KR20120001961U - 방음 차륜 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 방음 차륜은 차축에 결합되어 일체로 회전하면서 레일과 접촉하고 전술한 차축을 향하여 경사를 이루는 접촉면이 마련된 차륜 본체와, 전술한 차륜 본체와의 접촉 마찰을 통하여 전술한 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 금속재로 이루어지며 전술한 접촉면에 대응하는 외주면을 형성하여 전술한 차륜 본체에 고정되는 링 댐퍼와, 전술한 링 댐퍼의 내주면을 따라 복수로 이격되게 장착되거나 전술한 차축으로부터 전술한 접촉면까지 연장되어 전술한 차륜 본체와 전술한 링 댐퍼 사이에 장착되어 소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 전술한 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 댐핑 부재를 포함한다.

Description

방음 차륜{LOW NOISE WHEEL}

본 고안은 방음 차륜에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 댐핑 부재에 의하여 차륜 본체로부터 발생되는 진동 및 소음, 특히 마찰음을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한 방음 차륜에 관한 것이다.

최근, 지하철과 경전철 및 고속철도의 건설이 활발하게 이루어지면서 소음진동의 저감 대책 또한 가장 큰 해결과제로 떠오르고 있다.

저속영역(시속 80km 이하)에서는 일반적으로 추진장치로부터 발생하는 소음이 가장 큰 소음의 원인 중 하나로 작용하며, 중속영역(시속 80km 내지 시속 250km)에서는 차륜 본체와 레일의 상호작용에 의한 소음이 가장 큰 소음의 원인 중 하나로 작용한다.

이 중에서 추진장치에 의한 소음은 기기 자체에 대한 대책방안을 세워 효과적으로 저감시킬 수 있으나, 차륜 본체와 레일의 상호작용에 의한 소음은 발생원인이 매우 복잡하고 다양하므로 차륜 본체와 레일의 삭정을 조절하는 방법, 차륜답면 또는 레일답면에 윤활재를 공급하여 차륜 본체와 레일의 접촉에 의한 소음을 저감시키는 방법 등 다양한 저감방안이 적용되고 있다.

차륜 본체와 레일의 상호작용에 의한 소음은 발생메카니즘에 따라 직선구간에서 발생되는 전동음(rolling noise), 곡선구간에서 발생되는 마찰음(squeal noise) 및 차륜 하울링 소음(wheel howing noise)과, 분기기 및 레일의 이음부에서 발생하는 충격음(impact noise)로 크게 나누어진다.

이러한 소음 중에서도 특히 곡선레일의 구간이 많은 지하철 또는 경전철에서는 마찰음의 발생이 잦으므로, 이로 인한 이용자들의 불편함도 가중된다.

지하철 또는 경전철 등 곡선레일의 구간이 많은 곳에서 마찰음의 발생이 잦은 것은 차축의 양단에 일체로 고정되어 레일과 접촉하여 차축과 연동 회전하고, 내측에 소정의 측면구배가 마련된 차륜 본체의 결합 구조에 기인한다.

즉, 레일에 접촉하는 차륜 본체의 답면(踏面)은 곡선레일의 주행이 가능하도록, 차축의 중심으로부터 레일에 접하는 차륜 본체의 접점까지의 거리가 조정될 수 있게 경사지게 형성된다.

그러나, 차축과 차륜 본체는 유동을 허용하지 않도록 견고하게 고정된 상태로 일체 회전하므로, 곡선레일 상에서 차륜 본체는 구조적인 특성상 부드러운 곡선 주행을 하기 힘들다.

즉, 차륜 본체는 소정의 구배를 가지는 답면 형상으로 인하여 레일의 답면에서 횡방향으로 미끄러지면서 계속적인 스틱슬립(stick-slip) 상태를 거치면서 차륜 본체의 고유모드가 여기(勵起)되어 고체전달소음(structure-borne noise)이 공기전달소음(air-borne noise)으로 변하게 되고, 그 결과 매우 큰 진동과 소음이 발생하게 되는 것이다.

전술한 진동 및 소음은 제동시 차륜 본체와 브레이크와의 마찰에 의해서도 발생될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 본 고안은 차륜 본체로부터 발생되는 진동 및 소음, 특히 마찰음을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하는 것과 관련된다.

그리고, 본 고안은 댐핑 부재가 차륜 본체에 용이하게 설치될 수 있도록 하는 것과 관련된다.

