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      톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 작동 원리

      톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 원주면에 성형된 wave 등의 형상은 스프링처럼 압축되며 이는 간단한 스프링 이론으로 요구되는 지지력이 생성됩니다:

      스프링 이론

       

      Hookes Law

      훅의 탄성 법칙은 톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 작동 방식에 대한 기본 이해를 보여주며 왼쪽의 방정식으로 요약됩니다.  이 법칙에서는 스프링을 인장하거나 압축하는 데 필요한 힘은 변위에 정비례한다고 설명합니다. (실제로는 모든 재료에 대해 설명하지만 여기서는 스프링에 대한 내용입니다)

       

      톨러런스 링 (Tolerance ring) 기준으로는 가장 주요 인자가 스프링 상수 K입니다. K는 톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 강성을 의미하며 강성이 클수록 톨러런스 링 (Tolerance ring) 을 같은 양으로 압축하는 데 더 많은 힘이 필요합니다. 

      톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 강성은 다음을 포함한 여러 가지 방법으로 변경할 수 있습니다. 

      • Young’s modulus of the material
      • Material thickness
      • Shape of the waves

      간단한 톨러런스 링 (Tolerance ring) 은 아래의 방정식으로 스프링 상수를 근사화 할 수 있습니다.:
      K = 4.8 E w (t/p)3

       

      • E is the Elastic Modulus for the material [kN/mm²]
      • w is the width of the wave [mm]
      • t is the material thickness [mm]
      • p is the wave pitch [mm]

      실제로 이 방식은 너무 단순하여 많은 요인들이 배제됩니다. Saint-Gobain에서는 톨러런스 링 (Tolerance ring) 을 계산하는데 정밀한 예측이 가능한 설계 방식을 사용합니다. 자세한 내용은 RENCOL® 톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 설계 방법 에서 확인하실 수 있습니다.

       

      스프링 이론의 실제 적용 방법

      Tolerance Ring compression curve

      위의 스프링 이론을 톨러런스 링 (Tolerance ring) 설계에 적용하면 다양한 application과 요구 사항에 맞게 스프링 강성을 조정할 수 있습니다.  예를 들어 높은 반경 하중 또는 토크가 요구되는 제품을 위해 강한 wave 형상을 개발할 수도 있고 부드러운 wave 형상을 적용하면 낮은 하중 또는 토크가 요구되는 application용의 낮은 강성의 톨러런스 링 (Tolerance ring) 을 개발할 수도 있습니다. 

      복잡한 링 형상, 재료 두께, 경도 및 작동 압축 범위 등 다양한 인자의 조합이 가능한 높은 설계 자유도를 통해 각 application에 맞게 톨러런스 링 (Tolerance ring) 의 스프링 상수가 설계됩니다. 이러한 제품들은 각각의 요구 사항에 맞게 지지력, 토크 등의 성능을 구현합니다.

      실제 스프링 상수 측정을 위해서는 톨러런스 링 (Tolerance ring) 을 인장 시험기에 넣고 압축하는 시험이 진행됩니다. 이 시험은 특정 변위의 압축에서 톨러런스 링 (Tolerance ring) 이 생성하는 힘을 보여줍니다. 결과값을 이용하여 성능을 예측, 검증하고 다른 성능 기준(토크, slip등)을 계산할 수도 있습니다. 

       

      축방향 힘과 토크 계산 방법

      위의 방법으로는 톨러런스 링 (Tolerance ring) 이 상대품에 얼마나 많은 힘을 가하는지 검토하는데 유용한 반경 방향 하중 FR 검토가 가능하지만 추가로 축방향 힘 FA 과 토크에 대한 검토도 필요합니다. 이는 이론적으로 매우 간단한 계산으로 반경 방향 힘 FR 에 마찰 계수를 곱하여 계산할 수 있습니다. 

      FA = FR * µ

      그리고 토크는 축 방향 힘에 반경을 곱하여 계산됩니다.

      T = FA * r

      이러한 공식은 성능에 대한 대략적인 지표를 확인할 수 있지만 실제로는 재료 변형, wave의  ‘ploughing’ 효과 등과 같이 많은 요소에 의해 영향을 받습니다. Saint-Gobain은 이러한 요소들을 고려하여 성능을 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있는 정교한 설계 방법을 개발했습니다.

      더 자세한 내용은 저희에게 문의하시기 바랍니다. contact us.

      Saint-Gobain 소개

      Saint-Gobain은 개인의 행복한 삶과 인류의 미래에 반드시 필요한 소재 및 솔루션을 설계, 제조, 유통하고 있습니다. Saint-Gobain 제품은 건축, 교통, 인프라 및 기타 여러 산업 분야에 사용되어 일상 생활 및 주변 환경 어디에서나 만나볼 수 있습니다.

       

      Saint-Gobain Performance Plastics 사업부는 여러 솔루션을 통해 다양한 시장에서 에너지 절약, 보호 기능 제공, 쾌적함 개선, 환경 지속 가능성을 구현하고 있습니다.

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