KR101552053B1 - 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치 - Google Patents

의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치 Download PDF

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오현웅
전수현
권성철
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조선대학교산학협력단
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Abstract

개시된 본 발명에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치는, 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 배치되는 것으로써, 의탄성 형상기억합금 재질로 형성되며 중공부를 구비하는 링형상의 메쉬 와셔 절연체(10), 일측면에 메쉬 와셔 절연체(10)의 상부 일부가 삽입되는 상단 접속홈(23)을 구비하며 타측면이 탑재장비(60)와 대면하도록 체결되는 상부 구속체(20), 일측면에 메쉬 와셔 절연체(10)의 하부 일부가 삽입되는 하단 접속홈(32)을 구비하며 타측면이 주 구조물(70)과 대면하도록 체결되는 하부 구속체(30), 및 메쉬 와셔 절연체(10)가 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 삽입되었을 때, 메쉬 와셔 절연체(10)의 움직임을 구속하기 위해 메쉬 와셔 절연체(10)를 가압하면서 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 일측면 각각에 체결되는 한 쌍의 구속 브래킷(40)을 포함한다.

Description

의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치{APPARATUS FOR MULTI-AXIS VIBRATION ISOLATION USING PSEUDO-ELASTIC SHAPE MEMORY ALLOY MESH WASHER}
본 발명은 진동 및 충격에 취약한 탑재장비를 보호하기 위해 탑재장비와 주 구조물 사이에 설치되는 진동 절연 장치에 관한 것이다.
항공기, 발사체, 인공 위성 등은 이륙 및 비행과 같은 임무 수행 중에 많은 진동과 충격을 겪게 되며, 이러한 진동 및 충격이 탑재장비에 그대로 전달될 경우 파손 또는 오작동을 초래할 수 있어 임무수행에 막대한 영향을 끼치게 된다.
진동 및 충격에 민감한 장비나 탑재체의 절연을 위해 다양한 방식의 진동절연 시스템이 도입되고 있다. 일반적으로 전자장비와 탑재구조물 사이에 고무소재의 점탄성소재를 이용한 절연계를 적용하여 외부로부터 전달되는 진동과 충격을 방지하지만, 이 절연계는 소재 자체의 강성이 작아 큰 하중 및 충격이 가해질 경우 소재 자체에 파손이 발생하고 절연성능이 떨어져 원하는 절연성능을 얻지 못하게 되며, 절연계의 특성이 온도에 의존적이다.
따라서 스테인리스 스틸, 알루미늄과 같은 일반 금속 와이어로 메쉬 부품을 제작하여 사용되고 있으나 마찬가지로 큰 하중이 가해지면 와이어 자체의 소성 변형으로 인해 원래의 형태로 돌아오지 않아 재사용이 불가능하며 절연효과가 떨어지는 단점이 존재한다.
상기의 단점을 보완하기 위해 하기 선행특허문헌에는 큰 변위에도 소성변형을 일으키지 않고 진동절연성능이 뛰어난 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체가 개시된다. 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체를 적용하게 되면 의탄성 거동에 의한 응력에 의한 상변화 효과에 의해 자체적으로 진동 및 충격에너지를 소산시켜 우수한 절연 성능을 보유할 수 있게 되며, 일반 사용 절연계에 비해 작은 질량을 보유하면서 큰 변위에도 소성변형을 일으키지 않고 파손이 발생하지 않아 큰 충격을 효과적으로 절연할 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 선행특허에 개시된 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체는 체결류와 탑재장비 사이에 절연와셔의 개념으로 적용되기 때문에 탑재장비를 고정하기 위한 체결 토오크 값이 커지면 초기 압축변위증가에 따른 강성증가, 탄성범위 축소 등으로 인해 절연성능이 떨어지는 문제점이 있으며, 또한 주로 축 방향에서만 진동절연이 되는 단점이 존재한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0058958호(2011.06.02. 공개)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 기존의 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체를 적용하되 본래의 메쉬 와셔 절연체의 절연 성능을 저하시키지 않으면서 3축 및 이에 대한 회전방향 등 다축에서 전달되는 진동 및 충격을 효과적으로 절연시키도록 하는 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치는, 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 배치되는 것으로써, 의탄성 형상기억합금 재질로 형성되며, 중공부를 구비하는 링형상의 메쉬 와셔 절연체(10); 일측면에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 상부 일부가 삽입되는 상단 접속홈(23)을 구비하며, 타측면이 상기 탑재장비(60)와 대면하도록 체결되는 상부 구속체(20); 일측면에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 하부 일부가 삽입되는 하단 접속홈(32)을 구비하며, 타측면이 상기 주 구조물(70)과 대면하도록 체결되는 하부 구속체(30); 및, 상기 메쉬 와셔 절연체(10)가 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 삽입되었을 때, 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 움직임을 구속하기 위해 상기 메쉬 와셔 절연체(10)를 가압하면서 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 일측면 각각에 체결되는 한 쌍의 구속 브래킷(40)을 포함한다.
