KR20070042696A

KR20070042696A - 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지측정장치

Info

Publication number: KR20070042696A
Application number: KR1020050098571A
Authority: KR
Inventors: 손창영
Original assignee: 한국타이어 주식회사
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-24
Also published as: KR100716226B1

Abstract

본 발명은 타이어의 비드부와 이 비드부가 안착되는 휠의 휠플랜지 사이에서 상기 비드부가 접촉되는 휠플랜지의 접촉 위치별 마찰에너지를 실시간으로 동시에 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 실내 실험실에서 타이어의 슬립각 변화, 캠버각 변화, 하중변화, 공기압 변화 등 다양한 매개변수의 시험조건을 부여하여 회전중인 타이어 비드부와 휠플랜지 사이에 마찰에너지를 측정하여 타이어 개선에 활용할 수 있도록 시험데이타를 얻을 수 있는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 타이어(T)가 주행하는 노면을 재현하는 회전 원통형 드럼(1)과, 이 드럼(1)을 구동 제어하는 드럼 구동수단(2), 타이어의 비드부(3)와 휠(4)의 휠플랜지(5)의 접촉부위에 이 휠(4)의 원주방향으로 다수 개 설치되어 접촉부위의 접촉압력과 변위를 감지하는 접촉압력 및 변위측정수단(6), 이 접촉압력 및 변위 측정수단(6)이 원주방향으로 부착되며 타이어(T)가 고정되는 휠(4), 이 휠(4)이 회전가능하게 설치되는 이송부재(7), 이 이송부재(7)에 설치되어 이의 축방향으로 가해지는 하중을 감지하는 하중 측정수단(8), 상기 이송부재(7)를 전후진 시키면서 이에 가해지는 하중을 제어하는 이송부재 구동수단(9), 상기 접촉압력 및 변위측정수단(6)에 연결되는 데이터 수집수단(10), 이 데이터 수집수단(10)으로부터 출력신호를 받아 이를 가시적으로 출력하는 출력수단(11) 및, 이들 각 구성요소들의 작동을 제어하는 제어수단(12)으로 구성되어 있다.

Description

타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치{A apparatus for measuring friction energy of contact area between tire bead and wheel flange}

도 1은 본 발명에 따른 타이어 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치의 전체 구성 개요도,

도 2는 본 발명에 적용된 휠의 평면도,

도 3은 본 발명에 적용된 휠의 휠플랜지 부분 횡단면도,

도 4는 본 발명의 접촉압력 및 변위측정수단에 이용되는 로드셀의 구성도이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

T : 타이어, 1 : 드럼,

2 : 드럼 구동수단, 3 : 비드부,

4 : 휠, 5 : 휠플랜지,

6 : 접촉압력 및 변위측정수단, 7 : 이송부재,

8 : 하중 측정수단, 9 : 이송부재 구동수단,

10 : 데이터 수집 처리수단, 11 : 출력수단,

12 : 제어수단, 13 : 위치감지수단,

14 : 슬립링,

20 : 로드셀 본체, 21 : 변위센서,

33,34,35,36,37 : 로드셀.

본 발명은 타이어의 비드부와 이 비드부가 안착되는 휠의 휠플랜지 사이에서 상기 비드부가 접촉되는 휠플랜지의 접촉위치별 마찰에너지를 실시간으로 동시에 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 실내 실험실에서 타이어의 슬립각 변화, 캠버각 변화, 하중변화, 공기압 변화 등 다양한 매개변수의 시험조건을 부여하여 회전중인 타이어 비드부와 휠플랜지 사이에 마찰에너지를 측정하여 타이어 개선에 활용할 수 있도록 시험데이타를 얻을 수 있는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치에 관한 것이다.

기히 주지된 바와 같이 타이어는 휠의 휠플랜지에 장착시켜 일체화되어야 기능을 발휘하게 되며, 올바른 휠플랜지에 장착되어야 성능을 충분히 발휘할 수가 있다.

