물을 구축하는 작업을 수행하는 경우, 선박이 고정되지 않으면 선박에서 구조물을 설치하는 작업이 불가능하다. 이러한 경우 랙과 피니언을 이용하여 선박을 잭업하는 장치로 사용하게 된다. 그리고 선박과 같이 고하중의 구조물을 들어올리는 장치는 실제로 엄청난 하중으로 인하여 안전이 문제시 될 수 있기 때문에, 이러한 장치에 대한 정확한 시험은 필수적이라고 할 수 있다.

그러나 상술한 바와 같이 고하중의 구조물을 잭업하는 경우에 사용되는 랙은 그 길이가 수십미터에 이르는 등 대형의 구조물이어서 이에 대한 적절한 시험장치가 마련되어 있지 않다.

본 발명은 이와 같은 랙과 피니언에 대한 정확한 시험을 수행할 수 있는 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 고하중의 구조물을 잭업하는데 사용되는 랙과 피니언을 시험하기 위한 장치로써, 특히 간단하면서도 최대한 경량화될 수 있는 시험장치를 제공하는데 있다고 할 수 있다.

이와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 시험장치는 프레임 상에서 직선 방향으로 이동 가능하게 지지되는 랙과, 상기 랙에 맞물리는 피니언을 시험하기 위한 장치이고, 상기 랙의 일단부에 연결되어 유압에 의하여 이동하는 피스톤로드가 랙을 직선 이동시킬 수 있는 유압실린더와, 피니언을 구동시킬 수 있는 회전력을 발생시키는 구동모터, 상기 구동모터의 회전을 감속시키는 감속기, 상기 감속기에 의하여 회전하고, 피니언과 동축의 회전축을 가지는 기어; 그리고 상기 회전축에 설치되어 토오크를 측정할 수 있는 토오크미터를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 유압실린더 내부의 유압을 측정할 수 있는 유압게이지를 더 포함할 수 있다.

그리고 본 발명의 시험장치에서, 상기 기어는 상기 감속기에 의하여 회전하는 제1기어와, 상기 제1기어와 맞물리는 제2기어로 구성되고; 상기 피니언은 제1기어와 동축으로 연결되는 제1피니언과, 상기 제2기어와 동축으로 연결되는 제2피니언으로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 구동모터에서 발생하는 회전력에 대하여 충분한 감속을 위하여, 감속기는 다수 개로 구성하는 것이 바람직한데, 예를 들면 다수 개의 기어가 내장된 제1감속기와, 상기 제1감속기와 연결되고, 유성기어감속기로 구성될 수 있다.

또한 상기 랙의 이동방향을 따라 이를 가이드하기 위한 가이드수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 랙과 피니언 시험장치에 의하면, 고하중을 지지해야 하는 랙과 피니언에 대한 정확한 시험이 가능하게 되기 때문에, 실제로 선박 등과 같은 고하중의 구조물을 들기 위한 장치로써 정확한 검증이 가능하게 되는 장점을 기대할 수 있을 것이다.

그리고 상술한 바와 같은 본 발명에 의하면 상대적으로 간단한 구성을 가지면서도 아주 높은 토오크 및 힘을 인가할 수 있도록 구성되기 때문에, 시험장치로써도 최대한의 신뢰도를 확보하고 있음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시험장치의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 시험장치의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 시험장치의 배면도.
도 4는 본 발명에 의한 시험장치의 부분 평면도.
도 5는 본 발명의 랙의 가이드장치의 예를 보인 예시도.

다음에는 도면에 도시한 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시험장치는, 랙(R)과 피니언(P)을 시험하는 장치라고 할 수 있고, 랙(R)의 직선운동 및 피니언(P)의 회전운동 사이에서 힘의 관계 및 관련 토오크 등을 측정하는 것이라고 할 수 있다.

상기 랙(R)은 본 발명 시험장치의 프레임(10)에서 일정 구간 상부로 이격된 상태로 지지되고 있다. 그리고 상기 랙(R) 상에는 피니언(P)이 맞물려 있어서, 피니언(P)의 회전운동은 랙(R)의 직선운동으로 변환될 수 있다. 그리고 이러한 랙(R)의 직선 운동은 상술한 바와 같이 고하중의 구조물을 잭업시키는데 이용되는 것이라고 할 수 있다.