상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)의 폭과 원호의 길이는, 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 일부가 끼움결합될 수 있도록 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 폭과 원호의 길이와 대응되도록 형성된다.
상기 탑재장비(60)와 대면하는 상기 상부 구속체(20)의 타측면은, 상기 탑재장비(60)와 접촉하는 면적을 최소화하도록 단턱지게 형성된다.
상기 한 쌍의 구속 브래킷(40) 각각은 중앙부에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 중공부 상하부 표면을 일부 수용하면서 가압하는 메쉬 와셔 구속홈(42)이 형성되고, 상기 메쉬 와셔 구속홈(42) 양측에 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)와 볼트 체결하기 위한 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)가 형성된다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치는, 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔가 적용됨으로써, 일반적으로 사용하는 저강성의 고무 또는 탄성중합체 소재를 사용한 와셔에 비해 큰 하중에 대해서도 소재 자체의 파손 없이 영구적인 사용이 가능하여, 기존 소재를 적용한 경우보다 더 뛰어난 절연 효과를 생성할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 메쉬 와셔 절연체가 종래와 같이 탑재장비와 주 구조물 사이에 절연와셔처럼 직접적으로 적용되지 않고, 메쉬 와셔 절연체의 원주방향의 상하부 일부가 상하부 구속체에 구비된 접속홈에 삽입되고 이 상하부 구속체가 탑재장비 및 주 구조물에 체결되기 때문에, 체결류의 토크 값이 커지면서 메쉬 와셔 절연체의 초기압축변위증가에 따른 강성증가, 탄성범위 축소 등의 단점을 해결할 수 있어, 본래의 메쉬 와셔 절연체의 절연 성능을 유지할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 3축 및 이에 대한 회전방향 등 다축에서의 진동 및 충격을 획기적으로 절연할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치의 사시도,
도 2는 도 1의 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치의 분해도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치가 탑재장비와 주 구조물 사이에 조립된 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치의 사시도 및 분해도를 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치(1)는, 메쉬 와셔 절연체(10), 상부 구속체(20), 하부 구속체(30) 및 한 쌍의 구속 브래킷(40)을 포함한다.
메쉬 와셔 절연체(10)는 의탄성 형상기억합금의 특성을 지니는 의탄성 형상기억합금 와이어를 메쉬 형태로 직조한 후 압착 공정을 거쳐 와셔형태로 제작된다. 의탄성 형상기억합금 재질의 메쉬 와셔 절연체(10)는 의탄성 거동에 의한 응력에 의한 상변화 효과에 의해 자체적으로 진동 및 충격에너지를 소산시켜 우수한 절연 성능을 보유할 수 있게 되며, 일반 사용 절연계에 비해 작은 질량을 보유하면서 큰 변위에도 소성변형을 일으키지 않고 파손이 발생하지 않아 큰 충격을 효과적으로 절연할 수 있는 장점을 갖는다. 이러한 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체(10)는 전술한 선행특허에 상세하게 기재되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도시된 바와 같이 메쉬 와셔 절연체(10)는 가운데에 중공부가 형성된 링 형상을 갖게 된다.
상부 구속체(20)는 일측면의 중앙부에 메쉬 와셔 절연체(10)의 상부 일부가 삽입되는 상단 접속홈(23)을 구비하며, 타측면이 상기 탑재장비(60)와 대면하도록 위치하여 탑재장비(60)에 체결된다. 한편, 상부 구속체(20)의 타측면의 중앙부에는 탑재장비 체결부(21)가 형성되는데, 이 탑재장비 체결부(21)에 체결부재(50-1, 도3 참조)가 삽입되어 상부 구속체(20)를 탑재장비(60)에 체결하게 된다.
상부 구속체(20)의 상단 접속홈(23) 양측에는 상부 구속체 홀(22, 22-1)이 관통되게 형성되는데, 이 상부 구속체 홀(22, 22-1)은 후술할 구속 브래킷(40)의 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)와 대응되는 위치에 형성되어, 체결부재(50)가 상기 상부 구속체 홀(22, 22-1)과 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)에 삽입되어 상부 구속체(20)와 구속 브래킷(40)을 체결하게 된다.
하부 구속체(30) 역시 일측면의 중앙부에 메쉬 와셔 절연체(10)의 하부 일부가 삽입되는 하단 접속홈(32)을 구비하며, 타측면이 상기 주 구조물(70)과 대면하도록 위치하여 주 구조물(70)에 체결된다.
하부 구속체(30)의 하단 접속홈(32) 양측에는 하부 구속체 홀(33, 33-1)이 관통되게 형성되는데, 이 하부 구속체 홀(33, 33-1)은 상기 구속 브래킷(40)의 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)과 대응되는 위치에 형성되어, 체결부재(50)가 상기 하부 구속체 홀(33, 33-1)과 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)에 삽입되어 하부 구속체(30)와 구속 브래킷(40)을 체결하게 된다. 하부 구속체 홀(33, 33-1)의 측부 즉, 하부 구속체(30)의 양측단에는 주 구조물 체결부(31, 31-1)가 형성되며, 이 주 구조물 체결부(31, 31-1)에 체결부재(50-2, 도3 참조)가 삽입되어 하부 구속체(30)를 주 구조물(70)에 체결하게 된다.
