KR200435089Y1 - 무소음 방진스프링행거 - Google Patents

Abstract

본 고안인 무소음 방진스프링행거는 기계부품에 속하는 기술로서, 기계에서 발생한 진동이 주변으로 전달는 것을 차단하는 진동 방지장치, 즉 방진장치이다. 본 고안인 무소음 방진스프링행거는 진동을 유발하는 기계 중 소형 팬(Fan) 또는 기계에 연결된 배관 또는 덕트를 건물의 천정에 매달아 고정할 경우에 사용된다.

본 고안인 무소음 방진스프링행거는 도 2에 도시된 바와 같이, 스프링(10), 상부캡(20), 하부캡(30) 그리고 행거로드(40)을 포함하여 구성된다.

본 고안인 방진스프링행거는 그 탄성체로서 정적 변형을 크게 할 수 있는 금속코일스프링을 사용하므로 방진 효율이 높고, 스프링과 상, 하부캡, 상, 하부캡과 지지로드, 하부캡과 행거로드 등 모든 접촉부위에서 고무와 금속이 접촉하고 있어서, 금속간 접촉으로 일어나는 소음이나 고주파수 진동이 발생하지 않는다. 그리고, 본 스프링행거는 조립이 완성되면 전체가 하나의 조립체로 결합되어 있으므로 사용과 취급이 용이하다.

진동, 구조전달음, 방진효율, 스프링상수, 스프링행거

Description

무소음 방진스프링행거{Noise Free Vibration Isolation Spring Hanger}

도 1은 종래의 스프링행거이다.

도 2는 본 고안인 무소음 방진스프링행거의 조립도이다.

도 3은 상부캡의 상세 도면이다.

도 4는 행거로드의 상세도이다.

※ 주요 구성품 명칭

10 : 스프링, 20 : 상부캡, 30 : 하부캡. 40 : 행거로드

본 고안은 기계부품에 속하는 기술로서, 기계에서 발생한 진동이 주변으로 전달는 것을 차단하는 진동 방지장치, 즉 방진장치이다.

모터, 팬, 펌프 등의 회전 기계들과 내연기관 등의 왕복 기계는 가동중에 필연적으로 진동을 유발하는데, 이들 기계에서 발생한 진동이 직접 구조체로, 또는 그에 연결된 배관, 덕트 등을 통하여 구조체로 전달될 경우 사람에게 불안감, 불쾌감 등을 유발하여 생활에 피해를 유발할 뿐만 아니라, 그 기계가 설치된 건물 구조 체를 손상시킬 수 있고, 부근에 설치된 정밀 설비 및 제어 시스템의 오작동을 유발하거나, 진동에 민감한 정밀 측정장비, 광학장비, 정밀가공장비들의 정밀도를 저하시키고, 이들 기계의 고장 원인이 될 수도 있다. 또한 진동이 건물 구조체에 전달될 경우 구조전달음(Structure Borne Noise)을 유발하여 소음 공해를 유발할 수 있다.

본 고안인 무소음 방진스프링행거는 진동을 유발하는 기계 또는 그에 연결된 배관, 덕트 등을 천장에 매달아 고정할 때 사용하여, 기계에서 발생 된 진동이 주변으로 전파되는 것을 차단하는 진동 차단용 방진스프링행거이다.

기계의 방진은 방진 대상 기계를 고무 패드, 고무 마운트, 금속스프링 마운트, 에어 마운트 등의 탄성체로 지지하여, 기계가 작동할 때 발생하는 진동 가진력이 구조체로 전달되는 것을 차단하거나, 또는 그 역으로 주변 진동이 보호대상의 기계로 전달되는 것을 차단하는 방법이다.

모든 탄성 재료는 모두 방진재료로 사용될 수 있는데, 그중 금속스프링은 정적변형을 크게 할 수 있어서 방진효율은 높으나, 스프링의 서징(Surging) 현상으로 고주파 진동이 잘 차단되지 않아 진동으로 인한 구조전달음(Structure Borne Noise)를 유발하는 문제가 있고, 스프링의 고정이 어려워 방진 마운트의 형상이 복잡하고, 취급이 불편하다. 그리고 금속스프링은 재료의 자체 감쇄((Damping)가 거의 없어 과도진동시간이 길고, 공진영역에서 진동이 크게 증폭되는 문제점이 있다.

