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[국내논문] 가스 스프링 Elevation 동작 마찰력 보상 변수 조합 연구 (1)
A Combination Study on the Elevation Motion Friction Compensation Parameters in Gas Spring (1) 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.5, 2017년, pp.657 - 666  

이정익 (인하공업전문대학 기계공학부 기계설계과)

초록
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본 연구에서는, 50인치 이상 대형 텔레비전의 높낮이의 마찰을 줄이기 위한 요인 분석이 실시되었다. 첫째는 피스톤 로드의 정확한 위치 제어를 위한 관형 전단면 제어에 대한 것이다. 여기서 관형 오리피스 전단면과 미로형 오리피스 전단면이 비교되었다. 두 번째 연구는 가스 씰 립 기술에 의한 마찰력 줄이기가 시행되었다. 세 번째는 실린더의 체적의 보상을 위한 주변장치가 피스톤 로드의 체적을 압축함으로서 세부사양을 결정하고 체적 보상 실험을 수행하는 것이다. 이로 인한 연구 결과들은 다음과 같다. 첫째는 CAE 및 실험적 고려를 통한 관형과 미로형 사이의 오리피스 전단면에 있어서, 미로형 오리피스의 전단면이 마찰을 줄이는데 뛰어났다. 둘째는 가스 씰 립 기술에서, 중공 로드의 실험 결과에서 외경 20 mm, 내경 8 mm의 직경을 가지는 것이 30 킬로그램을 가정한 50인치 이상의 텔레비전에 가장 적합한 것으로 확인되었다. 셋째는 사양결정과 체적 보상 실험을 위한 체적 보상의 안전성 문제와 성능의 총체적 고려사항 결과 중공로드 외경 8 mm, 내경 4 mm와 리벳 시스템이 결정되었다. 마지막으로, 300 mm의 이동거리에서는 관형, 미로형 오리피스에 있어 직경 0.4~0.6의 오리피스에서는 미로형 오리피스가 발견되지 않았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, factor analysis was performed to reduce the friction in the elevation motion of a stand for a 50-inchtelevision. Pipe type cross-section control was used for accurate positioning control of the piston rod. The pipe type was also compared with a labyrinth-type crosssection for the orif...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 기술 개발 제품은 가스 스프링의 디지털 텔레비전스탠드 적용에 있어서 가스 스프링의 피스톤 속도를 제어함으로써 긴 스트로크(200~ 300mm, TV Elevation 길이변위) 조건하에 가스스프링 동작 시 사용자가 의도한 높낮이 조절이 가능하게 하고 스트로크에 따라 사용자 외력의 차이가 크게 발생하는 문제를 별도의 장치를 개발하여 TV용 Elevation 기능에 감성품질을 구현하고자 한다.[4, 5] 피스톤의 속도 제어를 위해서는 피스톤 오리피스의 동작원리를 알아야 한다.
  • 즉, 피스톤 속도는 유로의 크기에 비례하며 길이에 반비례한다. 본 연구에서는 50인치 이상 대형 텔레비전에 장착된 가스 스프링 스탠드의 Elevation 동작에 마찰력 감소를 위한 요인분석이 이루어졌다. 첫 번째, 최적화된 피스톤 로드 제어를 위한 관형과 미로형의 오리피스 단면 비교를 실시하였고, 두 번째, 중공로드의 다양한 가스 씰 조임 기술 연구하였고, 세 번째, 피스톤 로드의 부피 보상 장치에 대해 연구하였으며, 네 번째는 관형, 미로형에 대한 최적화된 피스톤 구조 설계에 대해 연구하여 마찰력 감소를 시도하였다.
  • 본 연구에서는 고무재질은 피스톤 로드(S45C)에 잘 견디고 나아가 가스 스프링의 Elevation에 잘 견딜 재질로 material로는 NBR로 국한하기로 하였다.
  • 가스 스프링의 길이 변위 당 압력증가량을 감소시키기 위한 중공로드의 효용성을 이론식을 통하여 제시하였고 이를 검증하기 위해 실제 중공로드를 개발하고 가스 스프링에 적용하여 검증하였다. 본 연구의 목적은 가스 스프링의 스탠드 장착 시 사용자 외력의 차이를 감소시키는 것이며 이를 위해 스프링 상수(K) 값을 0.025kgf/mm 이내로 목표를 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스 스프링의 특징은? [1] 가스 스프링의 비선형 변화-하중 특성으로 인해 하중지지 영역이 넓고, 승차감이 우수하여 가스 스프링을 현수장치(Suspension)에 적용하는 경우가 증가하고 있다. 가스 스프링은 높은 반력과 긴 행정에서도 일정한 탄력 변하율을 유지하고 컴펙트한 디자인과 외형을 지니며 어떠한 적용품에도 쉽게 장착 가능한 뛰어난 조립성을 가지고 있기 때문에 코일 스프링을 대신하여 자동차뿐만 아니라 산업전반에서 이용범위가 넓다고 할 수 있다.[2, 3]
가스 스프링의 비선형 변화-하중 특성을 이용하여 어떤 장치에 적용되고 있는가? 최근 자동차의 급격한 수요 증대로 인한 자동차 메이커에서는 각종 유공압 시스템을 이용한 전자 제어기술 발전과 더불어 차량의 본 네트를 비롯한 트렁크 등에 레이아웃 최소화를 위한 가스 스프링의 사용이 날로 증대되고 있다.[1] 가스 스프링의 비선형 변화-하중 특성으로 인해 하중지지 영역이 넓고, 승차감이 우수하여 가스 스프링을 현수장치(Suspension)에 적용하는 경우가 증가하고 있다. 가스 스프링은 높은 반력과 긴 행정에서도 일정한 탄력 변하율을 유지하고 컴펙트한 디자인과 외형을 지니며 어떠한 적용품에도 쉽게 장착 가능한 뛰어난 조립성을 가지고 있기 때문에 코일 스프링을 대신하여 자동차뿐만 아니라 산업전반에서 이용범위가 넓다고 할 수 있다.
가스 스프링의 반발력과 마찰력의 합보다 더 많은 외력을 필요로 하게되어 나타나는 현상은? 가스 스프링은 이 정지 마찰력으로 인하여 사용자가 Elevation 동작을 위해 외력을 가할 때에 가스 스프링의 반발력과 마찰력의 합보다 더 많은 외력을 필요로 하게 된다. 따라서 마찰력이 정지 마찰력에서 운동 마찰력으로 전환될 때 초과 외력이 발생하게 되고 초과 거리가 발생하게 된다. 이에 사용자는 원하는 위치에 텔레비전 본체를 이동시키기가 어렵게 되는 것이다.
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참고문헌 (8)

  1. C. W. Park and H. Y. Kim, "A study on the auto-mobile gas spring structural analysis using of bimetal", Jol. of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 22, No. 1, pp. 131-137, 2013. DOI: https://doi.org/10.7735/ksmte.2013.22.1.131 

  2. I. S. Han, K. J. Choi, J. Y. Kim and Y. B. Lee, "The numerical analysis and experimental verification of the heat transfer effect on the highly pressured gas spring", Transactions of KSAE, Vol. 21, No. 2, pp. 87-97, 2013. 

  3. S. K. Lim, C. H. Lee, I. Hwang, H. W. Kang and S. J. Park, "Design of high frequency casting machine for dental", Proceedings of KSMTE Spring Meeting, pp.264-265, 2011. 

  4. S. W. Kim and W. T. Kim, "Numerical simulation on interaction of liquid droplet-wall surface in a gas channel of a polymer electrolyte membrane full cell", Jol. of Korean Soc. of Mechanical Technology, Vol. 17, No. 1, pp. 97-102, 2015. DOI: https://doi.org/10.17958/ksmt.17.1.201502.97 

  5. D. J. Chun and C. H. JI, "A study on the thermal load effect by piston oil jet gallery", Jol. of Korean Soc. of Mechanical Technology, Vol. 14, No. 1, pp. 1-6, 2012. DOI: https://doi.org/10.17958/ksmt.14.1.201202.1 

  6. A. R. Ye, R. Das and H. D. Kim, "Investigation of transonic and supersonic flows over an open cavity mounted on curved wall(1)", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 39, No. 3, pp. 231-236, 2015. DOI: https://doi.org/10.3795/KSME-B.2015.39.3.231 

  7. J. S. Nam, G. W. Kim, J. H. Kim and H. D. Kim, "Theoretical and computational analysis of Bernoulli Levitation flows", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 37, No. 7, pp. 629-636, 2013. DOI: https://doi.org/10.3795/KSME-B.2013.37.7.629 

  8. J. S. Kim, J. W. Kim, H. M. Kim and S. E. Yoon, "Calculation of heat loss coefficient at surcharged circular manhole using fluent model",Proceedings of the Korean water resources association conference, pp. 1828-1832, 2008. 

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