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문제 정의
- 변형거동을 예측하는 것이다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 위한 재료의 물성을 구하기 위해 인장시험을 실시하였으며 여기서 구한 기계적 물성 데이터를 적용하여 고무 실의 유한요소 해석을 수행하였다. 그러한 결과를 바탕으로 제품 성형 후 성능시험을 실시하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 2. 실 베어링 장착 시 간섭량에 따른 접촉부에서의 고무 실의 밀착력과 변형거동을 관찰하였으며 그 결과를 토대로 밀봉효과를 극대화할 수 있는 최적의 간섭량을 제안하였다. 그리고 간섭량에 따른 립의 밀착력을 예측하였으며 밀봉 효과를 위한 실의 간섭량과 실 접촉각을 정량적으로 분석하였고 이를 D/B화 하였다.
- Table 3에 나타낸 베어링 제작업체의 시험표준에 근거하여 Mud spray 시험을 실시하였으며 베어링 내부의 수분 함수율을 즉정하였다.
- 본 연구에서는 유한요소 해석을 위한 재료의 물성을 구하기 위해 인장시험을 실시하였으며 여기서 구한 기계적 물성 데이터를 적용하여 고무 실의 유한요소 해석을 수행하였다. 그러한 결과를 바탕으로 제품 성형 후 성능시험을 실시하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 실 베어링 장착 시 간섭량에 따른 접촉부에서의 고무 실의 밀착력과 변형거동을 관찰하였으며 그 결과를 토대로 밀봉효과를 극대화할 수 있는 최적의 간섭량을 제안하였다. 그리고 간섭량에 따른 립의 밀착력을 예측하였으며 밀봉 효과를 위한 실의 간섭량과 실 접촉각을 정량적으로 분석하였고 이를 D/B화 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 차량 후륜에 적용되는 휠 베어링 유닛에서 실의 베어링 장착 시 밀착력을 최 적 으로 하는 간섭량을 유한 요소해석 을 통하여 제안하였으며, 드래그 토크(Drag torque), 머드 스프레이(Mud spray)시험 등의 성능시험을 통하여 그 결과를 검증하였다.
- 립의 변형 거동 시 립 선단에서 밀착력을 결정하는 적정 간섭량을 구하기 위하여 실 립의 기하학적 형상에 따른 축대칭 형상으로 모델링하여 유한요소 해석을 수행하였다.
- 6의 결과를 살펴보면 2차 Mooney-Ri이in 식이 1차식에 비해 실제 시험 데이터와 잘 일치하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 NBR 70소재의 비선형 거동을 나타내는 2차식을 선택하여 물성을 결정하였으며 Table 1에 Mooney-Rivlin 식의 1차식과 2차식의(方계수를 나타내었다.
- 실의 성능을 측정하기 위해 실을 베어링에 장착한 상태에서 잡아당겼을 때 Push Pull 게이지에 걸리는 드래그 토크를 측정하였다. 이때 허브 회전은 3 ~ 4rpm으로 하였으며 측정표본은 간섭량 0.
- 드래그 토크를 측정하였다. 이때 허브 회전은 3 ~ 4rpm으로 하였으며 측정표본은 간섭량 0.8mm 와 0.4mm에 대해 각각 5개를 시험하였다. Fig.
- 제작하였다. 인장시험은 KS M 6518 규격에 따라 시험편을 제작하여 고무 전용 인장시험기인 DYT-500를 사용하여 50mm/min의 속도로 실시하였다.
- 인장시험편은 레오메타 시험을 통해 획득한 실제 고무제품의 가류시간을 적용하여 제작하였다. 인장시험은 KS M 6518 규격에 따라 시험편을 제작하여 고무 전용 인장시험기인 DYT-500를 사용하여 50mm/min의 속도로 실시하였다.
대상 데이터
- 1. 레오메타 실험을 통한 실제 성형조건에서의 시편을 획득하고 인장시험을 수행하여 NBR 고무 소재의 기계적 물성 데이터를 획득하였다. 획득된 데이터를 커브 피팅하여 NBR 70 고무 소재의 비선형 거동을 가장 잘 묘사하는 2차의 Mooney-Rivlin 식의 q.
- 흙탕물의 수위는 Jig 축 중심으로 하였으며 온도는 시험시간의 경과에 따라 자연적으로 증가하도록 하였다. 그리고 측정 표본의 개수는 각각 5개로 하였다. Fig.
- 본 연구에 사용된 실의 재질은 NBR(Shore Hardness A70)소재이고, 이 소재의 성형조건을 결정하기 위하여 KS M 6687 규격에 의한 레오메타시험을 실시하였다. 제품을 성형하기 위한 가류 시간과 성형온도조건은 각각 300sec, 180°C로 얻을 수 있었다.
데이터처리
- 실의 토크 측정 시험결과를 Fig. 13에 나타내었으며 시뮬레이션'결과를 통해 적정 간섭량으로 판단되는 0.4mm와 일반적으로 적용되는 최대 간섭량 0.8mm에서의 기동토크 결과를 비교하였다. 0.
이론/모형
- 인장 시험을 통해 획득한 실 고무재질의 비선형 거동을 가장 잘 표현하는 식을 판단하기 위해 Mooney-Rivlin 식의 1차, 2차식으로 ABAQUS에서커브 피팅을 하였으며 Fig. 6에 커브 피팅한 결과를 나타내었다.
성능/효과
- 8mm에서의 기동토크 결과를 비교하였다. 0.4mm 간섭량에서 토크는 약 Ikgfcm 정도 낮게 측정되 었으며 해석결과를 통해 적용했을 때의 실의 토크 값이 약 25%이상 낮게 나타남을 알 수 있었다.
- 3. 실의 토크 시험과 밀봉성능 시험을 통하여 제안된 간섭량에서의 밀봉성능은 우수하였으며 낮은 토크에서 요구 함수율을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 양호한 마찰조건 하에서의 동작을 의 미하기 때문에 베어링 의 장수명 화를 달성할 수 있을 것으로 기대된다.
- 15를 살펴보면 시뮬레이션 결과 최적으로 판단되는 간섭량을 적용했을 때와 최대 간섭량일 때의 함수율을 비교해 보면, 함수율에서는 큰 차이를 보이지 않고 있음을 알 수 있다. 결과적으로 0.4mm의 간섭량일 때, 낮은 토크를 가지면서 요구 품질(함수율)을 만족하고 실의 수명을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
- 실시하였다. 제품을 성형하기 위한 가류 시간과 성형온도조건은 각각 300sec, 180°C로 얻을 수 있었다.
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