KR20060119326A - 타이어 비드 안착 장치를 위한 능동 진동 방법 - Google Patents

Abstract

완성차 공장에서 타이어를 차량에 장착하기 위해서는 일반적으로 타이어와 림을 부품업체로부터 공급받아 타이어 서브 라인에서 자동화 장비를 이용하여 마운팅, 매칭 공정을 통과하여 타이어와 림을 조립하게 된다. 그리고 나서는 인플레이팅이라고 하여 타이어에 공기를 주입하여 일정 압력에 도달하도록 한다. 그러나 많은 경우에 타이어의 비드면(타이어가 림에 안착되는 부위를 지칭함)이 림에 제대로 자리를 잡지 못하는 현상이 발생하게 된다. (도 1,2 참조) 이를 해결하기 위하여 기계적인 장치를 이용하여 타이어를 림에서 끌어 당기는 힘을 가하여 타이어의 비드면을 림에 안착시키게 된다. 이 기계장치를 비드안착장치라고 한다. 그러나 현존하는 비드안착장치의 방식이 비드를 안착시키는 데 있어서 효율적이지 못함으로 인하여 차량 주행 품질을 높이는데 상당한 걸림돌이 된다. 그러므로 본 제안에서는 비드안착 장치의 동작이 잘 될 수 있는 방법을 고안하고 이를 구현하기 위한 효율적인 기계 구조를 제시하고 있다.

타이어, 림, 비드 안착, 공기 주입

Description

타이어 비드 안착 장치를 위한 능동 진동 방법 {ACTIIVE VIBRATING METHOD FOR TIRE BEAD SEATING MACHINE}

도 1은 타이어와 림의 단면도

도 2는 타이어와 림이 제대로 조립된 것과 그렇지 않은 것을 보여주는 사진

도 3은 기존의 비드안착의 방법을 설명하는 도면

도 4는 기존의 비드안착 장치의 구조를 설명하는 도면

도 5는 기존의 비드안착 장치의 작동 순서를 보여주는 도면

도 6은 새로운 비드 안착 방법에 대한 도면

도 7은 새로운 비드 안착 방법을 구현하기 위한 기계장치에 대한 도면

도 8은 새로운 비드 안착 장치의 작동 순서를 보여주는 도면

본 발명은 림과 타이어의 접촉면인 비드면의 밀착성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로서 초기 차량의 주행력과 핸들떨림을 개선하기 위한 것이다.

기존의 기술로서는 도 3과 같이 림과 타이어가 조립된 상태에서 타이어의 측면을 상하에서 롤러를 이용하여 누르고, 측면에서 다시 롤러를 이용하여 누르며, 타이어를 회전시키게 된다. 이렇게 함으로서 타이어를 3방향으로 눌러서 타이어의 비드면을 림의 접촉면에 안착시키게 하는 것인데 그 방법이 타이어의 비드를 안착시키는데 별 다른 역할을 하지 못한다는 것을 알 수 있다. 즉 비드를 안착시키려면 타이어의 측면을 원주방향으로 잡아 당기는 힘을 가해야 하는데 기존의 원리로는 그러한 힘을 가하지 못한다. 단지 차량이 주행상태에서 만나게 되는 조건을 구현한 것에 불과하며, 실제 주행에서는 도로표면의 요철에 의하여 타이어와 휠이 상당한 크기의 진동을 받으며 이러한 진동에 의해 타이어와 림사이의 결합력이 약해지고, 결합력이 약해지면 타이어의 내압으로 인하여 타이어의 비드 안착면이 밀려나오게 되어 있으나, 단지 롤러를 이용하여 3방향에서 누르며 돌리는 것으로는 그러한 진동을 제공할 수가 없다. 그러므로 원리적으로나 실험적으로나 타이어의 비드의 안착되는 정도가 매우 낮다. 즉 비드 안착 장치로서의 역할을 제대로 수행하지 못하는 것으로 나타났다.

