KR102108187B1 - 다축 진동 절연을 위한 mr 유체 마운트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충분한 감쇠력을 확보하는 동시에 수직방향뿐만 아니라 수평방향(전후좌우 방향)에 대한 진동에 대한 절연이 가능한 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트를 개시한다. 본 발명은 일단에 연결부가 돌출 형성되고 타단에 헤드부가 형성된 피스톤; 상기 피스톤이 내부에서 유동되도록 장착된 하우징; 상기 피스톤의 헤드부와 상기 하우징의 내벽 사이에 삽입되어 상기 하우징에 대해 수평방향으로의 진동을 감쇠하는 수평 감쇠부재; 및 상기 피스톤의 상기 헤드부의 하부에 위치되고 내부에 MR 유체가 흐르며, 상기 MR 유체에 자기장을 가하여 수직방향으로의 진동을 감쇠하는 MR 감쇠부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트{MR Fluid Mount for Mult-Axis vibration isolation}

본 발명은 MR 유체 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트에 관한 것이다.

일반적으로, 휠로더와 같은 건설장비에는 캐빈(운전실)이 장착된다. 이러한 건설장비는 운전시 차체를 통하여 운전자에게 진동이 지속적으로 전달되어 피로감을 주게 되고 작업효율 저하로 이어지는 문제가 있다.

특히 차량의 상하전후 방향으로 발생하는 진동이 운전자의 보건과 피로에 매우 큰 영향을 끼치고 있다는 사실이 부각됨으로써 종래에는 이를 해결하기 위한 다양한 진동 저감 장치가 개시되어 있다.

도 1은 종래의 건설기계의 차체에 설치된 캐빈의 진동감쇠수단에 대한 개략적인 구성도이다. 도 1과 같이 종래의 진동 감쇠수단은 캐빈(1)에서의 진동감쇠를 위해 캐빈 마운트에 설치된 진동감쇠장치(2)와 시트의 현가장치에 설치된 진동감쇠장치(3)를 포함하여 차량에서 운전자로 전달되는 진동을 각각 감쇠시키는 수단으로 제공된다. 그러나 이들 진동감쇠장치는 상하방향(수직방향)으로의 진동을 감쇠시킬수 있으나, 전후 또는 좌우방향(수평방향)으로 작용하는 진동에 대해서는 감쇠성능을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

한편 종래에는 건설 기기 등의 차체로 전달되는 진동을 저감하기 위한 부품으로서 진동절연 마운트(이하 '마운트'라 한다)가 개시되어 있다. 구체적으로 마운트는 캐빈과 차체를 연결하는 사방에 장착·연결되어 외부로부터 전달된 진동이 차체를 통해 운전석으로 전달되지 못하도록 감쇠시키는 작용을 한다.

이러한 종래의 마운트로는 강성이 높고 감쇠계수가 낮은 점성식 마운트(viscous mount)와 강성은 상대적으로 낮지만 감쇠계수가 높은 캡서스 마운트(cabsus mount)가 사용되어 있다.

이렇게 상반적인 특성을 갖는 마운트를 진동감쇠장치로 사용하는 것은 휠로더의 작업환경적 영향으로부터 기인한다. 즉 종래의 건설 기기의 휠로더는 골재류를 적재하는 작업이외에도 운반하는 작업을 한다. 이러한 작업하에서는 외부로부터 작용하는 진동의 주파수 대역이 달리 작용하게 된다. 예를 들어 골재류를 상하차하는 작업시에는 바퀴의 공진으로 인해 1 ~ 2Hz 대역의 저주파의 진동이 주로 작용하지만, 골재를 운반하는 작업시에는 상대적으로 그 이상의 고주파 대역의 진동이 전달되게 된다.

따라서 종래의 마운트는 상하차 작업시에는 강성이 높고 감쇠계수가 낮은 마운트(viscous mount)가 주로 요구되고, 운반시에는 강성이 낮고 감쇠계수가 높은 마운트(cabin mount)가 주로 요구된다.

그러나 종래의 마운트는 수동 댐퍼(passive) 방식으로서 하나의 주파수에 대응하도록 설계되므로 모든 작업영역에서의 진동에 대응할 수 없을 뿐만 아니라 이러한 한계점을 개선하기 위해 개발된 종래의 마운트들도 마찬가지로 상하뿐만 아니라 전후좌우 방향과 같은 다축에 대한 진동 절연효과를 기대할 수 없는 문제가 제기되었다.

