KR101585069B1 - 타이어 사이드월의 강성 측정장치 - Google Patents

타이어 사이드월의 강성 측정장치 Download PDF

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Abstract

타이어가 수평으로 장착되어 전후 방향으로 이송되는 타이어 고정 시험부; 상기 타이어 고정 시험부에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 상기 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 상기 타이어를 구속하는 클램핑부; 및 상기 타이어 고정 시험부와 상기 클램핑부를 제어하고, 시험 과정에서 측정된 데이터를 분석하여 출력하는 제어수단;을 포함하는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치가 제공된다. 그에 따라, 수평으로 타이어 트레드를 클램핑하여 타이어 사이드월의 강성만을 분리하여 측정함으로써 타이어 사이드월의 특성 및 불량 유무를 판단할 수 있고, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 회전 변위각 및 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 조향 변위각 및 토크(조향 토크)를 타이어를 분리시키지 않고 하나의 장치를 통해 종합적으로 측정할 수 있게 함으로써, 타이어 사이드월의 강성 측정을 간단히 수행할 수 있게 하여, 시험 기간 및 비용을 최소화할 수 있다.

Description

타이어 사이드월의 강성 측정장치{Tire Sidewall Stiffness Measurement Device}
본 발명은 타이어 사이드월의 강성 측정장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 타이어를 장착축에 수직으로 고정하여 타이어 전체의 강성을 측정하는 것이 아니라 수평으로 타이어 트레드를 클램핑함으로써 하나의 장치로 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있도록 한 타이어 사이드월의 강성 측정장치에 관한 것이다.
타이어는, 노면에 접촉하여 차체의 하중을 지지하고, 엔진의 구동력을 노면에 전달하여 차량이 주행할 수 있도록 하며, 또한 브레이크의 제동력을 노면에 전달하여 차량의 속도를 감속하고 차량을 정지시키는 기능을 하며, 한편으로는 차량 주행시 노면으로부터 차체에 가해지는 충격을 완화하여 승차감을 좋게 하는 많은 기능을 갖는 차량 부품이다.
이러한 타이어는, 그 원주방향 최외부를 구성하여 노면에 접촉하는 트레드와 타이어의 측면을 구성하는 사이드월 및 트레드와 사이드월의 경계 부분인 숄더부를 구비하며, 사이드월은 차량 주행시에 타이어의 형상을 유지하면서 굴신운동을 하여 완충기능을 하게 된다.
타이어는 차량 주행시의 도로 상태에 따라 여러 가지 손상을 입게 되는바, 크랙(Crack), 이상 마모, 세퍼레이션(Separation), 충격 파열 등의 다양한 원인으로 타어어가 손상될 수 있다. 예컨대, 도로상의 돌출물, 금속물 등에 의하여 타이어 외부를 구성하는 트레드나 사이드월이 충격 파열될 수 있으며, 이러한 타이어 손상에 의하여 교통사고가 유발될 수 있다. 따라서, 타이어 손상에 의한 교통사고에 대응하기 위해, 타이어 제조업체에서는 타이어에 여러 변수를 가하여 다양하게 타이어 시험을 수행하고 있다.
종래에는 타이어 트래드 밴드가 구속되지 않는 상태에서 휠에 조립된 타이어 전체가 갖는 글로벌 스티프니스 즉 트레드와 사이드월로 이루어진 타이어 전체의 종강성, 횡강성, 전후강성, 비틀림강성을 시험하는 장치를 사용하여 타이어의 강성특성을 시험하고, 이를 통해 타이어의 특성 즉, 승차감과 조종안정성을 평가하는 수단으로 삼았다.
이러한 관련 기술의 일 예로서, 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-0860049호(이하, '특허문헌 1'이라 합니다)에 개시된 바와 같은 '타이어 만능 시험장치'를 제안한 바 있다.
[특허문헌 1] 대한민국 등록특허 제10-0860049호(타이어 만능 시험장치)
특허문헌 1은 타이어의 상하 방향 변위 및 하중, 측면 방향 변위 및 하중, 길이(진행) 방향 변위 및 하중, 회전(조향) 방향 변위각 및 토크를 하나의 장치로 시험할 수 있는 타이어 만능 시험장치를 제안하나, 이는 각각의 변위/변위각 및 하중/토크를 개별적으로 시험할 수 있을 뿐이며, 타이어에 대한 상하 방향 하중, 측면 방향 하중, 길이(진행) 방향 하중 및 회전(조향) 방향 토크 중의 2개 이상이 동시에 가해지는 상황에서의 타이어의 강성은 측정할 수 없는 단점이 있다.
