KR20090029604A - 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치에 관한 것으로, 자동 변속기의 좌우 및 휠에 양단부가 각각 결합된 등속 조인트; 및 상기 등속 조인트 상에 결합되며, 육면체 형상의 본체 내부에 상기 등속 조인트의 축 방향으로 가해지는 힘(Force)을 측정하기 위한 로드 셀이 장착된 포스 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 등속 조인트의 축 방향 힘(Force)을 측정함으로써 실차 및 단품 시험기의 성능 규격을 정립할 수 있어 보다 객관적으로 등속 조인트의 성능을 판정할 수 있는 장점이 있다.

등속 조인트, 포스 측정장치, 로드 셀, 스틱볼

Description

로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치{Measurement device for force of axial direction of constant velocity joint using load cell}

본 발명은 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동 레벨 값이 아닌 실제로 등속 조인트에 가해지는 힘을 측정할 수 있는 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 동력은 엔진으로부터 발생하여 오토미션과 등속 조인트를 거쳐 휠(wheel)에 까지 전달되며, 이때 한 쌍의 등속 조인트에 각각 5:5의 비율로 동력 분배가 이루어진다.

등속 조인트(Constant Velocity joint, CV joint)는 구동축과 수동축과의 동력 전달에서 회전 속도의 변동 없이 두 축의 접점을 축의 교차각의 2등분선 상에 있게 하여 등속으로 동력을 전달하는 조인트로, 큰 각도로 동력을 전달하는 부분에 사용한다.

엔진의 진동은 피스톤의 왕복 운동으로 인해 발생되는데, 엔진의 진동이 필터링 없이 그대로 차체에 전달되면, 차체는 엔진의 진동과 함께 심하게 떨리게 된 다. 이러한 차체 진동을 줄이기 위해 엔진을 차체와 고정시킬 때 엔진 마운트를 사용하여 차체로 전달되는 진동을 줄여주며, 추가로 등속 조인트를 사용해 진동을 흡수하게 된다.

첨부된 도 1은 종래의 등속 조인트가 사용된 차체의 진동 측정을 위한 구성을 도시한 간략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 엔진(50)으로부터 발생되어 차체(70)로 전달되는 진동을 완화하기 위해 고무 마운트(미도시)를 사용하며, 진동을 흡수하기 위해 등속 조인트(10)를 사용하였다. 등속 조인트(10)는 일단이 자동 변속기(30)의 좌우에 각각 연결되고 타단이 휠(90)에 각각 연결 설치된다.

이러한 자동 변속기 차량은 변속 위치를 주행 모드에 고정하게 되면 차체(70)에 진동이 발생하게 되는데, 이러한 진동의 크기를 측정하기 위해 차체(70)에 가속도 센서(미도시)를 부착하였다. 따라서 차량의 진동 값이 가속도(m/s²) 또는 진동(g) 레벨 값으로 표현되며, 이값으로 등속 조인트(10)의 성능(진동흡수성능)을 판별하게 된다.

그러나 단품 시험기에서 등속 조인트의 성능 스펙은 가속도 값 또는 진동 값으로 표현되어 있지 않고 등속 조인트의 꺾임 각도별 몇 Force(kg_f) 이하라고 규정되어 있다. 이와 같이 단품 시험기는 판정 기준이 힘(Force)으로 규정되어 있고 실차에서는 진동 레벨로 판정하게 되어 있으며, 합격, 불합격 판정을 위한 진동 레벨 값이 차량마다 규정화되어 있지 않아 측정하는 사람이나 측정 환경에 따라 편차가 생기는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 등속 조인트의 축 방향 힘(Force)을 측정함으로써 실차 및 단품 시험기의 성능 규격을 정립하여 등속 조인트의 진동 흡수 성능을 객관적으로 판정할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 실차의 주행 중에도 등속 조인트의 축 방향 힘을 측정할 수 있도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동 변속기의 좌우 및 휠에 양단부가 각각 결합된 등속 조인트; 및 상기 등속 조인트 상에 결합되며, 육면체 형상의 본체 내부에 상기 등속 조인트의 축 방향으로 가해지는 힘(Force)을 측정하기 위한 로드 셀이 장착된 포스 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치를 제공한다.

