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문제 정의
- 그러나 더욱 가혹한 조건인 높이 400 mm, 500 mm에서 낙하시킨 결과를 검토하기 위하여 실시하였다. Fig.
- 본 연구에서는 리클라이너 부품인 록 기어를 대상으로 열처리 공정변수를 변화시켜 유한요소해석을 수행하고, 구조, 내구 및 강성을 검증하기 위하여 다단 리클라이너의 시제품을 생산 후 정하중 시험, 낙 중 시험 및 충격 시험을 수행하여, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- (4) 상기와 같은 해석 결과에 의하여 자동차 의자에 사용되는 리클라이너 시제품을 제작하여 조립부품의 안전성을 평가하였다. 정하중 시험, 낙중 시험, 충격 시험 및 내구 시험을 실시한 결과 4종류의 시험에서 기준 조건을 모두 만족하여 안정성이 확보되는 구조물을 제작할 수 있었다.
- 분석하였다. 그리고 해석과 실험에 의한 분석 자료에 의해 구조, 내구 및 강성을 검증하기 위하여 다단 리클라이너의 시제품을 생산 후 정하중 시험, 낙중 시험 및 충격 시험을 수행하였으며, 내구 시험을 수행하여 다단 리클라이너의 신뢰성 평가를 실시하였다.
- 다단 리클라이너와 조립품을 시트에 장착하여 다단 리클라이너 모듈에 대한 작동 내구 시험을 실시하였다. 내구 시험의 개략도를 Fig.
- 따라서 본 연구에서는 리클라이너 부품인 록 기어를 대상으로 열처리 공정변수를 변화시켜 유한요소해석을 수행하여, 그 결과를 실험과 비교.분석하였다.
- 리클라이너의 동적 강도 평가를 위하여 Fig. 5와 같이 무게 343 N 의 추를 높이 200 mm, 400 mm, 500 mm 높이에 서리 클라이너 에 연결된 강체 바(Rigid bar)에 자유 낙하시켰다. 시험의 목적은 200 mm 높이의 조건을 견디면 구조적으로 안전하다고 판단하였으며, 더욱 가혹한 시험에서 견디는지 알아보기 위하여 400 mm와 500 mm높이의 낙중 시험도 실시하였다.
- 5와 같이 무게 343 N 의 추를 높이 200 mm, 400 mm, 500 mm 높이에 서리 클라이너 에 연결된 강체 바(Rigid bar)에 자유 낙하시켰다. 시험의 목적은 200 mm 높이의 조건을 견디면 구조적으로 안전하다고 판단하였으며, 더욱 가혹한 시험에서 견디는지 알아보기 위하여 400 mm와 500 mm높이의 낙중 시험도 실시하였다.
- 이상으로 침탄 및 담금질 공정에 대하여 실험과 해석을 비교.분석하였다.
- 치형 부분은 형상이 복잡하고 열처리 해석 후 가장 관심 있게 관찰해야 하는 부분이므로 다른 부분에 비해 요소를 조밀하게 하였다. 한편, 두께 방향으로는 간격이 균일하지 않으며, 경화 두께 분포를 알아보기 위하여 표면 쪽을 더 조밀하게 나누었다. 모델은 전체 22, 956개의 절점과 27, 951개의 육면체 요소로 구성되어 있으며, 상용 코드 ABAQUS/Explicit를 사용하여 해석하였다.
대상 데이터
- 실제 록 기 어의 형상은 Fig. 2와 같으며, 가로 세로 길이가 각각 30 mm를 넘지 않고 두께가 4 mm인 작은 부품이다. 두께방향(z축)의 대칭성을 고려하여 Fig.
- 4에 나타내는 것과 같이 리클라이너 힌지 포인트(hinge point) 기준 250 mm 지점에서 파단시 까지 하중을 가한다. 실험은 좌우에서 전후방으로 4곳에서 실시하였다. 이 때, 2940 N까지 잠금 해제(lock off), 기어, 리클라이너 본체 및 암(arm) 파단이 없어야 한다.
데이터처리
- 실제 록 기어 부품은 섹터기어와 맞물리는 치형 중간 부분과 뿌리 쪽 부분의 내마모성이 가장 중요할 것으로 판단된다. 따라서 치형 중간 및 치형 뿌리쪽 경도를 대상으로 Table 3과 4에 분산분석 (ANOVA) 표를 작성하여 인자를 분석하였다. 여기서 SS(sum of squares), DOF(degree of freedom), MS(mean of squares), F-test는 각각 변동(또는 제곱합), 자유도, 제곱평균, F-검정을 의미하며, F-검정 값은 클수록 높은 유의수준을 의미한다.
- 한편, 두께 방향으로는 간격이 균일하지 않으며, 경화 두께 분포를 알아보기 위하여 표면 쪽을 더 조밀하게 나누었다. 모델은 전체 22, 956개의 절점과 27, 951개의 육면체 요소로 구성되어 있으며, 상용 코드 ABAQUS/Explicit를 사용하여 해석하였다. Table 1 에 나타내는 물성을 해석에 사용하였으며, 접촉 조건은 Colomb 마찰계수 0.
성능/효과
- (1) 침탄량은 8가지 공정조건에 관계없이 모두 록 기어의 몸통 부분보다 모서리 부분에서 높게 나타났으며, 기어 치형의 뿌리쪽보다 끝단에 더 높게 분포하였다.
