KR102315673B1 - 고속진동 발생용 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피로도 시험을 위한 고속진동 발생용 액추에이터에 관한 것으로, 고속왕복운동하는 샤프트와 실린더 블럭의 내벽 간의 마찰을 최소화하고, 고른 윤활작용에 의해 안정적인 피로도 시험이 가능하도록 한 고속진동 발생용 액추에이터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 양측에 각각 제1내경을 가지며, 상기 제1내경 사이에 형성되고 상기 제1내경보다 좁은 내경을 갖는 제2내경이 형성되고, 상기 제2내경의 양측으로 샤프트의 왕복 운동을 위한 유압을 입출시키는 유압입출라인을 가지는 실린더 블럭; 관통된 제3내경을 가지며, 상기 실린더 블럭의 제1내경부위로 일단이 각각 삽입되어 장착되고, 상기 제3내경 둘레로는 등간격으로 홈부가 형성됨과 아울러 상기 각 홈부는 외부로부터 일정한 유압을 공급받기 위한 유압통로와 연통된 정압부; 상기 실린더 블럭의 제2내경과 상기 정압부의 제3내경을 관통하여 삽입되며, 상기 제2내경에 위치하는 부위에는 둘레를 따라 돌출부가 형성되어 상기 제2내경과 접하게 되고, 상기 제2내경의 내측에서 상기 돌출부의 전후방부위로 상기 실린더 블럭의 유압입출라인이 연통되도록 설치되는 상기 샤프트;로 구성된다.

Description

고속진동 발생용 액추에이터{Actuator for generating the high-speed vibration}

본 발명은 피로도 시험을 위한 고속진동 발생용 액추에이터에 관한 것으로, 고속왕복운동하는 샤프트와 실린더 블럭의 내벽 간의 마찰을 최소화하고, 고른 윤활작용에 의해 안정적인 피로도 시험이 가능하도록 한 고속진동 발생용 액추에이터에 관한 것이다.

구조물에 진동을 가하여 피로도를 시험하기 위해 고속으로 진동하는 액추에이터를 사용하게 되며, 그 진동을 발생하는 액추에이터의 한 예로서, 공개특허 10-2011-0070917호(유압 액추에이터 및 유압 진동 시험 장치)에서는 제1 흡배구와 제2 흡배구를 가지는 반전 작동 가능한 유압 펌프와, 피스톤과, 이 피스톤에 의해 내부공간이 제1 압력실과 제2 압력실로 구획되는 슬리브와, 이 피스톤에 연결됨과 아울러 선단이 이 슬리브의 외부로 돌출하는 피스톤 로드를 구비한 유압 실린더 유닛과, 상기 제1 압력실과 상기 제1 흡배구를 접속하는 제1 배관과, 상기 제2 압력실과 상기 제2 흡배구를 접속하는 제2 배관을 구비하고, 상기 유압 펌프가 반전 작동함으로써 상기 제1 및 제2 압력실에 교대로 유압을 가하여 상기 피스톤을 상하동시키는 유압 액추에이터로서, 상기 제1 및 제2 배관을 연결하는 바이패스관과, 상기 바이패스관의 도중에 설치된 상기 제1 및 제2 압력실에 배압을 가하는 어큐물레이터를 추가로 구비한 구조를 제안하였다.

따라서, 상기 피스톤에 직선 왕복 운동함으로써 피검체에 진동을 가하여 진동시험을 하게 되는데, 외란에 의해 피스톤과 실린더 내벽과의 접촉에 의한 마찰력이 증대됨으로써 구동력의 변화가 발생하여 신뢰성을 갖는 피로도 시험이 이루어질 수 없으며, 또한 마찰에 의해 피스톤과 실린더가 손상되는 문제점을 가지고 있다.

또한, 외란에 의해서 피스톤이 실린더 내벽과 고르게 접촉하는 것이 아니라 편중되어 접촉되는 경우에 편마모가 발생하게 되고, 이 또한 구동력의 변화에 따른 신뢰성 저하와 피스톤 및 실린더의 손상되는 문제점이 있다.