이같이 타이어가 휠의 휠플랜지에 장착될 때 타이어에 작용하는 하중은 휠의 휠플랜지부와 타이어의 비드부 접촉에 의하여 지지된다. 타이어 비드부의 휠플랜지에의 접촉은 타이어 내부의 공기가 외부로 유출되지 않도록 완전히 밀착되어야 하며, 미끌림이 없어야 하고 마찰에 의한 타이어 비드부 및 휠플랜지의 손상이 없어 야 한다.

그리고 비드와 휠플랜지의 접촉압이 적정수준보다 부족하면 타이어 내부의 공기가 외부로 유출될 수 있으며, 또한 차량의 구동 및 제동시 타이어를 장착한 차량의 축에 작용하는 회전력에 의하여 타이어 비드부가 휠의 휠플랜지로부터 미끌어져 휠의 원주방향으로 회전하는 결과를 나타낸다.

이러한 경우 타이어가 장착된 휠이 원주방향으로 균등한 무게를 가지도록 납덩이 등을 이용하여 보정한 상태가 타이어의 회전에 의하여 불균등한 무게의 상태로 바뀌게 되면 차량핸들의 떨린 소음발생, 이상마모 등의 악영향이 나타나게 된다.

또한, 하중을 충분히 지지하지 못하여 조정안정성이 나빠지는 결과를 초래한다.

반대로 접촉압이 적정수준보다 필요 이상으로 크면, 휠에 타이어를 장착하거나 탈착하기 어려운 결과를 나타낸다.

또한, 타이어가 주행할 때 지면과의 접지부는 차량의 무게, 승차자의 무게 및 화물의 무게에 의하여 사이드월 등에 변형이 일어나게 되는데, 이때 비드부 역시 변형이 발생되고 변형이 복원되는 과정에서 타이어 비드부와 휠플랜지의 접촉면에서 미끄러짐이 발생하게 된다.

타이어가 회전함에 따라 주기적으로 타이어 비드부와 휠플랜지의 접촉면의 미끄러짐에 의해 발생된 마찰에너지는 타이어 비드부 및 휠플랜지에 마찰에 의한 마멸을 일으키게 되고 심한 경우, 타이어 비드부의 사고 및 휠플랜지의 탈락 등을 야기하기도 한다.

이러한 타이어 비드부 사고 및 휠플랜지부의 탈락 등은 타이어가 휠플랜지로부터 벗겨져 나오는 원인이 되며, 치명적인 차량사고를 일으킬 수 있다.

지금까지 주행중인 타이어의 휠플랜지부와 타이어 비드부 사이의 마찰에너지를 측정하는 공개된 방법은 없으며, 종래의 타이어 비드부와 휠플랜지의 접촉압력을 측정하는 방법으로는, 단지 접촉 압력만을 측정하였으나, 타이어 비드부 마멸 및 휠부재의 마멸과 관련된 마찰에너지의 측정 및 내마멸성 평가는 이루어지지 않았다.

타이어 개발시 타이어 비드부, 혹은 휠플랜지부에 마찰에 의한 손상이 발생될 경우 단순히 타이어 비드부의 프로파일을 바꾸어 타이어를 제조하고, 이 타이어를 차량에 취부하여 수만 킬로미터의 거리를 주행시키면 타이어 비드부의 마멸손상과 휠플랜지부의 마멸손상이 발생되는 지를 파악하였다. 이는 시간적, 경제적인 부담을 요구하여 매우 불합리하였다.

종래의 접촉압력 측정방법은 Tecscan사의 시트형 감압센서의 경우 곡률을 가진 휠플랜지의 영향으로 2 내지 3회 사용 후에는 변형이 되어 사용할 수 없으며, 후지필름사의 감압지의 경우 1회 사용만이 가능하였다.

감압지의 경우 1회 측정시 1가지의 공기압에 대한 접촉압 측정만이 가능하여, 매회 시험시마다 타이어 내부의 공기를 제거하고 타이어의 비드부를 휠플랜지로부터 이탈시킨 후 감압지를 위치시켜야 하므로 접촉압 측정을 위하여 비용, 인력 및 시간이 많이 소요되었다.

또한, 휠에 타이어를 장착하는 조건에 따라 전혀 다른 시험결과가 나타나게 되어 반복 재현성이 매우 낮았다.