상기 각각의 체결부재(50, 50-1, 50-2)는 특정의 구조에 한정되지 않는다. 즉, 체결부재는 홀을 관통하여 단부가 너트와 결합하는 체결볼트의 구조를 갖거나 또는 홀에 형성된 암나사산과 결합하는 수나사산이 형성된 구조를 가질 수 있으며, 체결을 위한 것이면 특정의 구조에 한정되지 않는다.
한편, 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)은 일정 폭을 가지며 그 단면이 원호 형상을 갖는데, 이 일정 폭과 원호의 길이는 메쉬 와셔 절연체(10)의 그것과 대응되는 크기 및 형상을 갖는다. 따라서, 상기 상단 및 하단 접속홈(23, 32)은 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 상부 및 하부 일부가 삽입되어 안착되게 된다. 여기서 상단 및 하단 접속홈(23, 32)과 메쉬 와셔 절연체(10)의 폭과 원호의 길이가 대응되도록 형성된다는 의미는 정확히 일치하는 것을 의미하는 것이 아니라, 메쉬 와셔 절연체(10)가 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 끼움결합 되거나 삽입되어 유동되지 않도록 형성되는 것을 의미한다. 이렇게 메쉬 와셔 절연체(10)가 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 끼움 결합 되어 유동되지 않도록 함으로써 다축 진동 절연 장치(1)의 조립시 견고하게 조립되게 된다.
또한, 탑재장비(60)와 대면하는 상부 구속체(20)의 타측면은, 탑재장비(60)와 접촉하는 면적을 최소화하도록 단턱지게 형성된다. 따라서, 도시된 바와 같이 상부 구속체(20)의 타측면은 탑재장비 체결부(21)가 형성되는 중앙부가 상대적으로 높은 위치에 형성되고, 상부 구속체 홀(22, 22-1)이 형성되는 양측부는 상대적으로 낮은 위치에 형성되며, 탑재장비 체결부(21)가 형성되는 중앙부만이 탑재장비(60)에 접촉하게 된다. 이렇게 탑재장비 체결부(21)가 형성되는 중앙부를 상대적으로 높게 형성하도록 하고 탑재장비(60)에 접촉하는 면을 최소화 함으로써, 탑재장비(60)와 결합시 체결볼트(50)의 삽입 피치를 크게 할 수 있어 보다 견고하게 결합할 수 있게 된다.
한 쌍의 구속 브래킷(40)은 메쉬 와셔 절연체(10)가 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 삽입되었을 때, 메쉬 와셔 절연체(10)의 움직임을 구속하기 위해 상기 메쉬 와셔 절연체(10)를 가압하면서 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30) 각각에 체결된다.
구속 브래킷(40) 각각은 중앙부에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 중공부 상하부 표면을 일부 수용하면서 가압하는 메쉬 와셔 구속홈(42)이 형성되고, 상기 메쉬 와셔 구속홈(42) 양측에 상부 및 하부 구속체(20, 30)와 볼트 체결하기 위해 전술한 상부 구속체 홀(22, 22-1) 및 하부 구속체 홀(33, 33-1)과 대응되는 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)가 형성된다. 따라서, 구속 브래킷(40)은 메쉬 와셔 구속홈(42)이 메쉬 와셔 절연체(10) 내주면의 위, 아래를 각각 압축시키며, 체결부재(50)에 의해 상부 및 하부 구속체(20,30)에 각각 견고하게 결합된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치(1)가 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 장착되어 있는 형상을 나타낸다.
도시된 바와 같이 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치(1)는 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 장착되는데, 이에 의해 주 구조물(70)을 통하여 탑재장비(60)로 전달되는 3축 및 그에 대한 회전방향 등 다축에서의 진동 및 충격을 흡수 및 차단시키게 된다.
따라서, 상기 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치(1)는 상기 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 삽입하여 체결됨으로써, 항공기, 발사체, 인공 위성 등의 비행체에서 이륙 및 비행과 같은 임무 수행 중에 발생하는 많은 진동 및 충격으로 인한 탑재장비의 오작동 또는 파손을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 의탄성 형상기억합금 소재를 이용하여 제작된 상기 메쉬 와셔 절연체(10)를 적용하기 때문에 소성 변형 없이 장시간 사용이 가능하며, 상기 메쉬 와셔 절연쳬(10)는 종래의 상용 절연와셔와 적용방식이 상이하기 때문에 체결부재 토오크 값이 커질 때 압축변위 증가로 인한 강성증가, 탄성범위 축소 등 절연효율이 저하되는 단점을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔 절연체의 적절한 배치에 따라 원하는 방향성분의 진동절연이 가능한 장점을 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10. 메쉬 와셔 절연체 20. 상부 구속체
21. 탑재장비 체결부 22,22-1. 상부 구속체 홀
23. 상단 접속홈 30. 하부 구속체
31,31-1. 주 구조물 체결부 32. 하단 접속홈
33,33-1. 하부 구속체 홀 40. 구속 브래킷
41,41-1. 구속 브래킷 체결부 42. 메쉬 와셔 구속홈
50,50-1,50-2. 체결부재 60. 탑재장비
70. 주 구조물