<선행문헌 1> : 대한민국 공개특허 제2009-0070241호(공개일자 2009년 07월 01일)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 가변가능한 감쇠력을 확보하는 동시에 수직방향뿐만 아니라 수평방향(전후좌우 방향)에 대한 진동에 대한 절연이 가능하도록 다축 진동 절연을 위해 MR 유체를 이용한 반능동 마운트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 일단에 연결부가 돌출 형성되고 타단에 헤드부가 형성된 피스톤; 상기 피스톤가 전후진되도록 삽입된 하우징; 상기 피스톤의 헤드부와 상기 하우징의 내벽 사이에 삽입되어 상기 하우징에 대해 수평방향으로의 진동을 감쇠하는 수평 감쇠부재; 및 상기 피스톤의 상기 헤드부의 하부에 위치되고 내부에 MR 유체가 흐르며, 상기 MR 유체에 자기장을 가하여 수직방향으로의 진동을 감쇠하는 MR 감쇠부재를 포함하여 이루어진 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트가 제공된다.

상기 MR 감쇠 부재는, 상부 중앙공이 형성되어 상기 MR 유체가 유입되어 하부로 통과하는 상판부, 상기 상부 중앙공을 통해 공급되는 상기 MR 유체가 수평방향을 따라 흐르도록 상기 상판부 하부에 수용된 코어부, 상기 코어부의 하부에 위치되고 하부 중앙공이 형성되어 상기 코어부를 따라 흐르는 상기 MR 유체가 하부로 유출되는 하판부, 및 상기 상판부와 상기 하판부 사이에 설치되고 상기 코어부로 자기장을 가하는 코일부를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.

상기 코어부의 상하면 중 적어도 하나의 면에는 상기 상판부 또는 상기 하판부와의 사이와의 간극을 형성하는 적어도 하나의 격벽부가 형성된 것일 수 있다.

상기 격벽부는 상기 코어부의 상면 또는 하면의 중앙공을 중심으로 방사상으로 배치된 것일 수 있다.

상기 하판부의 하부면과 상기 하우징부의 내측면 사이에는 부유 피스톤이 장착되어, 상기 부유 피스톤의 하부로는 에어챔버가 형성되고, 상기 부유 피스톤의 상부로는 상기 MR 유체가 수용되는 것일 수 있다.

상기 수평 감쇠부재는 상기 하우징의 내부에 삽입되어, 상기 피스톤의 헤드부가 중앙 내부에 삽입되도록 탄성재질의 원형링인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 피스톤의 연결부를 통해 전달되는 수평방향 및 수직방향의 하중을 수평 감쇠부재의 탄성력과 MR 감지부재의 자기장 세기 조절에 의해 제어할 수 있어 구조적으로 간소화되면서도 감쇠성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 건설기계 차체의 캐빈에 설치된 진동감쇠수단의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트의 구성을 나타내는 종단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트의 MR 감쇠부재의 구성을 나타내는 구성도,
도 4a 내지 도 5b는 MR 감쇠부재에서의 MR 유체의 흐름을 나타내는 상태도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트의 진동감쇠의 작동 상태도, 및
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 갖는다. 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 첨부된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 MR 유체 마운트는 하우징(20)의 내부에 장착된 피스톤(10)으로 구성되고, 하우징(20)의 내부에 MR 감쇠부재(30) 및 수평 감쇠부재(40)를 포함하여 이루어진다.

구체적으로, 도 2와 같이 피스톤(10)은 상단에 연결부(11)가 형성되고 하단에 헤드부(12)가 형성된다. 이때 연결부(11)는 차체(샤시)측에 연결되고, 헤드부(12)는 수평 감쇠부재(40)의 중앙에 삽입된 형태로 설치된다. 또한 피스톤(10)은 연결부(11)를 제외한 나머지부분이 탄성재질(예를 들어 고무나 실리콘 등)로 이루어질 수 있다. 또한 헤드부(12)의 상부측에는 피스톤(11)이 하우징(20)에서 이탈되지 않도록 제한하는 스토퍼부(13)가 형성된다. 또한 헤드부(12)의 외주면에는 다수의 오링이 장착되고, 수평 감쇠부재(40)의 내주면에 밀착된다.

한편 하우징(20)은 운전실(캐빈)에 장착된다. 즉 베이스에 해당되는 차체에는 피스톤(10)의 연결부(11)가 장착되고, 감쇠대상인 운전실(캐빈)에는 하우징(20)이 연결되어 이들 사이에서 감쇠가 이루어지도록 한다.