본 고안에 따른 방음 차륜은 차축에 결합되어 일체로 회전하면서 레일과 접촉하고 전술한 차축을 향하여 경사를 이루는 접촉면이 마련된 차륜 본체와, 전술한 차륜 본체와의 접촉 마찰을 통하여 전술한 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 금속재로 이루어지며 전술한 접촉면에 대응하는 외주면을 형성하여 전술한 차륜 본체에 고정되는 링 댐퍼와, 전술한 링 댐퍼의 내주면을 따라 복수로 이격되게 장착되거나 전술한 차축으로부터 전술한 접촉면까지 연장되어 전술한 차륜 본체와 전술한 링 댐퍼 사이에 장착되어 소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 전술한 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 댐핑 부재를 포함하는 구조를 적용할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 고안에 따른 방음 차륜은 아래와 같은 이점을 갖는다.

우선, 차륜 본체에 장착되는 링 댐퍼와 함께 댐핑 부재를 포함하는 구조에 따라 차륜 본체로부터 발생하는 진동 및 전술한 진동으로 인한 소음을 근본적으로 차단할 수 있다.

그리고, 링 댐퍼의 내주면을 따라 이격되게 장착하거나, 링 댐퍼와 차륜 본체 사이에 장착된 댐핑 부재가 고정되는 구조에 따라 숙련도에 관계없이 체결 작업을 용이하게 실시할 수 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도
도 2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도
도 3은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도
도 4는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 정면 개념도
도 5 및 도 6은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 단면 개념도
도 7은 본 고안의 다른 실시예에 따른 방음 차륜의 주요부인 댐핑 부재의 일부 구조를 나타낸 사시도

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

이는 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 고안을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 고안의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 고안의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 방음 차륜의 전체적인 구조를 나타낸 분해 사시도이다.

본 고안의 일 실시예에 따른 방음 차륜은 도시된 바와 같이 차륜 본체(100), 링 댐퍼(200), 댐핑 부재(300)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

차륜 본체(100)는 차축(400)에 결합되어 일체로 회전하면서 레일(500)과 접촉하고, 차축(400)을 향하여 경사를 이루는 접촉면(110)이 마련된 것으로, 전체적으로 차축(400)을 지지하는 축받이부(101)와, 레일(500)에 접하는 답면부(103), 그리고 축받이부(101)와 답면부(103) 사이를 연결하는 보강부(102)로 이루어진다.

링 댐퍼(200)는 전체적으로 링 형상을 이루도록 스테인리스 스틸과 같은 내구성이 뛰어난 금속재로 제작되어 차륜 본체(100)와의 접촉 마찰을 통하여 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 하며, 접촉면(110)에 대응하는 외주면(210)을 형성하여 차륜 본체(100)에 고정되는 것이다.

댐핑 부재(300)는 링 댐퍼(200)의 내주면(220)을 따라 이격되게 장착되는 복수의 것으로, 탄성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 한다.

본 고안은 상기와 같은 실시예에 의하여 적용이 가능하며, 보다 상세한 설명을 위하여 본 고안의 주요부에 대하여 더욱 자세히 살펴보기로 한다.

차륜 본체(100)는 전술한 바와 같이 차축(400)과 결합하여 일체로 회전하면서 레일(500)에 접촉하는 것으로 링 댐퍼(200)와 댐핑 부재(300)가 장착되는 공간을 제공한다.

링 댐퍼(200)는 전술한 바와 같이 차륜 본체(100)와의 접촉 마찰을 통하여 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 하며, 렌치 볼트와 같은 체결 부재(600)에 의하여 차륜 본체(100)의 접촉면(110)에 고정되고, 스테인리스 스틸과 같은 금속재로 이루어진 질량체이므로 차륜 본체(100)와 차축(400)의 질량을 증가시키게 됨에 따라 고유진동수를 변화시킨다.

즉, 물체의 고유진동수는 강성의 제곱근에 비례하고 질량의 제곱근에 반비례하므로, 링 댐퍼(200)가 장착된 차륜 본체(100)는 기존의 차륜 본체보다 낮은 고유진동수를 가진다.

따라서, 본 고안의 일 실시예에 따른 방음 차륜의 차륜 본체(100)는 전술한 바와 같은 고유진동수의 변화에 의하여 차륜 본체(100)의 진동 모드가 마찰음 발생이 저감되게 변화될 수 있다.

한편, 댐핑 부재(300)는 전술한 바와 같이 링 댐퍼(200)와 함께 차륜 본체(100)로부터 발생하는 진동을 흡수하는 역할을 하는 것으로, 도 1 내지 도 4를 참고로 하면 지지블럭(310)과, 댐핑 패드(320)와 마감 패드(330)를 포함하는 구조임을 알 수 있다.

지지블럭(310)은 링 댐퍼(200)의 내주면(220) 형상에 대응하며 링 댐퍼(200)의 형성 방향에 따른 단면이 원호 형상인 면을 형성하여 링 댐퍼(200)의 내주면(220)을 따라 상호 대면되게 고정되고 금속재로 이루어진 것으로, 진동의 고정단 역할을 하는 부분이라 할 수 있다.

댐핑 패드(320)는 지지블럭(310)의 표면에 장착되어 차륜 본체(100)로부터 발생하는 진동을 흡수하는 탄성재로 이루어진 것으로, 진동의 자유단 일부가 된다.

마감 패드(330)는 댐핑 패드(320)에 대응하는 형상으로 댐핑 패드(320)에 장착되어 지지블럭(310)의 표면을 마감하는 금속재로 이루어진 것으로, 진동의 자유단 일부가 되면서 댐핑 패드(320)를 외부에서 가해지는 물리, 화학적인 충격으로부터 보호한다.

여기서, 댐핑 패드(320)와 마감 패드(330)는 적어도 일회 이상 지지블럭(310)의 표면으로부터 순차적으로 반복하여 적층되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안의 일 실시예에 따른 방음 차륜은 링 댐퍼(200)를 차륜 본체(100)의 접촉면(110)이 형성된 방향을 따라 적어도 하나 이상 원호 형상으로 분할하여 조립되도록 함으로써 차축(400)과 차륜 본체(100)가 상호 체결된 상태에서도 추가적인 조립과 교체 및 점검이 가능하도록 할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방음 차륜은 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같은 제1 보조 댐핑 부재(300')를 적용할 수 있다.

제1 보조 댐핑 부재(300')는 차축(400)측으로부터 접촉면(110)측까지 연장되어 차륜 본체(100)와 링 댐퍼(200) 사이에 장착되고, 탄성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 한다.

참고로, 차륜 본체(100)와 링 댐퍼(200) 및 댐핑 부재(300)에 관하여는 전술한 실시예와 대동소이하므로 편의상 생략한다.

제1 보조 댐핑 부재(300')는 전술한 바와 같이 차축(400)이 결합되는 축받이부(101)의 외주면에서부터 접촉면(110)까지 연장되어 차륜 본체(100)와 링 댐퍼(200) 사이에 장착되는 구조를 지닌 것이다.

제1 보조 댐핑 부재(300')는 댐핑 부재(300)와 함께 소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 하는 것으로, 바람직하게는 적어도 하나 이상 부채꼴로 분할되게 장착되고, 도 7과 같이 커버 플레이트(340)와 댐핑 패드(350)를 포함한다.

즉, 제1 보조 댐핑 부재(300')는 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동 흡수를 통하여 소음을 차단하는 차음벽의 역할 또한 하게 된다.

커버 플레이트(340)는 축받이부(101)의 외주면과 접촉면(110) 사이의 공간을 마감하는 금속재로 이루어지는 한 쌍의 것이며, 댐핑 패드(350)는 커버 플레이트(340) 사이에 개재되어 탄성 변형 및 점섬 댐핑을 허용하면서 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동을 흡수하는 탄성재로 이루어진 것이다.

커버 플레이트(340)는 댐핑 패드(350)를 외부에서 가해지는 물리, 화학적인 충격으로부터 보호한다.

여기서, 댐핑 부재(300)는 차축(400)과 평행한 방향으로 가해지는 압력에 의하여 링 댐퍼(200)의 외주면(210)이 차륜 본체(100)의 접촉면(110)에 압착됨에 따라 댐핑 패드(350)도 연동하여 압착되는 구조임을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방음 차륜은 도 1 내지 도 3, 도 5 및 도 6과 같이 링 댐퍼(200)의 외주면(210)과 접촉면(110) 사이에 탄성재의 제2 보조 댐핑 부재(200')가 개재되어 소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 차륜 본체(100)로부터 발생되는 진동을 흡수하는 역할을 수행하게 된다.

제2 보조 댐핑 부재(200')는 일체로 고리 형상을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 체결 및 분리, 점검을 위하여 접촉면(110)의 형성 방향을 따라 적어도 하나 이상 원호 형상으로 분할되도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 링 댐퍼(200)는 외주면(210)을 따라 제2 보조 댐핑 부재(200')가 고정되는 안착홈(211)이 형성되도록 하며, 제2 보조 댐핑 부재(200')는 안착홈(211)에 고정되어 안착홈(211)의 형성 방향을 따라 돌출된다.

제2 보조 댐핑 부재(200')는 천연고무, 합성고무 또는 합성수지 중 어느 하나를 이용하여 제작할 수 있을 것이다.

한편, 링 댐퍼(200)는 전술한 바와 같이 렌치 볼트와 같은 체결 부재(600)에 의하여 차륜 본체(100)의 접촉면(110)에 고정되며, 체결부재(600)는 도 6과 같이 차축(400)의 길이 방향에 평행을 이루며 링 댐퍼(200)와 결합되고, 링 댐퍼(200)를 차륜 본체(100)에 고정시키는 것임을 알 수 있다.

이때, 체결부재(600)의 단부, 즉 렌치 볼트의 머리와 링 댐퍼(200)에 형성된 체결홈(201) 사이에는 도 6과 같이 전술한 렌치 볼트의 머리측을 향하여 경사지게 탄성 지지하는 스프링 와셔(610)가 개재되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안은 전술한 바와 같은 구조 외에도 특별히 도시하지는 않았으나, 링 댐퍼(200)와 제1 보조 댐핑 부재(300') 및 제2 보조 댐핑 부재(200')를 보강부(102)를 기준으로 답면부(103)의 일측 가장자리에만 장착할 수도 있음은 물론, 답면부(103)의 양측 가장자리에 각각 장착하여 진동 및 충격의 흡수량과 소음 저감도를 배가시킬 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 고안은 차륜 본체로부터 발생되는 진동 및 소음, 특히 마찰음을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 댐핑 부재가 차륜 본체에 용이하게 설치될 수 있도록 하는 방음 차륜을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 고안에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100...차륜 본체 101...축받이부
102...보강부 103...답면부
110...접촉면 111...제1 접촉면
112...제2 접촉면 200...링 댐퍼
200'...제2 보조 댐핑 부재 210...외주면
211...안착홈 220...내주면
300...댐핑 부재 300'...제1 보조 댐핑 부재
310...지지블럭 320...댐핑 패드
330...마감 패드 340...커버 플레이트
350...댐핑 패드 400...차축
500...레일 600...체결 부재
610...스프링 와셔 700...제1 링 댐퍼
710...외주면 800...제2 링 댐퍼
810...외주면

Claims (5)

1. 차축에 결합되어 일체로 회전하면서 레일과 접촉하고, 상기 차축을 향하여 경사를 이루는 접촉면이 마련된 차륜 본체;
   상기 차륜 본체와의 접촉 마찰을 통하여 상기 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 금속재로 이루어지며, 상기 접촉면에 대응하는 외주면을 형성하여 상기 차륜 본체에 고정되는 링 댐퍼;
   상기 링 댐퍼의 내주면을 따라 이격되게 장착되는 복수의 것으로, 소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 상기 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 댐핑 부재;를 포함하는 방음 차륜.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 차륜 본체에는,
   상기 차축측으로부터 상기 접촉면측까지 연장되어 상기 차륜 본체와 상기 링 댐퍼 사이에 장착되고, 탄성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 상기 차륜 본체로부터 발
   생되는 진동을 흡수하는 제1 보조 댐핑 부재가 더 포함되며,
   상기 제1 보조 댐핑 부재는 적어도 하나 이상 부채꼴로 분할되게 장착되는 방음 차륜.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 차륜 본체에는,
   소성 변형 및 점성 댐핑을 통하여 상기 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 탄성재로 이루어지며, 상기 링 댐퍼의 외주면과 상기 접촉면 사이에 개재되는 제2 보조 댐핑 부재가 더 포함되며,
   상기 링 댐퍼 및 상기 제2 보조 댐핑 부재는 상기 접촉면의 형성 방향을 따라 적어도 하나 이상 원호 형상으로 분할되고,
   상기 링 댐퍼의 외주면을 따라 상기 제2 보조 댐핑 부재가 고정되는 안착홈이 형성되며,
   상기 제2 보조 댐핑 부재는 상기 안착홈에 고정되어 상기 안착홈의 형성 방향을 따라 돌출되는 방음 차륜.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 댐핑 부재는,
   상기 링 댐퍼의 내주면 형상에 대응하는 면을 형성하여 상기 링 댐퍼의 내주면을 따라 상호 대면되게 고정되고 금속재로 이루어진 지지블럭과,
   상기 지지블럭의 표면에 장착되어 상기 차륜 본체로부터 발생하는 진동을 흡수하는 탄성재로 이루어진 댐핑 패드와,
   상기 댐핑 패드에 대응하는 형상으로 상기 댐핑 패드에 장착되어 상기 지지블럭의 표면을 마감하는 금속재로 이루어진 마감 패드를 포함하며,
   상기 댐핑 패드와 상기 마감 패드는 적어도 일회 이상 상기 지지블럭의 표면으로부터 순차적으로 반복 적층되는 방음 차륜.
   
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 보조 댐핑 부재는,
   상기 차축과 상기 접촉면 사이를 마감하는 금속재로 이루어지는 한 쌍의 커버 플레이트와,
   상기 커버 플레이트 사이에 개재되어 탄성 변형 및 점섬 댐핑을 허용하면서 상기 차륜 본체로부터 발생되는 진동을 흡수하는 탄성재로 이루어지는 댐핑 패드를 포함하며,
   상기 차축과 평행한 방향으로 가해지는 압력에 의하여 상기 링 댐퍼의 외주면이 상기 차륜 본체의 접촉면에 압착됨에 따라 상기 댐핑 패드도 연동하여 압착되는 방음 차륜.
   

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