[논문]스프링구동 캠에서 마찰과 스프링운동이 동적응답에 미치는 영향

안길영; 김수현

doi:10.3795/ksme-a.2003.27.2.247

가설 설정

Mosto砂)는 토글(toggle) 기구에서 회전조인트의 쿨롱마찰에 의한 동적 및 진동영향을 분석하였다. SepehrM는 굴삭기의 선회 시 회전축의 마찰을 Kamopp")의 모델로 가정하였다. 그러나 스프링구동 캠과 같은 기구에 있어서 스프링의 운동이 동적응답에 미치는 영향을 분석한 연구는 거의 없었다.
(2) 모델과 실제 스프링 사이의 정적 스프링 상수와 고유진동수는 같다.스프링이 연결된 양끝의 경계조건을 고정된 것으로 가정할 경우, 스프링의 고차 고유진동수가 스프링의 기본 고유진동수(fundamental natural frequency)의 정수배가(1, 2, 3, .
여기서 匕, 匕와/3 는 스프링들의 종방향 변위를 나타내고, 如, 匕/ 와 & 는스프링들의 자유길이(fiee length)를 나타낸다. 그리고 스프링의 감쇠는 영 (zero)으로 가정한다.
회전축의 마찰은 Fig. 3(b)호-부터 츤■롱마찰이 지배적이라는 것은 알 수 있지만, 상대속도가 매우 삭은 구간에시 속도는 증가하나 마찰릭 이 감소하는 현상인 Stribeck⑺효과와 점 성감쇠른 포-함하는 Fig. 4와 같은 복합 마찰모델(hybrid friction model)邛- 가정한다. 여기시 쿨롱마찰은 스다슬닙 현상을 가기도목 Karnopp 의 모델은 사용하고.

