KR102169563B1 - 유압 실린더 로드 제조방법 - Google Patents

유압 실린더 로드 제조방법 Download PDF

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KR102169563B1
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이혜경
황태호
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Abstract

본 발명은 유압실린더의 실린더 로드와 같은 기존의 금속 환봉 형태를 경량화하기 위해, 금속 튜브의 내부에 복합재료 환봉을 삽입하여 하이브리드 형태의 환봉을 마련함에 있어서, 금속 튜브와 복합재료 환봉 간의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하여 이를 통해 하이브리드 환봉을 마련한 후 로드아이를 결합하여 유압 실린더 로드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 금속 튜브 및 상기 금속 튜브의 내부에 배치되는 복합재료 환봉을 포함하는 하이브리드 환봉으로 경량화된 유압 실린더의 로드를 제조하는 방법은, (a) 상기 하이브리드 환봉의 제원을 선정하고, 상기 제원의 범주내에서 금속 튜브에 대한 모집단을 선정한 이후, 상기 모집단 중에서 상기 하이브리드 환봉을 경량화할 수 있는 금속 튜브의 두께를 산출하여 상기 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 도출된 최적비율에 따라 금속 튜브와 복합재료 환봉을 준비하여 일체화시킴으로써 경량화된 하이브리드 환봉을 마련하는 단계; 및, (c) 상기 경량화된 하이브리드 환봉에 로드아이를 결합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

유압 실린더 로드 제조방법{Method for manufacturing hydraulic cylinder rod}
본 발명은 유압 실린더 로드 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 유압 실린더 로드의 경량화를 위해 금속 튜브의 내부에 플라스틱 복합재료 환봉을 삽입하여 하이브리드 환봉 형태로 제조하는 방법에서, 금속 튜브와 복합재료 환봉 간의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하는 유압 실린더 로드 제조방법에 관한 것이다.
유압실린더는 건설기계, 중장비 및 고소차 등의 핵심부품으로, 최근 경량화된 유압실린더의 개발의 필요성이 대두되고 있다.
즉 유압실린더의 무게를 30% 감소시키면 건설기계 및 고소차 등의 총장비 무게를 6~15% 감소시킬 수 있게 되는데, 이는 장비 운용에 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 결과를 구현할 수 있게 됨으로써 경량화된 유압실린더의 개발이 주목을 받고 있는 추세이다.
이러한 유압실린더의 경량화를 위해 실린더 튜브 및 로드의 전체 또는 일부분을 고강도 고탄성의 경량 구조재로 주목받고 있는 첨단 플라스틱 복합재료인 탄소섬유강화플라스틱(CFRP; Carbon Fiber Reinforced Plastic)으로 형성하고 있다.
특히 환봉 형태의 실린더 로드의 경우 금속 튜브의 내부에 CFRP로 형성된 환봉을 삽입하여 금속소재와 CFRP가 혼합된 하이브리드 타입으로 환봉을 제조하여 경량화를 구현하고 있는 추세이다.
그러나 하이브리드 환봉을 제조함에 있어서 목표로 하는 좌굴 하중을 만족하면서 경량화를 이루기 위해서는 금속과 CFRP의 적절한 비율을 산정하여 제조해야 하는데, 이와 같은 비율을 산정하는 방법에 대한 연구 개발이 미진한 실정이다.
