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문제 정의
- 본 연구에서는 다양한 조건 하에서 고무판의 마찰계수를 측정하기 위하여 수직하중, 미끄럼속도, 경도, 윤활 조건 및 고무판 두께 등을 변화시켜 시험을 실시하였다. 시험에 사용된 고무판의 재질은 천연고무이며, 상대 부품은 강구를 사용하였다
제안 방법
- 계산하였다. 계산에 사용된 수직하중은 5 N부터 20 N까지 고려하였으며, 중심점으로부터 원주방향으로 0.005 m, 0.015 m, 그리고 0.025 m의 위치에서 계산하였다. Table 2는 스트레인게이지의 부착위치 변화에 따른 원판의 응력과 변형률을 나타내며, Fig.
- 다양한 조건 하에서 천연고무판의 마찰계수를 측정하기 위하여 수직하중, 속도 경도, 윤활 조건 및 고무판 두께 등을 변화시켜가면서 시험을 실시하였으며, 아래의 결론을 얻었다.
- 6 mm/s 등의 4가지 조건으로 실시하였다. 동일한 시험조건을 유지하기 위해 회전 테이블의 회전이 시작되는 시점부터 60초까지 가속시킨후, 90초까지 등속도를 유지하였으며, 90~100초 동안 데이터를 측정하였다. Fig.
- 126 m 봉 형상으로 제작되었으며, 큰 변형률과 스트레인 게이지 부착이 용이하도록 테스터 핀의 중간에 평면 단을 만들었다. 또한 작은 하중에서 큰 변형률을 얻기 위해 알루미늄으로 제작하였다. 환봉의 자유 단에 법선방향의 하중이 작용할 경우, 1축 단순굽힘응력식을 적용하여 식⑴과 같이 나타낼 수 있다.
- 미끄럼속도는 39.4 mm/s, 67.3 mm/s, 102.7 mm/s 그리고 111.6 mm/s 등의 4가지 조건으로 실시하였다. 동일한 시험조건을 유지하기 위해 회전 테이블의 회전이 시작되는 시점부터 60초까지 가속시킨후, 90초까지 등속도를 유지하였으며, 90~100초 동안 데이터를 측정하였다.
- 본 연구에서는 다양한 조건 하에서 고무판의 마찰계수를 측정하기 위하여 수직하중, 미끄럼속도, 경도, 윤활 조건 및 고무판 두께 등을 변화시켜가면서 시험을 실시하여 각각의 마찰계수를 측정하였다. 테스터 핀은 구형이며, 재질은 구조용강이다.
- 센서보정 방법은 5N, 10N, 15N 그리고 20N의 하중을 점진적인 증가와 감소를 반복하며 수행하였다. Table 3은 하중변화에 따른 출력신호값을 나타내며, Fig.
- 속도변화, 경도변화, 윤활 조건에 따른 영향은 4 mm 두께로 제작된 고무시편을 사용하였으며, 회전 테이블에 장착할 수 있도록 Donut type으로 제작되었다. 고무판재의 경도는 쇼어 A 50, 66 및 80도를 사용하였다.
- 수직하중은 외팔보형 측정바에 장착되는 무게추의 증 · 감 및 위치변화에 따라 하중을 변화시킬 수 있으며, 본 시험에서는 5 N과 10N 두 가지 경우로 하였다.
- 시편 두께의 영향을 알아보기 위하여 2 mm와 4 mm 두께의 경도 66도 시편을 39.4~111.6 mm/s 속도범위에서 윤활 조건을 변화시키면서 시험하였다. Fig.
- 시편에 가해지는 수직하중은 테스터 핀 상단에 설치된 원판 형태의 로드셀로 측정하였다. 이 로드 셀은 중앙 집중하중을 받는 원판 형태로서, 상하면에 4개의 스트레인게이지가 부착된 자체 제작된 부품이다.
- 이러한 테스터 핀과 원판은 외팔보형 측정 바에 장착되며, 외팔보형 측정바는 시험기의 프레임에 고정되었다. 외팔보형 측정바는 수직하중변화에 따라 수직방향의 운동만 가능하도록 제작되었으며, 무게 추의 위치 및 개수 변화에 따라 5 N 부터 20 N까지 다양한 하중을 부여할 수 있도록 제작되었다.
- 이 로드 셀은 중앙 집중하중을 받는 원판 형태로서, 상하면에 4개의 스트레인게이지가 부착된 자체 제작된 부품이다. 정확한 수직하중 부여를 위해 원판과 테스터 핀 사이에 볼을 삽입하였으며, 점(point) 접촉이 발생되도록 설계하였다. 작은 하중에서 큰 변형률을 얻기 위해 원판의 재질을 알루미늄으로 제작하였다.
- 수 있다. 출력신호(voltage)는 증폭기(amp.)의 게인(gain)을 통해서 입력된 하중과 동일한 수치의 출력신호가 발생될 수 있도록 조정하였다. 즉, 5N(0.