제안 방법

camera)를 자주 사용한다."" 본 논문에서도 VCB 의 종동절의 변위, 캠의 회전변위 등을 측정하기 위하여 1 초당 최대 12000 장까지 촬영할 수 있는 고속카메라를 사용하였다. 또한 캠을 회전 시키 는 1kg 의 투입스프링 의 운동현상을 분석 하는데도 사용하였다.
(2) 고속카메라로 이용하여 투입스프링의 횡 방향 운동은 막대가 휘어지는 것과 같은 굽힘 운동을 발생시켜 캠의 회전변위를 적게 함을 관측하였다. 이러한 스프링의 운동을 묘사하기 위해 투입스프링은 두 개의 집중 질량과 세 개의 스프링으로 등가모델링 되었고, 질량을 고려하지 않은 모델에 비하여 실제 캠의 회전변위에 훨씬 근접했다.
연구가 있었다. Mosto砂)는 토글(toggle) 기구에서 회전조인트의 쿨롱마찰에 의한 동적 및 진동영향을 분석하였다. SepehrM는 굴삭기의 선회 시 회전축의 마찰을 Kamopp")의 모델로 가정하였다.
또한 마찰모델의 변수들은 최적화 과정을 통하여 추정한다. 그리고 캠의 회전운동에 영향을 주는 스프링의 운동을 고속카메라(high-speed camera)로 분석하고 스프링의 질량효과를 반영할 수 있는 등가 모델링방법을 제안한다. 마지막으로 투입특성을 분석하기 위한 전체 VCB 의 동특성 모델에 캠 회전축의 마찰모델과 등가 스프링모델을 적용한다.
그리고 스프링의 운동 현상은 먼저 고속카메라로 분석되고 이러한 운동을 묘사할 수 있도록 등가 모델링되었다. 마지막으로 진공 회로차단기의 투입특성을 예측하기 위한 전체 VCB 의 동특성 모델에 제안된 캠 회전축의 마찰모델과 등가 스프링모델을 반영하여 타당성을 분석하였다. 이러한 분석과정에서 얻어진 결과들은 다음과 같다.
(1) 이 방법은 다중설계변수를 갖는 최적화문 제에시 자주 사용하는 방법이다. 매 개 변수의 추싱은 두 가지 셩무에 대해서 수행하였다’ 하나는 본 논본에서 제안된 복합 마찰모델이며, 다른 하나는 단지 △틱-슬림만 가진 모델이다.
스프링구동 캠과 링크를 가진 진공 회로차단기에서 접점의 투입특성의 예측을 어렵게 하는, 캠회전축에서의 마찰현상과 캠의 회전운동에 영향을 주는 스프링운동을 분석하였다. 아주 짧은 순간에 큰 힘을 받는 캠 회전축의 마찰은 실험과 최적화 과정을 통하여 추정하였다.
스프링운동을 분석하였다. 아주 짧은 순간에 큰 힘을 받는 캠 회전축의 마찰은 실험과 최적화 과정을 통하여 추정하였다. 그리고 스프링의 운동 현상은 먼저 고속카메라로 분석되고 이러한 운동을 묘사할 수 있도록 등가 모델링되었다.
에 대한 진자 실험(pendulum experiment)을 수행하고, 회전축의 마찰을 스틱-슬립, Stribeck 효과와 점성감쇠를 가지는 복합 마찰모델 (hybrid friction model)로 제안한다. 또한 마찰모델의 변수들은 최적화 과정을 통하여 추정한다.
투입스프링의 등가 모델링 방법을 검증하기 위해, 투입스프링, 캠과 캠 지지대만으로 조립되어진 시스템에서 캠의 회전변위를 고속카메라로 촬영하였다. 여기서 실제 캠 회전각은고속카메 라로 촬영된 영 상에서 모멘트 암의 운동을 추적함으로써 산출하였다.
제안된 복합 마찰모델의 변수들은 진자의 운동방정식에 의한 회전 변위와 진자실험에 의한 회전 변위 사이의 오차(error) 자승이 최소화 되도록 최적화(optimization)함으로써 주정한다.(3) 여기서 최적화 문제는 제안된 마찰모델에 포함된 슬 틱-슬립의 비선형성 때문에 비선형 프로그래밍(non- linear programming)이 된다.
8(a)의 시스템은 5개의 2차 미분방정식이므로, Runge-Kutta 의 방법으로 적분하여 캠의 회전 변위를 계산하였다. 투입스프링의 등가 모델링 방법을 검증하기 위해, 투입스프링, 캠과 캠 지지대만으로 조립되어진 시스템에서 캠의 회전변위를 고속카메라로 촬영하였다. 여기서 실제 캠 회전각은고속카메 라로 촬영된 영 상에서 모멘트 암의 운동을 추적함으로써 산출하였다.

이론/모형

(3) 여기서 최적화 문제는 제안된 마찰모델에 포함된 슬 틱-슬립의 비선형성 때문에 비선형 프로그래밍(non- linear programming)이 된다. 또한 일반적인 최적화 과정에서 필요하게 되는 목적함수의 미분 값을 계산하기 어렵기 때문에 이를 피할 수 있는 방법 중의 하나인 개선된 심플렉스(modified simplex) 방법을 선택하었다.(1) 이 방법은 다중설계변수를 갖는 최적화문 제에시 자주 사용하는 방법이다.
그리고 캠의 회전운동에 영향을 주는 스프링의 운동을 고속카메라(high-speed camera)로 분석하고 스프링의 질량효과를 반영할 수 있는 등가 모델링방법을 제안한다. 마지막으로 투입특성을 분석하기 위한 전체 VCB 의 동특성 모델에 캠 회전축의 마찰모델과 등가 스프링모델을 적용한다. 여기서 기구적인 동특성 분석 에 사용되는 VCB 는 정 격전압이 12 kV, 차단전류가 40 kA 인 전기 적 용량을 가지고 있다.
4와 같은 복합 마찰모델(hybrid friction model)邛- 가정한다. 여기시 쿨롱마찰은 스다슬닙 현상을 가기도목 Karnopp 의 모델은 사용하고. Stribeck 冇과渣 일짐 한 의 가:시(constant negative damping)三 기시하였다、따라시 마찬모델에" 섬직 나사■개수(〃、), 등직 나찰개中(, 〃*).

