KR20020037784A - 타이어의 피로하중 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피로하중에 의한 타이어의 균열성장 등을 측정하는데 사용되는 타이어의 피로하중 시험장치에 관한 것으로, 종래의 시험장치는 단순히 한쪽 방향으로만 신장이 진행되도록 하고 있어 타이어에 작용되는 실제적인 균열성장을 예측하는데 충분하지 못하였다.

이에 본 발명은 구동기어와 이 구동기어에 치합된 캠기구들이 시험편에 방사상의 이동경로를 갖도록 배열되어 타이어에 다방향으로 신장력이 전달되도록 한 것으로, 구동기어(14)의 주변으로 캠기구(16)의 작동원판(18)들이 치합되고 캠기구의 이동링크(20)는 타이어를 고정하는 지지틀(22)에 결합되어져 구동기어(14)가 작동되면 이동링크(20)가 작동을 하고 이에 의해 지지틀(22)이 이동되어져 타이어에 다방향으로 신장력이 작용되도록 한 것이다.

또한, 작동원판(18)에 다수의 편심결합점을 갖도록 하여 신장율이 가변되도록 하였으며, 타이어에 있어 노면으로부터 전달되는 외력이 설정되게 지지틀(22) 외측으로 작동판(26)을 설치하고 여기에 압력센서(28)와 서보모우터(34)를 설치하여 설정압력으로 타이어(10)의 외면을 누르도록 한 것이다.

Description

타이어의 피로하중 시험장치{Fatigue-Stress Test Apparatus for Tire}

본 발명은 타이어의 피로하중 시험장치에 관한 것으로, 특히 피로하중에 의해 타이어의 균열성장을 시험하는 장치에 있어서, 타이어의 여러부위에 하중이 작용되는 실제상황과 가깝게 시험편인 타이어의 여러방향에서 반복적인 굴곡운동을 작용시키는 타이어의 피로하중 시험장치에 관한 것이다.

차량의 하중을 지지하고, 구동력 및 제동력을 노면에 전달하며, 노면에서의 충격을 완화시킴과 더불어 차량의 방향을 전환하거나 유지하는 타이어는 예시도면 도 1 에서와 같이 고무층(1), 벨트(2), 카카스(3), 비드(4)로 이루어져 있다.

이 중 고무층(1)은 각각의 기능에 따라 트레드(5)와 숄더(6), 사이드월(7)로 구분되어지며 각부에 사용되고 있는 고무의 재질은 각각 다른 기능에 맞는 것이 사용되고 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 트레드(5)는 직접 노면과 접하는 부분으로 카카스(3) 및 벨트(2)를 보호하고 타이어(10)의 마모, 외상, 충격으로부터의 내구력을 높이기 위하여 두꺼운 고무층으로 되어 있다.

외면에는 타이어(10)의 사용목적에 따른 그루우브가 형성되어 있으며, 이러한 트레드(5)는 타이어(10)의 그립 성능 등에 큰 영향을 미치기 때문에 특수한 고무배합으로 이루어져 있다.

숄더(6)는 트레드(5)의 측면에 닿는 부분으로 트레드와 같은 두꺼운 고무층으로 이루어지며, 카카스(3)를 보호함과 동시에 주행중에 타이어(10) 내부에서 발생하는 열을 방산시키는 역할을 하고 있다.

그리고, 사이드월(7)은 트레드(5)에서 비드(4)까지의 카카스(3)를 보호하기 위한 고무층으로 노면과의 직접접촉은 없지만, 하중이나 노면에서의 충격에 의해 계속적인 굴곡운동을 반복하므로 굴곡성 및 내피로성이 높은 고무가 사용되고 있다.

이러한 타이어(10)는 통상 생고무와 합성고무, 가황제, 충진제가 배합되어 성형제조되는데, 타이어(10)를 포함한 고무제품의 경우 대기중의 오존이나 기후 등 자연적인 현상이나 다른 물질과의 접촉 등으로 인해 균열이 발생하게 되고, 이 균열은 반복적인 피로현상에 의해 성장을 하게 된다.

이러한 성장이 일정시간 이상으로 지속되면 제품으로서의 수명을 상실하게 되며, 이러한 균열성장은 사용처와 용도, 부위, 사용되는 고무의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일반적으로는 방향성이 없이 진행된다.