- 받는다. 테스터 핀의 측면에 각 2개씩 총 4개의 스트레인 게이지를 부착하여 적절한 회로 구성을 통하여 압축변형률은 제거시키고 단지 굽힘변형률만 측정되도록 하였다.6
대상 데이터
- 시편의 표면조도의 영향을 배제하기 위하여 동일한 표면 거칠기의 시편을 사용하였으며, 시편 표면에 이물질, 결함 및 불균일성 등이 없는 시편을 골라 시험하였다. 고무 시편의 재질은 자동차용 방진고무용으로 사용되는 천연고무이다.
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2. 고무시편
고무재료는 제작사의 배합성분 및 공정 조건에 따라 기계적 성질이 다를 수 있으므로, 동일한 조건으로 제작된 시편을 사용하여 시험하였다. 시편의 표면조도의 영향을 배제하기 위하여 동일한 표면 거칠기의 시편을 사용하였으며, 시편 표면에 이물질, 결함 및 불균일성 등이 없는 시편을 골라 시험하였다.
- 고무판재의 경도는 쇼어 A 50, 66 및 80도를 사용하였다.
- 두께 변화의 영향을 시험하기 위하여 동일한 경도를 갖는 2 mm와 4 mm 두께의 시편을 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 마찰시험기의 원리는 회전하는 고무판재와 하중을 측정하는 센서로 구성된다. Fig.
- 시편의 표면조도의 영향을 배제하기 위하여 동일한 표면 거칠기의 시편을 사용하였으며, 시편 표면에 이물질, 결함 및 불균일성 등이 없는 시편을 골라 시험하였다. 고무 시편의 재질은 자동차용 방진고무용으로 사용되는 천연고무이다.
- 실시하였다. 시험에 사용된 고무판의 재질은 천연고무이며, 상대 부품은 강구를 사용하였다
- 정확한 수직하중 부여를 위해 원판과 테스터 핀 사이에 볼을 삽입하였으며, 점(point) 접촉이 발생되도록 설계하였다. 작은 하중에서 큰 변형률을 얻기 위해 원판의 재질을 알루미늄으로 제작하였다.
- 테스터 핀의 형상은 직경 0.01 m, 길이 0.126 m 봉 형상으로 제작되었으며, 큰 변형률과 스트레인 게이지 부착이 용이하도록 테스터 핀의 중간에 평면 단을 만들었다. 또한 작은 하중에서 큰 변형률을 얻기 위해 알루미늄으로 제작하였다.
성능/효과
- 1. 윤활 조건에 따라 마찰계수는 큰 차이를 나타냈다. 무윤활 시 1.
- 9 범위에서 경도와 속도가 커질수록 작아지는 경향을 나타냈다. 10 N의 하중이 작용할 때는 0.9부터 2.7까지 범위로 나타났으며, 경도가 커질수록 마찰계수는 작아지는 경향을 보였으나, 속도 변화에 의한 영향은 명확하지 않았다. 속도는 39.
- 2. 윤활 조건에 따라 차이가 있긴 하나 대체로 고무판의 경도가 높아지면 마찰계수는 감소하는 경향을 보였다.
- 3. 하중이 5 N이고 무윤활인 경우에만 속도 증가에 따라 마찰계수가 감소하는 경향을 보였을 뿐, 하중이 더 커지거나 오일 및 그리이스 윤활인 경우 그 경향은 현저하지 않았다.
- 4. 고무 판재 두께 변화가 마찰계수에 끼치는 영향은 무윤활 시에 현저하나, 오일 윤활의 경우에는 거의 변화가 없었다.
- 5. 고무판재의 마찰계수는 수직하중, 속도, 경도, 윤활 조건 및 고무판 두께 등에 의해 복합적으로 영향을 받음을 알 수 있었다.
- 계산결과 두께가 0.001 m인 알루미늄 원판에 중앙 집중하중이 작용할 경우, 5 N부터 20 N까지 하중증가에 따라 응력이 증가됨을 볼 수 있었으며, 길이방향의 응력보다 원주방향의 응력이 크게 나타남을 볼 수 있었다. 또한 원판에 작용하는 응력은 알루미늄의 항복강도인 20 MPa보다 작게 나타남을 알 수 있었다.
- 윤활 조건에 따라 마찰계수는 큰 차이를 나타냈다. 무윤활 시 1.0~3.9 범위로 큰 편차를 보였으며, 오일 윤활의 경우 약 0.1, 그리이스 윤활의 경우 0.1 ~0.2 값으로 오일 윤활의 경우가 안정된 값을 나타내었다
- 9 및 10은 테스터 핀과 로드셀의 보정 결과를 나타내었다. 센서의 보정시험 결과 테스터 핀 및 원판의 신호는 하중변화에 따라 비례적으로 나타났으며, 선형성을 나타냄을 알 수 있었다.
- 15는 시편 두께 변화에 따른 마찰계수 값을 보여주고 있다. 시험결과 무윤활 시 4 mm 시편은 속도 증가에 따라 마찰계수가 커지는 경향을 보였으나, 2 mm 시편은 속도 변화에 거의 영향을 받지 않았다. 그러나 오일 윤활의 경우 두께변화에 따른 마찰계수의 차이가 거의 없어 윤활 조건에 따라 시편 두께의 영향이 차이가 있음을 알 수 있다.
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