상기 포스 측정장치는 상기 본체의 양측과 상기 등속 조인트를 연결하는 연결 사프트와, 상기 본체의 내부에 설치되는 로드 셀과, 상기 로드 셀과 본체 내부의 길이 방향 양단부 사이에 각각 설치되는 구 형상을 갖는 한 쌍의 스틱볼과, 상기 로드 셀과 스틱볼 사이 및 상기 스틱볼과 본체 내부의 길이 방향 양단부 사이에 각각 설치되어 상기 스틱볼 및 로드 셀을 지지하는 지지 아답터와, 상기 지지 아답 터에 결합되어 상기 지지 아답터를 고정하는 조절 너트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지 아답터는 상기 스틱볼을 지지하는 각 단부가 반구 형상으로 형성되어 상기 스틱볼을 지지하되, 서로 마주보는 반구 형상의 단부는 상호 이격 형성되어 상기 등속 조인트에 토크가 발생될 때 토크가 상기 로드 셀로 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치는 등속 조인트의 축 방향 힘(Force)을 측정함으로써 실차 및 단품 시험기의 성능 규격을 정립할 수 있어 보다 객관적으로 등속 조인트의 성능을 판정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 로드 셀이 탈착 가능하므로 로드 셀 대용으로 스트레인 게이지를 부착하여 원격 측정함으로써 실차의 주행중에도 등속 조인트의 축 방향 힘을 측정할 수 있음은 물론, 측정 용도별로 로드 셀을 교환하여 측정할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치에 대해 상세히 설명하기로 한다(종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하여 설명하기로 한다).

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 힘 측정장치를 도시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치(100)는 일단이 자동 변속기(30)의 좌우에 각각 연결되고 타단이 휠(90)에 각각 연결 설치되는 등속 조인트(10) 상에 설치되어 등속 조인트(10)의 축 방향 힘(Force)을 측정한다.

포스 측정장치(100)는 직육면체 형상의 본체 내부에 로드 셀(130)이 설치되고, 로드 셀(130)의 양측 및 본체 내부의 길이 방향 양단부에 조절 너트(140)로 결합되는 지지 아답터(110)가 결합되며, 지지 아답터(110)의 사이에 스틱볼(120)이 삽입된다. 본체 외부의 길이 방향 양단부에는 본체를 지지하여 등속 조인트(10)에 연결하는 연결 샤프트(150)가 형성된다.

로드 셀(130)은 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등 변형이 생기는 소자로, 로드 셀 자체만으로는 등속 조인트(10)의 축 방향 힘을 측정할 수 없으나 포스 측정장치(100)에 삽입되어 변형량을 검출함으로써 등속 조인트(10)의 축 방향 힘을 측정할 수 있게 된다.

지지 아답터(110)는 본체 내부에 고정되는 단부 및 로드 셀(130)에 고정되는 단부는 바(bar) 형태를 이루고 있으며, 스틱볼(120)을 수용하는 단부는 반구 형상을 이룬다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반구 형상의 단부가 서로 마주보도록 설치되어 그 사이에 스틱볼(120)이 삽입되며, 반구 형상의 단부는 서로 소정 간격 이격되도록 설치된다.

스틱볼(120)은 한 쌍으로 구비된 구 형상으로 지지 아답터(110)의 반구형 단부 사이에 삽입되며, 등속 조인트(10)에 토크(Torque)가 발생하여 비틀림이 생기게 되면 서로 이격된 지지 아답터(110)가 비틀리면서 이격 간격이 더 벌어지게 된다.

그러나 스틱볼(120)에 의해 슬립(Slip)이 발생하여 토크가 로드 셀(130)에 전달되는 것을 방지하므로 로드 셀(130)을 보호할 수 있다. 로드 셀(130)은 토크 발생시 인장 압축값을 정확하게 출력할 수 없으며 로드 셀 케이스의 파손이 일어날 수 있어 이와 같이 토크의 전달을 방지하는 구조가 필요하다.

