KR20170116800A

KR20170116800A - 비틀림 시험장치

Info

Publication number: KR20170116800A
Application number: KR1020160044853A
Authority: KR
Inventors: 석창성; 홍석우
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2016-04-12
Filing date: 2016-04-12
Publication date: 2017-10-20
Also published as: WO2017179770A1

Abstract

본 발명은 비틀림 시험장치에 관한 것으로, 구동수단; 직선운동수단; 회전운동수단; 및 시편안착수단; 을 포함하여, 1축 만능 시험기를 이용하여 쉽고 간단하게 비틀림 시험장치를 구성할 수 있어 제작비용이나 유지비용 및 시험비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 시편에 가해지는 비틀림 힘의 정도를 조절 가능하여 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

비틀림 시험장치{APPARATUS FOR TESTING TORSION}

본 발명은 비틀림 시험장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1축 만능 시험기를 이용하여 쉽고 간단하게 비틀림 시험장치를 구성할 수 있어 제작비용이나 유지비용 및 시험비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 시편에 가해지는 비틀림 힘의 정도를 조절 가능하여 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 비틀림 시험장치에 관한 것이다.

재료의 비틀림강도 및 비틀림 피로수명을 평가하기 위하여 비틀림 시험을 수행하게 된다. 즉, 시편에 반복적으로 비틀림 힘을 가하고, 시편이 파손될 때까지의 사이클 회수 등을 계측하는 것이다.

이러한 비틀림 시험은 시편에 비틀림 하중을 가할 수 있는 비틀림 시험기(Torsional Test Machine)를 사용하여 수행하는 것이 일반적인데, 이러한 비틀림 시험기를 구축하기 위해서는 유압펌프나 모터, 컨트롤러 등이 필요하여 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

한편, 재료나 구조물의 강도·강성 등을 평가하기 위하여 시편 등에 인장, 압축 및/또는 굽힘 응력을 가하는 시험기가 사용되고 있다. 이러한 시험기는 일반적으로 만능 시험기(Universal Testing Machine; UTM)라고 불린다.

도 1은 종래 1축(Axial) 만능 시험기의 일 예를 나타낸 도이다.

1축 만능 시험기(UTM)는 인장 및 압축 하중을 부여하기 위한 엑추에이터(A)가 설치되는 본체, 본체의 상측에 위치하는 크로스헤드(C), 본체와 크로스헤드(C) 사이에서 시편을 고정하기 위한 지그 등을 포함하여 이루어진다.

최근 들어, 만능 시험기를 이용하여 비틀림 시험 등 다양한 시험이 가능하도록 하는 시험기가 연구 및 개발되고 있다.

그러나, 이러한 시험기는 다수의 주변장치들이 필요하여 구성이 복잡하고, 크기도 크며, 소요되는 비용도 높은 단점이 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 비틀림 시험장치의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2009-0127169호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 1축 만능 시험기를 이용하여 쉽고 간단하게 비틀림 시험장치를 구성할 수 있어 제작비용이나 유지비용 및 시험비용을 절감할 수 있는 비틀림 시험장치를 제공함에 있다.

또한, 시편에 가해지는 비틀림 힘의 정도를 조절 가능하여 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 비틀림 시험장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 구동수단; 상기 구동수단에 연결되고, 상기 구동수단의 구동에 의해 직선 왕복운동하는 직선운동수단; 상기 직선운동수단에 연결되며, 상기 직선운동수단의 동작에 따라 회전되는 회전운동수단; 및 상기 회전운동수단의 회전에 따라 회전하도록 상기 회전운동수단에 연결되는 회전지그와, 상기 회전지그로부터 떨어져 위치하여 상기 회전지그와의 사이에 시편이 안착되는 고정지그를 포함하며, 상기 회전지그의 회전에 따라 상기 시편이 비틀림 힘을 받도록 하는 시편안착수단; 을 포함하는 비틀림 시험장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 회전운동수단과 상기 회전지그 사이에는, 상기 회전운동수단의 회전력을 가속 또는 감속시켜 상기 회전지그에 전달하는 속도변환수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 시편안착수단은, 상기 회전지그와 상기 고정지그 사이 간격의 조절이 가능하게 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 시편안착수단에는, 상기 시편의 비틀림 힘을 측정하는 측정부가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 구동수단은, 1축(Axial) 만능 시험기(Universal Testing Machine)의 엑추에이터이고, 상기 직선운동수단은, 상기 엑추에이터에 연결되어 직선왕복 운동하게 되는 랙 기어; 및 상기 1축 만능 시험기에 장착되어 상기 랙 기어의 직선왕복 운동을 가이드하는 엘엠가이드; 를 포함하며, 상기 회전운동수단은, 상기 랙 기어에 기어 맞물림 되는 피니언 기어인 것으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 1축 만능 시험기를 이용하여 쉽고 간단하게 비틀림 시험장치를 구성할 수 있어 제작비용이나 유지비용 및 시험비용을 절감할 수 있는 비틀림 시험장치가 제공된다.