도시한 실시예에 있어서, 상기 피니언(P)은 한 쌍(Pa,Pb)으로 구성되고 있다. 그리고 상기 피니언(P)의 일측 단부에는 유압실린더(20)가 설치되어 있다. 유압실린더는 공급되는 유압을 구동원으로 하여 큰 힘을 발생시키는 것으로 알려져 있고, 유압의 출입에 의하여 피스톤로드(22)가 도면을 기준으로 할 때 좌우 방향으로 이동하게 된다. 그리고 상기 피스톤로드(22)는 죠인트(24)를 통하여 랙(R)의 일단부와 연결되어 있다. 따라서 상기 피스톤로드(22)의 수평방향의 이동에 의하여 상기 랙(R)도 동일하게 수평방향으로 이동하게 됨을 알 수 있다.

그리고 상기 랙(R) 상에는 피니언(P)이 맞물려 있어서, 상기 랙(R)의 직선운동은 상기 피니언(P)의 회전운동으로 전달될 것이다. 상술한 바와 같이 상기 피니언(P)은 한 쌍으로 구성되어 있으며, 각각의 피니언(Pa,Pb)은 베어링(32,34)에 의하여 원활한 회전이 가능하도록 지지되어 있다. 물론 상기 베어링(32,34)은 피니언(Pa,Pb)와 연결되는 중심축을 지지하게 된다.

본 발명의 시험장치는, 상기 피니언(Pa,Pb)을 회전시키기 위한 구동원으로써 구동모터(40)를 구비하고 있다. 상기 구동모터(40)의 출력은 출력축을 통하여 제1감속기(42) 및 제2감속기(44)로 전달되어 충분히 감속된다. 상기 제1감속기(42)는 다수 개의 기어로 구성되는 기어를 이용한 감속기이고, 제2감속기(44)는 높은 감속비를 얻을 수 있는 유성치차감속기이다. 상기 제1감속기(42) 및 제2감속기(44) 자체의 구성은 알려진 것이어서 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 본 발명의 시험장치에서 제1감속기(42) 및 제2감속기(44)를 통하여 높은 감속비를 가지도록 구동모터(40)의 출력을 감소시키는 것은, 상술한 바와 같이 본 발명의 시험 대상인 랙과 피니언이 고하중의 구조물을 들어올리는 장치에 사용되기 때문에, 높은 토오크를 가져야 하는 원래의 사용 환경에 대응하도록 하기 위한 것이라고 할 수 있다.

그리고 유성기어감속기로 구성되는 제2감속기(44)에서의 출력은 회전축을 통하여 제1기어(46)으로 전달된다. 여기서 제1기어(46)의 회전축은 제1피니언(Pa)를 회전시키게 된다. 이와 같은 구성은 상기 제1기어(46)와 제1피니언(Pa)를 동축으로 연결시키는 것에 의하여 연동하도록 하는 것도 가능하고, 제1기어(46)의 회전축을 제1피니언(Pa)의 회전축과 연결하여 연동하여 회전시키도록 구성하는 것도 가능하다.

그리고 상기 제1기어(46)는 제2기어(48)과 맞물려 있고, 상기 제2기어(48)의 회전축은 제2피니언(Pb)를 같이 회전시키게 된다. 도시한 실시예에서와 같이 제1기어(46) 및 제2기어(48)의 회전에 따라서, 제1피니언(Pa) 및 제2피니언(Pb)이 회전하게 되면, 이러한 피니언(P)의 회전력은 그 회전수에 대응하도록 랙(R)을 직선 운동시키게 된다.

다음에는 본 발명의 시험장치를 이용한 시험에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 유압실린더(20)의 동작에 의하여 피스톤로드(22)가 도면상 좌우 방향으로 움직임은 상술한 바와 같다. 예를 들어 상기 유압실린더(20) 내부로 출입하는 유압에 의하여, 피스톤로드(22)가 랙(R)을 미는 힘은 유압과 유압실린더 내부에서 유압의 압력을 받는 부분의 단면적에 의하여 계산될 수 있다. 그리고 상기 유압실린더(20)의 내부에 걸리는 유압은, 유압실린더(20)에 부착되는 압력게이지(도시 생략)에 의하여 측정될 수 있다. 따라서 상기 피스톤로드(22)가 랙(R)을 미는 힘은, 유압실린더(20) 내부에서 유압을 받는 부분의 단면적과 상기 압력게이지에서 측정된 압력의 곱으로 계산될 수 있을 것이다.

그리고 상기 구동모터(40)를 구동원으로 하여, 감속된 회전수를 가지고 상기 피니언(P)을 회전시키는 토오크는, 상기 제1기어(46)와 제1피니언(Pa) 또는 제2기어(48)와 제2피니언(Pb)를 연결하는 회전축에 부착되는 토오크미터에 의하여 측정될 수 있다. 도 4에서는 상기 제2기어(48)의 회전축에 설치되어 있는 토오크미터(50)에 의하여 제2기어(48) 및 제2피니언(Pb)의 회전축에 걸리는 토오크를 측정하는 것이 가능하다.