조절 너트(140)는 지지 아답터(110)를 로드 셀(130) 및 본체 내부의 단부에 각각 결합시키며, 스틱볼(120)과 로드 셀(130) 및 지지 아답터(110) 사이에 조립 공차가 전혀 없도록 조절하는 역할을 한다. 공차가 발생하는 경우 등속 조인트(10)의 축 방향 힘을 정확하게 측정하기 어려우므로 조절 너트(140)로 이를 조절한다.

한편, 로드 셀(130)은 지지 아답터(110) 및 조절 너트(140)에 의해 탈착 가능하게 결합되므로, 로드 셀(130) 대신 스트레인 게이지(Strain gage)를 부착하고 원격 측정법(Telemetry)을 활용하면 차량의 주행중에도 등속 조인트의 축 방향 힘을 측정할 수 있다.

스트레인 게이지는 변형도 또는 변형률을 측정하는 게이지로 물체가 인장 또는 압축될 때 원래의 길이에 대해 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한다. 구조체가 변형을 일으킬 때에 전기 저항이 변하면 이를 이용해 변형률을 측정하는 전기식 스트레인 게이지나, 두 점 사이의 작은 거리 변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형률을 측정하는 기계식 스트레인 게이지 등을 사용할 수 있다.

또한, 로드 셀의 탈부착이 용이하여 측정 용도에 맞게 로드 셀을 교환하여 측정할 수 있는 장점이 있다.

자동 변속기(30)가 적용된 차량의 경우 변속 위치를 주행 모드로 고정하면 차체(70)에 진동이 전달되며, 이 진동에 의해 등속 조인트(10)에 축 방향 힘이 발생하게 된다. 이러한 힘은 연결 샤프트(150) 및 포스 측정장치(100)를 거쳐 휠(90)에까지 전달된다. 이와 동시에 포스 측정장치(100)를 통해 등속 조인트(10)의 축 방향 힘(Force)가 측정된다.

한편 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래의 등속 조인트가 사용된 차체의 진동 측정을 위한 구성을 도시한 간략도.

도 2는 본 발명에 따른 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 힘 측정장치를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 포스 측정장치 110 : 지지 아답터

120 : 스틱볼 130 : 로드 셀

140 : 조절 너트 150 : 연결 샤프트

Claims (3)

1. 자동 변속기(30)의 좌우 및 휠(90)에 양단부가 각각 결합된 등속 조인트(10); 및

   상기 등속 조인트(10) 상에 결합되며, 육면체 형상의 본체 내부에 상기 등속 조인트(10)의 축 방향으로 가해지는 힘(Force)을 측정하기 위한 로드 셀(130)이 장착된 포스 측정장치(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 포스 측정장치(100)는 상기 본체의 양측과 상기 등속 조인트(10)를 연결하는 연결 사프트()와, 상기 본체의 내부에 설치되는 로드 셀(130)과, 상기 로드 셀(130)과 본체 내부의 길이 방향 양단부 사이에 각각 설치되는 구 형상을 갖는 한 쌍의 스틱볼(120)과, 상기 로드 셀(130)과 스틱볼(120) 사이 및 상기 스틱볼(120)과 본체 내부의 길이 방향 양단부 사이에 각각 설치되어 상기 스틱볼(120) 및 로드 셀(130)을 지지하는 지지 아답터(110)와, 상기 지지 아답터(110)에 결합되어 상기 지지 아답터(110)를 고정하는 조절 너트(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 지지 아답터(110)는 상기 스틱볼(120)을 지지하는 각 단부가 반구 형상으로 형성되어 상기 스틱볼(120)을 지지하되, 서로 마주보는 반구 형상의 단부는 상호 이격 형성되어 상기 등속 조인트(10)에 토크가 발생될 때 토크가 상기 로드 셀(130)로 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 로드 셀을 사용한 등속 조인트의 축 방향 포스 측정장치.

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