타이어 회전시 타이어 비드부 중심에 위치한 스틸코드 다발로 구성된 비드는 타이어 중심방향으로 회전하며 변형된다. 따라서 강성이 매우 큰 비드가 중심에 위치한 타이어의 비드부와 휠플랜지의 접촉상태는 타이어의 회전에 따라 계속적으로 변화하게 되는데, 종래의 접촉압 시험방법에 의한 정적상태에서의 접촉압 측정결과로는 회전하는 타이어의 비드부와 휠플랜지의 접촉압 특성을 정확히 파악할 수 없었다.

특히, 감압지 사용의 경우 타이어를 휠에 장착할 때 타이어의 비드부가 휠플랜지에 미끄러지며 안착될 때가지 작용된 제일 높은 접촉압력이 감압지에 기록되므로, 실제 타이어 회전시의 휠플랜지의 이러한 접촉압력의 변화는 파악이 불가능하였다.

이러한 접촉압력 측정장치는 단지 접촉압력만을 측정함으로써 접촉압력과 접촉변위를 인자로 하는 마찰에너지의 측정은 불가능하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 실험공간 내에서 회전하는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지의 접촉이 작용하는 접촉압력과 변위를 동시에 측정하여 마찰에너지 수준을 평가할 수 있으면서 가장 이상적인 조건하에서 반복 수행하여 타이어 개선에 활용할 수 있도록 시험데이타를 얻을 수 있는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치를 제 공함에 그 목적이 있다.

상기과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 타이어가 주행하는 노면을 재현하기 위한 원통형 드럼과; 원통형 드럼을 구동 제어하는 드럼 구동수단; 타이어 비드부와 휠부재의 휠플랜지의 접촉부위에 휠부재의 원주방향으로 다수 설치되어, 접촉부의 접촉압력 및 변위를 감지하는 접촉압력 및 변위측정수단; 접촉압력 및 변위측정수단이 원주방향으로 부착되며, 타이어가 고정되는 휠부재; 휠부재가 회전 가능하게 설치되는 이송부재; 이송부재에 설치되어 이송부재의 축방향으로 가해지는 하중을 감지하는 하중측정수단; 이송부재를 전·후진시키면서 이에 가해지는 하중을 제어하는 이송부재 구동수단; 상기 접촉압력 및 변위측정수단에 연결된 데이터 수집수단; 상기데이터 수집수단으로부터의 출력신호를 받아 이를 가시적으로 출력하는 출력수단 및; 이들 각 구성요소들의 작동을 제어하는 제어수단으로 구성되어진 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰에너지 측정장치의 전체 구성을 나타낸 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 타이어(T)가 주행하는 노면을 재현하는 회전원통형 드럼(1)과, 이 드럼(1)을 구동 제어하는 드럼 구동수단(2), 타이어의 비드부(3)와 휠(4)의 휠플랜지(5)의 접촉부위에 이 휠(4)의 원주방향으로 다수 개 설치되어 접촉부위의 접촉압력과 변위를 감지하는 접촉압력 및 변위측정수단(6), 이 접촉압력 및 변위 측정수단(6)이 원주방향으로 부착되며 타이어(T)가 고정되는 휠 (4), 이 휠(4)이 회전 가능하게 설치되는 이송부재(7), 이 이송부재(7)에 설치되어 이의 축방향으로 가해지는 하중을 감지하는 하중 측정수단(8), 상기 이송부재(7)를 전후진 시키면서 이에 가해지는 하중을 제어하는 이송부재 구동수단(9), 상기 접촉압력 및 변위측정수단(6)에 연결된 데이터 수집수단(10), 이 데이터 수집수단(10)으로부터 출력신호를 받아 이를 가시적으로 출력하는 출력수단(11) 및, 이들 각 구성요소들의 작동을 제어하는 제어수단(12)으로 구성되어 있다.

여기서 좀더 자세히 설명하면, 고정 구조체(100)에 설치되는 상기 드럼(1)은 이의 중심축(1a)을 중심으로 회전가능하게 고정되었다. 이 드럼 중심축(1a)에 구비된 피동기어(1b)와 , 드럼 구동수단(2)의 구동축 선단에 구비된 종동기어(2a) 및, 종동기어(2a)와 피동기어(1b)를 연결하는 체인(C)을 매개로 하여 이 드럼 구동수단(2)과 드럼(1)이 상호 연동 가능하게 연결되며, 이 드럼 구동수단(2)은 전선(L20)을 매개로 제어수단(12)에 개별적으로 연결된다.