성능/효과

(1) 아주 짧은 순간에 큰 힘을 받는 캠 회전축의 마찰은 스틱-슬립, Stribeck 효과와 점성 감쇠를 포함하는 복합 마찰모델에 의존하였다.
(1) 일반적인 스프링은 대칭이므로, 집중 질량과 스프링 요소들은 대칭으로 배열된다.
(1) 투입동작이 이루어지는 30 ms 동안에 투입스프링의 힘은 초기 6000 N 에서 1000 N 까지 방출된다. 이들 스프링의 힘은 캠 회전축에서 큰 반력 (reaction force)으로 작용한다.
(2) VCB 는 무거운 부하를 높은 가속도로 운동시키기 위하여 큰 힘을 가진 스프링을 사용하므로 스프링의 질량(1kg)도 상대적으로 크다. 그리고 스프링의 힘은 캠 회전축의 모멘트 암을 통하여 전달되므로, 스프링의 기본적인 운동인 종방향뿐만아니라 상대적으로 큰 질량에 의해 횡 방향으로도 운동하게 한다.
(3) 캠 회전축의 마찰과 투입스프링의 등가 모델을 가진 전체 동특성 모델의 특성은 실제 VCB 의 투입 특성과 잘 일치했다. 그리고 투입스프링의 운동보다 캠 회전축의 마찰이 투입특성에 큰 영향을 주었다.
12는 VCB 의 투-입 동 작시 에 종동 절의 변위 특성을 나타낸다. 고속카메라에 의한 실험결과와 VCB 의 모델에 의한 결과는 거의 유사함을 알 수 있었다. 이것은 VCB 보덜!에 실엄직으로 추정 된 캠 회선舌의 마찬과 스프링의 운동이 반영되었기때는.
6 과 같이 비교할 때 투입스프링의 거동이 비슷함을 알 수 있다. 또한 이것으로부터 두 개의 집중 질량만으로도 투입스프링의 거동을 모델링할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
주싱뇐 노-뎀 변수-::에 의한 결과와 실힘건과를 >J1 M한 깃이나. 이 걸과丈부터 제안된 복합 마찰모-디】이 난 지 스 빅-슬畠 만 ¥- 함하, 마 참모 델M 다 실 힙 건가에 니 가깝다, 것을 알 수 있었다. 따라시캐 의 신 ;T의 마찰# 점싱감쇠 가 子-땀뇐 나찰 모데이이야 한니-.
15 rad 이사용 되었다. 이것으로부터 제안된 모델이 단지 스틱-슬립만 가지는 모델보다 더욱 타당함을 알 수 있었다.
그리고 세 개의집중 질량의 경우 결과는 두 개의 집중질량에 비해 훨씬 좋아지지 않았다. 이들 결과로부터 이상적인 투입스프링의 경우는 실제 측정된 캠 회전각과는 많은 차이가 있었고, 또한 캠 회전축의 마찰이 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

스프링구동 캠에서 마찰과 스프링운동이 동적응답에 미치는 영향
Influence of Spring Dynamics and Friction on Dynamic Responses in a Spring-Driven Cam 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

스프링구동 캠에서 마찰과 스프링운동이 동적응답에 미치는 영향 Influence of Spring Dynamics and Friction on Dynamic Responses in a Spring-Driven Cam 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

가설 설정

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김수현 (108)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

스프링구동 캠에서 마찰과 스프링운동이 동적응답에 미치는 영향
Influence of Spring Dynamics and Friction on Dynamic Responses in a Spring-Driven Cam 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper