KR102200949B1 - 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 메인 스프링을 구비하여 진동을 저감하는데, 메인 스프링의 압축 정도에 따라 가해지는 힘의 방향 및 크기가 달라지도록 측부에 보조 스프링을 구비함으로써, 코일 스프링의 조합만으로 에어 스프링의 효과를 낼 수 있는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부에 대상물이 설치되는 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 하부에 이격되도록 구비되는 하부 프레임과, 상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 구비되는 메인 스프링과, 상기 상부 프레임과 하부 프레임의 양측을 각각 탄성 지지하는 보조 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트{Anti-vibration mount using multi-springs}
본 발명은 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 메인 스프링을 구비하여 진동을 저감하는데, 메인 스프링의 압축 정도에 따라 가해지는 힘의 방향 및 크기가 달라지도록 측부에 보조 스프링을 구비함으로써, 코일 스프링의 조합만으로 에어 스프링의 효과를 낼 수 있는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것이다.
기존에 진동 및 충격이 전달되는 경로에 설치하는 방진 마운트의 경우 코일스프링, 리프스프링, 방진고무, 에어 스프링 등이 이용되었고, 이들은 방진하고자 하는 대상(이하 ‘대상체’)을 받치고 있으며 하중을 지지하는 역할과 진동/충격을 차단하는 역할을 수행한다.
이러한 방진장치의 성능은 강성(stiffness)과 감쇠(damping) 값, 그리고 화물의 질량(mass)과 연관이 있으며, 특히 진동저감이 발생하는 주파수 대역의 저주파수 하한값은 강성의 제곱근에 비례하고 질량의 제곱근에 반비례한다.
따라서, 대상체의 무게가 다른 경우 방진성능에 변화가 발생하며, 하중을 지지하기 위하여 강성을 높일 경우 진동 저감이 발생하는 저주파수 하한값이 높아져서, 저주파수 진동 또는 충격을 저감하기 어려운 문제가 발생한다.
그리고, 저주파수 진동/충격을 저감하기 위해 낮은 강성의 마운트를 이용하는 경우 하중에 의한 처짐량이 커서 마운트 높이를 매우 키워야 하는데, 이 경우 방진 마운트가 차지하는 공간이 과도하여 현실적으로 적용하기가 어려운 경우가 발생한다.
이러한 상황은 코일스프링, 리프스프링, 방진고무로 만든 마운트에서 발생한다.
반면에 에어 스프링 마운트의 경우 공기압력을 이용해 현가상질량(하중)을 지지하면서 진동/충격을 차단하기가 더 유리한데, 도 1은 일반적인 에어 스프링 마운트의 하중-변위 특성을 나타내는 것으로, 하중-변위 그래프의 기울기는 강성에 해당하며 하중이 0에서 시작하여 초기에는 강성이 크다가 작동 구간에 이르면 강성이 작아지고 작동 구간을 초과하면 다시 강성이 커진다.
따라서, 작동 구간에서는 작은 강성으로 인하여 저주파수 범위에서 방진 성능이 우수하면서, 높은 하중 지지가 가능하다.
이러한 에어 스프링에서는 공기압력을 전기 또는 엔진 동력으로부터 에어컴프레서를 작동하여 발생시키며, 공기압력을 조절하여 지지하중(그래프에서 작동 구간에서의 하중에 해당)을 조정할 수 있다.
반면에 공기가 누설될 수 있어서 압력이 일정 이하로 떨어지면 컴프레서가 작동하여 보충하여야 한다.
그래서, 에어 스프링을 사용하기 위해서는 외부 동력이 필요하기 때문에 컴프레서, 어큐뮬레이터, 에어밸브 블록 등 추가적인 부품들로 인하여 구조가 복잡하고 정비가 어려울 뿐만 아니라, 제작 비용이 높고, 에어호스, 벨로우즈 고무 등의 노후화 등으로 인한 내구성이 비교적 좋지 않은 문제점이 있다.
