KR20170043156A - 토크 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

간편하게 토크를 측정할 수 있고 휴대가 용이한 토크 측정 장치가 개시된다. 이는 기준판 상부에 회전가능한 슬라이드바를 설치하고 슬라이드바에 다수의 이동형 고정쇠 및 용수철 저울을 이용함으로써 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 힘의 방향 사이의 각도를 한눈에 확인할 수 있으며, 한번의 측정으로 단일 힘에 의한 토크 측정 뿐만아니라 다수의 힘에 의한 토크를 간편하게 측정할 수 있는 토크 측정 장치를 제공한다.

Description

토크 측정 장치{Apparatus for Measuring Torque}
본 발명은 토크 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대가 가능하고 간편하게 토크를 측정할 수 있는 토크 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 토크 측정 장치는 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 가해진 힘의 방향 사이의 각도를 동시에 나타낼 수 없었으며, 힘과 관련된 실험은 단순히 여러 힘의 합력을 구하는 실험만이 존재하였다. 또한, 힘에 따른 회전 방향을 고려하지 않아 힘과 토크를 제대로 구별할 수 없는 문제점이 있었다.
그리고, 현재 고등학교 물리 교과서 및 일반물리학에서 주로 다뤄지고 있는 토크를 쉽게 실험할 수 있는 장치가 미비하여 대부분 수학적 계산에만 의존하고 있는 실정이다.
한국특허공개 10-2012-0054686
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 토크를 측정하기 위한 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 가해진 힘의 방향 사이의 각도를 한눈에 확인이 가능하고, 한번의 측정으로 단일 힘에 의한 토크 측정 뿐만아니라 다수의 힘에 의한 토크를 간편하게 측정할 수 있는 토크 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 기준선이 표시된 기준판; 상기 기준판 상부에 설치되고 회전축을 중심으로 회전 가능하며, 상기 회전축으로부터의 거리를 알 수 있는 눈금이 표시된 슬라이드바; 및 상기 슬라이드바에 설치되어 상기 슬라이드바의 길이 방향을 따라 이동가능한 이동형 고정쇠를 포함하고, 상기 이동형 고정쇠에 설치된 용수철 저울에 힘을 가하여 토크를 측정한다.
상기 슬라이드바의 회전축으로부터 상기 이동형 고정쇠까지의 거리, 상기 용수철 저울의 눈금 및 상기 용수철 저울에 의해 상기 슬라이드바가 기울어진 각도를 이용하여 토크를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준판과 상기 이동형 고정쇠에는 상기 용수철 저울에 힘이 가해졌을 때 상기 회전축과 힘의 방향과의 각도를 알 수 있는 각도가 표시될 수 있다.
상기 슬라이드바는 가해진 힘에 따라 상기 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
상기 이동형 고정쇠는 동시에 다수의 토크를 측정할 수 있도록 상기 슬라이드바에 다수의 상기 이동형 고정쇠가 각각 설치될 수 있다.
상기 슬라이드바에 가해진 힘에 따라 상기 슬라이드바의 회전방향을 알 수 있는 방향 표시판을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기준판에 회전가능한 슬라이드바를 설치하고 슬라이드바에 다수의 이동형 고정쇠 및 용수철 저울을 이용함으로써 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 힘의 방향 사이의 각도를 한눈에 확인할 수 있으며, 한번의 측정으로 단일 힘에 의한 토크 측정 뿐만아니라 다수의 힘에 의한 토크를 간편하게 측정할 수 있다. 또한, 휴대가 간편하여 고등학교나 대학교 등에서 수업시간에 교육용으로 활용 가능하다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 토크 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 토크를 측정하는 일예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 토크 측정 장치의 시제품을 나타내는 이미지이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 토크 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(100)는 기준선(101)이 표시된 기준판(110), 기준판(110) 상부에 설치되어 회전축을 중심으로 회전 가능하며, 회전축으로부터 거리를 알 수 있는 눈금이 표시된 슬라이드바(120) 및 슬라이드바(120)에 설치되어 슬라이드바(120)의 길이 방향을 따라 이동가능한 이동형 고정쇠(130)를 포함한다.
