[논문]피팅 파손면적분석기법을 이용한 기어재의 피팅 수명 실험

주진욱; 이병욱; 문석만; 김태완; 조용주

피팅 파손면적분석기법을 이용한 기어재의 피팅 수명 실험
Pitting Life Experiments of Gear Material using a Damaged Area Analysis Method 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.27 no.11, 2010년, pp.92 - 97

주진욱 (부산대학교 기계공학부) , 이병욱 (부산대학교 기계공학부) , 문석만 (부산대학교 기계공학부) , 김태완 (부경대학교 기계공학부) , 조용주 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The object of this study is to investigate the definite method for pitting damaged surfaces. Pitting is a sort of fatigue damages and it is made by a repetitive load. For a judgment between damages or not, sensing vibrations of test equipment is simple. However, it is not only difficult to observe a growth of pitting but also impossible to detect the juncture of initial pitting. Therefore, a method for the pitting damaged area measuring technique was effectively implemented by Two Roller Machine. The change of surface damaged area was measured by an optical microscope in regular time and calculated by the use of dark and bright ratio of test specimens' pictures taken by optical microscope. In conclusion, S - N Curves gained by Failure rate - Cycle graph was led and the curves are able to be chosen as occasion demands for a failure area percentage.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 접촉피로파손 중의 하나인 피팅에 의한 표면파손의 실험방법을 제시하기 위한 목적으로, 피팅 파손면적분석기법을 이용한 기어 재의 피팅 수명 시험에 대한 연구 결과는 다음과 같다.

제안 방법

1) 파손율-수명 그래프의 데이터를 피팅(fitting) 시켜서 S-N 그래프를 얻는 방법을 제시하였다.
2) 파손율-수명 그래프를 이용하여, 설계자가 원하는 피팅 파손기준에 맞는 S-N 그래프 확보 기법을 구축하였다.
3의 기계적 성질을 갖고 있으며, 시편 형상은 지름이 40mm, 폭이 10mm, 12mm 의 롤러 형상이다. Fig. 2 에서 볼 수 있듯이, 두 실린더 접촉 시 발생하는 Edge effect 를 없애기 위해 한쪽 시편에 rounding 을 하였다.
그리고 정확한 파손기준을 정하는 것이 미흡하여 피팅 수명 예측에 많은 어려움을 겪고 있다. K. Aslantas는 최대피팅 크기를 결정하여 특정 피팅이 최대의 피팅 크기보다 크면 파손으로 결정하였고: Klaus Michuetis 는 Weibull distribution 의 1 을 이 용하여 파손을 판정하였고: R. S. Zhou 는 crack 의 길이를 측정하여 파손을 판정하였다.3 그리고 Kim, J.
각 실험응력에 대해 일정시간 간격으로 시편의 파손 여부 및 파손 정도를 광학현미경으로 관찰하며 시편의 면적에 대한 피팅 파손면적과 수명을 그래프로 나타내었다.
파손으로 나눌 수 있다. 먼저 기어의 굽힘 강도에 의한 파손에 대해서는, 전체 하중이 이끝에 작용하는 켄틸레버 (cantilever) 로 단순화시켜 강도를 평가하며, 기어의 면압강도에 의한 파손에 대해서는 수직하중을 받는 두 개의 실린더로 단순화시켜 강도를 평가한다. 지금까지 굽힘강도와 관련된 연구는 활발히 이루어져 이론과 적용에 있어서 상당 수준에 도달하였지만, 면압강도와 관련된 연구는 마찰, 마멸, 표면 손상 및 접촉피로수명 등과 같은 트라이볼로지 현상을 파악하는데 있어서 .
실험에 필요한 응력범위를 정하고, 각 실험 응력을 부하시키기 위해 접촉해석을 통하여 실험 하중을 결정하였다*
탄성범위 이내의 최대응력 3GPa 에서부터 1.557GPa 까지의 실험응력으로 실험을 실시하였고, Fig.4 은 최대실험응력인 3GPa 부하 시 응력분포이며, 각 응력 당 부하하중은 아래의 Table 1과 같다.

대상 데이터

2.2 시편

시편재질은 SCr420 이고, 탄성계수 210GPa, 프와송 비 0.3의 기계적 성질을 갖고 있으며, 시편 형상은 지름이 40mm, 폭이 10mm, 12mm 의 롤러 형상이다. Fig.
실험에 사용될 윤활유는 상용되고 있는 수동트랜스미션 오일(MTF)을 사용하였으며, 공급되는 윤활유의 온도는 기어박스 안의 온도를 고려하여 90° 를 유지하였고, 회전속도는 2000rpm, 공급 유량은 200ml/min, 실제 기어 구동 시 발생하는 접촉부의 온도상승을 통한 유막두께의 변화를 고려하여 한 쌍의 기어 이 접촉구간(Single Tooth Contact Zone) 에서 발생하는 Slip 의 평균값인 5%로 실험을 실시하였다. 파손기준은 시편의 전체 면적에 대해 피팅 파손부의 면적이 4% 이상일 때로 선정하였다.

이론/모형

접촉피로 수명실험을 위해 두 개의 롤러가 맞 닿아 구동되는 피로수명 실험장비 (Two Roller Machine, Phoenix Tribology )를 사용하였다. Fig.

성능/효과

3) 표면의 피팅 파손면적이 일정하게 증가하였으며, 피팅 파손기준이 높아질수록 S-N 그래프가 일정한 기울기를'가지며 S-N 그래프의 X 축 오른편으로 이동하는 것을 확인하였다.

참고문헌 (10)

Aslantas, K. and Tasgetiren, S., "A study of spur gear pitting formation and life prediction," Wear, Vol. 257, No. 11, pp. 1167-1175, 2004.

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Michuetis, K., Hoehn, B.-R. and Osfer, P., "Influence of Lubricant on Gear Failures Test Methods and Application to Gearboxes in Practice," Tribotest Journal, Vol. 11, No. 1, pp. 43-56, 2004.

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Zhou, R. S., Cheng, H. S. and Mura, T., "Micropitting in Rolling and Sliding Contact Under Mixed Lubrication," Journal of Tribology, Vol. 111, No. 4, pp. 605-613, 1989.

상세보기
Kim, J. S. and Joo, J. W., "Experiments and prediction of pitting life in spur gears," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 197-201, 2009.
Hohn, B.-R., Michaelis, K. and Otto, H.-P., "Minimized gear lubrication by minimum oil/air flow rate," Wear, Vol. 266, No. 3-4, pp. 461-467, 2009.

상세보기
Johnson, K. L., "Contact mechanics," Cambridge University Press, pp. 45-83, 1985.
Lee, M. J. and Cho, Y. J., "Numerical Analysis of a Subsurface Stress Field by a Sliding Contact on a Semi-infinite Solid," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 191-194, 2000.
Love, A. E. H., "The Stress Produced in a Semiinfinite Solid by Pressure on Part of the Boundary," Phil. Trans. Royal Society, Vol. A228, pp. 377-420, 1929.
Wang, W., Wong, P. L. and Zhang, Z., "Experimental study of the real time change in surface roughness during running-in for PEHL contacts," Wear, Vol. 244, No. 1-2, pp. 140-146, 2000.

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The American Gear Manufacturers Association, "ANSI/AGMA 1010-E95, Appearance of Gear Teeth Terminology of Wear and Failure," AGMA, 1995.

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