따라서 경량화된 유압실린더의 개발에 기여할 수 있도록 하이브리드 환봉에서 이종 재질 간의 최적 비율을 제시할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1041448호 "반송 샤프트 및 반송 샤프트의 제조방법" (등록일자: 2011.06.08)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유압실린더의 실린더 로드와 같은 기존의 금속 환봉 형태를 경량화하기 위해, 금속 튜브의 내부에 복합재료 환봉을 삽입하여 하이브리드 형태의 환봉을 마련함에 있어서, 금속 튜브와 복합재료 환봉 간의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하여 이를 통해 하이브리드 환봉을 마련한 후 로드아이를 결합하여 유압 실린더 로드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 함께 본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 더욱 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유압 실린더 로드 제조방법에 따르면, 금속 튜브 및 상기 금속 튜브의 내부에 배치되는 복합재료 환봉을 포함하는 하이브리드 환봉으로 경량화된 유압 실린더의 로드를 제조하는 방법은, (a) 상기 하이브리드 환봉의 제원을 선정하고, 상기 제원의 범주내에서 금속 튜브에 대한 모집단을 선정한 이후, 상기 모집단 중에서 상기 하이브리드 환봉을 경량화할 수 있는 금속 튜브의 두께를 산출하여 상기 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출하는 단계; (b) 상기 (a)단계에서 도출된 최적비율에 따라 금속 튜브와 복합재료 환봉을 준비하여 일체화시킴으로써 경량화된 하이브리드 환봉을 마련하는 단계; 및, (c) 상기 경량화된 하이브리드 환봉에 로드아이를 결합하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는 (a-1) 상기 하이브리드 환봉의 제1 외경(OD1), 길이(L), 설정 좌굴하중(F), 단말계수(n) 및 제1 안전계수(SF1)를 선정하고, 상기 금속 튜브의 재질 및 탄성계수(E)를 선정하는 단계, (a-2) 상기 제1 외경(OD1) 이하 범위에서 상기 금속 튜브의 두께값에 대한 모집단을 선정하고, 선정된 모집단 상기 길이(L)로 세장비를 산출하여 상기 모집단의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법을 결정하는 단계, (a-3) 상기 (a-2)단계에서 결정된 방법으로 상기 모집단에 대한 임계 좌굴하중(PC)과 제2 안전계수(SF2)를 산출하고, 산출된 제2 안전계수(SF2)들 중에서 상기 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접되는 제3 안전계수(SF3)를 산출하는 단계 및, (a-4) 상기 제3 안전계수(SF3)에 대응되는 상기 모집단 내의 금속 튜브 두께값들 중 상기 하이브리드 환봉을 경량화할 수 있는 금속 튜브의 두께를 최적 두께로 하여 상기 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 함께 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 (a-2) 단계에서 금속 튜브의 두께값에 대한 모집단은, 상기 제1 외경(OD1)을 금속 튜브의 외경(ODm)값으로 선정하고, 상기 선정된 금속 튜브의 외경(ODm)값 이하 범위의 값들 중 적어도 하나 이상을 금속 튜브의 내경(IDm)값으로 선정함으로써 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 (a-2) 단계에서 금속 튜브의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법은 산출된 세장비에 따라 랜킨의 방법(Rankine's method) 또는 오일러의 방법(Euler's method) 중 어느 하나의 방법이 적용되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 (a-4) 단계는 상기 금속 튜브의 최적 두께에서 복합재료 환봉의 외경(ODc)을 산출하고 상기 산출된 복합재료 환봉의 외경(ODc)과 상기 금속 튜브의 외경(ODm)으로 복합재료 환봉의 비율을 산출함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.
유압 실린더 로드에서 하이브리드 환봉을 마련함에 있어 목표로 하는 좌굴 하중을 만족하면서 경량화를 구현할 수 있는 이종 재질 간의 최적 비율을 도출할 수 있게 됨에 따라, 금속재질의 환봉류 및 이 환봉류와 더불어 관련된 장치의 경량화에 기여할 수 있는 이점이 있다.
이와 함께 본 발명의 다른 효과는 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 환봉을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 유압 실린더 로드 제조방법을 순서도로 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시예의 모집단으로 선정된 금속 튜브의 외경(ODm)값 및 금속 튜브의 내경(IDm)값들로 산출된 데이터를 표로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 결과를 표로 나타낸 도면이다.
도 5는 제2 실시예의 모집단으로 선정된 금속 튜브의 외경(ODm)값 및 금속 튜브의 내경(IDm)값들로 산출된 데이터를 표로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 결과를 표로 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.
본 발명은 유압실린더의 실린더 로드와 같은 기존의 금속 환봉 형태를 경량화하기 위해, 금속 튜브의 내부에 복합재료 환봉을 삽입하여 하이브리드 형태의 환봉을 마련함에 있어서, 금속 튜브와 복합재료 환봉 간의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하여 이를 통해 하이브리드 환봉을 마련한 후 로드아이를 결합하여 유압 실린더 로드를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 본 발명에 따라 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출함에 있어 복합재료 환봉의 물성치 및 좌굴에 대항하는 강도 대한 수치는 참고용으로 금속 튜브와 복합재료 환봉으로 이루어진 하이브리드 환봉의 좌굴 실험의 결과에 의한 데이터로만 제시하며, 특별한 언급이 없는 한 무게 및 길이의 단위는 Kg 및 mm임을 한번 더 주지하는 바이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 환봉(100)은 금속 튜브(200)의 내부에 복합재료 환봉(300)이 삽입 고정되어 있으며, 하이브리드 환봉의(100)의 외경(OD1)은 금속 튜브(200)의 두께(ODm-IDm) 및 복합재료 환봉(300)의 외경(ODc)을 포함한다.
이와 함께 상술된 도면과 더불어 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)을 포함하는 하이브리드 환봉(100)으로 경량화된 유압 실린더의 로드를 제조하는 방법은 (a), (b) 및, (c) 단계를 포함하여 이루어진다.
(a) 단계는 하이브리드 환봉(100) 및 하이브리드 환봉(100)에 포함되는 금속튜브(200)의 길이 등의 사양 및 물성치와 같은 제원을 선정하고, 그 범주내에서 금속 튜브(200)의 모집단을 선정한 이후에, 모집단 중에서 하이브리드 환봉(100)의 제원을 만족시키면서 경량화를 구현할 수 있는 금속 튜브(200)의 두께를 산출하여 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)의 최적 비율을 도출하는 단계이다.
이러한 (a) 단계는 (a-1), (a-2), (a-3) 및 (a-4) 단계를 포함하여 이루어진다.
우선 (a-1) 단계는 하이브리드 환봉(100)의 설정 외경인 제1 외경(OD1), 길이(L), 설정 좌굴하중(F), 단말계수(n) 및 설정 안전계수인 제1 안전계수(SF1)를 선정하고, 금속 튜브(200)의 재질, 탄성계수(E) 및 밀도 등의 제원을 선정하는 단계이다.
즉, (a-1) 단계에서는 목표로 하는 하이브리드 튜브(100) 및 금속 튜브(200)의 제원을 설정하여 최적비율의 복합재료 환봉(300)을 도출하기 위한 데이터를 선정하는 단계이다.
다음으로 도 3에 도시된 바와 같이, (a-2) 단계는 제1 외경(OD1) 이하 범위에서 금속 튜브(200) 두께 값에 대한 모집단을 선정하고, 선정된 모집단과 길이(L)로 세장비(λ, Slenderness)를 산출하여 모집단의 임계 좌굴하중(PC)를 산출하기 위한 방법을 결정하는 단계이다.
이러한 금속 튜브(200) 두께 값에 대한 모집단은 제1 외경(OD1) 이하 범위의 값들 중 어느 하나를 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값으로 선택하게 되는데 여기에서는 하이브리드 환봉(100)의 설정 외경인 제1 외경(OD1)과 금속 튜브(200)의 외경(ODm) 동일하게 선정된다.
그리고 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 이하 범위의 값들을 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값으로 하여, 선정된 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값에 대한 다수개의 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들로 이루어지는 것이 바로 모집단이다.
여기에서 금속 튜브(200)의 외경(ODm)은 하이브리드 환봉(100)의 설정 외경인 제1 외경(OD1) 값으로 만약 제1 외경(OD1)이 30mm인 경우 동일하다. 그리고 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들은 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 이하 범위의 값으로, 30mm 이하의 모든 길이 값이 대상이 될 수 있다.
이와 같은 (a-2) 단계에서는 길이(L), 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들을 토대로 아래의 수학식 1을 통해 세장비(λ)를 산출하고, 산출된 세장비(λ)의 값에 따라 금속 튜브(200)의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법을 결정하는 단계이다.
즉 (a-2)단계는 산출된 세장비(λ)의 값이 수학식 2의 범위에 해당되는 경우 수학식 4와 같은 랜킨의 방법(Rankine's method)으로 금속 튜브(200)의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하고, 산출된 세장비(λ)의 값이 수학식 3의 범위에 해당되는 경우 수학식 5와 같은 오일러의 방법(Euler's method)으로 금속 튜브(200)의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법을 결정하는 단계이다.