기준판(110)은 회전하는 슬라이드바(120)가 기준선(101)에 의해 기준을 잡을 수 있도록 중심점에서 가로축선과 세로축선이 표시될 수 있으며, 슬라이드바(120)의 회전에 따른 각도를 확인할 수 있도록 각도가 표시될 수 있다. 또한, 토크 측정 장치를 이용하여 측정할 때 장치가 기울어져 측정오차가 발생되지 않도록 단단하고 평평한 면을 가진, 바람직하게는 사각형태의 나무판이나 아크릴판이 사용될 수 있으나, 기준판(110)의 형태와 재질은 다양하게 변경될 수 있다.
슬라이드바(120)는 슬라이드바(120)의 중심점과 기준판(110)의 중심점을 일치시켜 기준판(110) 상부에 설치될 수 있다. 슬라이드바(120) 상면에는 상기 기준판(110)의 기준선(101)과 같이 가로축선과 세로축선으로 된 슬라이드바(120)의 기준선(121)이 표시될 수 있다. 슬라이드바(120)는 표시된 기준선(121)에 의해 기준판(110)의 기준선(101)과 일치시킴으로써 슬라이드바(120)에 힘이 가해지기 전에 각도의 기준을 설정할 수 있다. 기준판(110)에 마련된 각도 중 회전축을 중심으로 가로방향과 세로방향의 각도(0°,90°,180°,270°)를 상기 슬라이드바(120)의 기준선(121)과 일치시킴으로써 슬라이드바(120)가 회전할 때 발생되는 각도를 확인 할 수 있다. 또한, 슬라이드바(120) 상면에는 회전축으로부터의 거리를 알 수 있도록 눈금이 표시될 수 있으며, 용수철 저울(150)에 가해진 힘에 의해 슬라이드바(120)의 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전 될 수 있다.
이동형 고정쇠(130)는 슬라이드바(120)의 양측을 통해 탈부착 될 수 있다. 이동형 고정쇠(130)는 슬라이드바(120)의 길이방향을 따라 이동가능하며 사용자가 원하는 만큼 이동 후 슬라이드바(120)에 고정시킬 수 있도록 이동형 고정쇠(130) 측면에 고정나사(131)가 설치 될 수 있다. 이동형 고정쇠(130) 상면 중심에는 돌출부(132)가 형성되어 상기 돌출부(132)를 통해 줄의 일단을 연결하고, 연결된 줄의 타단을 통해 용수철 저울(150)을 연결함으로써, 이동형 고정쇠(130)와 용수철 저울(150)이 연결될 수 있다. 따라서 용수철 저울(150)에 힘을 가하면(용수철 저울(150)을 당기면) 용수철 저울(150)과 연결된 이동형 고정쇠(130)와 슬라이드바(120)는 용수철 저울(150)이 당겨지는 방향으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전될 수 있다.
이동형 고정쇠(130) 상면에는 이동형 고정쇠(130)가 용수철 저울(150)에 의해 슬라이드바(120)와 함께 회전됐을 때 회전 각도를 알 수 있도록 각도와 회전축으로부터의 거리를 알 수 있는 눈금이 표시될 수 있다. 따라서, 사용자는 이동형 고정쇠(130)에 표시된 각도와 눈금을 통해 용수철 저울(150)을 이용하여 힘을 가했을 때 회전된 슬라이드바(120)의 각도와 회전축으로부터의 거리를 바로 확인 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(100)는 단일 힘을 이용한 토크 측정 뿐만아니라 다수의 힘에 의한 각각의 토크를 측정할 수 있다. 즉, 측정하고자 하는 토크의 수에 맞게 슬라이드바(120)에 이동형 고정쇠(130)를 설치하고, 각각의 이동형 고정쇠(130) 마다 용수철 저울(150)을 연결하여 동시에 용수철 저울(150)에 힘을 가함으로써 각각의 용수철 저울(150)에 따른 토크를 측정 할 수 있다.
