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문제 정의
- 본 논문은 제품 개발 초기에 충격 특성을 파악하고 내충격성에 대한 정량적인 설계 정보를 제공하기 위하여 CD-RW의 정밀 유한요소 모델 개발 과정에 대한 연구를 수행하고자 한다. 개 발 모델의 신뢰성을 다양한 시험을 통하여 검증하기 위하여 대상 모델로서 현재 양산 중인 CD- RW 드라이브를 택하였다.
- 픽업에 발생하는 가속도의 절대 크기는 두 시험조건 모두 300G 정도로 큰 차이가 없는 것을 알 수 있었으며, 최대 가속도의 지속 시간은 각각 2msec와 10msec 정도로 시험 조건에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 시험을 통해 알 수 있는 드라이브의 낙하충격 특성이 극히 제한되므로, 본 연구에서는 이를 보완하기 可하여 유한요소 해석 모델을 개발하고, 시험으로는 규명하기 어려운 부품 간의 힘 전달 특성을 시험 조건에 대하여 규명하고자 한다.
제안 방법
- (1) 픽업의 이송기구인 스크류에 의한 저항력을 모델링하기 위하여, 실제 픽업의 이동에 필요한 힘을 만능시험기를 이용하여 구하였으며, 힘-변 위 특성을 비선형 스프링 요소로 치환하여 사용하였다.
- 가속도의 양상을 비교하기 위하여 가혹한 것으로 평가되는 150G-10msec, 수평 방향 낙하 조건에서 픽업에 발생하는 가속도를 시험과 해석 간에 비교하였을 때 시험과 해석 간에 양상이 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.(Fig.12) 신뢰성이 검증된 모델을 150G-10msec에 대응하여 내 충격 설계를 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 기존 사양인 200G-2msec와 비교하였다. 낙하 해석 시 드라이브 전체에 발생하는 응력분포의 크기는 Fig 13 과 같이 150G-10msec에서 더 큰 응력들이 발생한 것을 볼 수 있다.
- 본 논문은 제품 개발 초기에 충격 특성을 파악하고 내충격성에 대한 정량적인 설계 정보를 제공하기 위하여 CD-RW의 정밀 유한요소 모델 개발 과정에 대한 연구를 수행하고자 한다. 개 발 모델의 신뢰성을 다양한 시험을 통하여 검증하기 위하여 대상 모델로서 현재 양산 중인 CD- RW 드라이브를 택하였다.
- 개발된 유한요소 모델에 대한 낙하시험은 실제 시험내용과 동일하게 200G-2msec 조건과 150G-10msec 조건에 대하여 수행하였다. 낙하 방향에 따른 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 Fig.
- 본 논문에서의 낙하시험은 신뢰성 있는 유한 요소 모델 개발이 목적이므로, 개발 제품이 아닌 기존 양산제품을 사용하였다. 낙하 조건은 200G-2msec와 150G-10msec의 2가지 조건에 대하여 수행하였으며, 낙하 방향은 Bottom과 Vertical의 2가지 방향으로 수행하였다. 검증된 양산품에 대한 시험이므로 제품에 파단은 발생하지 않았다.
- 15 의 수평 낙하시험 시 가장 취약한 부 위로 평가되는 sub chassis와 slider cam 부위를 보여준다. 높은 영역의 응력이 주로 분포된 sub chassis 및 driving part 변형 메커니즘을 각 가속 도 조건에 대하여 비교하여 보았다(Fig. 15). 충 격 흡수 고무인 댐퍼가 최대로 압축되는 시점은 Fig.
- (2) 충격에너지 흡수기구인 댐퍼의 특성에 따라 픽업의 가속도가 결정됨으로 실제를 잘 모사할 필요가 있다. 따라서 사용된 댐퍼 재료에 대한 인장시험을 수행하여 Mooney-Rivlin 재료로 모델링 하였다.
- CD-RW에 가해지 는 충격 은 주요 부품인 픽 업 부에 전달되기 전 rubber damper에 의하여 흡수된다. 따라서 해석의 신뢰도와 향후 에너지 흡수 부품의 해석/설계를 위하여 Fig. 9 에서 보이는 것과 같이 실 제품에 사용된 경도 25와 30 고 무제품을 솔리드 요소를 사용하여 모델링 하였다. 물성을 구하기 위하여 표준 시편을 제작하여 인장시험을 수행하였다.
- 9 에서 보이는 것과 같이 실 제품에 사용된 경도 25와 30 고 무제품을 솔리드 요소를 사용하여 모델링 하였다. 물성을 구하기 위하여 표준 시편을 제작하여 인장시험을 수행하였다. Fig.
- 본 논문에서의 낙하시험은 신뢰성 있는 유한 요소 모델 개발이 목적이므로, 개발 제품이 아닌 기존 양산제품을 사용하였다. 낙하 조건은 200G-2msec와 150G-10msec의 2가지 조건에 대하여 수행하였으며, 낙하 방향은 Bottom과 Vertical의 2가지 방향으로 수행하였다.
- 실제로 드라이브 내에서 발생하는 부품 간의 충격력을 알아보기 위하여, Table 2 와 같이 각 부품과 부품에 대하여 접촉을 지정하였다. 수평 낙하 해석으로부터 얻을 수 있는 부품 간의 작용력을 200G-2msec 조건과 150G-10msec 조건에 대하여 비교하여 볼 수 있다. 150G-10msec 조건에서 대체적으로 부품 간에 작용하는 힘의 최대 크기가 기존의 200G-2msec 조건일 경우보다 증가하는 것을 볼 수 있다.
- 시험 시 이용된 CD-RW 드라이브 모델은 약 20여 개의 부품으로 이루어져 있다. 유한요소 모델링 시 변형이 예측되는 cover 류와 충격을 흡수하는 부분인 damper 부분은 각각 변형 가능한 셸 요소와 솔리드 요소를 사용하여 모델링 하였다. 기타 변형이 되지 않는 모터, 픽업, 기어 부품 등은 강체 솔리드 요소로 모델링하여 유한 요소 모델과 실제 모델의 거동이 유사하도록 하였다.
- 낙하층격에 의한 제품의 결함 문제는 Deck 설계의 오래된 문제 중 하나이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 LS-DYNA를 이용하여 상 세 모델을 만들고 검증하여 사용함으로써 향후 신제품 개발 시 신뢰성 있는 드라이브 해석모델 개발을 위한 절차를 제시하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 이때의 저항력은 리드 스크류의 나사선 각도나 모터의 dead torque 크기에 의해 좌우된다. 해석 모델에서는 인장 시험기를 사용하여 픽업이 움직이는데 필요한 힘을 구하였다. Fig.
대상 데이터
- 낙하시험 시 CD-RW 내의 주요 부품인 픽업 (pick-up) 부위에는 가속도계를 장착하여, 낙하 충격 시의 가속도 측정이 가능토록 하였다. 가속도 데이터 수집을 위한 가속도계로 는 크기와 속도를 고려하여 ENDEVCO 사의 7264B 모델을 사용하였다.(Fig.
- 시험 시 이용된 CD-RW 드라이브 모델은 약 20여 개의 부품으로 이루어져 있다. 유한요소 모델링 시 변형이 예측되는 cover 류와 충격을 흡수하는 부분인 damper 부분은 각각 변형 가능한 셸 요소와 솔리드 요소를 사용하여 모델링 하였다.
- 3 과 같은 낙하 전용 시험기가 사용된다. 시험기는 Fig. 3(a) 와 같이 피시 험체인 CD-RW 드라이브를 고정시키는 베드 (bed) 와 이를 멈추는 스토퍼(stopper), 그리고 충격을 완화시켜 가속도 지속시간을 조절하는 유 압 충격 흡수장치로 구성되어 있다. CD-RW 고정
- 가속도를 가하는 방식은 시험과 동일 하게 반정현파로 정의하였다. 픽업에서 발생하 는 가속도의 비교를 위하여 시험 시 가속도계를 설치한 지점과 같은 지점의 데이터를 사용했다.