탄성 재료 중에서 천연고무, 실리콘고무, 네오프렌고무, 우레탄고무 등의 점탄성재료는 다양한 형상으로 만들 수 있고, 금속과 부착성이 우수하여 부착용 브 래킷(Bracket)을 고무와 일체로 몰딩을 하여 방진마운트를 제작할수 있다. 이러한 고무를 이용한 방진마운트는 취급이 용이하고 방진 대상 기계 및 바닥에 고정하기에 용이하다. 그리고 고무는 재료 내부 감쇄 특성이 있어서 서징현상이 발생하지 않으므로 구조전달음의 문제가 없다.

진동을 유발하는 기계 중 소형 팬(Fan) 또는 기계에 연결된 배관 또는 덕트를 건물의 천정에 매달아 고정할 경우가 많은데, 이때 진동을 차단하기 위하여 방진행거를 사용한다. 방진행거에 사용되는 탄성재료로는 상기한 이유로 금속코일스프링(이하, "스프링"이라 칭함.) 또는 고무를 주로 사용하는데, 진동을 큰 정도로 차단하기 위해서는 스프링을 사용하여야 한다.

스프링을 사용한 행거, 즉 스프링행거는 도 1에 도시된 바와 같이, 스프링을 일정위치에 안정되게 고정하기 위하여 행거프레임에 스프링 자리를 두고, 그곳에 스프링을 단순히 올려놓을 수밖에 없다. 스프링행거가 진동을 받으면 스프링과 스프링자리의 접촉부, 스프링자리와 행거프래임의 접촉부, 행거프레임과 고정로드의 접촉부 등에서 상대운동이 일어나 마찰이 생기고, 이때 삐걱거리는 마찰소음과 함께 아주 고주파수의 진동이 발생한다. 이 고주파수 진동은 스프링의 서징으로 발생한 고주파수 진동과 함께 고정로드를 통하여 주변 구조체로 전달되는데, 직접 발생하는 마찰 소음과 함께 이들 고주파수 진동은 구조전달음을 유발하여 문제가 된다.

뿐만 아니라, 종래의 스프링행거는 상기와 같이 구성품의 수가 많아, 제작 비용이 많이 소요되고, 제품이 일체로 구성되지 않고 부품단위로 분리되어 있어서, 취급과 사용이 불편하고, 스프링이 안정되게 고정이 되지 않아 사용중에 스프링이 행거프레임에서 이탈하여 문제가 되기도 한다.

진동의 차단 목적으로 사용되는 종래의 스프링행거는 상기와 같이 마찰소음과 구조전달음을 유발하는 문제점이 있는바, 금속스프링을 사용하여 큰 방진효과를 얻으면서도 마찰소음과 구조전달음의 문제가 없는 스프링행거가 필요하다.

그리고, 이러한 스프링행거는 스프링을 안정되게 고정할 수 있어야 하고, 구조가 간단하여 저렴하게 제작할 수 있고, 사용이 편리하여야 한다.

본 고안인 무소음 방진스프링행거는 상기한 기술적 과제를 실현한 방진스프링행거이다.

본 고안인 무소음 방진스프링행거는 도 2에 도시된 바와 같이, 스프링(10), 상부캡(20), 하부캡(30) 그리고 행거로드(40)을 포함하여 구성된다.

스프링(10)으로는 양단이 수평으로 자리 깍기가 된 통상의 금속제 압축코일스프링이 사용된다. 스프링은 지지 하중의 크기와 요구되는 스프링상수에 따라 다양한 규격으로 제작된다.