한편, 기준판(110) 측면에는 슬라이드바(120)가 가해진 힘에 따라 회전될 때 슬라이드바(120)의 회전방향을 알 수 있는 방향 표시판(140)이 더 포함될 수 있다. 방향 표시판(140)은 슬라이드바(120)가 시계방향으로 회전하는지 반시계방향으로 회전하는지를 나타내는 지시선(141)이 표시될 수 있다.
도 2는 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 토크를 측정하는 일예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 토크 측정 장치를 이용하여 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 토크 측정 장치의 측정방법을 상세히 설명한다.
먼저, 기준판(110) 상부에 슬라이드바(120)를 설치하고, 슬라이드바(120)에 측정하고자 하는 토크의 수에 맞게 이동형 고정쇠(130)를 슬라이드바(120)의 양측면으로 삽입한다. 또한, 방향 표시판(140)을 기준판(110) 측면에 설치한 후 본 발명의 토크 측정 장치를 기울지 않은 평평한 장소에 위치시킨다. 그리고, 기준판(110)의 기준선(101), 슬라이드바(120)의 기준선(121)이 모두 일치되도록 맞춘다.
상기와 같이 토크 측정을 위한 준비가 완료되면 용수철 저울(150)을 이동형 고정쇠(130)에 연결하여 측정을 실시한다.
도 2 내지 도 4는 용수철 저울(150)의 개수를 달리하여 토크 측정을 실시하는 일예들을 나타낸다.
도 2에 도시된 일예에서와 같이, 이동형 고정쇠(130)에 하나의 용수철 저울(150)을 이용하여 용수철 저울(150)을 당기면, 당기는 방향으로 당기는 힘만큼 슬라이드바(120)는 회전하게 된다. 따라서, 사용자는 슬라이드바(120) 및 이동형 고정쇠(130)의 눈금에 의해 회전축으로부터의 거리, 용수철 저울(150)에 표시되는 힘의 크기 및 이동형 고정쇠(130)에 표시된 각도에 의해 회전축과 힘의 방향 사이의 각도를 한번에 확인이 가능하다. 또한, 방향 표시판(140)에 의해 힘의 방향이 시계방향인지, 반시계방향인지를 확인할 수 있다.
토크는 방향성 있는 회전력이므로, 토크를 구하는 수식은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, τ는 토크, r은 회전축으로부터의 거리 및 f는 힘의 크기를 나타내고, θ는 회전축과 힘의 방향사이의 각도를 나타낸다.
따라서, 사용자는 본 발명의 토크 측정 장치를 통해 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 힘의 방향사이의 각도를 알 수 있기 때문에 수학식 1에 의해 간편하게 토크를 계산할 수 있다.
도 3은 두 개 용수철 저울(150)을 이용하여 각각 다른 힘을 가했을 때 각각의 토크를 측정하는 다른 예를 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이 슬라이드바(120)에 두 개의 이동형 고정쇠(130)를 고정시키고 각각의 고정쇠에 연결된 용수철 저울(150a,150b)을 서로 다른 크기와 각도로 힘을 가하여 슬라이드바(120)가 회전되지 않도록 한다. 슬라이드바(120)가 회전하지 않기 때문에 각각의 용수철 저울(150a,150b)에 의한 토크의 합은 0이 된다.
이때, 각각의 용수철 저울(150a,150b)에 의한 각각의 토크는 회전축으로부터 용수철 저울(150a,150b)이 연결된 각각의 이동형 고정쇠(130)까지의 거리, 각각의 용수철 저울(150a,150b)에 표시된 힘의 크기 및 각각의 회전축과 힘의 방향사이의 각도를 이용하여 구할 수 있다.