본 실시예의 경우에는 동작제어가 용이한 DC 구동모터를 드럼 구동수단(2)으로 이용하는 것이 바람직하다.

상기 드럼(1)이 회전하면 타이어(T)도 드럼과 연동하게 되며, 이 드럼(1)의 속도조절에 따라 타이어(T)의 회전속도가 조절된다.

한편, 드럼(1)으로부터 소정 간격만큼 이격 되어진 위치에 이송부재 구동수단(9)이 설치되되, 상기 이송부재 구동수단(9)에 의해서 직선 왕복 이동되는 이송부재(7)가 드럼(1)의 중심을 향해서 직선 왕복이동 되도록 배치되고, 이 이송부재(7)에는 이송부재 구동수단(9)으로부터의 회동 가능하게 설치된다.

본 실시예의 경우 전동식 볼스크류 장치나, 유압식 스크류잭 장치 중 어느 하나를 이송부재 구동수단(9)으로 이용하였다.

상기 하중 측정수단(8)과 이송부재 구동수단(9)은 전선(L80,L90)을 매개로 제어수단(12)에 개별적으로 연결되는 한편 제어수단(12)으로부터의 출력신호를 입력 받아서 이를 가시적으로 출력하는 출력수단(11)이 전선(L110)을 매개로 제어수단(12)에 개별적으로 연결된다.

상기 제어수단(12)은 각 구성요소들의 작동을 자동으로 제어하고 접촉압력 및 변위측정수단(6)으로부터의 접촉압력 및 변위측정 데이터를 처리하여 이를 출력수단(11)으로 출력한다.

도 2는 본 발명에 따른 타이어 비드부 접촉압 측정을 위한 휠(4)을 개략적으로 도시한 평면도이다.

타이어(T)를 장착하는 휠(4)은 타이어의 비드부(3)가 접촉하는 휠플랜지(5) 부분에 원주방향으로 접촉압력 및 변위측정수단(6)으로서 2축 압력 및 2축 변위측정 일치형 로드셀(33,34,35,36,37)이 설치되는데, 각각의 로드셀(33,34,35,36,37)은 타이어의 비드부(3)가 접촉되는 휠플랜지(5)면에 수직으로 설치된다.

본 실시예의 경우에는 휠(4)의 원주방향으로 주등각 5개소에 5개의 로드셀(33,34,35,36,37)을 이용하였다. 휠(4)부재의 중심에는 로드셀(33,34,35,36,37)의 위치를 감지하기 위한 위치 감지수단(13)을 설치한다. 본 실시예의 경우에는 위치측정이 용이한 로터리 엔코더를 로드셀 위치 감지수단으로 이용하였다. 접촉압력 및 변위 측정수단(6)은 전선(L30,L40,L50,L60,L70)을 매개로 제어수단(12)에 연결 되며, 이들 전선(L30,L40,L50,L60,L70)은 휠(4)의 중심축에 설치된 슬립링(14)을 관통하도록 한다.

본 발명에 따른 비드부와 휠플랜지의 접촉부에 작용하는 접촉압력 및 변위를 측정하는 작동상태를 설명해 보면, 우선 휠(4)에 타이어(T)를 설치한 후, 타이어 비드부 접촉압 및 변위 측정장치를 작동시키면, 이송부재 구동수단(9)에 의해서 이송부재(7)가 전진하게 되어, 타이어(T)가 드럼(1) 외주면에 접하면서 일정 하중으로 눌려진 상태를 유지하게 된다.

이후 드럼 구동수단(20)에 의해 드럼(1)이 회전하게 되는데, 이 드럼(1) 외주면의 각속도가 실험속도에 도달될 때까지 연속적으로 가속되다가, 드럼(1) 외주면의 각속도가 실험속도에 도달되면 드럼(1)의 회전속도가 일정하게 유지된다.