그리고, 차량 설계기술이 진보됨에 따라, 타이어의 특성도 보다 세분화하여 계측하고 분석할 필요가 생겼다. 즉, 타이어를 구성하면서 지면에 직접 접촉하여 차량의 조종안정성에 직접적으로 관여하는 타이어 트레드부의 강성과 지면에 접촉하지는 않으나 승차감에 큰 영향을 미치는 타이어 사이드월부의 강성을 분리하여 분석해 볼 필요가 생겼다.
트레드 부분의 경우는 트레드 고무 및 스틸 벨트 층을 포함하고 있기 때문에 충격에 의해 파괴되는 경우가 거의 없지만, 노면에 장애물이 있거나 도로 연석과 같이 높이가 다른 노면을 주행하는 경우는 타이어의 사이드월에 충격이 가해져서 사이드월이 파손될 가능성이 높다.
특히, 고성능 및 초고성능 타이어는 편평비가 낮아 하중에 의한 변형 발생위치가 일반 타이어보다 제한적이고, 편평비가 낮은 타이어가 주로 장착되는 차량들은 고속주행이 가능한 차량들로서 급제동 및 급출발 등의 차량운동이 타이어 사이드월에 직접적으로 전달되기 때문에 사이드월에서의 크랙 발생 가능성이 일반 타이어보다 상대적으로 높으며, 이는 타이어 내구성에 치명적인 위험요소로 작용하게 된다.
따라서, 이러한 타이어 사이드월의 강성만을 분리하여 측정함으로써, 타이어 사이드월의 특성 및 불량 유무를 판단할 필요가 있다.
이러한 필요에 의하여 도출된 본 발명의 주된 목적은, 수평으로 타이어 트레드를 클램핑함으로써 타이어 사이드월의 강성만을 분리하여 측정할 수 있게 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 타이어 사이드월의 강성 측정을 위한, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 회전 변위각 및 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 조향 변위각 및 토크(조향 토크)를 타이어를 분리시키지 않고 하나의 장치를 통해 종합적으로 시험할 수 있는 타이어 사이드월의 강성 측정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중과, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크) 중의 적어도 하나 이상이 동시에 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 하는 데 있다.
본 발명은, 타이어를 수평으로 장착한 상태에서 타이어 사이드월의 강성을 측정하는 타이어 사이드월의 강성 측정장치로서, 타이어가 수평으로 장착되어 전후 방향으로 이송되는 타이어 고정 시험부; 상기 타이어 고정 시험부에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 상기 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 상기 타이어를 구속하는 클램핑부; 및 상기 타이어 고정 시험부와 상기 클램핑부를 제어하고, 시험 과정에서 측정된 데이터를 분석하여 출력하는 제어수단;을 포함한다.
여기서, 상기 타이어 고정 시험부는, 상기 타이어가 고정 장착되는 중앙축; 상부에 상기 중앙축이 설치되어 전후 방향으로 이송되는 이송판을 포함하는 중앙축 이송부; 및 상기 이송판 상에 구비되어 상기 중앙축을 회전시키도록 설치되는 회전수단을 포함하는 중앙축 회전부;를 포함하고, 상기 중앙축에는, 상기 타이어에 가해지는 수평력, 수직력, 회전 토크 및 조향 토크를 측정할 수 있는 다축 분력계;가 설치될 수 있다.
여기서, 상기 클램핑부는, 베이스와, 클램핑 디바이스를 지지하는 클램핑 디바이스 지지부를 포함하는 프레임부; 상기 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 상기 타이어를 구속하는 상기 클램핑 디바이스; 상기 클램핑 디바이스를 상하로 승강시키는 승강부; 및 상기 클램핑 디바이스의 좌우에서 상기 클램핑 디바이스의 중앙을 지나는 축을 중심으로 상기 클램핑 디바이스를 회전시키는 조향부;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 클램핑 디바이스는, 본체 프레임; 복수의 구속 회전링 연결축과 복수의 밀착판을 포함하는 가압부; 원주 둘레로 상기 복수의 구속 회전링 연결축이 결합되는 적어도 하나의 구속 회전링; 및 상기 구속 회전링을 원주 방향으로 회전시키는 구속 구동부;를 포함하고, 상기 본체 프레임의 전후면을 이루는 한 쌍의 기본판은, 중앙부에 형성되는 타이어 삽입공; 및 복수의 원호형 장공;을 구비하며, 상기 구속 회전링은, 회전력을 상기 복수의 구속 회전링 연결축에 전달하여 상기 복수의 구속 회전링 연결축이 동시에 원주 방향으로 움직이게 할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 구속 회전링 연결축은, 상기 구속 회전링의 원주 방향 회전에 따라 상기 복수의 원호형 장공 내에서 제각기 원주 방향으로 움직임으로써 상기 구속 회전링으로부터 전달된 회전력을 링크부를 통하여 상기 복수의 밀착판에 전달하고, 상기 복수의 밀착판은, 상기 복수의 구속 회전링 연결축의 원주 방향 이동에 따라 내부로 돌출되어 상기 타이어의 트레드에 밀착되거나 다시 들어갈 수 있다.