상기에 기술한 바와 같이 현재의 비드 안착을 위한 방법이 원리적으로나 방법적으로 그 기능을 수행하는데 적합하지 않으므로 실제로 비드를 안착시키기 위한 효율적인 방법을 도모하고 그를 구현하는 기계장치를 제시하였다. 따라서 타이어 비드의 안착을 가능케 함으로써, 차량의 초기 주행 성능 및 진동 특성을 향상시키고, 차량에서 유발되는 진동을 줄임으로써 승차감의 향상 및 차량 내구성의 증대, 그리고 차량에 대한 소비자의 인식을 개선하는 효과를 가져오게 된다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위하여 먼저 공작기계에서 사용되는 척의원리를 이용하여 림을 고정하는 장치(도7-6번 장치)와 이를 회전시킴으로서 림을 회전하는 기능을 하는 회전 유니트를 도 7과 같이 제작을 하게 된다. 이때 이 기계장치를 휠을 보내는 것은 별도의 콘베아로 보내게 되며, 콘베아의 양쪽을 분리하여 그 내부에 이 회전장치를 설치하게 된다. 이때 척을 움직이기 위해서는 공압실린더(도7-10번 장치)가 필요하며 이 공압실린더 또한 회전하는 장치안에 들어가게 되므로 이에 공압을 공급하는 방법이 제시 되어야 하는데, 이는 회전자에 홈을 내고 그곳을 통하여 공기를 공급하는 방법을 이용하여 공압실린더를 작동시키게 된다. 그리고 이 방법에 의하여 공압은 공급가능하나 전/후진 완료 신호의 검출은 불가능하므로 기계제어시 이 부분은 시간지연을 주어서 전/후진 완료의 문제를 해결하게 되는 것이다. 그리고, 림과 타이어를 이 회전장치에 고정하려고 하면 이 장치가 상하운동을 해야 한다. 왜냐하면 휠이 콘베아에 실려 이동되어서 작업가능위치에 정지시킨다고 하더라도, 척 부분이 휠 안쪽으로 들어가야 하는 문제가 되기 때문에 이 부분이 전체적으로 상승/하강을 하여야 한다. 이 것은 이 장치의 외부에 에어 실린더(도7-9번 장치)를 사용하여 그 기능을 구현하도록 한다. 이때 밀려 올라간 후 정지하는 위치는 일정해야 하므로 휠의 상단부에 정지 기계장치를 하게 되는데 도7-5번 장치에서 보는 바와 같이 이 정지단에 휠이 붙어 있게 되므로 이 부분이 회전할 수 있어야 한다. 그러므로 정지단 전체가 베어링에 취부되어야 한다. 그리고 이 정지단의 상단에 휠에 진동을 전달해주는 진동장치가 설치가 되어야 한다. 그 설치방법은 도 7-1번 장치에서 살펴 볼 수가 있다. 그렇게 하면 정지단에 설치된 진동장 치로 인하여 정지단이 진동하게 되고 정지단이 진동하면 정지단과 맞닿아 있는 휠이 진동하게 된다. 이때 이 진동이 기계전체에 전달되면 안되기 때문에 정지단 자체가 벨로우즈형 에어 실린더(도7-2번 장치)위에 존재하게 되며, 약간의 움직임 공차를 가지게 되므로 정지단이 진동한다고 하더라도, 이 진동이 기계 전체에 전달되는 경우는 없게 된다. 그리고 이 움직임 공차를 갖더라도, 정지위치는 일정해야 하므로 휠 회전장치가 실린더에 의해 상승할 때 상단의 정지단이 처음에는 가장 낮은 위치에 있다가 점차 위치기 올라가게 된다. 그래서 적정위치에 센서를 설치하므로서 휠의 상승단 위치를 셋팅 할 수 있게 된다. 이 방식에 의하여 휠을 회전시키는 장치가 일정높이에 휠을 셋팅하고나면, 다음 차례는 당김힘을 가하는 롤러를 작동시킬 차례가 된다. 이 롤러는 상단부와 하강단에 각각 4개씩 8개가 설치되면 2개가 쌍으로 되어 상단부 실린더 2개(도7-3번 장치), 하단부 실린더 2개(도7-8번 장치)로 구현가능하다. 이 실린더에 설치된 롤러(도7-4번 장치)는 테이퍼 형상을 가지고 있으며 이 테이퍼 형상이 바로 타이어의 표면에서 당기는 힘을 가하는 역할을 하게 된다. 이 원리에 관한 것이 도 7의 두번째 도면에 나타나 있다. 즉 테이퍼 롤러가 돌면서 이 롤러의 안쪽과 바깥쪽의 선속도가 다르게 된다. 그러므로 이 선속도의 차이만큼 타이어의 표면에서의 변위가 다르게 되고 다른 변위만큼 타이어의 표면을 끌어 당기는 역할을 하게 된다. 그러므로 비드 안착의 역할을 하는 가장 중요한 기능을 하는 것이 바로 이 테이퍼 롤러에 있게 된다. 그러나 단지 이 기능만으로는 타이어의 표면에 손상을 줄 수가 있으므로 타이어가 끌려나오기 위해서는 휠의 비드 안착면의 마찰력이 감소되어야 한다. 그러나 이 부분을 기름을 친다든가 하는 식으로 마찰력을 감소시켜서는 안된다. 왜냐하면 그렇게 되면 차량주행시 브레이크를 밟게 되면 휠의 속도는 줄게되고 이 휠의 속도가 줄어드는 만큼 타이어의 속도도 줄어들어야 하는데 이때 타이어에 가해지는 힘은 휠과 타이어사이의 비드 안착면의 마찰력밖에 없으므로 이 마찰력이 줄게되면 휠은 정지하여도 타이어는 정지하지 않게 된다. 그러므로 이는 차량의 안전에 지대한 영향을 미치게 되므로 타이어와 휠 사이의 마찰력을 줄이는 다른 방법을 강구해야 한다. 이때 가장 효율적인 방법이 바로 진동을 가하는 방법이다. 기계에 진동을 가하게 되면 기계의 고정부가 느슨해지는 현상을 발견할 수 있다. 바로 고주파 진동에 의한 변위는 조립된 부품 사이의 결합력을 약화시키는 역할을 하게 되므로 이는 다시 말하면 마찰력을 약화시키는 역할을 하고 진동이 없어지면 마찰력은 다시 원래대로 되돌아 오게 된다. 그러므로 휠 고정부의 상단에 설치된 진동기가 고주파로 진동함으로써 휠 전체가 진동하게 되고 타이어는 롤러에 의해 고정되어 있으므로 진동하지 않는다. 그러므로 휠의 진동에 의해 휠과 타이어 사이의 결합력이 약해지고, 즉 마찰력이 작아지고 이 때 롤러에 의한 원주방향의 당김힘에 의하여 타이어의 비드가 바깥쪽으로 당겨지게 되어 비드가 안착되게 되는 것이다.