Figure 112019098142402-pat00001
Figure 112019098142402-pat00002
Figure 112019098142402-pat00003
Figure 112019098142402-pat00004
Figure 112019098142402-pat00005
이어서 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, (a-3) 단계는 상술된 임계 좌굴하중(PC) 산출 방법 및 모집단에서 선정된 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 튜브(200) 내경(IDm)값들로, 금속 튜브(200)의 임계 좌굴하중(PC) 및 제2 안전계수(SF2)를 산출하고, 산출된 제2 안전계수(SF2) 중에서 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접되는 금속 튜브(200)의 제3 안전계수(SF3)를 산출하는 단계이다.
이러한 제2 안전계수(SF2)는 길이(L)과 모집단에서 선정된 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들로 산출된 값이며, 제3 안전계수(SF3)는 산출된 제2 안전계수(SF2) 중에서 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접되는 값이다.
여기에서 산출된 세장비(λ)의 값이 오일러의 방법이 적용되어야 하는 범위에 속하여 오일러의 방법으로 임계 좌굴하중(PC)을 산출할 경우 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들이 점진적으로 줄어드는 과정에서 세장비(λ)의 값이 랜킨의 방법이 적용되어야 하는 범위에 속하게 될 수도 있다. 이와 같은 경우 오일러의 방법으로 산출된 임계 좌굴하중(PC)의 값들과 랜킨의 방법으로 산출된 임계 좌굴하중(PC)의 값들은 하이브리드 환봉의 구조적인 경계조건에서 서로 다른 구조로 되어 있는 것이므로 상호 간의 값이 유기적으로 연결될 수 없다. 따라서 오일러의 방법으로 산출된 임계 좌굴하중(PC)이 점진적으로 금속 튜브(200)의 내경(ID)값이 줄어들어 랜킨의 방법으로 임계 좌굴하중(PC)이 산출된다면, 오일러의 방법으로 산출된 임계 좌굴하중(PC) 값과 상호 분리하여 해석되어야 할 것이다.
다음으로 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, (a-4) 단계는 제3 안전계수(SF3)에 대응되는 모집단에서 선정된 금속 튜브(200)의 두께값[금속 튜브 외경(ODm)값 및 금속 튜브 내경(ID)값들] 중 하이브리드 환봉(100)을 경량화할 수 있는 두께로 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)의 최적 비율을 도출하는 단계이다.
이러한 (a-4) 단계에서는 전술한 바와 같이 본 발명은 복합재료 환봉(300)의 물성치 및 좌굴에 대항하는 강도 대한 수치는 감안하지 않은 채로 경량화를 위한 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)을 산출하기 위한 것이므로, 제3 안전계수(SF3)에 대응되는 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 튜브의 내경(IDm)값으로 제1 안전계수(SF1)를 만족하는 금속 튜브(200)의 두께(Tm)를 도출할 수 있게 된다.
따라서 제1 안전계수(SF1)를 만족하는 금속 튜브(200)의 두께(Tm)에서 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값으로 복합재료 환봉(300)의 외경(ODc)을 산출할 수 있으며, 산출된 복합재료 환봉(300)의 외경(ODc)로 하이브리드 환봉(100) 대비 복합재료 환봉(300)의 최적 비율을 아래의 수학식 6으로 산출할 수 있게 되는 것이다.
Figure 112019098142402-pat00006
이후, (b) 단계는 상술된 (a-4)단계에서 도출된 최적비율에 따라 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)을 준비하여 일체화시킴으로써 경량화된 하이브리드 환봉(100)을 마련하는 단계이다.
이러한 (b) 단계는 준비된 금속 튜브(200)의 내부에 복합재료 환봉(300)을 본딩방식으로 일체화시키는 단계이다. 한편으로, 준비된 금속 튜브(200)를 회전시키면서 전체 면적을 균일하게 가열하여 준비된 복합재료 환봉(300)의 외경보다 팽창시킨 상태에서 복합재료 환봉(300)을 열박음 한 다음, 냉각을 통해 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)을 일체화시킬 수도 있다.