여기서, 상기 승강부는, 상기 클램핑 디바이스를 상하로 승강시키는 한 쌍의 승강판;을 포함하고, 상기 한 쌍의 승강판 사이에는 상기 클램핑 디바이스가 회전 가능하게 결합될 수 있다.
여기서, 상기 조향부는, 상기 승강판에 구비되어 상기 클램핑 디바이스의 좌우에서 상기 클램핑 디바이스의 중앙을 지나는 축을 중심으로 상기 클램핑 디바이스를 회전시키도록 설치되는 조향수단;을 포함할 수 있다.
본 발명은, 수평으로 타이어 트레드를 클램핑하여 타이어 사이드월의 강성만을 분리하여 측정함으로써, 타이어 사이드월의 특성 및 불량 유무를 판단할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
그리고, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 회전 변위각 및 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 조향 변위각 및 토크(조향 토크)를 타이어를 분리시키지 않고 하나의 장치를 통해 종합적으로 측정할 수 있게 함으로써, 타이어 사이드월의 강성 측정을 간단히 수행할 수 있게 하여, 시험 기간 및 비용을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중과, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크) 중의 적어도 하나 이상이 동시에 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 함으로써, 차량의 주행 중에 실제로 타이어에 가해지는 것과 유사한 하중 및 토크가 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치의 사시도,
도 2는 본 발명에서의 베이스 상의 타이어 고정 시험부를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 이송부에 포함되는 이송판이 드러나도록 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 이송부의 이송 메커니즘을 보여주기 위한 사시도,
도 5는 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 회전부를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 클램핑부의 프레임부를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 클램핑부의 클램핑 디바이스를 도시한 사시도,
도 8은 도 7에 따른 클램핑 디바이스의 가압부 및 구속 구동부를 도시한 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 클램핑부의 프레임부 및 승강부를 도시한 사시도,
도 10은 본 발명의 클램핑부의 조향부를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치(1)의 전체적인 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치(1)는 타이어 고정 시험부(10), 클램핑부(20) 및 제어수단(도면 미도시)을 포함하여 구성된다. 도시된 바와 같이, 본 발명은, 타이어를 수직으로 장착하여 시험하는 종래의 타이어 강성 시험장치와는 상이한, 수평으로 타이어 트레드를 클램핑한 상태에서 타이어 사이드월의 강성을 측정하는 신규한 장치로서의 타이어 사이드월의 강성 측정장치(1)에 관한 것이다.
이하에서는 본 발명의 타이어 고정 시험부(10)의 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에서의 베이스 상의 타이어 고정 시험부를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 회전부를 도시한 사시도이다.
타이어 고정 시험부(10)는, 시험 대상인 타이어가 회전 가능하게 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크)를 측정하는 부분으로서, 중앙축(110), 중앙축 이송부(120) 및 중앙축 회전부(130)을 포함하여 구성된다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중앙축(110)은, 시험의 대상이 될 타이어가 고정 장착되는 곳으로서, 중앙축 이송부(120)의 이송판(121) 상의 중앙축 지지부(112)에 수직하게 설치되어 장착된 타이어와 함께 회전될 수 있게 구비되며, 이송판(121)이 이송됨에 따라 전후 방향으로 함께 이동되게 된다.
또한, 중앙축(110)의 상단에는 타이어에 가해지는 수평력, 수직력, 회전 토크 및 조향 토크를 측정할 수 있는 다축 분력계(111)가 설치되는바, 시험 대상인 타이어가 다축 분력계(111)를 개재하여 중앙축(110)에 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 이송부에 포함되는 이송판이 드러나도록 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 타이어 고정 시험부의 중앙축 이송부의 이송 메커니즘을 보여주기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 중앙축 이송부(120)는 중앙축(110)을 전후 방향으로 이동시키는 기능을 하는 부분으로서, 이송판(121), 이송 스크루(122), 이송 가이드 레일(123) 및 이송 구동수단(124)을 포함하여 구성된다.
이송판(121)은 클램핑부(20)의 후술하게 될 프레임부(210)의 베이스(211) 상에 전후로 이동 가능하게 설치되고, 이러한 이송판(121) 상에는 중앙축 지지부(112) 및 후술하게 될 중앙축 회전부(130)가 설치되며, 중앙축 지지부(122)에는 중앙축(110)이 수직하게 설치되고, 이들을 보호하는 커버가 구비되게 된다.