상부캡(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 하부로드에 의하여 매달리는 방진 대상물의 하중을 상기 스프링(10)에 고르게 분산하기 위하여 내부에 충분한 강성을 가진 금속판(24)을 삽입하여 성형한 고무부품이다. 이 상부캡의 제작에 사용되는 고무로는 천연고무, 실리콘고무, 네오프렌고무, 우레탄 고무 등의 각종 점탄성재료가 사용될 수 있다. 상부캡은 전체적으로 타원형 판 형상을 가지는데, 그 중앙에는 방진대상물을 매다는 하부로드가 지나가는 지지로드구멍(21)이 있고, 좁은 쪽인 양단에는 행거로드(40)가 통과하는 행거로드구멍(22)이 있고, 양 측면에는 상기 스프링(10)을 안정되게 고정하기 위한 고정턱(23)이 형성되어 있다. 고정턱(23)은 원호의 형상인데, 그 내경을 상기 스프링(10)의 외경보다 약간 작게 하여 스프링이 상부캡(20) 및 하부캡(30)에 꽉 끼게 하는 것이 좋다.

하부캡(30)은 상기 상부캡(20)과 동일한 형상을 가지고, 조립시에 설치위치만 상하가 바뀐다.

행거로드(40)는 도4에 도시된 바와 같이, 일정 굵기의 봉을 굽혀서 제작하고, 닿힌 부분에 V자형 걸림자리(41)가 형성된 ㄷ자형이며, 그 양끝단에는 나사산(42)이 가공되어 여기에 고정너트(43)가 채워진다. 걸림자리가 있는 부분은 걸림자리의 양쪽에 수평부(44)를 두어서 상부캡(20)이 스프링에 의하여 위로 밀려 올라가는 것을 방지하는 것이 좋다. 그리고 걸림자리(41)의 환봉 주위에는 점탄성재료로 제작된 절연슬리브(45)를 씌워서 설치용 아이너트(Eye Nut)와 금속 간에 직접 접촉이 일어나지 않게 한다.

본 방진스프링행거의 조립은 다음과 같이 한다.

스프링(10)의 상하에 각각 상부캡(20)과 하부캡(30)을 행거로드구멍(22)이 같은 위치에 오도록 조립한다. 그 다음 행거로드(40)의 양단을 상부캡(20)의 행거로드구멍(22)에 삽입하여 하부캡(30)의 행거로드구멍을 통과시키고, 힘을 주어 스프링을 약간 압착한 후 도 2에 도시한 바와 같이 행거로드의 양끝단 나사산(42)에 고정너트(43)를 채워 고정한다. 이때 하부캡의 행거로드구멍과 고정너트의 접촉부위에 와셔를 사용할 수 있다. 또한 조립하기 전에 행거로드(40)의 걸림자리(41)에 스프링행거 조립체를 건물의 천장에 매달 수 있도록 미리 아이너트를 끼워서 조립하면 사용이 편리하다.

본 방진스프링행거의 사용은 다음과 같이 한다.

방진 대상 장비를 천장에 매달기 위하여 설치한 상부로드를 본 방진스프링행거의 행거로드(40)의 걸림자리(41)에 연결한다. 이 연결은 천장에 고정된 상부로드의 하단을 후크 형태로 하여 걸거나, 상부로드의 하단에 나사산을 가공하고 방진스프링행거의 행거로드(40)의 걸림자리(41)에 설치된 아이너트에 나사결합을 하는 방법으로 할 수 있다.

상기와 같이 천장에 매달린 방진스프링행거의 하부캡(30)의 지지로드구멍(21)에, 그 끝단에 나사산이 가공된 하부로드를 삽입하여 상부캡(20)의 지지로드구멍을 통과시킨다. 그리고 상부캡(20)의 상면에서 하부로드의 끝단에 와셔와 고정너트를 채워 하부로드를 본 방진스프링행거에 연결한다. 그 후 이 하부로드에 방진대상장비를 고정한다.

상기와 같이 방진 대상장비를 매달게 되면, 장비의 하중은 장비에 고정된 하부로드를 통하여 상부캡(20), 스프링(10), 하부캡(30), 그리고 행거로드(40)를 순차적으로 지나 천장에 고정된 상부로드에 전달된다. 이 과정에서 진동은 탄성체인 스프링이 압착되어 정적 변형이 일어나면서 저감된다.

