KR101528706B1 - 내치기어의 피로시험용 지그 - Google Patents

내치기어의 피로시험용 지그 Download PDF

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KR101528706B1
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고용서
심재호
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수원대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 하중을 측정하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 로드셀; 상기 로드셀 상에 고정되고, 상기 내치기어가 수직방향으로 움직이지 못하도록 장착되는 장착공간이 양측으로 개방되도록 형성되는 고정지그; 상기 내치기어의 내측에 기어 결합되는 피니언; 상기 피니언으로부터 양측으로 돌출되도록 마련되는 가동축; 및 상기 가동축의 양단에 고정되고, 상기 고정지그로부터 상방으로 연장되도록 마련되고, 가진기에 연결되어 상기 가진기로부터 가해지는 진동을 상기 가동축을 통해서 상기 피니언에 전달되도록 하는 가동지그;를 포함하도록 한 내치기어의 피로시험용 지그에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자동차의 자동미션 등에 사용되는 내치기어에 대한 피로 시험을 가능하도록 할 뿐만 아니라, 내치기어에 실제 사용 환경을 제공하도록 하여 내치기어에 대한 피로 시험의 정확도를 높이도록 하고, 피로 시험이 용이하면서 안정적으로 수행되도록 한다.

Description

내치기어의 피로시험용 지그{Jig for fatigue test of annulus gear}
본 발명은 내치기어의 피로시험용 지그에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 자동미션 등에 사용되는 내치기어에 대한 피로 시험을 가능하도록 하는 내치기어의 피로시험용 지그에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 동력 전달을 위하여, 다양한 종류의 기어들이 사용되는데, 이러한 기어들은 자동차의 성능 유지와 안전한 운행을 위하여 피로 신뢰성의 확보가 매우 중요하며, 이러한 중요성으로 인해 피로 시험을 거치게 된다.
이와 같은 기어에 대한 피로 시험은 자동차의 경우 뿐만 아니라, 다양한 분야에 사용되는 기어들에도 마찬가지로 적용되는데, 기어의 피로 시험시 기어는 지그에 고정된다.
종래의 기어 피로 시험용 지그에 대한 기술로는 한국공개특허 제10-2008-0019825호의 "기어의 피로 강도 시험용 지그"가 제시된 바 있는데, 이는 기어의 피로 강도를 시험하기 위해 기어를 고정하는 지그에 있어서, 직육면체 형태로 형성되고 서로 일정 거리 이격되어 설치되고 전단부 일측에 쐐기 형태의 고정구가 돌출 형성되는 한 쌍의 주지그, 직육면체 형태로 형성되고 상기 주지그의 전단부에 형성된 고정구의 일측에 근접하여 설치되는 보조 지그를 포함한다.
한편 기어 중에서 자동차의 자동미션 등에 사용되는 내치기어(annulus gear)는 내치가 피니언과의 미끄럼 마찰을 하게 됨으로써 피로에 대한 신뢰성이 중요한데, 도 1에 도시된 바와 같이, 내치기어(10)는 일례로 내주면을 따라 내치(11)가 다수로 배열되도록 형성되어, 자동차의 자동미션에 사용시 피니언에 치결합될 수 있도록 하고, 테두리의 외주면을 따라 외치(12,13)가 다수로 배열되도록 형성된다.
이와 같은 내치기어에 대한 피로 시험을 위해서는 지그에 설치되어야 하는데, 상기한 종래 기술을 비롯하여, 기존의 기어 피로 시험용 지그로는 이러한 내치기어에 대한 피로 시험에 사용할 수 없는 문제점을 가지고 있었다. 따라서 내치기어에 대한 피로 시험용 지그의 개발이 필요하게 되었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 자동차의 자동미션 등에 사용되는 내치기어에 대한 피로 시험을 가능하도록 하고, 내치기어에 대한 피로 시험의 정확도를 향상시키며, 피로 시험이 용이하면서 안정적으로 수행되도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 내치기어에 대한 피로 시험을 위한 지그에 있어서, 하중을 측정하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 로드셀; 상기 로드셀 상에 고정되고, 상기 내치기어가 수직방향으로 움직이지 못하도록 장착되는 장착공간이 양측으로 개방되도록 형성되는 고정지그; 상기 내치기어의 내측에 기어 결합되는 피니언; 상기 피니언으로부터 양측으로 돌출되도록 마련되는 가동축; 및 상기 가동축의 양단에 고정되고, 상기 고정지그로부터 상방으로 연장되도록 마련되고, 가진기에 연결되어 상기 가진기로부터 가해지는 진동을 상기 가동축을 통해서 상기 피니언에 전달되도록 하는 가동지그;를 포함하는 내치기어의 피로시험용 지그가 제공된다.
상기 로드셀이 상면에 고정되고, 상기 가진기가 포스트에 의해 상기 로드셀의 직상방에 설치되도록 하며, 시험에 관련된 장치의 설치를 위한 설치레일이 상기 로드셀의 주위에 다수로 형성되는 지그테이블을 더 포함할 수 있다.
상기 고정지그는, 상기 로드셀 상에 결합되는 베이스부재; 및 상기 베이스부재 상에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 장착공간을 중심으로 양측으로 분할되어 서로 착탈 가능하게 결합됨으로써 상기 장착공간을 형성하는 장착홈이 서로 대향되도록 형성되며, 상기 가동지그와의 간섭을 회피하도록 회피홈이 각각 형성되는 한 쌍의 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 장착홈은, 내치기어의 일부를 분할한 한 쌍의 시편이 내치를 서로 대향하도록 포개어져서 장착되며, 시편의 테두리를 지지하기 위한 걸림부가 형성될 수 있다.
상기 가동지그는, 상기 가동축의 양단에 각각 고정되어 상기 회피홈 내에 위치하는 한 쌍의 연결편; 상기 고정지그로부터 상방으로 돌출되는 상기 연결편의 상단 각각을 서로 연결시키는 연결축; 상기 연결축에 삽입되어 상기 연결편 사이에 고정되는 연결블록; 및 상기 연결블록의 상단에 상기 가진기의 진동팁에 결합되도록 마련되는 가진기결합부;를 포함할 수 있다.
상기 가동축은, 상기 피니언에 관통하도록 삽입되고, 상기 내치기어의 내치와 상기 피니언의 외치가 비스듬하게 경사를 이루도록 형성됨으로써, 상기 내치기어가 상기 피니언에 의해 진동시 일방향으로 이동하는 것을 억제하도록 상기 내치기어의 일측에 스토퍼가 축방향으로 이동이 억제되도록 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 내치기어의 피로시험용 지그에 의하면, 자동차의 자동미션 등에 사용되는 내치기어에 대한 피로 시험을 가능하도록 할 뿐만 아니라, 내치기어에 실제 사용 환경을 제공하도록 하여 내치기어에 대한 피로 시험의 정확도를 높이도록 하고, 피로 시험이 용이하면서 안정적으로 수행되도록 한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 내치기어의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그의 내부가 보이도록 일부 구성을 생략하여 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그에서 내치기어의 시편을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그의 내부에 시편이 장착된 모습을 도시한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어의 피로시험용 지그를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 내치기어(annulus gear)의 피로시험용 지그(100)는 로드셀(load cell; 110), 고정지그(120), 피니언(pinion; 130), 가동축(140) 및 가동지그(150)를 포함할 수 있다.
로드셀(110)은 하중을 측정하여 전기적 신호로 변환하여 출력하고, 상면에 고정지그(120)가 설치될 수 있다. 로드셀(110)은 안정적인 설치를 위하여, 지그테이블(160)의 상면에 고정될 수 있다.
지그테이블(160)은 가진기(200)가 다수의 포스트(161)에 의해 로드셀(110)의 직상방에 설치되도록 하며, 피로 시험에 관련된 장치의 설치를 위한 설치레일(162)이 로드셀(110)의 주위에 다수로 형성될 수 있다. 여기서 설치레일(162)은 시험 관련 장치에 마련되거나 이에 결합되는 지지대 등이 수평방향으로 슬라이딩 가능하도록 결합되도록 상부의 입구가 하부의 내측보다 좁은 폭을 가지도록 형성될 수 있고, 일단이 개방되도록 형성될 수 있으며, 로드셀(110)이 지나는 가상의 수평선을 기준으로 그 양측에 나란하도록 다수로 배열되도록 형성될 수 있다.
한편 가진기(200)는 예컨대 수직방향으로 진동을 인가하는 리니어 액츄에이터가 사용될 수 있는데, 이를 위해 일례로서 유도코일에 발생되는 전자기장의 변화를 통해 수직방향으로 진동을 가하도록 구성될 수 있으며, 이렇게 발생된 진동을 하방으로 수직되게 설치되는 진동팁(210)을 통해서 가동지그(150)에 전달할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 고정지그(120)는 로드셀(110) 상에 고정되고, 내치기어가 수직방향으로 움직이지 못하도록 장착되는 장착공간이 양측으로 개방되도록 형성된다. 고정지그(120)는 일례로 베이스부재(121)와 고정부재(122)를 포함할 수 있다.
베이스부재(121)는 로드셀(110) 상에 결합되는데, 이를 위해 본 실시례에서처럼 로드셀(110)의 상면에 마련되는 제 1 결합부(111)에 결합되도록 저면에 제 2 결합부(121a)가 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 결합부(111,121a)는 나사 결합 구조를 가지거나, 억지 끼움, 볼트 체결 또는, 핀 체결 등을 비롯하여, 다양한 방식에 의해 베이스부재(121)와 로드셀(110)이 서로 결합되도록 할 수 있다.
고정부재(122)는 한 쌍으로 이루어질 수 있으며, 베이스부재(121) 상에 착탈 가능하게 결합될 수 있고, 장착공간을 중심으로 양측으로 분할되어 서로 착탈 가능하게 결합됨으로써 장착공간을 형성하는 장착홈(122a)이 서로 대향되도록 형성되며, 가동지그(150)와의 간섭을 회피하도록 회피홈(122b)이 각각 형성될 수 있다. 여기서 장착홈(122a)은 내치기어를 수용하면서도 내치기어가 상하방향으로 이동하는 것을 억제하도록 곡률을 이루도록 형성될 수 있고, 도 5에서와 같이 내주면에 내치(11)가 형성되는 내치기어의 일부를 분할한 한 쌍의 시편(14)이 내치(11)를 서로 대향하도록 포개어져서 장착되도록 할 수 있다.
장착홈(122a)은 시편(14)의 일측 테두리를 지지하기 위한 걸림부(122d)가 형성될 수 있다. 또한 회피홈(122b)은 후술하게 될 가동지그(150)의 연결편(151) 각각이 위치하도록 고정부재(122)마다 한 쌍씩 형성될 수 있다. 따라서 연결편(151)은 고정부재(122) 사이에 형성되는 회피홈(122b) 내에 고정부재(122)와 간극을 가지도록 위치함으로써 진동을 전달하도록 유동할 수 있도록 한다.
고정부재(122)는 베이스부재(121)와의 결합을 위하여, 베이스부재(121)에 형성되는 체결홀(121b)에 볼트 등의 체결부재로 체결되도록 체결홀(미도시)이 저면에 형성될 수 있으며, 서로 간에 볼트 등의 체결부재로 체결되도록 체결홀(122c)이 형성될 수 있다.
피니언(130)은 내치기어, 예컨대 시편(14)의 내측에 기어 결합되는데, 시편(14)의 내치가 비스듬하게 경사지도록 형성되는 점과, 내치기어와 함께 실제로 사용되는 피니언의 외치도 비스듬하게 경사진 점을 고려하여, 자신의 외치도 비스듬하게 경사지도록 형성될 수 있다. 여기서 피니언(130)과 시편(14)의 기어 결합은 이들 간의 미끄럼 마찰도 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
가동축(140)은 피니언(130)으로부터 양측으로 돌출되도록 마련되는데, 예컨대 피니언(130)에 관통하도록 삽입됨으로써 피니언(130)에 고정될 수 있고, 내치기어의 내치와 피니언(130)의 외치가 비스듬하게 경사를 이루도록 형성됨으로써, 내치기어, 예컨대 시편(140)이 피니언(130)에 의해 진동시 일방향으로 이동하는 것을 억제하도록 내치기어, 예컨대 시편(140)의 일측에 스토퍼(142)가 걸림턱, 끼움구조 또는 스페이서 등에 의해 축방향으로 이동이 억제되도록 설치될 수 있다.
가동지그(150)는 가동축(140)의 양단에 고정되고, 고정지그(120)로부터 상방으로 연장되도록 마련되며, 가진기(200)에 연결되어 가진기(200)로부터 가해지는 진동을 가동축(140)을 통해서 피니언(130)에 전달되도록 한다.
가동지그(150)는 피니언(130)에 진동을 인가하도록 다양한 구조를 가질 수 있는데, 예컨대 한 쌍으로 이루어져서 가동축(140)의 양단에 각각 고정되어 회피홈(122b) 내에 위치하는 연결편(151)과, 고정지그(120)로부터 상방으로 돌출되는 연결편(151)의 상단 각각을 서로 연결시키는 연결축(152)과, 연결축(152)에 삽입되어 연결편(151) 사이에 고정되는 연결블록(153)과, 연결블록(153)의 상단에 가진기(200)의 진동팁(210)에 결합되어 가진기(200)로부터 진동을 제공받도록 마련되는 가진기결합부(154)를 포함할 수 있다. 여기서, 연결편(151)은 하부와 상부에 가동축(140)과 연결축(152) 각각이 너트(141,152a)로 체결되어 고정되기 위한 체결홀(152a)이 각각 형성될 수 있다. 연결블록(153)은 연결축(152)이 삽입되어 결합되도록 결합홀(153a)이 형성될 수 있다. 가진기결합부(154)는 일례로 가진기(200)의 진동팁(210)이 나사 결합될 수 있으며, 이에 한하지 않고, 볼트 등의 체결부재 등을 사용하여 가진기(200)의 진동팁(210)에 결합될 수도 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 내치기어의 피로시험용 지그의 작용을 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 고정지그(120)에서 고정부재(122)의 분리에 의해 장착공간이 개방되도록 한 상태에서, 장착공간을 이루는 장착홈(122a) 내에 내치기어를 이루는 시편(14)을 장착한 다음, 피니언(130)이 시편(14)의 내치(11)에 기어 결합되도록 한 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 고정지그(120)의 조립을 마침과 아울러, 가동축(140)과 함께 가동지그(150)의 조립을 마친다.
그런 다음, 가진기(200)의 구동에 의해 가진기(200)로부터 진동팁(210)을 통해서 가동지그(150)에 진동을 인가하면, 가동지그(150)에 인가된 진동이 가동축(140)과 피니언(130)을 통해서 시편(14)에 인가되도록 한다.
시편(14)에 진동이 인가되면, 시편(14)이 고정된 고정지그(120)를 통해서 로드셀(110)에 하중이 인가되는데, 로드셀(110)은 하중의 크기에 상응하는 전기적 신호를 피로 시험 시스템의 제어부(미도시)로 출력한다. 이때 제어부는 정해진 프로세스에 따라 로드셀(110)의 전기적 신호로부터 인가 하중의 크기, 진동의 주파수, 변위 등의 데이터를 산출할 수 있도록 한다. 또한 제어부는 획득한 데이터로부터 피로 시험 대상인 내치기어의 피로도를 미리 정해진 연산에 의해 얻을 수 있도록 한다. 예컨대 가진기(200)에 의해 시편(14)에 대하여, 설정된 회수, 일례로 2,000,000회의 진동을 가하도록 설정한 경우, 이러한 진동이 시편(14)에 인가될 경우 제어부는 로드셀(110)을 이용하여 획득되는 내치기어에 가해지는 하중, 진동의 주파수 또는 변위 등의 값으로부터, 시편(140)에 대한 피로도를 산출할 수 있도록 하는데, 이들 값과 산출된 피로도 등을 제어부의 제어신호를 수신받는 디스플레이부나 출력장치 등을 통해서 확인할 수 있도록 하며, 나아가서 이들 값이 설정된 범위를 벗어나는 경우 크랙(crack)이 발생한 것으로 판단할 수 있고, 이들 값이 설정된 범위를 벗어난 정도에 따라 크랙 발생 정도를 진단할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 내치기어의 피로시험용 지그에 의하면, 자동차의 자동미션 뿐만 아니라 다양한 분야에 사용되는 내치기어에 대한 피로 시험을 가능하도록 할 뿐만 아니라, 내치기어에 실제 사용 환경을 제공하도록 하여 내치기어에 대한 피로 시험의 정확도를 높이도록 하고, 피로 시험이 용이하면서 안정적으로 수행되도록 한다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 내치기어 11 : 내치