도 4를 참조하면, 이송 스크루(122)는, 프레임부(210)의 베이스(211)에 구비되고, 그 회전에 의해 이송판(121)을 전후로 이송시키는 것으로서, 그 일단은 후술하게 될 이송 구동수단(124)에 연결되어 회전력을 공급받음으로써 회전하게 되고, 그에 따라 이송판(121)이 베이스(211) 상에서 전후 방향으로 이송되게 된다.
이때, 이송 스크루(122)의 좌우 양쪽에는, 이송판(121)과 베이스(211) 사이에 구비되어 이송판(121)의 이송을 안내하는 이송 가이드 레일(123)이 설치되며, 이송 가이드 레일(123)은 이송판(121) 및 중앙축(110)의 이송 정밀도 향상을 위하여 LM가이드로 구성되는 것이 바람직하다.
이송 구동수단(124)은 이송 스크루(122)를 회전시키기 위한 회전력을 공급하는 것으로서, 프레임부(210)의 베이스(211)에 구비되게 되며, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면 이송 구동수단(124)은 서보 모터가 사용되게 된다.
여기서, 이송 구동수단(124)으로서 서보 모터를 사용하면서 이송 스크루(122)에 로터리 인코더를 함께 설치하여 사용하게 되면, 로터리 인코더는 이송 스크루(122)가 일정량의 각도를 회전할 때마다 펄스를 발생시키게 된다. 따라서, 시험 대상인 타이어가 다축 분력계(111)를 개재하여 중앙축(110)에 고정 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중을 가할 경우에, 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수 및 이송 스크루(122)의 단위 회전당 리드를 이용하여 타이어의 전후 방향의 변위를 용이하게 산출할 수 있는 조건을 갖게 된다.
여기서, 상기에서는 중앙축 이송부(120)가 이송 스크루(122) 및 이송 구동수단(124)을 포함하여 구성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 랙과 피니언, 벨트, 타이밍 벨트, 체인, 로프 구동장치, 기어 등을 이용하여 이송판(121)을 전후 방향으로 이동시키는 것도 본 발명에 포함된다.
중앙축 회전부(130)는, 중앙축(110)을 회전시키는 기능을 하는 것으로서, 이송판(121) 상에 구비되어 중앙축(110)을 회전시키는 회전수단(131)을 포함하여 구성된다. 시험시에, 타이어는, 중앙축(110)과 함께 회전될 수 있도록 중앙축(110)에 고정 장착되는 동시에, 회전할 수 없도록 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)에 고정되게 되는바, 시험 대상인 타이어가 다축 분력계(111)를 개재하여 중앙축(110)에 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 회전수단(131)에 의해 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크)를 가함으로써, 타이어 사이드월의 회전 강성을 측정할 수 있게 된다.
회전수단(131)은 고정 장착된 타이어와 함께 중앙축(110)을 회전시키기 위한 회전력을 공급하는 것으로서, 이송판(121) 상에 구비되게 되며, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면 회전수단(131)은 서보 모터가 사용되게 된다.
여기서, 회전수단(131)으로서 서보 모터를 사용하면서 중앙축(110)에 로터리 인코더를 함께 설치하여 사용하게 되면, 로터리 인코더는 중앙축(110)이 일정량의 각도를 회전할 때마다 펄스를 발생시키게 된다. 따라서, 타이어 사이드월의 강성 시험을 위하여 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크)를 중앙축(110)에 가할 경우에, 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수를 이용하여 타이어의 회전 변위각을 용이하게 산출할 수 있는 조건을 갖게 된다.
이하에서는 본 발명의 클램핑부(20)의 구성을 설명하도록 한다.
클램핑부(20)는, 타이어 고정 시험부(10)에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 타이어를 구속하고, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중 및/또는 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크)를 타이어에 가하는 부분으로서, 프레임부(210), 클램핑 디바이스(220), 승강부(230) 및 조향부(240)를 포함하여 구성된다.
도 6은 본 발명의 클램핑부의 프레임부를 도시한 사시도이다.
프레임부(210)는, 본 발명의 타이어 사이드월의 강성 측정장치(1)의 골격을 이루는 것으로서, 베이스(211) 및 클램핑 디바이스 지지부(212)를 포함하여 구성된다.
도 6을 참조하면, 베이스(211)는 바닥을 이루며 중앙부에 전후 방향으로 중앙축 이송부(120)가 설치되는 곳이고, 클램핑 디바이스 지지부(212)는 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)를 지지하는 부분으로서 베이스(211)의 양측에 상부로 돌출되게 구비된 한 쌍의 수직 프레임(212a)을 포함하여 구성된다.
도 7은 본 발명의 클램핑부의 클램핑 디바이스를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에 따른 클램핑 디바이스의 가압부 및 구속 구동부를 도시한 분해 사시도이다.
클램핑 디바이스(220)는, 타이어 고정 시험부(10)에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 타이어를 구속하는 부분으로서, 가압부(221), 구속 회전링(222) 및 구속 구동부(223)를 포함하여 구성된다.
