유압호스는 적용되는 압력에 따라서 저압, 중압, 고압으로 구분되어진다. 승용차의 파워스티어링 시스템은 저압부와 고압부 시스템으로 구분되어질 수 있다. 본 연구의 목적은 차량이 회전할 때 발생되는 충격압력이 고압호스부에 적용될 때 수명을 예측하는 것이다. 내부와 외부 조건을 조절하기 위해서 충격 압력과 작동유의 온도는 충격압력 시스템에서 제어되는 것이 필요하다. 충격압력 시험에서 압력과 작동유 온도만을 조절하여 얻은 결과는 고압호스의 수명을 예측하기 위한 조절형 가속수명시험을 적용하였으며, 또한 유한요소법으로 스웨이징부를 해석하였다.
유압호스는 적용되는 압력에 따라서 저압, 중압, 고압으로 구분되어진다. 승용차의 파워스티어링 시스템은 저압부와 고압부 시스템으로 구분되어질 수 있다. 본 연구의 목적은 차량이 회전할 때 발생되는 충격압력이 고압호스부에 적용될 때 수명을 예측하는 것이다. 내부와 외부 조건을 조절하기 위해서 충격 압력과 작동유의 온도는 충격압력 시스템에서 제어되는 것이 필요하다. 충격압력 시험에서 압력과 작동유 온도만을 조절하여 얻은 결과는 고압호스의 수명을 예측하기 위한 조절형 가속수명시험을 적용하였으며, 또한 유한요소법으로 스웨이징부를 해석하였다.
The hydraulic hose can be divided with the low pressure, the medium pressure, and the high pressure hose according to the applied pressure. The power steering system in a passenger car can be divided with the high pressure and the low pressure hose. This study deals with the life prediction for high...
The hydraulic hose can be divided with the low pressure, the medium pressure, and the high pressure hose according to the applied pressure. The power steering system in a passenger car can be divided with the high pressure and the low pressure hose. This study deals with the life prediction for high pressure hose to be given impulse pressure which was generated in turning the car. To adjust with external and internal condition, impulse pressure and oil temperature need to be controlled with impulse test system. The result, which is only controlled with the pressure and oil temperature, adapted Calibrated Accelerated Life Test(CALT) method to predict the life of the high pressure hose and analyzed the swagging part by finite element method during the impulse test.
The hydraulic hose can be divided with the low pressure, the medium pressure, and the high pressure hose according to the applied pressure. The power steering system in a passenger car can be divided with the high pressure and the low pressure hose. This study deals with the life prediction for high pressure hose to be given impulse pressure which was generated in turning the car. To adjust with external and internal condition, impulse pressure and oil temperature need to be controlled with impulse test system. The result, which is only controlled with the pressure and oil temperature, adapted Calibrated Accelerated Life Test(CALT) method to predict the life of the high pressure hose and analyzed the swagging part by finite element method during the impulse test.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 파워스티어링 시스템의 고압호스에 대한 주요 고장모드 분석을 통하여 고장의 원인이 무엇인지 분석하고, 고장을 일으키는 주요 인자로 알려진 압력과 온도 중 압력을 가속 인자로 두어, CALT Method'4~6) (Calibrated Accelerated Life Test Method)에 의한 실험계획을 수립하고, 시험을 수행하여 CALT Method에 의한 수명 예측과 가속 수명 시험을 통하여 얻은 수명데이터가 비교적 일치하는 것을 확인하는 것을 목적으로 한다. 또한 고압 호스는 고압의 압력을 슬리브(Sleeve)와 니쁠(Nipple)로 스웨이징 되어 있는 금구부에서 잡아주어야 배관라인의 역할을 할 수 있으므로 이를 위해서는 스웨이징 부에 대한 해석을 통하여 어느 부분에서 응력 및 변형률 분포가 집중되는지에 대해서 분석하여 고압 호스에서 발생하는 고장모드인 누유를 방지하기 위한 대책을 세우고자 스웨이징부에 대한 유한요소 해석을 실시하여 분석하는 것을 목적으로 한다.
2는 승용차의 파워스티어링 시스템을 나타내는 것으로 사용되는 호스에는 고압 호스, 저압 호스, 리턴 호스로 구분하여 적용할 수 있다. 본 연구에서는 파워스티어링 시스템의 고압호스에 대한 주요 고장모드 분석을 통하여 고장의 원인이 무엇인지 분석하고, 고장을 일으키는 주요 인자로 알려진 압력과 온도 중 압력을 가속 인자로 두어, CALT Method'4~6) (Calibrated Accelerated Life Test Method)에 의한 실험계획을 수립하고, 시험을 수행하여 CALT Method에 의한 수명 예측과 가속 수명 시험을 통하여 얻은 수명데이터가 비교적 일치하는 것을 확인하는 것을 목적으로 한다. 또한 고압 호스는 고압의 압력을 슬리브(Sleeve)와 니쁠(Nipple)로 스웨이징 되어 있는 금구부에서 잡아주어야 배관라인의 역할을 할 수 있으므로 이를 위해서는 스웨이징 부에 대한 해석을 통하여 어느 부분에서 응력 및 변형률 분포가 집중되는지에 대해서 분석하여 고압 호스에서 발생하는 고장모드인 누유를 방지하기 위한 대책을 세우고자 스웨이징부에 대한 유한요소 해석을 실시하여 분석하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
고압호스의 가속인자인 압력을 고려하여 압력 조건에서는 상온 파열 압력을 확인하여 본 결과 680 bar에서 파열이 발생하므로 수명시험을 하기 위한 압력은 이보다 낮은 35 MPa, 30 MPa, 25 MPa에서 순차적으로 시험을 진행하고, 실제 사용조건인 9 MPa에서의 사용 수명을 예측할 수 있도록 한다.