12,13 : 외치 14 : 시편
110 : 로드셀 111 : 제 1 결합부
120 : 고정지그 121 : 베이스부재
121a : 제 2 결합부 121b : 체결홀
122 : 고정부재 122a : 장착홈
122b : 회피홈 122c : 체결홀
122d : 걸림부 130 : 피니언
140 : 가동축 141 : 너트
142 : 스토퍼 150 : 가동지그
151 : 연결편 151a : 체결홀
152 : 연결축 152a : 너트
153 : 연결블록 153a : 결합홀
154 : 가진기결합부 160 : 지그테이블
161 : 포스트 162 : 설치레일
200 : 가진기 210 : 진동팁

Claims (6)

  1. 내치기어에 대한 피로 시험을 위한 지그에 있어서,
    하중을 측정하여 전기적 신호로 변환하여 출력하는 로드셀;
    상기 로드셀 상에 고정되고, 상기 내치기어가 수직방향으로 움직이지 못하도록 장착되는 장착공간이 양측으로 개방되도록 형성되는 고정지그;
    상기 내치기어의 내측에 기어 결합되는 피니언;
    상기 피니언으로부터 양측으로 돌출되도록 마련되는 가동축; 및
    상기 가동축의 양단에 고정되고, 상기 고정지그로부터 상방으로 연장되도록 마련되고, 가진기에 연결되어 상기 가진기로부터 가해지는 진동을 상기 가동축을 통해서 상기 피니언에 전달되도록 하는 가동지그;를 포함하고,
    상기 고정지그는,
    상기 로드셀 상에 결합되는 베이스부재; 및
    상기 베이스부재 상에 착탈 가능하게 결합되고, 상기 장착공간을 중심으로 양측으로 분할되어 서로 착탈 가능하게 결합됨으로써 상기 장착공간을 형성하는 장착홈이 서로 대향되도록 형성되며, 상기 가동지그와의 간섭을 회피하도록 회피홈이 각각 형성되는 한 쌍의 고정부재;를 포함하는, 내치기어의 피로시험용 지그.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드셀이 상면에 고정되고, 상기 가진기가 포스트에 의해 상기 로드셀의 직상방에 설치되도록 하며, 시험에 관련된 장치의 설치를 위한 설치레일이 상기 로드셀의 주위에 다수로 형성되는 지그테이블을 더 포함하는, 내치기어의 피로시험용 지그.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장착홈은,
    내치기어의 일부를 분할한 한 쌍의 시편이 내치를 서로 대향하도록 포개어져서 장착되며, 시편의 테두리를 지지하기 위한 걸림부가 형성되는, 내치기어의 피로시험용 지그.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동지그는,
    상기 가동축의 양단에 각각 고정되어 상기 회피홈 내에 위치하는 한 쌍의 연결편;
    상기 고정지그로부터 상방으로 돌출되는 상기 연결편의 상단 각각을 서로 연결시키는 연결축;
    상기 연결축에 삽입되어 상기 연결편 사이에 고정되는 연결블록; 및
    상기 연결블록의 상단에 상기 가진기의 진동팁에 결합되도록 마련되는 가진기결합부;
    를 포함하는, 내치기어의 피로시험용 지그.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동축은,
    상기 피니언에 관통하도록 삽입되고, 상기 내치기어의 내치와 상기 피니언의 외치가 비스듬하게 경사를 이루도록 형성됨으로써, 상기 내치기어가 상기 피니언에 의해 진동시 일방향으로 이동하는 것을 억제하도록 상기 내치기어의 일측에 스토퍼가 축방향으로 이동이 억제되도록 설치되는, 내치기어의 피로시험용 지그.
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