Claims (4)

  1. 탑재장비(60)와 주 구조물(70) 사이에 배치되는 다축 진동 절연 장치에 관한 것으로써,
    의탄성 형상기억합금 재질로 형성되며, 중공부를 구비하는 링형상의 메쉬 와셔 절연체(10);
    일측면에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 상부 일부가 삽입되는 상단 접속홈(23)을 구비하며, 타측면이 상기 탑재장비(60)와 대면하도록 체결되는 상부 구속체(20);
    일측면에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 하부 일부가 삽입되는 하단 접속홈(32)을 구비하며, 타측면이 상기 주 구조물(70)과 대면하도록 체결되는 하부 구속체(30); 및,
    상기 메쉬 와셔 절연체(10)가 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)에 삽입되었을 때, 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 움직임을 구속하기 위해 상기 메쉬 와셔 절연체(10)를 가압하면서 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 일측면 각각에 체결되는 한 쌍의 구속 브래킷(40);을 포함하며,
    상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)의 상단 및 하단 접속홈(23, 32)의 폭과 원호의 길이는, 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 일부가 끼움결합될 수 있도록 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 폭과 원호의 길이와 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탑재장비(60)와 대면하는 상기 상부 구속체(20)의 타측면은, 상기 탑재장비(60)와 접촉하는 면적을 최소화하도록 단턱지게 형성되는 것을 특징으로 하는 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 구속 브래킷(40) 각각은 중앙부에 상기 메쉬 와셔 절연체(10)의 중공부 상하부 표면을 일부 수용하면서 가압하는 메쉬 와셔 구속홈(42)이 형성되고, 상기 메쉬 와셔 구속홈(42) 양측에 상기 상부 및 하부 구속체(20, 30)와 볼트 체결하기 위한 구속 브래킷 체결부(41, 41-1)가 형성되는 것을 특징으로 하는 의탄성 형상기억합금 메쉬 와셔를 적용한 다축 진동 절연 장치.
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