마지막으로 도 7에 도시된 바와 같이 (c) 단계는 (b) 단계에서 마련된 하이브리드 환봉(100)의 일단에 로드아이(400)를 결합하는 단계이다.
이러한 (c) 단계 이전 상술된 (b) 단계에서 금속 튜브(200)의 일측이 복합재료 환봉(300)의 길이보다 상대적으로 더 길게 형성되어 길이차에 의해 공간부가 마련되도록 일체화될 수 있다. 이와 같은 금속 튜브(200)와 복합재료 환봉(300)의 길이차는 도출된 복합재료 환봉(300)의 최적비율을 만족하면서도 하이브리드 환봉(100)의 선정된 안전계수를 만족하는 범위내에서 결정될 수 있다. 그리고 로드아이(400)는 헤드부(410)와 공간부 측의 금속 튜브(200) 내주면과 나사 결합되는 돌출부(420)가 마련됨으로써 하이브리드 환봉(100)의 일단에 로드아이(400)를 결합함으로써 유압 실린더 로드를 완성할 수 있게 된다.
이하에서는 상술된 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 통해 본 발명 따른 (a) 단계의 최적비율도출 방법의 이해를 돕고자 한다.
제1 실시예
제1 실시예에서는 하이브리드 환봉의 길이(L): 850mm, 외경(OD1): 30mm, 설정 적용하중(F): 4,000kgf, 단말계수(n): 1(pinned-pinned) 및 설정 안전계수(SF1): 2.5로 선정된다.
그리고 금속 튜브의 재질: SM45C, 탄성계수(E): 21,000kgf/mm2 및 밀도: 7.85kgf/mm2로 선정된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 설정값으로 제1 실시예에서는 금속 외경(ODm)값이 30mm로 선정되며, 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값에 대한 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값을 0, 3, 6, 9, 12, 15, 17, 18 및 21mm로 선정하였다.
선정된 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 내경(IDm)값들로 세장비(λ)를 산출한 이후 오일러 방법으로 임계 좌굴하중(PC) 및 제2 안전계수(SF2)를 산출해본 결과, 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값 17mm에서 제2 안전계수(SF2)가 2.557로 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접함을 알 수 있었다.
상기한 내용과 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 튜브(200)의 외경(ODm)이 30mm이면 금속 튜브(200)의 내경(IDm)이 17mm가 되었을 때 설정 안전계수인 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접하였으므로 금속 튜브(200)의 두께(Tm)는 6.5mm(13mm/2)가 되며 복합재료 환봉의 외경은(ODc)는 17mm가 되고 복합재료 환봉(300)의 비율은 전체 하이브리드 환봉(100)에서 56.7%가 된다. 그리고 금속 튜브(200)의 무게는 3.2kg으로 산출되고, 복합재료 환봉(300)의 무게는 복합재료가 CFRP라고 가정할 시 0.3kg으로 산출되며, 하이브리드 환봉의 총 무게는 3.5kg으로 산출된다. 여기에서 하이브리드 환봉(100)이 아닌 외경이 30mm인 금속 환봉의 무게는 4.7kg으로 산출됨에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 환봉(100)로 제작하게 되면 1.2kg을 경량화할 수 있게 된다.
제2 실시예
제2 실시예에서는 하이브리드 튜브의 길이(L): 650mm, 외경(OD1): 30mm, 설정 적용하중(F): 4,000kgf, 단말계수(n): 1(pinned-pinned) 및 설정 안전계수(SF1): 2.5로 선정된다.
그리고 금속 튜브의 재질: SM45C, 탄성계수(E): 21,000kgf/mm2 및 밀도: 7.85kgf/mm2로 선정된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 설정값으로 제2 실시예에서는 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값이 30mm로 선정되며, 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값에 대한 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값을 0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 19, 20, 21, 24 및 27mm으로 선정하였다.
선정된 금속 튜브(200)의 외경(ODm)값 및 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값들로 세장비(λ)를 산출한 이후 랜킨의 방법으로 임계 좌굴하중(PC) 및 제2 안전계수(SF2)를 산출해본 결과, 금속 튜브(200)의 내경(IDm)값 19mm에서 제2 안전계수(SF2)가 2.503으로 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접함을 알 수 있었다.