한국등록특허 10-1978652 한국등록특허 10-1870158
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 한 쌍의 메인 스프링을 구비하여 진동을 감쇄하되, 상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 레볼루트 조인트 방식으로 스프링 가이드를 구비하고, 스프링 가이드의 외측에 보조 스프링을 구비함으로써, 상기 메인 스프링의 측부에 메인 스프링의 압축정도에 따라 보조 스프링이 가하는 힘의 방향 및 크기가 변하도록 하여 코일 스프링의 조합으로 에어 스프링의 효과를 낼 수 있도록 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
상부에 대상물이 설치되는 상부 프레임과, 상기 상부 프레임의 하부에 이격되도록 구비되는 하부 프레임과, 상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 구비되는 메인 스프링과, 상기 상부 프레임과 하부 프레임의 양측을 각각 탄성 지지하는 보조 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부 프레임의 양측에는 지지 브라켓이 상부로 돌출되도록 형성되고, 상기 보조 스프링의 내측에 신축가능하도록 구비되되, 일측 단부는 상기 지지 브라켓의 상단과 힌지 결합되고, 타측 단부는 상부 프레임과 힌지 결합되는 스프링 가이드가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 스프링 가이드는 상기 상부 프레임에 단부가 힌지 결합되는 제1가이드와, 상기 지지 브라켓의 상단에 단부가 힌지 결합되는 제2가이드로 이루어지고, 상기 제1가이드는 상기 제2가이드를 관통하는 중공에 슬라이딩 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1가이드의 단부에는 보조 스프링의 일측 단부를 지지하는 제1지지판이 형성되고, 상기 제2가이드의 단부에는 보조 스프링의 타측 단부를 지지하는 제2지지판이 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 상부 프레임의 하면 중심부에는 링크부재가 더 구비되고, 상기 링크부재의 하단 양측에는 상기 제1가이드의 단부가 힌지 결합되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부 프레임의 중심부에는 상기 링크부재의 하단을 지지하기 위한 범프 스톱이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 메인 스프링의 내측에는 댐퍼가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 한 쌍의 메인 스프링을 구비하여 진동을 감쇄하되, 상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 레볼루트 조인트 방식으로 스프링 가이드를 구비하고, 스프링 가이드의 외측에 보조 스프링을 구비함으로써, 상기 메인 스프링의 측부에 메인 스프링의 압축정도에 따라 보조 스프링이 가하는 힘의 방향 및 크기가 변하도록 하여 코일 스프링의 조합으로 에어 스프링의 효과를 낼 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 에어 스프링 마운트의 하중-변위 특성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트가 하중에 의해 하방으로 이동한 상태의 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 하중-변위 그래프의 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트가 하중에 의해 하방으로 이동한 상태의 상태도이고, 도 6은 본 발명에 따른 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트의 하중-변위 그래프의 도면이다.
본 발명은 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것으로 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 그 구성은 판형상으로 형성되는 상부 프레임(100)과 상기 상부 프레임(100)의 하부에 이격되도록 구비되는 하부 프레임(200)과 상기 상부 프레임(100)과 하부 프레임(200) 사이에 구비되는 메인 스프링(310)으로 이루어진다.
여기서, 상기 상부 프레임(100)의 상부에는 진동을 방지하기 위한 대상물이 설치되고, 상기 하부 프레임(200)은 진동을 방지하기 위한 대상물을 지지하기 위한 지지부의 상부에 고정설치되는데, 도면에는 상기 상부 프레임(100)은 직사각 형상으로 도시 되었으나 이에 한정되지 않고, 다각 판, 원판 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 상부 프레임(100)과 하부 프레임(200)의 양측을 각각 탄성 지지하는 보조 스프링(320)이 구비되는데, 상기 보조 스프링(320)은 서로 대칭되도록 설치된다.
즉, 상기 보조 스프링(320)의 일측 단부는 상기 상부 프레임(100)의 중심부에 치우치도록 위치하게 되고, 보조 스프링(320)의 타측 단부는 하부 프레임(200)의 가장자리에 치우치도록 위치하게 된다.