또한, 시편에 가해지는 비틀림 힘의 정도를 조절 가능하여 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있게 된다.

도 1은 종래 1축 만능 시험기의 일 예를 나타낸 도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치의 요부를 나타낸 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 비틀림 시험장치의 요부를 다른 각도에서 나타낸 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 "A" 확대도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치를 1축 만능 시험기에 적용한 상태를 나타낸 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치의 요부를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 비틀림 시험장치의 요부를 다른 각도에서 나타낸 사시도, 그리고 도 5는 도 4에 도시된 "A" 확대도이다. 한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치를 1축 만능 시험기에 적용한 상태를 나타낸 것이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)는 크게 구동수단(10)과 직선운동수단(20), 회전운동수단(30), 시편안착수단(40) 및 속도변환수단(50)을 포함하여 구성된다.

구동수단(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)를 이용하여 시편(TP)을 시험하기 위한 구동력을 발생시키는 구성요소로, 통상 사용되는 모터나 엑추에이터 등 다양한 구동력 발생장치를 사용할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 도 6에 도시된 것과 같이 만능 시험기(Universal Testing Machine, UTM), 특히 1축 만능 시험기를 이용하여 비틀림 시험장치(100)를 구성하게 되며, 이에 따라 구동수단(10)은 만능 시험기(UTM) 엑추에이터(A)가 사용될 수 있다.

직선운동수단(20)은 구동수단(10)에 연결되고, 구동수단(10)의 구동에 의해 직선 왕복운동하는 구성요소이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)는 1축 만능 시험기(UTM)를 이용하여 구성되며, 따라서 1축 만능 시험기(UTM)의 엑추에이터(A)로부터 구동력을 전달받아 직선운동수단(20)이 동작하게 된다.

직선운동수단(20)은 랙 기어(22)와 엘엠가이드(LM guide, 24)를 포함하여 이루어진다.

랙 기어(22)는 1축 만능 시험기(UTM)의 엑추에이터(A)에 연결되어 직선왕복 운동하게 되는 부분이다.

엘엠가이드(24)는 1축 만능 시험기(UTM)에 장착되는 부분으로, 랙 기어(22)의 직선왕복 운동을 가이드하여 랙 기어(22)가 도면상 상하방향으로만 동작하게 구속한다.

이러한 랙 기어(22)와 엘엠가이드(24)는 통상 사용되고 있는 공지된 랙 기어와 엘엠가이드를 사용할 수 있다.

회전운동수단(30)은 직선운동수단(20)에 연결되며, 직선운동수단(20)의 동작에 따라 회전, 즉 직선운동수단(20)의 직선운동을 회전운동으로 변환하게 되는 구성요소이다.

본 발명에서는 1축 만능 시험기(UTM)를 이용하여 비틀림 시험장치(100)를 구성하게 되는데, 이러한 1축 만능 시험기(UTM)는 도면상 상하 방향으로만 직선 구동하게 되므로 회전 구동이 필요한 비틀림 시험을 수행할 수가 없다.

이에, 본 발명에서는 직선운동수단(20)의 직선운동, 다시 말해서 도면상 상하로 왕복 직선운동하는 랙 기어(22)에 연결되어 랙 기어(22)의 직선운동을 회전운동으로 변환할 수 있는 구성, 즉 랙 기어(22)에 기어 맞물림 되는 피니언(Pinion) 기어를 회전운동수단(30)으로 사용하여 1축 만능 시험기(UTM)를 통해 비틀림 시험을 수행할 수 있게 된다.

시편안착수단(40)은 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)를 이용하여 시험하고자 하는 시편(TP)이 안착되는 구성요소로, 여기에서는 환봉형 시편이 사용된다.

이러한 시편안착수단(40)은 회전운동수단(30)의 회전에 따라 회전하도록 회전운동수단(30)에 연결되는 회전지그(42)와, 회전지그(42)로부터 떨어져 위치하여 회전지그(42)와의 사이에 시편(TP)이 안착되는 고정지그(44)를 포함하여 구성된다.

여기서, 고정지그(44)는 시편(TP)의 비틀림 시험이 수행되는 일종의 작업대인 베이스 플레이트(B)에 장착되며, 회전지그(42)의 회전에 따라 회전지그(42)와 고정지그(44) 사이에 안착된 시편(TP)이 비틀림 힘을 받게 되어 시편(TP)의 비틀림 시험을 수행할 수 있게 된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)를 통해 시험하고자 하는 시편(TP)의 크기, 특히 시편(TP)의 길이가 다양할 수 있으므로 시편(TP)이 안착되는 시편안착수단(40), 즉 회전지그(42)와 고정지그(44)는 서로 간의 사이 간격을 조절할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

이에, 베이스 플레이트(B)에 홈(H)이나 홀을 길게 형성하여 베이스 플레이트(B)에 장착되는 고정지그(44)가 회전지그(42)측으로 가까이 접근하거나 멀어질 수 있도록 구성하는 것이 좋으며, 본 발명에서는 베이스 플레이트(B)에 길이가 긴 한 쌍의 장홈(H)을 형성하여 고정지그(44)가 이러한 장홈(H)의 길이방향을 따라 슬라이드 될 수 있게 구성된다. 이때 고정지그(44)에는, 회전지그(42)와의 사이 간격을 유지할 수 있도록 고정지그(44)를 베이스 플레이트(B)에 고정 또는 고정해제시키는 별도의 체결부재(도시하지 않음), 예를 들어 체결볼트가 마련될 수 있다.