상기한 내용과 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 튜브(200)의 외경(ODm)이 30mm이면 금속 튜브(200)의 내경(IDm)이 19mm가 되었을 때 설정 안전계수인 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접하였으므로 금속 튜브(200)의 두께(Tm)는 5.5mm(11mm/2)가 되며 복합재료 환봉의 외경은(ODc)는 19mm가 되고 복합재료 환봉(300)의 비율은 전체 하이브리드 환봉(100)에서 63.3%가 된다. 그리고 금속 튜브(200)의 무게는 2.2kg으로 산출되고, 복합재료 환봉(300)의 무게는 복합재료가 CFRP라고 가정할 시 0.3kg으로 산출되며, 하이브리드 환봉의 총 무게는 2.5kg으로 산출된다. 여기에서 하이브리드 환봉(100)이 아닌 외경이 30mm인 금속 환봉(300)의 무게는 3.6kg으로 산출됨에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 환봉(100)로 제작하게 되면 1.1kg을 경량화할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하이브리드 환봉
200: 금속 튜브
300: 복합재료 환봉

Claims (5)

  1. 금속 튜브 및 상기 금속 튜브의 내부에 배치되는 복합재료 환봉을 포함하는 하이브리드 환봉으로 경량화된 유압 실린더의 로드를 제조하는 방법은,
    (a) 상기 하이브리드 환봉의 제원을 선정하고, 상기 제원의 범주내에서 금속 튜브에 대한 모집단을 선정한 이후, 상기 모집단 중에서 상기 하이브리드 환봉을 경량화할 수 있는 금속 튜브의 두께를 산출하여 상기 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 도출된 최적비율에 따라 금속 튜브와 복합재료 환봉을 준비하여 일체화시킴으로써 경량화된 하이브리드 환봉을 마련하는 단계; 및,
    (c) 상기 경량화된 하이브리드 환봉에 로드아이를 결합하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 하이브리드 환봉의 제1 외경(OD1), 길이(L), 설정 좌굴하중(F), 단말계수(n) 및 제1 안전계수(SF1)를 선정하고, 상기 금속 튜브의 재질 및 탄성계수(E)를 선정하는 단계,
    (a-2) 상기 제1 외경(OD1) 이하 범위에서 상기 금속 튜브의 두께값에 대한 모집단을 선정하고, 선정된 모집단 상기 길이(L)로 세장비를 산출하여 상기 모집단의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법을 결정하는 단계,
    (a-3) 상기 (a-2)단계에서 결정된 방법으로 상기 모집단에 대한 임계 좌굴하중(PC)과 제2 안전계수(SF2)를 산출하고, 산출된 제2 안전계수(SF2)들 중에서 상기 제1 안전계수(SF1)에 가장 근접되는 제3 안전계수(SF3)를 산출하는 단계 및,
    (a-4) 상기 제3 안전계수(SF3)에 대응되는 상기 모집단 내의 금속 튜브 두께값들 중 상기 하이브리드 환봉을 경량화할 수 있는 금속 튜브의 두께를 최적 두께로 하여 상기 금속 튜브와 복합재료 환봉의 최적 비율을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 실린더 로드 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a-2) 단계에서 금속 튜브의 두께값에 대한 모집단은,
    상기 제1 외경(OD1)을 금속 튜브의 외경(ODm)값으로 선정하고,
    상기 선정된 금속 튜브의 외경(ODm)값 이하 범위의 값들 중 적어도 하나 이상을 금속 튜브의 내경(IDm)값으로 선정함으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 실린더 로드 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (a-2) 단계에서 금속 튜브의 임계 좌굴하중(PC)을 산출하기 위한 방법은,
    산출된 세장비에 따라 랜킨의 방법(Rankine's method) 또는 오일러의 방법(Euler's method) 중 어느 하나의 방법이 적용되는 것을 특징으로 하는 유압 실린더 로드 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a-4) 단계는,
    상기 금속 튜브의 최적 두께에서 복합재료 환봉의 외경(ODc)을 산출하고,
    상기 산출된 복합재료 환봉의 외경(ODc)과 상기 금속 튜브의 외경(ODm)으로 복합재료 환봉의 비율을 산출함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 유압 실린더 로드 제조방법.
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