- (2) 경도의 해석은 표면이 최대값을 나타내었으며, 깊이방향으로 선형적인 감소경향을 보였다. 측정값은 표면에서 0.
- (3) 해석결과로 열변형량이 거의 없는 것으로 나타났지만, 실제 제품은 이뿌리면 0.096 % 증가 하였으며, 치형부 두께는 0.11 % 감소하였으나, 몸통부는 0.11 % 증가하였다. 이것은 실제 제품을 조립하고 작동할 때 문제가 없는 것으로 확인되어 열변형량은 무시할 수 있는 수준인 것으로 판단된다.
- Fig. 18(a)에 원형으로 나타내듯이 전, 후방 동일하게 강도 값에 상관없이 가이드 Embossment 가 밀리는 현상이 발생하였으나, 최소 강성은 기준인 2, 940 N을 만족하는 결과를 얻었다. ① 14.
- 5000 cycle 시험 후, 모멘트 강도는 제품에 변형 및 잠금 해제 등 아무런 현상이 없었으며, 유격량은 0.56° 로 구조물 안전성 조건을 만족하였다.
- 12 는 전체 공정 동안의 체적 변화를 나타낸 것이다. 가열공정에서 2.82 %의 증가와 담금질 공정에서 2.30 % (초기체적 대비 2.43 %)의 감소가 일어나 전체 공정 동안의 체적은 0.52 % 증가한 것으로 나타났다. 체적의 변화와 더불어 치형의 치수 변화를 보면 이뿌리면 치수는 전체 공정 동안에 0.
- 1mm 깊이에서의 경도를 계산할 수 있을 만큼 조밀한 요소를 사용하지 않았기 때문에 이러한 현상을 구현할 수 없었다. 대체로 해석 결과가 측정값보다 높은 경도를 나타내었으며, 실험 조건과 동일한 조건인 Fig. 10 Proc.8의 경우, 해석 결과는 측정값보다 약 100 정도 높게 나타났다. 실제 록 기어 부품은 섹터기어와 맞물리는 치형 중간 부분과 뿌리 쪽 부분의 내마모성이 가장 중요할 것으로 판단된다.
- 무게 343 N을 높이 200 mm에서 낙중 시험한 결과는 파단 등 아무런 변형이 없으므로 리클라이너의 안전성은 충분하게 확보되었다고 판단한다. 그러나 더욱 가혹한 조건인 높이 400 mm, 500 mm에서 낙하시킨 결과를 검토하기 위하여 실시하였다.
- 21에 나타낸다. 이 그림에서 좌, 우에 충격을 가한 결과, 암 (arm), 본체 내측, 외측의 변형 및 Skipp'g 현상이 발생하지 않았음을 알 수 있었으며, 시험 후 리클라이너를 분해 한 결과 톱니는 이상이 없으며, 파단이 발생하지 않았음을 확인 할 수가 있었다. 충격 하중시험 결과 좌, 우 모두 동적 하중에 안정적이라는 것을 확인 할 수가 있었다.
- 17은 앞의 3 가지 해석과 실험으로부터 얻은 경도분포를 표면으로부터 깊이 방향으로 비교한 그래프이다. 전체적으로 해석이 실험보다 높게 나타났으며, 그 차이는 주로 정확한 열해석 관련 물성치의 미비에 기인하는 것으로 판단된다.
- 안전성을 평가하였다. 정하중 시험, 낙중 시험, 충격 시험 및 내구 시험을 실시한 결과 4종류의 시험에서 기준 조건을 모두 만족하여 안정성이 확보되는 구조물을 제작할 수 있었다.
- 52 % 증가한 것으로 나타났다. 체적의 변화와 더불어 치형의 치수 변화를 보면 이뿌리면 치수는 전체 공정 동안에 0.096 % (0.0007 mm) 증가가 일어났으며, 치형부 두께는 0.11 % (0.0044 mm) 감소하였으나, 몸통부는 0.11 % (0.0044 mm) 증가하였다. 이는 즉정 가능한 정밀도 범위를 벗어나는 수준이므로 치수 변화량은 무시할 수 있는 정도라고 판단된다.
- 이 그림에서 좌, 우에 충격을 가한 결과, 암 (arm), 본체 내측, 외측의 변형 및 Skipp'g 현상이 발생하지 않았음을 알 수 있었으며, 시험 후 리클라이너를 분해 한 결과 톱니는 이상이 없으며, 파단이 발생하지 않았음을 확인 할 수가 있었다. 충격 하중시험 결과 좌, 우 모두 동적 하중에 안정적이라는 것을 확인 할 수가 있었다.
- 역시 구별을 쉽게 하기 위하여 2 개의 그래프로 나누어 표시하였다. 해석 결과는 전반적으로 표면에서 최대값을 나타내며, 깊이방향으로 선형적인 감소 경향을 보였다. 그러나 측정값의 경우 표면보다는 0.
후속연구
- 향후 뜨임 공정에 대한 상변화 및 각 상에 대한 물성치가 확보되면 완전한 침탄 열처리 공정의 유한요소해석 및 완제품과의 비교 . 분석도 가능할 것으로 판단된다.
- 그러나 실제 제품은 담금질 후 뜨임 공정을 통하여 경화된 강의 취성을 줄이고 인성을 높여서 사용한다. 향후 뜨임 공정에 대한 상변화 및 각 상에 대한 물성치가 확보되면 완전한 침탄 열처리 공정의 유한요소해석 및 완제품과의 비교 . 분석도 가능할 것으로 판단된다.
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