전체 기계의 작동 순서가 도8에 표현되어 있다.

휠이 콘베아 장치에 의하여 비드 안착을 하는 공정에 오게 되면 휠 정지장치에 의하여 휠이 정지하게 된다. 휠이 정지하였다는 신호를 받으면 콘베아의 흐름이 정지되게 되고, 이어서 휠 고정 및 회전장치가 하단부에서 올라온다(S20). 그리고 상승중 정해진 위치를 지나면 휠척이 작동하여 휠을 강한 힘으로 척킹하게 된다(S30). 그리고 휠의 내면을 받치면서 휠의 상면이 상부 고정단을 치게 되고 설치되어 있는 정지위치 센서가 작동하면 상승작용을 멈추게 되며 상승실린더에 설치되어있는 브레이크 장치가 작동함으로써 위치가 고정된다(S40). 그리고 상하부에 있는 롤러가 각각 하강/상승하여 타이어의 측면을 강한 힘으로 누르게 된다(S50). 그리고 나면 휠 회전장치가 회전하며 동시에 휠 고정단의 진동발생기가 진동을 개시한다(S60). 이때 휠을 회전하는 시간은 공정전체의 tact time이 짧으므로 2~3초 정도 회전하게 되므로 원활한 비드 안착을 하기 위해서는 고속으로 회전하는 것이 필요하다. 그러므로 이 부분의 모터의 출력이 대단히 높은 것을 사용해야 한다. 이렇게 회전하고 나서 정지하게 되면(S70) 롤러을 원위치로 보내고(S80) 척을 풀고(S90) 하강시킨다(S100). 그리고 나면 휠이 원위치에 놓이게 되고, 공정의 순서가 끝나게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 비드 안착 방법 및 이의 구현을 위한 능동 진동 방법에 의하면, 타이어의 비드를 휠에 안정적으로 안착시킴으로서 차량의 초기 주행 성능 및 진동 특성을 향상시키고, 차량에서 유발되는 진동을 줄임으로써 승차감의 향상 및 차량 내구성의 증대, 그리고 차량에 대한 소비자의 인식을 개선하는 효과를 가져오게 된다 .

Claims (2)

1. 타이어와 림사이의 마찰력을 저감하기 위해서 진동을 가하는 방법 및 이를 구현하기 위한 기계 장치로서, 진동 발생기, 휠 고정 및 회전장치, 타 기계장치로 진동이 전달되는 것을 막기 위한 댐퍼 장치 설치 방안에 대한 연구.
2. 타이어의 표면을 바깥쪽으로 끌어 당겨서 강제적으로 비드를 안착시키는 방법에 대한 고안 및 이를 간단하게 구현하기 위한 테이퍼 타입의 롤러를 이용하는 방법 및 그 기계장치에 대한 연구.

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