그리고, 회전지그(42)와 고정지그(44)에는 안착된 시편(TP)의 비틀림 시험 수행시 시편(TP)이 시편안착수단(40)으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 시편(TP)을 잡아주는 시편고정부(도시하지 않음)가 포함될 수 있다. 이러한 시편고정부는 시편(TP)의 두께에 따라 적절히 벌어지거나 좁혀지도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 시편안착수단(40) 즉, 회전지그(42)나 고정지그(44), 또는 회전지그(42)와 고정지그(44) 모두에는 시편(TP)에 가해지는 비틀림 힘을 측정하는 측정부(46)가 포함되어 구성된다. 이러한 측정부(46)는 통상 사용되는 토크센서가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 고정지그(44)에 측정부(46)를 배치하여 시편(TP)에 부가되는 토크를 측정하도록 하였다.

한편, 회전운동수단(30)과 회전지그(42) 사이에는 속도변환수단(50)이 마련된다.

속도변환수단(50)은 회전운동수단(30)의 회전력을 가속 또는 감속시켜 회전지그(42)에 전달하는 구성요소로서, 공지되어 있는 통상의 감속기가 사용될 수 있다.

이러한 속도변환수단(50)은 베이스 플레이트(B)에 배치되며, 속도변환수단(50)의 축에 장착되어 랙 기어(22)와 기어 맞물림되는 회전운동수단(30), 즉 피니언기어의 회전수를 조절하게 된다.

이때, 속도변환수단(50)에는 시편(TP)의 비틀림 시험시 직선운동수단(20)이나 회전운동수단(30)이 유동하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 직선운동수단(20), 회전운동수단(30)을 지지하는 지지베어링(도시하지 않음)을 설치하여 사용하는 것이 좋다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 비틀림 시험장치(100)는 기존에 사용하고 있던 1축 만능 시험기(UTM)를 이용하여 쉽고 간단하게 시편(TP)의 비틀림 시험을 수행할 수 있는 비틀림 시험장치(100)를 구성할 수 있게 되므로 제작비용이나 유지비용 및 시험비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 시편(TP)에 가해지는 비틀림 힘의 정도를 속도변환수단(50)을 통해 조절하여 다양한 강도의 시험이 가능하므로 시험 결과의 신뢰도를 높일 수 있는 유용한 발명이라 할 것이다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10: 구동수단 20: 직선운동수단
22: 랙 기어 24: 엘엠가이드
30: 회전운동수단 40: 시편안착수단
42: 회전지그 44: 고정지그
46: 측정부 50: 속도변환수단
100: 비틀림 시험장치 TP: 시편
B: 베이스 플레이트 H: 장홈
C: 크로스헤드 A: 엑추에이터
UTM: 1축 만능 시험기

Claims

비틀림 시험장치에 있어서,
구동수단;
상기 구동수단에 연결되고, 상기 구동수단의 구동에 의해 직선 왕복운동하는 직선운동수단;
상기 직선운동수단에 연결되며, 상기 직선운동수단의 동작에 따라 회전되는 회전운동수단; 및
상기 회전운동수단의 회전에 따라 회전하도록 상기 회전운동수단에 연결되는 회전지그와, 상기 회전지그로부터 떨어져 위치하여 상기 회전지그와의 사이에 시편이 안착되는 고정지그를 포함하며, 상기 회전지그의 회전에 따라 상기 시편이 비틀림 힘을 받도록 하는 시편안착수단;
을 포함하는 비틀림 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 회전운동수단과 상기 회전지그 사이에는,
상기 회전운동수단의 회전력을 가속 또는 감속시켜 상기 회전지그에 전달하는 속도변환수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 시편안착수단은,
상기 회전지그와 상기 고정지그 사이 간격의 조절이 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험장치.
제1항에 있어서,
상기 시편안착수단에는,
상기 시편의 비틀림 힘을 측정하는 측정부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동수단은,
1축(Axial) 만능 시험기(Universal Testing Machine)의 엑추에이터이고,
상기 직선운동수단은,
상기 엑추에이터에 연결되어 직선왕복 운동하게 되는 랙 기어; 및
상기 1축 만능 시험기에 장착되어 상기 랙 기어의 직선왕복 운동을 가이드하는 엘엠가이드; 를 포함하며,
상기 회전운동수단은,
상기 랙 기어에 기어 맞물림 되는 피니언 기어인 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비틀림 시험장치.