가압부(221)는, 본체 프레임(2211), 복수의 구속 회전링 연결축(2212) 및 복수의 밀착판(2213)을 포함하여 구성되며, 타이어 고정 시험부(10)에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 타이어의 트레드에 복수의 밀착판(2213)을 밀착시키는 기능을 한다.
본체 프레임(2211)은, 클램핑 디바이스(220)의 골격을 이루는 것으로서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 클램핑 디바이스(220)가 수직으로 배치된 상태에서의 전후면을 이루는 한 쌍의 기본판과, 한 쌍의 기본판 사이에 구비되어 한 쌍의 기본판을 결합시키는 복수의 U자형 지지편을 포함하여 구성된다.
본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 한 쌍의 기본판은, 각각의 외주변이 팔각형을 이루고, 중앙부에는 타이어 삽입공(2211a)이 형성되며, 복수의 원호형 장공(2211b)을 구비한다. 또한, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 복수의 U자형 지지편은 한 쌍의 기본판 사이에 한 쌍의 기본판의 팔각형 외주변의 각각의 변의 가운데 부분에 제각기 개재되어 한 쌍의 기본판을 결합시킨다.
여기서, 한 쌍의 기본판은 각각의 외주변이 팔각형을 이루는 링의 형태를 갖는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 한 쌍의 기본판은 각각의 외주변이 다각형 또는 원형을 이루는 링의 형태를 가질 수 있다.
복수의 구속 회전링 연결축(2212)은, 구속 회전링(222)에 결합되어 구속 회전링(222)의 원주 방향 움직임에 따라 한 쌍의 기본판의 원호형 장공(2211b) 내에서 원주 방향 움직이는 것으로서, 구속 회전링(222)으로부터 전달된 회전력을 링크부를 통하여 복수의 밀착판(2213)에 전달함으로써 복수의 밀착판(2213)이 타이어의 트레드에 밀착되게 하는 기능을 하게 된다.
복수의 밀착판(2213)은, 타이어 고정 시험부(10)에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 타이어의 트레드에 밀착되는 부분으로서, 복수의 구속 회전링 연결축(2212)의 원주 방향 이동에 따라 클램핑 디바이스(220)의 중앙부로 돌출되거나 들어가게 된다. 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 이러한 밀착판(2213) 각각은 타이어의 트레드에 밀착되는 면이 원호 형상으로 형성되게 되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 타이어의 트레드에 밀착되는 면은 평면 등으로도 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 구속 회전링(222)은, 회전력을 복수의 구속 회전링 연결축(2212)에 전달하여 복수의 구속 회전링 연결축(2212)이 동시에 원주 방향으로 움직이게 하는 것으로서, 본체 프레임(2211)의 전후면을 이루는 기본판과 평행하게 적어도 하나가 설치되게 되며, 도 8을 참조하면, 그 원주 둘레로 복수의 구속 회전링 연결축(2212)이 결합되게 된다.
본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 본체 프레임(2211)의 한 쌍의 기본판의 전방 및 후방에는 2개의 구속 회전링(222)이 제각기 기본판과 평행하게 설치되게 되고, 복수의 구속 회전링 연결축(2212)이 그 사이에 개재되어 2개의 구속 회전링(222)을 연결시키게 된다. 이러한 2개의 구속 회전링(222)의 상부 및 하부에는 그 외측으로 배치되어 2개의 구속 회전링(222)을 결합시키는 연결편(222a)이 각각 설치될 수 있다.
또한, 클램핑 디바이스(220)에는, 본체 프레임(2211)의 기본판으로부터 돌출되어 지지되고 구속 회전링(222)의 타이어 중심 방향 내측면을 지지하여 구속 회전링(222)이 회전될 수 있도록 하는 복수의 롤러(224)가 구비된다.
구속 구동부(223)는, 본체 프레임(2211)에 구비되어 구속 회전링(222)을 원주 방향으로 움직이는 힘을 공급하는 것으로서, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 본체 프레임(2211)의 기본판에 브라켓 등을 통해 구비되는 기어드 모터와, 기어드 모터에 의해 회전되는 구동 스크루를 포함하여 구성되며, 구동 스크루의 회전에 의해 연결편(222a)이 좌우로 움직이게 됨으로써 연결편(222a)에 결합된 구속 회전링(222)이 원주 방향으로 회전되게 된다.
도 9는 본 발명의 클램핑부의 프레임부 및 승강부를 도시한 사시도이다.
승강부(230)는, 클램핑 디바이스(220)를 상하로 승강시키는 기능을 하는 것으로서, 한 쌍의 승강판(231), 승강 스크루(232), 승강 가이드 레일(233) 및 승강 구동수단(234)을 포함하여 구성된다.
한 쌍의 승강판(231)은, 클램핑 디바이스(220)가 회전 가능하게 고정되는 곳으로서, 클램핑 디바이스(220)의 좌우에서 제각기 결합되며, 수직 프레임(212a)에 승강 가이드 레일(233)을 개재하여 제각기 설치된다.
승강 스크루(232)는, 그 회전에 의해 승강판(231)을 승강시키는 것으로서, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 2개의 승강 스크루(232)가 한 쌍의 수직 프레임(212a)에 각각 수직으로 설치되게 된다.
이때, 수직 프레임(212a)과 승강판(231) 사이에는 승강판(231)의 승강을 안내하는 승강 가이드 레일(233)이 설치되며, 승강 가이드 레일(233)은 승강판(231)의 이송 정밀도 향상을 위하여 LM가이드로 구성되는 것이 바람직하다.
승강 구동수단(234)은, 승강 스크루(232)를 회전시키기 위한 회전력을 공급하는 것으로서, 클램핑 디바이스 지지부(212)에 구비된다. 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면, 승강 구동수단(234)은 한 쌍의 수직 프레임(212a)을 연결하는 상부 프레임(212b)의 상단 중앙부에 설치되는 서보 모터와, 서보 모터로부터의 회전력을 양측의 수직 프레임(212a)에 설치된 승강 스크루(232)로 전달하는 회전축 및 기어를 포함하여 구성된다. 이때, 기어는 베벨 기어 또는 웜 기어 등이 사용될 수 있다.
여기서, 승강 스크루(232)에 로터리 인코더를 함께 설치하여 사용하게 되면, 로터리 인코더는 승강 스크루(232)가 일정량의 각도를 회전할 때마다 펄스를 발생시키게 된다. 따라서, 시험 대상인 타이어가 다축 분력계(111)를 개재하여 중앙축(110)에 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중을 가할 경우에, 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수 및 승강 스크루(232)의 단위 회전당 리드를 이용하여 타이어의 상하 방향의 변위를 용이하게 산출할 수 있는 조건을 갖게 된다.
여기서, 상기에서는 승강부(230)가 승강 스크루(232) 및 승강 구동수단(234)을 포함하여 구성되는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 랙과 피니언, 벨트, 타이밍 벨트, 체인, 로프 구동장치, 기어 등을 이용하여 승강판(231)을 상하로 승강시키는 것도 본 발명에 포함된다.
도 10은 본 발명의 클램핑부의 조향부를 도시한 사시도이다.
조향부(240)는, 클램핑 디바이스(220)의 좌우에서 클램핑 디바이스(220)의 중앙을 지나는 축을 중심으로 상기 클램핑 디바이스(220)를 회전시키는 기능을 하는 것으로서, 조향수단(241)을 포함하여 구성된다.
조향수단(241)은, 클램핑 디바이스(220)를 회전시키기 위한 회전력을 공급하는 것으로서, 승강판(231)에 구비되게 되며, 본 발명의 모범적인 실시예에 의하면 조향수단(241)으로서 서보 모터가 사용되게 된다.
여기서, 조향수단(241)으로서 서보 모터를 사용하면서 클램핑 디바이스(220)의 조향축(225)에 로터리 인코더를 함께 설치하여 사용하게 되면, 로터리 인코더는 회전축이 일정량의 각도를 회전할 때마다 펄스를 발생시키게 된다. 따라서, 시험 대상인 타이어가 다축 분력계(111)를 개재하여 중앙축(110)에 고정 장착되고 타이어가 클램핑부(20)의 후술하게 될 클램핑 디바이스(220)의 중심부에 위치되도록 이송되어 고정된 후, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크)를 가할 경우에, 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수를 이용하여 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 클램핑 디바이스(220)의 조향 변위각을 용이하게 산출할 수 있는 조건을 갖게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치(1)의 작동 순서를 설명하도록 한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 초기 상태에서, 시험 대상인 타이어를 타이어 고정 시험부(10)의 중앙축(110)에 고정 장착한다.
그 다음에, 시험을 개시하기 위한 준비 상태로의 이행을 위하여, 타이어 고정 시험부(10)의 중앙축 이송부(120)를 작동시켜서 이송판(121)을 클램핑부(20)의 클램핑 디바이스(220)가 설치된 위치까지 후방으로 이송한다. 따라서, 이송판(121) 상에 설치된 중앙축 지지부(112), 중앙축 회전부(130), 중앙축(110) 및 중앙축(110)에 고정 장착된 타이어도 같이 이송되게 된다.
이때, 수직 프레임(212a)에 의해 지지되는 클램핑 디바이스(220)는, 승강부(230)에 의해 상부로부터 타이어가 장착된 높이까지 하강되면서, 조향부(240)에 의해 수직으로 세워진 초기 상태로부터 수평으로 눕혀진 준비 상태로 회전되게 된다.
그 후, 클램핑 디바이스(220)의 구속 구동부(223)에 의해 복수의 밀착판(2213)이 클램핑 디바이스(220)의 중앙부로 돌출됨으로써 타이어의 트레드에 밀착되게 된다.
이러한 준비 상태에서, 타이어와 중앙축(110) 사이에 개재된 다축 분력계(111)로부터 측정되는, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크)가 0 이 되도록 조정한 후, 타이어 사이드월의 강성을 측정하게 된다.
준비 상태에서 타이어 사이드월의 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 변위와 하중을 시험할 경우에는, 중앙축 이송부(120)의 이송 구동수단(124)을 작동시켜서 타이어에 전후 방향의 하중을 가하게 된다. 이때, 이송 스크루(122)에 함께 설치된 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수 및 이송 스크루(122)의 단위 회전당 리드를 이용하여 산출된 전후 방향 변위와, 타이어와 중앙축(110) 사이에 개재된 다축 분력계(111)로부터 측정되는 전후 방향 하중의 비를 계산함으로써, IVSR(In-plane Vertical Spring Rate) 값을 얻을 수 있게 된다.
준비 상태에서 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 변위와 하중을 시험할 경우에는, 승강부(230)의 승강 구동수단(234)을 작동시켜서 타이어에 상하 방향의 하중을 가하게 된다. 이때, 승강 스크루(232)에 함께 설치된 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수 및 승강 스크루(232)의 단위 회전당 리드를 이용하여 산출된 상하 방향 변위와, 타이어와 중앙축(110) 사이에 개재된 다축 분력계(111)로부터 측정되는 상하 방향 하중의 비를 계산함으로써, OLSR(Out-plane Lateral Spring Rate) 값을 얻을 수 있게 된다.
준비 상태에서 타이어 회전축을 중심으로 한 회전 변위각 및 토크(회전 토크)를 시험할 경우에는, 중앙축 회전부(130)의 회전수단(131)을 작동시켜서 타이어에 회전 토크를 가하게 된다. 이때, 중앙축(110)에 함께 설치된 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수를 이용하여 산출된 타이어의 회전 변위각과, 타이어와 중앙축(110) 사이에 개재된 다축 분력계(111)로부터 측정되는 회전 토크의 비를 계산함으로써 ITSR(In-plane Torsional Spring Rate) 값을 얻을 수 있게 된다.
준비 상태에서 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 조향 변위각 및 토크(조향 토크)를 시험할 경우에는, 조향부(240)의 조향수단(241)을 작동시켜서 타이어에 조향 토크를 가하게 된다. 이때, 클램핑 디바이스(220)의 조향축(225)에 함께 설치된 로터리 인코더로부터 발생된 펄스의 개수를 이용하여 산출된 타이어의 조향 변위각과, 타이어와 중앙축(110) 사이에 개재된 다축 분력계(111)로부터 측정되는 조향 토크의 비를 계산함으로써 ORSR(Out-plane Rotational Spring Rate) 값을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 타이어 사이드월의 강성 측정장치는, 수평으로 타이어 트레드를 클램핑하여 타이어 사이드월의 강성만을 분리하여 측정함으로써, 타이어 사이드월의 특성 및 불량 유무를 판단할 수 있게 하는 이점이 있다.
그리고, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 변위 및 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 회전 변위각 및 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 조향 변위각 및 토크(조향 토크)를 타이어를 분리시키지 않고 하나의 장치를 통해 종합적으로 측정할 수 있게 함으로써, 타이어 사이드월의 강성 측정을 간단히 수행할 수 있게 하여, 시험 기간 및 비용을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 방향(전후 방향)의 하중과, 타이어 회전축 방향(상하 방향)의 하중, 타이어 회전축을 중심으로 한 토크(회전 토크), 타이어 회전축에 수직하고 타이어 진행 방향에 수직한 축을 중심으로 한 토크(조향 토크) 중의 적어도 하나 이상이 동시에 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 함으로써, 차량의 주행 중에 실제로 타이어에 가해지는 것과 유사한 하중 및 토크가 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 하는 이점이 있다.
즉, 준비 상태에서, 중앙축 이송부(120)의 이송 구동수단(124), 승강부(230)의 승강 구동수단(234), 중앙축 회전부(130)의 회전수단(131), 조향부(240)의 조향수단(241) 중의 2개 이상을 동시에 작동시킴으로써, 차량의 주행 중에 실제로 타이어에 가해지는 것과 유사한 다양한 하중 및 토크가 타이어에 가해지는 상황에서의 타이어 사이드월의 강성을 측정할 수 있게 되는 것이다.
상기한 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 즉, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 타이어 사이드월의 강성 측정장치
10: 타이어 고정 시험부
110: 중앙축 120: 중앙축 이송부
121: 이송판 122: 이송 스크루
123: 이송 가이드 레일 124: 이송 구동수단
130: 중앙축 회전부 131: 회전수단
20: 클램핑부
210: 프레임부 211: 베이스
212: 클램핑 디바이스 지지부 212a: 수직 프레임
220: 클램핑 디바이스 221: 가압부
2211: 클램핑 디바이스 기본판 2211a: 타이어 삽입공
2211b: 원호형 장공 2212: 구속 회전링 연결축
2213: 밀착판
222: 구속 회전링 223: 구속 구동부
230: 승강부 231: 승강판
232: 승강 스크루 233: 승강 가이드 레일
234: 승강 구동수단
240: 조향부 241: 조향수단

Claims (7)

  1. 타이어가 수평으로 장착되어 전후 방향으로 이송되는 타이어 고정 시험부(10);
    상기 타이어 고정 시험부(10)에 의해 이송되어 중앙부에 배치되는 상기 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 상기 타이어를 구속하는 클램핑부(20); 및
    상기 타이어 고정 시험부(10)와 상기 클램핑부(20)를 제어하고, 시험 과정에서 측정된 데이터를 분석하여 출력하는 제어수단;을 포함하며,
    상기 클램핑부(20)는, 베이스(211)와, 클램핑 디바이스(220)를 지지하는 클램핑 디바이스 지지부(212)를 포함하는 프레임부(210);
    상기 타이어의 트레드에 밀착됨으로써 상기 타이어를 구속하는 상기 클램핑 디바이스(220);
    상기 클램핑 디바이스(220)를 상하로 승강시키는 승강부(230); 및
    상기 클램핑 디바이스(220)의 좌우에서 상기 클램핑 디바이스(220)의 중앙을 지나는 축을 중심으로 상기 클램핑 디바이스(220)를 회전시키는 조향부(240);를 포함하되,
    상기 클램핑 디바이스(220)는, 본체 프레임(2211); 복수의 구속 회전링 연결축(2212)과 복수의 밀착판(2213)을 포함하는 가압부(221); 원주 둘레로 상기 복수의 구속 회전링 연결축(2212)이 결합되는 적어도 하나의 구속 회전링(222); 및 상기 구속 회전링(222)을 원주 방향으로 회전시키는 구속 구동부(223);를 포함하고,
    상기 본체 프레임(2211)의 전후면을 이루는 한 쌍의 기본판은, 중앙부에 형성되는 타이어 삽입공(2211a); 및 복수의 원호형 장공(2211b);을 구비하며,
    상기 구속 회전링(222)은, 회전력을 상기 복수의 구속 회전링 연결축(2212)에 전달하여 상기 복수의 구속 회전링 연결축(2212)이 동시에 원주 방향으로 움직이게 하는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이어 고정 시험부(10)는,
    상기 타이어가 고정 장착되는 중앙축(110);
    상부에 상기 중앙축(110)이 설치되어 전후 방향으로 이송되는 이송판(121)을 포함하는 중앙축 이송부(120); 및
    상기 이송판(121) 상에 구비되어 상기 중앙축(110)을 회전시키도록 설치되는 회전수단(131)을 포함하는 중앙축 회전부(130);를 포함하고,
    상기 중앙축(110)에는, 상기 타이어에 가해지는 수평력, 수직력, 회전 토크 및 조향 토크를 측정할 수 있는 다축 분력계(111);가 설치되는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 구속 회전링 연결축(2212)은, 상기 구속 회전링(222)의 원주 방향 회전에 따라 상기 복수의 원호형 장공(2211b) 내에서 제각기 원주 방향으로 움직임으로써 상기 구속 회전링(222)으로부터 전달된 회전력을 링크부를 통하여 상기 복수의 밀착판(2213)에 전달하고,
    상기 복수의 밀착판(2213)은, 상기 복수의 구속 회전링 연결축(2212)의 원주 방향 이동에 따라 내부로 돌출되어 상기 타이어의 트레드에 밀착되거나 다시 들어가는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강부(230)는, 상기 클램핑 디바이스(220)를 상하로 승강시키는 한 쌍의 승강판(231);을 포함하고,
    상기 한 쌍의 승강판(231) 사이에는 상기 클램핑 디바이스(220)가 회전 가능하게 결합되는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조향부(240)는, 상기 승강판(231)에 구비되어 상기 클램핑 디바이스(220)의 좌우에서 상기 클램핑 디바이스(220)의 중앙을 지나는 축을 중심으로 상기 클램핑 디바이스(220)를 회전시키도록 설치되는 조향수단(241);을 포함하는, 타이어 사이드월의 강성 측정장치.
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