이와 같이 상기 구동모터(40)에 의하여 피니언(P)을 회전시키는 회전축에 걸리는 회전축의 토오크와, 유압실린더(20)의 피스톤로드(22)가 랙(R)을 미는 힘을 각각 측정할 수 있기 때문에, 본 발명의 시험장치를 이용하게 되면 랙(R)과 피니언(P)에 각각 작용하는 힘 및 이러한 힘들의 합력에 의한 랙(R)의 이동 등에 대한 측정이 가능하게 된다. 예를 들면 상기 랙(R)의 이동은, 유압실린더(20)가 랙(R)을 좌측으로 미는 힘과 구동모터(40)에 의하여 랙(R)이 우측으로 밀리는 힘의 차이에 대응하는 값으로 나타나게 될 것이다.

그리고 본 발명에서 측정하고자 하는 랙(R)은, 실제 장치에서 적용될 경우, 상하방향으로 아주 높은 높이를 가지고 설치된다. 예를 들면 수십미터 이상 백여미터 내외의 높이를 가질 수 있게 되는데, 이때 랙(R)은 자중에 의한 부하 또는 외력에 의한 부하로 인하여 휠 수도 있다. 따라서 시험장치에 있어서도 상기 랙(R)의 휨에 대한 변형을 방지할 수 있어야 하고, 이러한 변형까지도 고려하여 시험될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 5에는 이와 같은 것을 고려하여, 랙(R)이 정해진 방향으로 이동할 수 있는 가이드부재(60)를 설치하고 있다. 이러한 가이드부재(60)는 랙(R)의 양측면에 설치되는 것도 가능하고, 도시한 바와 같이 랙(R)의 삼면을 감싸도록 설치하는 것도 가능하다. 상기 가이드부재(60)는 프레임(10)에 의하여 지지되어야 하는 것은 당연하다.

여기서 상기 랙(R)의 일측 또는 약측에는 이동방향을 따라 다수개의 핀(Ra)을 직선상으로 설치하고, 상기 가이드부재(60)의 대응하는 부분에는 상기 핀(Ra)에 대응하는 가이드홈(62)을 형성할 수 있다. 이와 같은 가이드부재(60)에 의하여 직선운동하는 랙(R)은 정해진 경로를 따라 정확한 직선운동이 가능하게 될 것이다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 시험장치를 이용함으로써, 고하중의 구조물을 들어올리는 장치의 부품으로 사용되는 랙과 피니언을 충분히 테스트할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명은 유압실린더와 구동모터 및 감속기를 이용하여, 랙과 피니언에 걸리는 여러 가지 부하 및 이동량 등을 시험할 수 있도록 구성하는 것을 기본적인 기술적 요지로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 자명하다고 할 수 있다.

10 ..... 프레임
20 ..... 유압실린더
22 ..... 피스톤로드
32, 34 ..... 베어링
40 ..... 구동모터
42, 44 ..... 감속기
46 ..... 제1기어
48 ..... 제2기어
P ..... 피니언
R ..... 랙

Claims (5)

1. 프레임 상에서 직선 방향으로 이동 가능하게 지지되는 랙과, 상기 랙에 맞물리는 피니언을 시험하기 위한 장치로써;
   상기 랙의 일단부에 연결되어 유압에 의하여 이동하는 피스톤로드가 랙을 직선 이동시킬 수 있는 유압실린더와,
   피니언을 구동시킬 수 있는 회전력을 발생시키는 구동모터,
   상기 구동모터의 회전을 감속시키는 감속기,
   상기 감속기에 의하여 회전하고, 피니언과 동축의 회전축을 가지는 기어; 그리고
   상기 회전축에 설치되어 토오크를 측정할 수 있는 토오크미터를 포함하여 구성되는 랙과 피니언 시험장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기어는 상기 감속기에 의하여 회전하는 제1기어와, 상기 제1기어와 맞물리는 제2기어로 구성되고; 상기 피니언은 제1기어와 동축으로 연결되는 제1피니언과, 상기 제2기어와 동축으로 연결되는 제2피니언으로 구성되는 랙과 피니언 시험장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유압실린더 내부의 유압을 측정할 수 있는 유압게이지를 더 포함하는 랙과 피니언 시험장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 감속기는, 다수 개의 기어가 내장된 제1감속기와, 상기 제1감속기와 연결되고, 유성기어감속기로 구성되는 제2감속기를 포함하는 랙과 피니언 시험장치.
   
5. 제 3 항에 있어서, 상기 랙의 이동방향을 따라 이를 가이드하기 위한 가이드수단을 더 포함하여 구성되는 랙과 피니언 시험장치.
   
   
   
   
   
   
   

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