하우징(20)의 상단부분에는 스토퍼부(13)가 삽입되고, 스토퍼부(13)의 하부에는 수평 감쇠부재(40)가 장착된다. 여기서 수평 감쇠부재(40)에는 피스톤(10)의 헤드부(12)가 삽입되어 피스톤(10)에 작용하는 수평하중(진동)에 대한 감쇠가 이루어진다. 즉 수평 감쇠부재(40)는 탄성고무재질로 이루어진 원형링으로 제공되어 하우징(20)의 내부에 장착된다. 즉 피스톤(10)의 연결부(11)에 수평방향으로 진동하중이 가해지는 경우 헤드부(12)가 수평 감쇠부재(40)의 내주면에서 좌우로 유동하게 된다. 그리고 이러한 유동은 탄성재질로 이루어진 수평 감쇠부재(40)를 통해 감쇠가 이루어진다.

한편 하우징(20)의 내부에는 MR 감쇠부재(30)가 장착되는데, 구체적으로 MR 감쇠부재(30)는 피스톤(10)의 헤드부(12)의 하부에 위치되도록 설치된다.

도 3을 참조하면 MR 감쇠부재(30)는 상부 중앙공(31h)이 관통형성된 상판부(31)와, 상판부(31)와, 하부 중앙공(32h)이 형성된 하판부(32)와, 상판부(31)와 하판부(32) 사이에 위치한 코어부(36)를 포함한다. 이때 코어부(36)의 상면과 하면에는 각각 다수의 격벽부(34a 및 34b)가 상하부 중앙공(31h 및 32h)을 중심으로 방사상으로 배치된다. 또한 코어부(36)의 둘레를 따라 코일부(33)가 형성된다. 이때 코어부(36)의 내주면에는 차폐링(35)이 장착된다.

이와 같은 구성을 갖는 MR 감쇠부재(30)는 하우징(20)의 내부에서, 그 상부로는 피스톤(10)의 헤드부(12)와의 사이에서 MR유체가 유입되고, 그 하부로는 MR 감쇠부재(30)를 통과한 MR 유체가 MR 챔버(70)로 공급되도록 위치한다. 즉 MR 감쇠부재(30)는 하우징(20)의 내부에서 피스톤(10)의 헤드부(12)의 하부와 부유 피스톤(50)의 상부의 사이에 설치되고, 충전된 MR 유체의 유동에 의해 감쇠가 이루어진다.

즉, 도 4a 내지 도 5b를 참조하면, MR 유체가 헤드부(12)가 진동에 의해 하강되는 경우, 상판부(31)의 상부 중앙공(31h)으로 MR 유체가 유입되어 코어부(36)의 격벽부(34a)로 안내되어 사방으로 균일하게 흐르게 된다. 이 MR 유체는 코어부(36)의 측벽을 따라 흘러내리고, 이후 하판부(32) 상에서 코어부(36)의 격벽부(34b)를 따라 흘러 들어가서 하부 중앙공(32h)으로 유출되는 유체흐름을 갖는다. 이때 방사상으로 배치된 격벽부(34a,34b)는 MR 유체가 코어부(36)의 측벽(외주면)으로 균등하게 흐르게 하는 기능을하고, 또한 이를 코일부(33)를 통해 자기장을 가하게 함으로써 MR 유체의 점도를 조절하므로써 양호한 감쇠력을 제어할 수 있다.

한편 하우징(20)의 하단면은 밀폐된 상태로 형성되고, 하우징(20)의 밀폐된 바닥면의 상부로는 부유 피스톤(50)이 장착된다. 한편 부유 피스톤(50)의 상부로는 MR 감쇠부재(30)의 상판부(31) 사이에 MR 챔버(70)가 형성되고, MR 감쇠부재(30)의 하부에는 에어 챔버(60)가 형성된다.

즉 부유 피스톤(50)은 하우징(20)의 내부에서 MR 챔버(70)와 에어 챔버(60)를 구획하는 부재로서 작용한다. 이때 에어 챔버(60)는 종래 마운트에서 강성을 보정하는 스프링을 대체하는 역할을 한다. 따라서 에어 챔버(60)는 MR 유체 마운트의 강성을 보장하는 구성요소이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 MR 유체 마운트는 연결부(11)를 통해 전달되는 수평방향 및 수직방향의 하중을 수평 감쇠부재(40)의 탄성력과 MR 감지부재(30)의 자기장 세기 조절에 의해 진동 감쇠가 이루어질 수 있다.