실제 시스템에서는 충격압력뿐만 아니라 주변 환경 인 온도 조건의 변화, 진동의 전달 등으로 인하여 누유의 원인은 여러 가지로 Table 1에서 확인할 수 있다. 그러나 본 연구에서는 단지 압력만을 가속하여 반복가압 파형을 Fig. 3과같이 시험을 진행한다.
본 연구에서는 파워스티어링 고압호스의 주 고장 모드에 가장 큰 영향을 주는 압력을 가속 인자로 선정하여 가속수준을 결정하고 가속시험을 수행하였다. Fig.
0을 사용하여 대변형 및 접촉에 대한 해석을 수행하였匸다. 해석의 단순화를 위해서 고무부분에 대해서 실험값을 넣지 않고 상용프로그램에서 제공하는 값을 입력하여 해석하여 전체적인 스웨이징 과정에서의 응력 및 변위 분포를 확인하였다.
데이터처리
7은 본 연구에서 시험 대상체로 사용된 유한요소 모델을 나타내고 있으며, 슬리브(sleeve)와 호스와 니플(nipple)로 구성되어 있다. 해석모델은 사용 프로그램인 ANSYS 11.0을 사용하여 대변형 및 접촉에 대한 해석을 수행하였匸다. 해석의 단순화를 위해서 고무부분에 대해서 실험값을 넣지 않고 상용프로그램에서 제공하는 값을 입력하여 해석하여 전체적인 스웨이징 과정에서의 응력 및 변위 분포를 확인하였다.
성능/효과
53x106 로 수명이 예측되었다. 분석결과에 의해 구해진 데이터는 실제 현장에서 사용되는 조건으로 변환하며, 직업이나 운전습관 등에 따라 다르지만 고압 호스에서 받는 충격압력은 주정차 및 일반 도로 운전 등을 고려하여 평균적으로 300회를 1일에 대한 사용회수로 정의하면, 1년에 109, 500회이며, 10년에 1, 095,000회이다. 이를 등가 평균수명으로 확인하며, B10 수명 1.
실제 사용 수준(9 MPa)에서의 Weibull 분석을 실시한 결과 형상모수는 4.6364, 척도모수는 2.48x106, MTTF는 2.37x106, B10수명은 1.53x106 로 수명이 예측되었다. 분석결과에 의해 구해진 데이터는 실제 현장에서 사용되는 조건으로 변환하며, 직업이나 운전습관 등에 따라 다르지만 고압 호스에서 받는 충격압력은 주정차 및 일반 도로 운전 등을 고려하여 평균적으로 300회를 1일에 대한 사용회수로 정의하면, 1년에 109, 500회이며, 10년에 1, 095,000회이다.
유한요소해석을 통하여 고압호스의 스웨이징 부에 대한 응력 분포를 확인할 수 있었으며, 스웨이징 과정에서 날카로운 모서리 부분은 해석결과와 마찬가지로 응력 집중현상이 발생함을 확인할 수 있었다. 고압호스의 실제 사용조건에서는 온도가 고압 호스의 누유와 밀접한 관련이 있으므로, 가속인자를 온도와 압력을 고려한 가속 모델을 적용하여 시험을 수행하면 보다 정확한 수명 예측이 될 것이다.
후속연구
있었다. 고압호스의 실제 사용조건에서는 온도가 고압 호스의 누유와 밀접한 관련이 있으므로, 가속인자를 온도와 압력을 고려한 가속 모델을 적용하여 시험을 수행하면 보다 정확한 수명 예측이 될 것이다.
이러한 가속수명 시험은 실제 제품 개발시 적은 비용과 시간을 활용하여 신뢰성의 확인과 품질향상을 기대할 수 있다. 또한 본 연구에서는 압력에 대해서만 가속인자로 선정하여 시험을 진행하였고 온도도 130 ℃에서 진행하였으나, 보다 정확한 수명을 예측하기 위해서는 실제 사용 온도인 90 C에서 시험을 진행하여 예측하였으면 보다 정확한 예측 수명이 나왔으리라 사료된다.
참고문헌 (8)
Evans, C. W., 1980, "Testing Requirements for Hydraulic Hose," Polymer Testing, Vol. 1, No. 1, pp. 39-49
Kim, B. T. and Kim, H. J., 2003, “A Study on the Deformation Characteristics of a High Pressure Hose with respect to the Swaging Strokes," KSOE, Vol. 17, No. 4, pp. 37-42.
Roh, G. T., Jeon, D. H. and Cho, J. R., 2004, "Finite Element Analysis of Swaging Process for Power Steering Hose," KSME, Vol. 28, No. 6, pp. 747-754
Kang, B. S., Kim, H. E., Park, J. W., and Yoo, Y. C., 2008, "Development of Accelerated Life Test Method for Pneumatic Cylinder," Proceedings of the 51st National Conference on Fluid Power, Las Vegas, Nevada, USA.
Lee, G. C., Park, J. W., Kim, H. E., Lee, J. H., Jeong, W. W. and Kim, J. H., 2008, “Life Prediction for High Pressure Hose of Power Steering System by Impulse Pressure Test," Proceeding of KSME 2008 Spring Meeting, pp. 44-46
Evans, C. W. and Manley, T. R., 1986, "Factors Affecting the Impulse Testing of Hydraulic Hose," Polymer Testing, Vol. 6, No. 2, pp. 135-149
SAE standard, 2001, "Test and Test Procedures for SAE100R Series Hydraulic Hose and Hose Assemblies SAE J343," SAE Standard REV Jul 2001
International Standard ISO, 1997, "Rubber and Plastics Hose Assemblies Flexing Combined Hydraulic Impulse Test Half-Omega Test," International Standard ISO
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.