<선행기술문헌>

- 공개특허 10-2011-0070917호

(유압 액추에이터 및 유압 진동 시험 장치)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 실린더 블럭의 내벽과 샤프트의 마찰을 발생시키지 않도록 하고, 또한 실린더 블럭의 중심위치에 샤프트가 왕복운동하도록 유도함으로써 신뢰성을 갖는 피로도 시험이 가능하도록 함과 아울러 마찰에 의한 손상을 방지하도록 한 고속진동 발생용 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고속진동 발생용 액추에이터는,

양측에 각각 제1내경을 가지며, 상기 제1내경 사이에 형성되고 상기 제1내경보다 좁은 내경을 갖는 제2내경이 형성되고, 상기 제2내경의 양측으로 샤프트의 왕복 운동을 위한 유압을 입출시키는 유압입출라인을 가지는 실린더 블럭;

관통된 제3내경을 가지며, 상기 실린더 블럭의 제1내경부위로 일단이 각각 삽입되어 장착되고, 상기 제3내경 둘레로는 등간격으로 홈부가 형성됨과 아울러 상기 각 홈부는 외부로부터 일정한 유압을 공급받기 위한 유압통로와 연통된 정압부;

상기 실린더 블럭의 제2내경과 상기 정압부의 제3내경을 관통하여 삽입되며, 상기 제2내경에 위치하는 부위에는 둘레를 따라 돌출부가 형성되어 상기 제2내경과 접하게 되고, 상기 제2내경의 내측에서 상기 돌출부의 전후방부위로 상기 실린더 블럭의 유압입출라인이 연통되도록 설치되는 상기 샤프트;로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌출부의 외측둘레를 따라서 홈부가 등간격을 유지하면 복수개 형성되고, 상기 홈부는 그 단면이 'V' 또는 'U' 형태를 가지게 되며, 상기 상기 돌출부의 전방 및 후방부위의 단부에는 그 둘레를 따라서 테이퍼가 형성된다.

본 발명에 따른 고속진동 발생용 액추에이터는 샤프트에 외란이 가해지더라도 실린더 블럭의 내측 중앙에 샤프트가 위치하도록 함으로써 마찰이 발생하지 않도록 함과 아울러 구동력의 변화를 가져오지 않게 되어 내구성 향상은 물론 시험 신뢰도를 향상시키도록 한 장점이 있다.

도1은 본 발명의 고속진동 발생용 액추에이터의 정단면 구조도.
도2는 정압부의 정단면 구조도.
도3는 도1의 'A' 부분을 확대하여 보인 도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도1은 본 발명의 고속진동 발생용 액추에이터의 정단면 구조도이고, 도2는 정압부의 정단면 구조도이며, 도3는 도1의 'A' 부분을 확대하여 보인 도이다.

도1에서와 같이 본 발명은 실린더 블럭(100), 샤프트(200)로 구성되는데, 상기 실린더 블럭(100)은 길이방향으로 관통된 파이프 형태로서, 그 양측으로 각각 제1내경(101)이 각각 형성되고, 상기 제1내경(101) 사이에는 제2내경(102)이 형성되어 있다.

상기 제2내경(102)은 상기 제1내경(101) 보다 작은 구경을 갖도록 형성되고, 상기 실린더 블럭(100)의 양측에 형성된 제1내경들(101)로는 각각 캡 형태의 정압부(110,120)가 삽입되어 장착된다.

상기 정압부(110,120)는 상기 제2내경(102) 보다 작은 구경을 갖는 제3내경(111,121)이 각각 형성되고, 도2에 도시한 바와 같이 상기 제3내경(111,121)의 내측 둘레를 따라서는 등간격으로 홈부(112,122)가 형성되어 있으며, 상기 각 홈부(112,122)는 외측과 연통되어 유압을 인가받을 수 있도록 유압통로(113,123)가 형성되어 있다.

도2에서는 90°간격으로 4개의 홈부(112,122)가 형성된 상태를 도시하였으나, 경우에 따라서는 그 갯수를 증가시킬 수 있을 것이다.

또한, 각 유압통로(113,123)는 유압공유통로(130)를 통해 연결됨으로써 각 홈부(112,122)와 제3내경(111,121)에 동일한 유압이 작용하게 된다.

아울러, 상기 제3내경(111,121)의 양측부위에는 유압이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 씰이 구비되어 있게 된다.