이러한 상태에서 휠(4)에 부착된 2축 압력 및 2축 변위측정 일체형 로드셀(33,34,35,36,37)로부터의 전기적인 접촉압력 및 변위의 측정신호가 데이터수집 처리수단(16)으로 연속적으로 전달되며, 출력수단(11)에서는 시험자가 결과값을 알 수 있도록 이를 가시적으로 출력하게 된다.

2축 압력 및 2축 변위측정 일체형 로드셀(33,34,35,36,37)은 도 4에 도시된 바와 같이 2축 방향의 압력을 측정하는 로드셀 본체(20)와 2축 방향의 변위를 측정하는 변위센서(21)가 하나의 몸체로 결합된 형태인데, 변위센서(21)는 가느다란 바늘의 모양으로서 접촉부가 원통모양의 압력센서인 로드셀 본체(20)의 중앙에 위치한다.

이러한 구조의 2축 압력 및 2축 변위측정 일체형 로드셀(33,34,35,36,37)은 휠플랜지(5)의 타이어 비드부(3) 접촉부위에 이 휠플랜지(5)면에 수직으로 설치되어, 타이어가 지면에 맏닿아 회전할 때 타이어 비드부(3)와 휠플랜지(5)의 접촉부위에서 발생되는 압력과 변위를 동시에 실시간으로 연속적으로 측정하여 전기적인 신호를 발생시킨다.

본 발명에 따른 휠플랜지부 마찰에너지 측정장치는 실내에서 드럼에 소정의 하중으로 접하면서 연동되는 타이어(T)의 비드부와 휠부재의 휠플랜지 부분에 작용하는 마찰에너지를 이 휠부재에 설치된 접촉압력 및 변위측정수단인 2축 압력 및 2축 변위측정 일체형 로드셀이 연속적으로 측정하는 방식이므로, 작은 실험공간에서도 손쉽게 회전하는 타이어의 비드부와 휠플랜지 간의 마찰에너지를 측정할 수 있으면서, 반복적인 측정작업이 연속적이면서 빠르게 수행된다.

또한, 본 발명에 따른 타이어의 비드부와 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치의 경우에는, 주행조작에 의해 발생되는 오차와 주변환경에 의한 오차가 가능한 한 최소화되므로 반복 측정되어진 각 데이터들의 신뢰성이 크게 향상된다.

Claims

타이어(T)가 주행하는 노면을 재현하는 회전 원통형 드럼(1)과, 이 드럼(1)을 구동 제어하는 드럼 구동수단(2), 타이어의 비드부(3)와 휠(4)의 휠플랜지(5)의 접촉부위에 이 휠(4)의 원주방향으로 다수 개 설치되어 접촉부위의 접촉압력과 변위를 감지하는 접촉압력 및 변위측정수단(6), 이 접촉압력 및 변위측정수단(6)이 원주방향으로 부착되며 타이어(T)가 고정되는 휠(4), 이 휠(4)이 회전 가능하게 설치되는 이송부재(7), 이 이송부재(7)에 설치되어 이의 축방향으로 가해지는 하중을 감지하는 하중 측정수단(8), 상기 이송부재(7)를 전후진 시키면서 이에 가해지는 하중을 제어하는 이송부재 구동수단(9), 상기 접촉압력 및 변위측정수단(6)에 연결된 데이터 수집수단(10), 이 데이터 수집수단(10)으로부터 출력신호를 받아 이를 가시적으로 출력하는 출력수단(11) 및, 이들 각 구성 요소들의 작동을 제어하는 제어수단(12)으로 구성되어 이루어진 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 접촉압력 및 변위측정수단(6)은 타이어(T)의 비드부(3)에 접촉하는 휠플랜지(5)에 다수 개 설치된 로드셀(33,34,35,36,37)들을 갖춘 것을 특징으로 하는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 접촉압력 및 변위측정수단(6)에 이용되는 각각의 로드셀(33,34,35,36,37)들은 원통 모양의 로드셀 본체(20)와 이의 중앙에 배치 배치되는 바늘 모양의 변위센서(21)로 이루어진 것을 특징으로 하는 타이어의 비드부와 휠의 휠플랜지 사이의 마찰에너지 측정장치.