따라서, 고무의 균열성장 정도를 측정하게 되면 제품의 수명을 예측할 수 있기 때문에 초기 제품개발단계에서부터 매우 중요하며, 이러한 측정치를 토대로 균열성장이 느린 제품을 개발하게 되면 제품의 수명을 향상시킬 수 있고 상품의 가치도 크게 높일 수 있게 된다.

이에 따라 고무의 균열성장을 예측하도록 된 것으로 데마샤(DeMattia)라는 시험장치가 개발되어 있는데, 이 시험장치는 시험편 위에 균열이 성장될 수 있는 홈을 형성시키고, 상기 홈 부위에 반복적으로 굴곡운동이 작용되도록 시편의 물림대가 상하운동을 함으로써, 국부적으로 응력이 집중되는 부위에서 균열이 발생되거나 균열이 성장하도록 되어 있다.

상술된 바와 같이 생고무와 합성고무, 가황제, 충진제가 배합되어 성형되는 타이어는 그 제품의 성능향상을 위해 외력이나 주위환경에 의한 파손 및 손상정도가 시험될 필요가 있으며, 이에 따라 각 종 시험장치가 개발되어 있다.

그러나, 타이어의 균열성장 시험에 있어 종래의 시험장치만으로는 충분한 시험결과를 얻지 못한다는 문제점이 있다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 타이어의 사이드월은 차체의 중량과 지면으로부터의 반복적인 힘이나 충격을 받게 되고, 트레드는 구동중에 차체의 중량으로 인해 지면으로부터 충격을 받게 됨과 동시에 차량 주행에 따른 미끄러짐을 받게 된다.

즉, 타이어 각 부위에는 순간적으로 도로 표면 혹은 기타 영향에 따라 다각도의 큰 신장력이 발생함으로써 균열이 발생되며, 발생된 균열이 성장되어 결국 타이어를 국부적으로 파손시키게 되는 것이다.

따라서, 타이어의 초기개발단계에서 제품의 수명을 예측하기 위한 균열성장 정도 측정은 상기와 같은 다방향에서 신장력이 시험편에 가해질 것이 요구되는 것이다.

그러나, 종래의 균열성장 시험장치와 같은 피로하중 시험장치는 단순히 한쪽 방향으로만 신장이 진행되도록 하고 있어 전기된 바와 같이 방향성 없이 진행되는 고무재의 특성과는 달리, 종래의 시험장치에서는 파손에 방향성이 발생되었던 것이다.

이에 의해 타이어에 작용되는 실제적인 충격이나 그로 인한 적절한 상황 및 피로에 의한 균열성장을 예측하는데 충분치 못하였던 것이다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 시험편인 타이어의 여러방향에서 반복적인 굴곡운동을 작용시키는 피로하중 시험장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은 구동기어와 이 구동기어에 치합된 캠기구들이 시험편에 방사상의 이동경로를 갖도록 배열되어 구동기어의 작동과 함께 다방향으로 신장력이 전달되도록 한 것으로, 구동기어의 주변으로 캠기구의 작동원판들이 치합되고 캠기구의 이동링크는 타이어를 고정하는 지지틀에 결합되어 지며, 지지틀은 왕복이동경로를 유지시키는 가이드에 결합되어져 구동기어가 작동되면 이동링크가 작동을 하고 이에 의해 지지틀이 이동되어져 타이어에 다방향으로 신장력이 작용되도록 한 것이다.

또한, 작동원판에 다수의 편심결합점을 갖도록 하여 이동링크의 왕복거리가 조정되게 함으로써 사용자의 임의로 신장율이 가변되도록 하였으며, 타이어에 있어 노면으로부터 전달되는 외력이 설정되게 지지틀 외측으로 작동판을 설치하고 여기에 압력센서와 구동모우터를 설치하여 설정압력으로 타이어의 외면을 누르도록 한 것이다.

도 1 은 타이어의 세부구조를 설명하기 위한 단면설명도,

도 2 는본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 실시예를 나타낸 정면설명도,

도 3 은 본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 실시예를 나타낸 측면설명도,

도 3 는 본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 구동기어와 캠기구의 작동원판의 결합상태를 나타낸 측면설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 캠기구 부분확대 설명도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

10 - 타이어,12 - 모우터,

14 - 구동기어,16 - 캠기구,

18 - 작동원판,20 - 이동링크,

22 - 지지틀,24 - 가이드레일,

26 - 작동판,28 - 압력센서,

30 - 작동로드,32 - 컨트롤유니트,

34 - 서보모우터,36 - 기어부,

38 - 지지프레임,40 - 브라켓,

42 - 경사기어,44 - 편심결합공,

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 실시예를 나타낸 정면설명도이고, 예시도면 도 3 은 본 발명에 따른 피로하중 시험장치의 실시예를 나타낸 측면설명도로서, 본 발명은 모우터(12)의 구동축에 구동기어(14)가 설치되고, 이 구동기어(14)의 주변으로 캠기구(16)의 작동원판(18) 들이 치합됨과 더불어, 캠기구(16)의 이동링크(20)는 시험편인 타이어(10)를 고정하는 지지틀(22)에 결합되고, 이 지지틀(22)은 상기 캠기구(16)의 왕복이동을 보조하는 가이드레일(24)에 미끌어지게 결합되는 한편, 상기 지지틀(22)의 외측방으로는 타이어(10)의 외주면에 접촉되는 작동판(26)이 상기 가이드레일(24)에 미끌어지게 결합되고, 이 작동판(26)에 압력센서(28)를 매개로 작동로드(30)가 설치되어지며, 상기 압력센서(28)의 신호에 의해 설정압력으로 작동판(26)이 타이어(10)를 누르도록 컨트롤유니트(32)에 의해 회전이 제어되는 서보모우터(34)가 기어부(36)를 매개로 작동로드(30)와 결합된 타이어의 피로하중 시험장치이다.

상기된 바와 같이 본 발명은 시험편인 타이어(10)의 여러방향에서 반복적인 굴곡운동을 작용시키는 피로하중 시험장치를 제공한다.

본 발명에 따른 시험장치는 구동기어(14)와 이 구동기어(14)에 치합된 캠기구(16)들이 시험편에 방사상의 이동경로를 갖도록 배열되어 구동기어(14)의 작동과 함께 다방향으로 신장력이 전달되도록 되어 있다.

여기서, 캠기구(16)는 구동기어(14)로부터 회동력을 전달받는 작동원판(18)과 이 작동원판(18)으로부터 직선왕복으로 변환하는 이동링크(20)로 이루어지며, 이동링크(20)에 의한 왕복이동경로를 유지시켜 주기 위한 가이드가 필수적이다.

가이드는 가이드레일(24)이 지지프레임(38)에 설치되고, 이 가이드레일(24)이 관통되어 미끌어지는 브라켓(40)이 지지틀(22)에 설치되어 있으며, 지지틀(22)이 상기 이동링크(20)에 회동결합되어 있다.

따라서, 구동기어(14)가 작동되면 여기에 치합된 작동원판(18)이 회전되고 이에 의해 이동링크(20)와 여기에 결합된 지지틀(22)이 이동되며, 이때 가이드레일(24)이 왕복이동경로를 유지시키게 되는 것이다.

지지틀(22)은 시험편인 타이어(10)의 외주면을 둘러싸게 설치되도록 2 분할되어 있으며, 도시된 실시예는 시험편의 3 방향으로 작용되는 피로하중 시험장치를 도시하고 있지만 3 방향의 하중작용을 발생하는 시험장치에 한정되지 않는다.

즉, 구동기어(14)에서의 캠기구 작동원판(18) 배열수에 따라 작용방향의 수가 결정되어지므로, 이 캠기구(16)의 배열수에 따라 작용방향의 수가 변경되는 것이다.

또한, 도시된 것은 평면상에서 시험편인 타이어의 트레드에 수직으로 작용되는 것을 도시하고 있지만 여기에 한정되지 않는다.

즉, 기어의 종류가 다양하므로 구동축에 설치되는 구동기어(14)를 다양한 종류의 기어로 배열시키면 3차원인 입체방향에서의 피로하중 방향설정이 가능하다.

예를들어, 도 4 에서와 같이 평기어인 구동기어 외에 치합면에 경사를 부여한 경사기어(42)들을 설치하면 트레드 뿐만 아니라 다른 부위에 경사방향의 피로하중을 작용시키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 캠기구(16)의 작동원판(18)에 적용되는 기어를 달리하여 피로하중의 입체적인 방향설정이 자유롭다는 것이다.

이와 더불어, 본 발명은 신장과 더불어 노면으로부터 타이어(10)에 전달되는 하중이 시험조건에 설정되게 타이어(10)의 내측으로 하중을 작용시키는 작동판(26)이 설치되어 있다.