그래서, 대상물의 하중에 의해 메인 스프링(310)이 압축되는 과정에서 상기 보조 스프링(320)의 각도와 압축 정도가 변화되기 때문에 보조 스프링(320)에 의해 가해지는 힘의 방향 및 힘의 크기가 변화하게 된다.
그리고, 상기 하부 프레임(200)은 도면에 도시된 바와 같이 십자 형상으로 형성될 수도 있지만, 사각판 형상이나 원판 형상등 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 상기 하부 프레임(200)의 양측에는 지지 브라켓(210)이 상부로 돌출되도록 형성된다.
여기서, 상기 지지 브라켓(210)은 다수의 쌍으로 형성될 수도 있지만 설명의 편의상 도면에 도시된 바와 같이 한 쌍을 설치된 것으로 하여 설명하는데, 한 쌍의 지지 브라켓(210)은 상기 보조 스프링(320)과 같이 서로 대칭되도록 설치된다.
이때, 상기 보조 스프링(320)의 내측에는 스프링 가이드(330)가 신축 가능하도록 구비되는데, 상기 스프링 가이드(330)의 일측단부는 상기 지지 브라켓(210)의 상단과 힌지 결합되고, 상기 스프링 가이드(330)의 타측 단부는 상부 프레임(100)과 힌지 결합된다.
한편, 상기 스프링 가이드(330)는 바 형상으로 형성되는 제1가이드(340)와 파이프 형상으로 형성되는 제2가이드(350)로 이루어지는데, 상기 제1가이드(340)는 제2가이드(350)를 길이방향으로 관통하는 중공에 슬라이딩 가능하도록 삽입되어 스프링 가이드(330)의 길이가 가변되게 된다.
여기서, 상기 제1가이드(340)의 단부에는 제1힌지브라켓(344)이 형성되어 상기 상부 프레임(100)에 힌지 결합되고, 상기 제2가이드(350)의 단부에는 제2힌지브라켓(354)이 형성되어 상기 지지 브라켓(210)의 상단에 형성되는 제2힌지부(212)에 힌지 결합된다.
이때, 상기 제1가이드(340)의 단부에는 보조 스프링(320)의 일측 단부를 지지하는 제1지지판(342)이 외측으로 돌출되도록 형성되고, 상기 제2가이드(350)의 단부에는 보조 스프링(320)의 타측 단부를 지지하는 제2지지판(352)이 외측으로 돌출되도록 형성된다.
그래서, 상기 상부 프레임(100)에 설치된 대상물의 하중에 의해 상부 프레임(100)이 하부로 이동하게 되면 상기 스프링 가이드(330)의 길이가 줄어들면서 각도가 변하게 되어 보조 스프링(320)이 상부 프레임(100)에 가하는 힘의 방향 및 힘의 크기가 달라지게 된다.
이러한 메인 스프링(310) 및 보조 스프링(320)에 작용하는 하중 및 변위에 대한 상관관계는 도 6에 도시되어 있는데, 도 6의 M 선은 메인 스프링(310), S 선은 보조 스프링(320), E 선은 메인 스프링(310)과 보조 스프링(320)의 합력을 보여주는 그래프이다.
즉, 도 6의 그래프에서 수평축인 변위가 0인 상태인 B 위치는 도 5의 (a)에 도시된 상황에서의 수직 변위를 0으로 도시하고, 상방으로 이동할 수록 변위가 마이너스가 되며 하방으로 이동할 수록 변위는 플러스가 되며, 도 6의 수직축은 대상물의 하중과 메인 스프링(310) 및 보조 스프링(320)이 하중에 가하는 수직 방향의 힘을 의미하는 것으로 상방향으로 힘이 작용할 때에는 플러스가 되고 하방으로 힘이 작용할 경우에는 마이너스가 된다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 도 6의 A 위치는 도 4에 도시된 상황을 나타내고 있으며, B 위치는 도 5의 (a)에 도시된 상황을 나타내고 있으며, C 위치는 도 5의 (b)에 도시된 상황을 나타내고 있다.
즉, 하중이 0인 경우에는 A 위치에서와 같이 메인 스프링(310)과 보조 스프링(320)이 완전히 펼쳐진 상태가 되며, 하중이 늘어나게 되면 메인 스프링(310) 및 보조 스프링(320)이 압축되게 됨으로써, 코일 스프링의 복원력에 의해 힘이 작용하게 된다.
이때, 상기 메인 스프링(310)은 수직으로 설치되어 상방으로만 힘이 작용하게 되므로 그래프에서 직선으로 표시되지만, 상기 보조 스프링(320)은 하중에 의해 메인 스프링(310)이 압축됨에 따라 도 6에 도시된 바와 같이 각도가 변화되는데, 수평으로 작용하는 힘은 양측에 대칭되도록 설치된 보조 스프링(320)에 의해 상쇄되며, 수직으로 작용하는 힘은 코일 스프링의 압축이 될수록 커지게 되지만 작용하는 방향에 따라 상방향 힘이 줄어들게 되므로 특정점을 지나게 되면 오히려 힘이 줄어들게 되어 싸인 곡선을 보이게 된다.
여기서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 보조 스프링(320)이 수평이 되게 되면 도 6의 B 위치에서 보여지는 것처럼 수직 방향의 힘은 없어지고 수평 방향의 힘은 서로 상쇄되게 되며, 하중이 더 커지게 되면 전술한 상황과 반대의 상황으로서코일 스프링의 압축정도는 완화되어 작용하는 힘은 줄어들지만 방향이 변화되어 수직 방향의 힘이 커지므로 하방으로 작용하는 마이너스 방향의 힘이 커지게 되고, 특정 점을 지나게 되면 압축정도가 현저히 줄어들어 하방으로 작용하는 힘이 줄어들어 마이너스 방향의 힘이 줄어들게 된다.
따라서, 상기 메인 스프링(310) 및 보조 스프링(320)이 하중에 대하여 수직 방향으로 작용하는 힘의 총합은 E 선과 같이 도시되며, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 에어 스프링의 상태와 동일하게 된다.
즉, 하중을 적절하게 조절하거나 메인 스프링(310) 및 보조 스프링(320)의 탄성력을 하중에 맞도록 조절하여 대상물이 설치된 상태에서 B 위치와 같은 상태를 이루게 되면 기울기가 의미하는 강성(stiffness)은 0에 가깝게 되어 대상물에 의해 발생하는 진동을 저감할 수 있는 주파수 대역의 하한값이 낮아져 에어 스프링을 사용한 것과 마찬가지로 상당한 저주파수 진동도 감쇄할 수 있게 된다.
그러므로, 본 발명에서는 코일 스프링의 조합만으로 에어 스프링의 진동 감쇄 작용과 동일한 작용을 할 수 있어, 에어 스프링을 설치하기 위하여 추가하는 상당한 보조 장치들을 설치하지 않아도 되므로 비용을 획기적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 단순하고, 전체 부피 또한 획기적으로 줄어들게 된다.
물론, 대상물의 하중이 변할 경우에는 코일 스프링이 그에 대응되도록 변경되어야 하지만, 장시간 동일한 하중의 물건을 이동시키는 대륙철도나 하중의 변화가 크지 않은 곳에서 저렴한 비용으로 용이하게 설치하여 사용할 수 있게 된다.
한편, 상기 상부 프레임(100)의 하면 중심부에는 링크부재(140)가 구비되고, 상기 링크부재(140)의 하단 양측에는 제1힌지부(144)가 형성되어 상기 제1가이드(340)의 단부에 형성되는 제1힌지브라켓(344)이 힌지 결합으로 결합된다.
여기서, 상기 링크부재(140)는 상기 상부 프레임(100)의 하면 중심부에 하방으로 돌출되도록 형성될 수도 있고, 별도로 제작하여 상부 프레임(100)의 하면에 고정 설치할 수도 있다.