성능/효과
- (4) 부품 간의 충격 특성을 비교하여 보면, 가속 도 지속시간이 상대적으로 긴 150G-10msec에서 충격력이 큰 것을 알 수 있었으며, 픽업에 발생하는 가속도는 200G와 150G 조건에서 비슷하게 발생하였다.
- 수평 낙하 해석으로부터 얻을 수 있는 부품 간의 작용력을 200G-2msec 조건과 150G-10msec 조건에 대하여 비교하여 볼 수 있다. 150G-10msec 조건에서 대체적으로 부품 간에 작용하는 힘의 최대 크기가 기존의 200G-2msec 조건일 경우보다 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서 기존 200G 하 중에 대하여 설계된 부품들이 150G의 하중을 만족시키기 위하여서는 증가된 내충격력을 고려해야 함을 본 해석 모델을 통해 알 수 있으며, 또한 그 증가량을 정량적으로 알 수 있다.
- ⑶ 개발된 모델을 사용하여 200G-2msec와 150G-10msec에 대한 해석 견과 중 픽업에 발생하는 가속도는 오차 5% 내에서 잘 일치함을 알 수 있었다.
- 전체적으로 시험과 해석 결과가 잘 일치하 는 것을 볼 수 있다. 가속도의 양상을 비교하기 위하여 가혹한 것으로 평가되는 150G-10msec, 수평 방향 낙하 조건에서 픽업에 발생하는 가속도를 시험과 해석 간에 비교하였을 때 시험과 해석 간에 양상이 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.(Fig.
- 150G-10msec 조건에서 대체적으로 부품 간에 작용하는 힘의 최대 크기가 기존의 200G-2msec 조건일 경우보다 증가하는 것을 볼 수 있다. 따라서 기존 200G 하 중에 대하여 설계된 부품들이 150G의 하중을 만족시키기 위하여서는 증가된 내충격력을 고려해야 함을 본 해석 모델을 통해 알 수 있으며, 또한 그 증가량을 정량적으로 알 수 있다. Fig.
- 3G이다. 전체적으로 시험과 해석 결과가 잘 일치하 는 것을 볼 수 있다. 가속도의 양상을 비교하기 위하여 가혹한 것으로 평가되는 150G-10msec, 수평 방향 낙하 조건에서 픽업에 발생하는 가속도를 시험과 해석 간에 비교하였을 때 시험과 해석 간에 양상이 잘 일치하는 것을 볼 수 있다.
- 5(a) 와 (b) 에 나타내었다. 픽업에 발생하는 가속도의 절대 크기는 두 시험조건 모두 300G 정도로 큰 차이가 없는 것을 알 수 있었으며, 최대 가속도의 지속 시간은 각각 2msec와 10msec 정도로 시험 조건에 따라 달라짐을 알 수 있었다. 시험을 통해 알 수 있는 드라이브의 낙하충격 특성이 극히 제한되므로, 본 연구에서는 이를 보완하기 可하여 유한요소 해석 모델을 개발하고, 시험으로는 규명하기 어려운 부품 간의 힘 전달 특성을 시험 조건에 대하여 규명하고자 한다.
- Table 1 은 200G-2msec와 15OG-10msec 조건에서 수평 방향과 수직 방향 낙하 해석을 수행하였을 때 픽업에 발생하는 가속도를 시험과 비교한 표이다. 해석 결과 픽 업 에서 의 최대 가속도는 150G-10msec 일 경우 Bottom drop은 347.4Q Vertical drop은 428.4G이다. 그리고, 200G-2msec 일 때 Bottom drop은 340.
후속연구
- (2) 충격에너지 흡수기구인 댐퍼의 특성에 따라 픽업의 가속도가 결정됨으로 실제를 잘 모사할 필요가 있다. 따라서 사용된 댐퍼 재료에 대한 인장시험을 수행하여 Mooney-Rivlin 재료로 모델링 하였다.
- (5) 향후 신제품 개발 시, 본 논문에서 제시한 모델링을 적용하여 각종 충격시험 규정에 효과적으로 대비할 수 있을 것으로 예상된다.
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