작동판(26)은 상기 캠기구(16)에 마추어 방사상으로 배열되며, 캠기구(16)에 의해 타이어(10)가 신장될때 외측에서 타이어(10)를 소정압력으로 눌러 타이어(10)에 노면으로부터의 하중이 작용되도록 한 것이다.

이를 위해 작동판(26)에 작동로드(30)가 압력센서(28)를 매개로 설치되고, 이 작동로드(30)가 서보모우터(34)에 결합되어져 컨트롤유니트(32)가 압력센서(28)로부터의 신호에 의해 설정압력이 유지되게 서보모우터(34)를 제어하여 작동판(26)이 일정한 압력으로 타이어(10)를 누르게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 신장율의 조정이 자유롭다.

이를 설명하기 위한 예시도면 도 5 는 본 발명에 따른 타이어 피로하중 시험장치 캠기구의 확대설명도로서, 캠기구는 이동링크(20)의 왕복이동겨리가 조정되어 신장율의 조정이 가능하도록 작동원판(18)에 상기 이동링크(20)가 회동결합되는 다수의 편심결합공(44)이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기된 바와 같이 본 발명의 캠기구(16)는 사용자의 의도에 따라 편심위치에 따른 왕복거리가 조정가능하도록 되어 있다.

즉, 시험편인 타이어의 신장율은 캠기구(16)의 왕복이동거리에 의하며, 이 왕복이동거리는 캠기구(16)의 편심거리에 따라 달라진다.

따라서, 이러한 왕복이동거리를 조정하기 위해서는 캠기구(16)의 편심거리가 가변되어질 것이 요구된다.

캠기구의 편심거리, 즉 작동원판(18)에 있어서 이 작동원판(18)과 이동링크(20)의 회동결합점이 중심으로부터 다수개 존재하기 위해서 작동원판(18)에 상기 이동링크(20)가 회동되게 결합되는 다수의 편심결합공(44)이 형성되어진 것이다.

따라서, 신장율 설정에 따른 편심결합공(44)이 결정되어지고 여기에 이동링크(20)가 결합된 다음 모우터(12)가 구동되면 구동기어(14)에 치합된 캠기구의 작동원판(18)들이 회전되어 타이어(10)에 다방향으로 피로하중이 작용된다.

이때, 작동판(26)에 외력이 설정되어 있으면 지지틀(22)이 왕복운동을 하더라도 압력센서(28)의 신호에 의해 서보모우터(34)가 회전되어 작동로드(30)가 제어됨으로써, 설정압력으로 타이어(10)를 누르게 되는 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 구동기어와 이 구동기어에 치합된 캠기구들이 시험편에 방사상의 이동경로를 갖도록 배열되어 구동기어의 작동과 함께 다방향으로 신장력이 전달됨으로써, 실제 주행중인 타이어에 다방향으로 신장력이 작용되는 시험조건이 마련되어 보다 정확한 시험이 수행되는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 모우터(12)의 구동축에 구동기어(14)가 설치되고, 이 구동기어(14)의 주변으로 캠기구(16)의 작동원판(18) 들이 치합됨과 더불어, 캠기구(16)의 이동링크(20)는 시험편인 타이어(10)를 고정하는 지지틀(22)에 결합되고, 이 지지틀(22)은 상기 캠기구(16)의 왕복이동을 보조하는 가이드레일(24)에 미끌어지게 결합되는 한편, 상기 지지틀(22)의 외측방으로는 타이어(10)의 외주면에 접촉되는 작동판(26)이 상기 가이드레일(24)에 미끌어지게 결합되고, 이 작동판(26)에 압력센서(28)를 매개로 작동로드(30)가 설치되어지며, 상기 압력센서(28)의 신호에 의해 설정압력으로 작동판(26)이 타이어(10)를 누르도록 컨트롤유니트(32)에 의해 회전이 제어되는 서보모우터(34)가 기어부(36)를 매개로 작동로드(30)와 결합된 타이어의 피로하중 시험장치.
2. 제 1 항에 있어서, 캠기구(16)는 이동링크(20)의 왕복이동겨리가 조정되어 신장율의 조정이 가능하도록 작동원판(18)에 상기 이동링크(20)가 회동결합되는 다수의 편심결합공(44)이 형성된 것을 특징으로 하는 타이어의 피로하중 시험장치.