상기 제3내경(111,121)과 제2내경(102)을 관통하여 샤프트(200)가 장착되는데, 상기 제3내경(111,121)과 샤프트(200)는 기밀하게 접촉하게 되고, 제2내경(102)에 위치하는 부위에는 외측 둘레를 따라서 돌출된 부위(A)를 가지게 되는데, 이러한 돌출된 부위(A)를 도3에서 확대하여 도시하였다.

도3에서와 같이 샤프트(200)로부터 돌출된 1차 돌출부(210)는 그 길이가 제2내경(102)의 길이보다 짧게 형성되는데, 이러한 길이는 샤프트(200)의 왕복운동거리에 따라 결정된다.

즉, 왕복운동거리를 짧게 하는 경우에는 그 길이를 길게 하고, 왕복운동거리가 긴 경우에는 짧게 형성할 수 있을 것이다.

상기 1차 돌출부(210)의 외측둘레로는 상기 1차 돌출부(210)보다 짧게 형성된 2차 돌출부(220)가 장착되는데, 이를 위해 1차 돌출부(210)의 외측 둘레로는 홈이 형성되고, 그 홈에 링 형태의 2차 돌출부(220)가 끼워져서 장착되며, 이러한 2차 돌출부(220)는 구리 또는 구리아연 합금 등으로 형성됨으로써 상기 샤프트(200)와는 이형의 재질로 될 수 있다.

또한, 상기 2차 돌출부(220)가 제2내경(102)과 접하는 부위에는 2차 돌출부(220)의 둘레를 따라서 단면이 'V' 또는 'U' 형태로 된 홈부(221)가 형성되고, 이러한 홈부(221)는 2차 돌출부(220)의 길이방향을 향해 등간격으로 복수개가 형성될 수 있다.

상기 2차 돌출부(220)는 1차 돌출부(210)의 양측으로부터 안쪽에서 형성되므로, 1차 돌출부(210)와 2차 돌출부(220)의 단차에 의해 2차 돌출부(220)의 전방과 후방부위에 각각 수용부(230,231)가 형성된다.

그리고, 상기 2차 돌출부(220)의 전방 및 후방부위의 단부에는 그 둘레를 따라서 테이퍼부(222,223)가 형성되어 있게 되는데, 상기 테이퍼부(222,223)는 2차 돌출부(220)의 바깥쪽 모서리 부위에서 둘레를 따라서 형성됨으로써 2차 돌출부(220)의 선단부에서의 테이퍼부(222,223)의 외경이 좁고, 후방으로 갈수록 사선형태로 외경이 넓어지도록 형성되어 있다.
그러므로, 수용부(103,104)에 수용된 오일이 테이퍼부(222,223)에 의해 안내되어 실린더 블럭(100)의 제2내경(102)과 2차 돌출부(220)의 외경 사이의 공간으로 유입이 원할하게 되는 것이다.

또한, 제2내경(102) 내에서 1차 돌출부(210)의 전방과 후방부위에는 각각 제1공간부(103)와 제2공간부(104)가 형성됨으로써 상기 샤프트(200)가 왕복 운동할 공간이 확보되며, 또한 샤프트(200)를 직선 왕복 운동시키기 위하여 상기 제1공간부(103)와 제2공간부(104)에는 샤프트(200)의 왕복 운동을 위한 유압을 입출시키는 유압입출라인이 형성되는데, 이러한 유압입출라인은 복동 액츄에이터의 구조에서는 당연한 것이므로 도시하지는 않았다.

이러한 본 발명의 동작을 설명한다.

샤트프(200)의 일측에는 피검체 또는 피검체와 연결시키기 위한 구조물이 결합되고, 유압입출라인은 통하여 제1공간부(103)와 제2공간부(104)에 교번하여 유압을 입출시키게 되면, 1차 돌출부(210)와 2차 돌출부(220)의 전면과 후면부위에 유압이 작용하여 샤프트(200)가 왕복운동하게 된다.

통상적으로 진동에 의한 피로도를 시험하기 위해서는 100~300Hz 정도의 구동력을 가지도록 한다.

이때, 정압부(110,120)의 홈부(112,122)에는 균일한 유압이 작용함으로써 샤프트(200)가 제2내경(111,121)의 중심부위에 위치하면서 왕복운동이 가능하게 된다.

이로써, 샤프트(200)와 제3내경(111,121) 사이에 마찰이 발생하지 않게 되어 내구성이 커지게 되며, 샤프트(200)가 중심위치에서 왕복운동을 하게 되므로 균일한 구동력을 가지게 되어 신뢰성이 높은 시험이 가능해지는 것이다.

또한, 실린더 블럭(100)의 제2내경(102)과 기밀하게 접하는 2차 돌출부(220)의 홈부(221)에는 오일이 수용되어 있어서, 샤프트(200)의 왕복운동시에 2차 돌출부(220)와 제2내경(102) 사이에 오일이 고르게 위치될 수 있어서 2차 돌출부(220)가 그 오일에 의해 기밀을 유지한 상태에서 부드럽게 접하여 왕복이동이 가능하게 된다.

그리고, 샤프트(200)의 왕복운동시에 제1공간부(103)와 제2공간부(104)에 수용된 오일은 수용부(230,231)를 통하여 2차 돌출부(220)와 제2내경(102) 사이로 유입되는데, 이때 테이퍼부(222,223)에 의해 오일의 유입이 수월하게 된다.

아울러 홈부(221)의 단면이 'V' 또는 'U' 형태로 되어 있어서, 홈부(221)로 오일의 유입 및 유출이 원할하게 된다.

따라서, 샤프트(200)의 왕복운동시에 제1공간부(103)와 제2공간부(104)에 수용된 오일에 의해 2차 돌출부(220)와 제2내경(102) 사이가 씰링되어 제1공간부(103)와 제2공간부(104)가 서로 격리됨과 아울러 홈부(221)에 유입되고 유출되는 오일에 의해 윤활작용이 원할하게 되어 2차 돌출부(220)와 제2내경(102)의 마찰에 따른 손상이 발생하지 않게 되는 것이다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 실린더 블럭 101 : 제1내경
102 : 제2내경 103 : 제1공간부
104 : 제2공간부 110,120 : 정압부
111,121 : 제3내경 112,122 : 홈부
113,123 : 유압통로 200 : 샤프트
210 : 1차 돌출부 220 : 2차 돌출부
221 : 홈부 222,223 : 테이퍼부
230,231 : 수용부

Claims (4)

1. 양측에 각각 제1내경을 가지며, 상기 제1내경 사이에 형성되고 상기 제1내경보다 좁은 내경을 갖는 제2내경이 형성되고, 상기 제2내경의 양측으로 샤프트의 왕복 운동을 위한 유압을 입출시키는 유압입출라인을 가지는 실린더 블럭;
   관통된 제3내경을 가지며, 상기 실린더 블럭의 제1내경부위로 일단이 각각 삽입되어 장착되고, 상기 제3내경 둘레로는 등간격으로 홈부가 형성됨과 아울러 상기 각 홈부는 외부로부터 일정한 유압을 공급받기 위한 유압통로와 연통된 정압부;
   상기 실린더 블럭의 제2내경과 상기 정압부의 제3내경을 관통하여 삽입되며, 상기 제2내경에 위치하는 부위에는 둘레를 따라 돌출부가 형성되어 상기 제2내경과 접하게 되고, 상기 제2내경의 내측에서 상기 돌출부의 전후방부위로 상기 실린더 블럭의 유압입출라인이 연통되도록 설치되는 상기 샤프트;로 구성되고,
   상기 돌출부는
   상기 제2내경의 길이보다 짧게 형성되고, 외측 둘레로는 장착홈이 형성된 1차 돌출부;
   구리 또는 구리아연 합금에 의해 상기 샤프트와 이형의 재질로 형성된 링 형로서, 상기 1차 돌출부의 길이보다 짧게 형성되면서 상기 1차 돌출부의 장착홈에 끼워져서 장착되어 상기 제2내경과 접하며, 외측둘레를 따라서 홈부가 등간격을 유지하면서 복수개가 형성되고, 전방과 후방부위 단부에는 그 둘레를 따라서 테이퍼가 형성되되, 상기 테이퍼부는 바깥쪽 모서리 둘레를 따라서 형성됨으로써 양쪽 선단부에서의 외경은 좁고, 후방으로 갈수록 사선형태로 외경이 넓어지도록 형성된 2차 돌출부;로 구성되어,
   상기 1차 돌출부와 2차 돌출부의 단차에 의해 상기 돌출부의 전방과 후방부위에 각각 수용부가 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고속진동 발생용 액추에이터.
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