예를들어, 첫 번째 용수철 저울(150a)에 대한 토크는 회전축으로부터 첫 번째 용수철 저울(150a)이 연결된 이동형 고정쇠(130)까지의 거리를 r, 용수철 저울(150a)에 표시된 힘의 크기를 f라고 하면, 회전축과 힘의 방향사이의 각도가 90°이므로 첫 번째 용수철 저울(150a)에 의한 토크는 r×f가 된다. 두 번째 용수철 저울(150b)에 의한 토크도 첫 번째 용수철 저울(150a)에 의해 토크를 구하는 방식과 같이 토크를 간편하게 구할 수 있다.
도 4는 세개의 용수철 저울(150c,150d,150e)을 이용하여 각각 다른 힘을 가했을 때 각각의 토크를 측정하는 또 다른 예를 나타낸다.
도 4에 도시된 바와 같이 슬라이드바(120)에 세개의 이동형 고정쇠(130)를 고정시키고 각각의 고정쇠에 연결된 용수철 저울(150c,150d,150e)을 서로 다른 크기와 각도로 힘을 가하여 슬라이드바(120)가 회전되지 않도록 한다. 도 3에서와 같이 슬라이드바(120)가 회전하지 않기 때문에 각각의 용수철 저울(150c,150d,150e)에 의한 토크의 합은 0이 된다. 이때, 각각의 용수철 저울(150c,150d,150e)에 의한 각각의 토크는 도 3에서 각각의 토크를 구하는 방식과 같이 간편하게 구할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(100)는 상기 설명한 바와 같이 하나의 용수철 저울(150)에 의한 토크 뿐만아니라 다수의 용수철 저울(150)에 의한 각각의 토크도 간편하게 구할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 토크 측정 장치의 시제품을 나타내는 이미지이다.
도 5에서와 같이 본 발명의 토크 측정 장치의 시제품은 기준판(110)을 휴대가 용이하도록 가벼운 아크릴로 제작하였으며, 장치의 토크 측정에 대한 테스트까지 완료하여 그 교육적 효과를 확인하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토크 측정 장치(100)는 기준판(110)에 회전 가능한 슬라이드바(120)를 설치하고 슬라이드바(120)에 다수의 이동형 고정쇠(130) 및 용수철 저울(150)을 이용함으로써 회전축으로부터의 거리, 힘의 크기 및 회전축과 힘의 방향 사이의 각도를 한눈에 확인할 수 있으며, 한번의 측정으로 단일 힘에 의한 토크 측정 뿐만아니라 다수의 힘에 의한 토크를 간편하게 측정할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 기준판 120 : 슬라이드바
130 : 이동형 고정쇠 140 : 방향 표시판
150 : 용수철 저울

Claims (6)

  1. 기준선이 표시된 기준판;
    상기 기준판 상부에 설치되고 회전축을 중심으로 회전 가능하며, 상기 회전축으로부터의 거리를 알 수 있는 눈금이 표시된 슬라이드바; 및
    상기 슬라이드바에 설치되어 상기 슬라이드바의 길이 방향을 따라 이동가능한 이동형 고정쇠를 포함하고,
    상기 이동형 고정쇠에 설치된 용수철 저울에 힘을 가하여 토크를 측정하는 토크 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드바의 회전축으로부터 상기 이동형 고정쇠까지의 거리, 상기 용수철 저울의 눈금 및 상기 용수철 저울에 의해 상기 슬라이드바가 기울어진 각도를 이용하여 토크를 측정하는 것을 특징으로 하는 토크 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준판과 상기 이동형 고정쇠에는 상기 용수철 저울에 힘이 가해졌을 때 상기 회전축과 힘의 방향과의 각도를 알 수 있는 각도가 표시되는 것인 토크 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드바는 가해진 힘에 따라 상기 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전 가능한 것인 토크 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이동형 고정쇠는 동시에 다수의 토크를 측정할 수 있도록 상기 슬라이드바에 다수의 상기 이동형 고정쇠가 각각 설치되는 것인 토크 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드바에 가해진 힘에 따라 상기 슬라이드바의 회전방향을 알 수 있는 방향 표시판을 더 포함하는 토크 측정 장치.
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