질량과 스프링으로 구성되고, 스프링에 작용하는 하중이 질량에 의한 수직 하방의 중력이 대부분인 방진시스템의 고유진동수는 다음 식 1과 같이 계산된다.

그리고, 방진시스템의 진동 전달율(TR)은 장비에서 발생한 진동가진력에 대하여 바닥으로 전달되는 진동가진력의 비인데, 진동 전달율이 작을수록 진동 차단 정도, 즉 방진 효과는 크다. 이 진동 전달율은 다음 식 2로 계산된다.

방진시스템의 방진효율(e)은 다음 식 3으로 정의되어 있다.

상기 식 2에서, r은 주파수비, f는 장비에서 발생하는 진동의 주파수, fn은 상기 1식으로 계산된 방진시스템의 고유진동수이다. 따라서 방진효과가 크려면 전달률이 작아야하고, 전단율이 작으려면 주파수비가 커야하고, 주파수비가 크려면 시스템의 고유진동수가 낮아야 하고, 시스템의 고유진동수가 낮으려면 상기 1식으 로 알 수 있듯이 정적 변형이 커야한다.

본 방진스프링행거는 탄성 재료로서 금속코일스프링을 이용한 것인데, 그 정적 변형을 50mm 이상으로 크게 일어나게 할 수 있고, 정적 변형을 20mm 정도로만 하여도 이 마운트를 사용한 방진시스템의 고유진동수 fn은

로 약 3.5Hz 가량이 된다.

만약 1800 RPM으로 회전하는 팬 또는 펌프에 연결된 배관을 방진할 경우, 발생진동의 주파수가 1800/60 = 30(Hz)이고, 이 방진시스템의 주파수비는 r= f/fn = 30/3.5 = 8.57이 된다. 따라서 진동전달율은 TR = 1/(8.57² - 1) = 0.014가 된다. 그리고 방진효율은 98.6%가 되어 그의 완벽한 방진이 된다.

본 고안인 방진스프링행거는 기본적으로 탄성체로서 정적 변형을 크게 할 수 있는 금속코일스프링을 사용하므로 방진효율이 높다.

본 고안인 방진스프링행거는 스프링과 상, 하부캡, 상하캡과 지지로드, 하부캡과 행거로드 등 모든 접촉부위에서 고무등의 점탄성재료와 금속이 접촉하고 있어서, 금속간 접촉으로 일어나는 소음이나 고주파수 진동이 발생하지 않는다.

그리고, 본 스프링행거는 구조가 간단하여 저렴한 비용으로 생산할 수 있고, 조립이 완성되면 전체가 하나의 조립체로 결합되어 있으므로 사용과 취급이 용이하다.

Claims (2)

1. 금속제 압축코일스프링인 스프링(10);

   상기 스프링의 상부에 씌워지는 것으로서, 내부에 금속 보강판을 구비하여 성형한 점탄성재료 제품이고, 그 측면에 고정턱이 형성되어 있고, 가운데에 하부로드가 지나갈 수 있는 지지로드구멍이 있고, 양측에 행거로드(40)가 지나갈 수 있는 행거로드구멍이 있는 타원판 모양의 상부캡(20);

   상기 상부캡(20)과 같은 형상이나, 상하가 바뀐 것으로서, 상기 스프링의 하부에 씌워지는 하부캡(30);

   그리고, 환봉을 굽혀서 제작되고, 디귿자 형상이며, 닫힌 부분에 V자형의 걸림자리가 있고, 양 다리가 상기 상부캡(20)과 하부캡(30)의 행거로드구멍을 관통하여 지나가고, 그 끝에 고정너트가 채워지는 행거로드(40);

   를 포함하여 구성되는 방진스프링행거.
2. 제1항의 방진스프링행거에 있어서,

   상기 행거로드(40)는 그 V자형의 걸림자리에 점탄성재료의 절연슬리브가 씌워진 행거로드인 것을 특징으로 하는 방진스프링행거.

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