이에 대해 도 6a 및 도 6b를 참조하여 구체적으로 설명하면, 마운트에 수직방향의 진동이 작용하는 경우 도 6a와 같이 진동은 피스톤(10)을 통해 전달되고 그 진동력은 MR 감쇠부재(30)를 통과하는 MR 유체에 대한 코일부(33; 도 2 참조)의 자기장 세기에 따라 그 감쇠력이 제어될 수 있다. 물론 MR 유체 마운트에 대한 강성은 에어 챔버(60)에 의해 미리 설정될 수 있다.

한편 도 6b와 같이 수평방향과 수직방향이 복합된 형태로 진동이 전달되면 피스톤(10)의 헤드부(12)는 좌우로 유동되고 이 유동은 수평 감쇠부재(40)를 통해 진동감쇠가 이루어지게 된다. 한편 피스톤(10)이 좌우로 유동(수평방향으로 하중 전달)되는 경우에는 수평방향 및 수직방향 하중이 복합적으로 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 수평방향으로의 하중은 수평 감쇠부재(40)를 통해 감쇠하는 동시에 이때 복합적으로 작용하는 수직방향으로의 진동 하중은 MR 감쇠부재(30)에 자기장을 조절하는 것으로 제어될 수 있다.

도 7을 참조하면 상술한 구성에 있어서 하우징(20)의 일부를 탄성재질로 형성하여 수평 감쇠부재(40)를 구성할 수 있다. 즉 수평 감쇠부재(40) 내에 MR 감지부재(30) 수용되도록 설치하고, MR 감지부재(30)의 상부로는 헤드부(12)를 감싸도록 형성하여 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따라 피스톤(10)에 작용하는 수평방향으로의 하중에 대해서 수평 감쇠부재(40)를 통해 감쇠시킬 수 있고, 수직방향으로의 하중에 대해서도 수평 감쇠부재(40)의 하부에 설치된 MR 감쇠부재(30)를 통해 감쇠할 수 있다. 즉 하우징(20)의 일부를 탄성재질로 형성하여 MR 감쇠부재(30)를 수용하면서도 피스톤(10)에 작용하는 수평방향에 대한 하중도 감쇠시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 피스톤
11: 연결부
12: 헤드부
13: 스토퍼부
14: 메인 러버부
20: 하우징
30: MR 감쇠부재
31: 상판부
32: 하판부
33: 코일부
34a, 34b: 격벽부
35: 차폐링
40: 수평 감쇠부재
50: 부유 피스톤
60: 에어 챔버
70: MR 챔버

Claims (5)

1. 일단에 연결부가 돌출 형성되고 타단에 헤드부가 형성된 피스톤;
   상기 피스톤이 내부에서 유동되도록 장착된 하우징;
   상기 피스톤의 상기 헤드부와 상기 하우징의 내벽 사이에 삽입되어 상기 하우징에 대해 수평방향으로의 진동을 감쇠하는 수평 감쇠부재; 및
   상기 피스톤의 상기 헤드부의 하부에 위치되고 내부로 MR 유체가 흐르며, 상기 MR 유체에 자기장을 가하여 수직방향으로의 진동을 감쇠하는 MR 감쇠부재를 포함하고,
   상기 MR 감쇠부재는, 상기 MR 유체가 공급되는 중앙공이 각각 형성된 상·하판부와, 상기 상·하판부 사이에 위치된 코어부와, 상기 코어부의 둘레에 위치되고 상기 코어부로 상기 자기장을 가하는 코일부로 구성되며,
   상기 코어부의 상·하면 중 적어도 하나의 면에는 상기 MR 유체의 흐름을 안내하는 적어도 하나의 격벽부가 형성된 것을 특징으로 하는 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 격벽부는 상기 코어부의 상면 또는 하면의 중앙을 중심으로 방사상으로 배치된 것을 특징으로 하는 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하판부의 하부면과 상기 하우징의 내측면 사이에는 부유 피스톤이 장착되며, 상기 부유 피스톤의 하부로는 에어챔버가 형성되고, 상기 부유 피스톤의 상부로는 상기 MR 유체가 수용되는 MR 챔버가 형성된 것을 특징으로 하는 다축 진동 절연을 위한 MR 유체 마운트.
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