또한, 도면에는 상기 상부 프레임(100)의 하면 중심부에 링크부재(140)가 형성된 상태가 도시되어 있지만, 전술한 바와 같이 상기 링크부재(140)를 형성하여 스프링 가이드(330)를 연결할 수도 있고, 링크부재(140)를 설치하지 않고 상부 프레임(100)에 힌지부를 형성하여 상기 스프링 가이드(330)의 상단을 직접 힌지 결합으로 결합하여 사용할 수도 있다.
그리고, 상기 메인 스프링(310)의 내측에는 댐퍼(312)를 더 구비하게 되는데, 상기 댐퍼(312)의 하단은 하부 프레임(200)에 고정되고 상단은 상부 프레임(100)의 하면에 설치된다.
그래서, 상기 댐퍼(312)는 코일 스프링에 부족한 감쇠(damping) 특성을 추가하여 충격을 저감하는 성능을 향상하고, 또한 진동에너지가 더 빠르게 소산하게 한다.
이때, 상기 하부 프레임(200)의 상면 중심부에는 범프 스톱(220)이 더 구비되는데, 상기 범프 스톱(220)은 고무 또는 합성고무 등의 탄성력이 좋은 재질로 형성하여 대상물의 하중에 의해 상기 링크부재(140)가 하방으로 이동할 경우 링크 부재(140)의 하단을 지지하도록 함으로써, 링크부재(140)와의 충돌시 가해지는 충격을 완충시키게 된다.
한편, 상기 상부 프레임(100)의 중심부에는 대상물을 설치하기 위한 설치홈(110)이 형성되는데, 상기 설치홈(110)에는 부싱(120)이 설치되어 수평방향으로 가해지는 미세한 진동은 상기 부싱(140)을 통하여 감쇄하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 메인 스프링을 구비하여 진동을 저감하는데, 메인 스프링의 압축 정도에 따라 가해지는 힘의 방향 및 크기가 달라지도록 측부에 보조 스프링을 구비함으로써, 코일 스프링의 조합만으로 에어 스프링의 효과를 낼 수 있는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트에 관한 것이다.
100 : 상부 프레임 110 : 설치홈
120 : 부싱
140 : 링크부재 200 : 하부 프레임
210 : 지지 브라켓 220 : 범프 스톱
310 : 메인 스프링 320 : 보조 스프링
330 : 스프링 가이드

Claims (7)

  1. 상부에 대상물이 설치되는 상부 프레임과,
    상기 상부 프레임의 하부에 이격되도록 구비되는 하부 프레임과,
    상기 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 구비되는 메인 스프링과,
    상기 상부 프레임과 하부 프레임의 양측을 각각 탄성 지지하는 보조 스프링으로 이루어지고,
    상기 하부 프레임의 양측에는 지지 브라켓이 상부로 돌출되도록 형성되고,
    상기 보조 스프링의 내측에 신축가능하도록 구비되되, 일측 단부는 상기 지지 브라켓의 상단과 힌지 결합되고, 타측 단부는 상부 프레임과 힌지 결합되는 스프링 가이드가 구비되며,
    상기 상부 프레임의 하면 중심부에는 링크부재가 구비되고,
    상기 하부 프레임의 중심부에는 상기 링크부재의 하단을 지지하기 위한 범프 스톱이 구비되는 것을 특징으로 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 가이드는 상기 상부 프레임에 단부가 힌지 결합되는 제1가이드와,
    상기 지지 브라켓의 상단에 단부가 힌지 결합되는 제2가이드로 이루어지고,
    상기 제1가이드는 상기 제2가이드를 관통하는 중공에 슬라이딩 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1가이드의 단부에는 보조 스프링의 일측 단부를 지지하는 제1지지판이 형성되고,
    상기 제2가이드의 단부에는 보조 스프링의 타측 단부를 지지하는 제2지지판이 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 링크부재의 하단 양측에는 상기 제1가이드의 단부가 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 스프링은 상기 링크부재 및 범프 스톱의 측부에 위치하고,
    상기 메인 스프링의 내측에는 댐퍼가 더 구비되며,
    상기 댐퍼의 하단은 상기 하부 프레임에 고정되고 상단은 상부 프레임의 하면에 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 스프링 조합을 이용한 방진 마운트.
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