[논문]등속조인트에서 발생하는 축력 측정장치 개발 및 검증

이광희; 이득원; 이철희; 윤혁채; 조원오

doi:10.9725/kstle-2012.28.6.328

등속조인트에서 발생하는 축력 측정장치 개발 및 검증
Development and Verification of Measuring Tester for Generated Axial Force at Constant Velocity Joints 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.28 no.6, 2012년, pp.328 - 332

이광희 (인하대학교 기계공학과) , 이득원 (인하대학교 기계공학과) , 이철희 (인하대학교 기계공학과) , 윤혁채 (장암칼스(주)) , 조원오 (장암칼스(주))

Abstract ▼ AI-Helper

Generated Axial Force (GAF) due to internal friction at Constant Velocity (CV) joints is one of the causes generating vibration problems such as shudder in vehicle. In this study, the GAF measuring tester is developed to precisely measure GAF caused by internal friction in CV joints. As the developed tester can control temperature at joint, driving torque, angle of rotation and joint angles, actual driving conditions such as sudden acceleration can be applied to the machine. GAFs are measured and compared by using different types of grease in tripod housing. Also GAFs are measured for both new and used CV joints to be compared and analyzed. The test result shows the repeatability and consistency of the tester in terms of the different test conditions. By using the developed CV joint tester, friction performance of the joint can be evaluated by proposing the best CV joints as well as greases generating the lowest GAF.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

대부분의 축력 측정 장비는 해외에서 수입하고 있으며 회전형 장비의 형태로 이루어져 있다. 따라서 본 연구는 셔더 현상을 고려하여 축력을 정밀하게 측정할 수 있는 비회전형 축력 측정 장비를 개발하고 검증하는 것을 목적으로 한다.
본 연구는 등속 조인트 종류 중 하나인 플런지형 조인트 내부에서 내부 마찰에 의해 발생하는 축력을 보다 정확하게 측정할 수 있는 축력 측정장비를 개발하고 검증하는 것을 목적으로 한다. 차량의 변속기에 연결되어 동력을 등속으로 전달하는 등속 조인트의 경우 내부 마찰에 의해 축력이 발생하고 이는 차량의 셔더 현상을 발생시켜 차량의 진동성능 및 운전자의 승차감 저하를 나타낸다.

제안 방법

따라서 개발된 축력 측정장비를 통해 다양한 조건에서 발생하는 축력을 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다. 개발된 축력 측정장비는 셔더 현상이 발생하는 저단에서의 급가속 조건을 고려하여 개발된 장비이며 기존 회전형 시험기와 축력 측정 비교를 통해 장비의 신뢰성 및 성능을 검증하였다. 개발된 장비의 반복성을 검증하기 위해 동일 조건에서 축력을 반복적으로 측정하였고 총 3번의 축력측정결과 모두 5% 이내의 오차 범위에서 비슷한 경향을 보이는 것을 확인하였다.
개발된 축력측정장비는 기존 회전내구 시험기와 다르게 비회전형 형태이며 다양한 주행 조건을 고려할 수 있도록 설계 및 제작되었다. 차량이 저단에서 급출발 하는 경우 셔더 현상이 발생하므로 이를 고려하기 위해 비회전형으로 설계되었다.
관절각 0°에서 초기 설정을 완료한 후, 관절각을 1~15°까지 변경하며 총 3번 축력을 반복적으로 측정하였다.
기존 회전형 시험기와의 축력 비교를 통해 개발된 축력 측정장비의 신뢰성을 검증하였다. 기존 회전형 시험기와의 축력 비교 결과는 Fig.
개발된 축력 측정장비의 신뢰성을 검증하기 위해 축력 측정 시험을 수행하고 기존 회전내구성 시험기에서의 시험 결과와 비교하였다. 또한 개발된 장비를 통해 축력을 반복적으로 측정하여 신뢰성을 검증하였다. 실험을 위해 등속 조인트의 한쪽을 고정하고 관절각을 변화시키면서 각 관절각마다 20°씩 구동축을 회전시키며 내부 축력을 측정하였다.
개발된 장비의 반복성을 검증하기 위해 동일 조건에서 축력을 반복적으로 측정하였고 총 3번의 축력측정결과 모두 5% 이내의 오차 범위에서 비슷한 경향을 보이는 것을 확인하였다. 또한 회전형 시험기와 개발된 장비에서 축력을 측정하고 결과를 비교하였다. 회전형 시험기의 경우 축력이 비선형적으로 나타나는 구간이 존재하며 그 구간에서 상대적으로 비회전형 장비를 통해 측정한 축력과 큰 값 차이를 보였다.
실험을 위해 등속 조인트의 한쪽을 고정하고 관절각을 변화시키면서 각 관절각마다 20°씩 구동축을 회전시키며 내부 축력을 측정하였다.
4에서는 내구 테스트를 거치지 않은 구동축과 등속 조인트의 축력을 측정한 결과이다. 차량이 일정 거리 이상을 주행한 경우 등속 조인트 내부 마찰계수가 안정화되기에 이를 고려하여 내구 테스트를 수행한 등속 조인트에 발생하는 축력을 측정하였다. 비회전형 시험기에서 측정한 축력과의 비교 자료는 Fig.
개발된 축력측정장비는 기존 회전내구 시험기와 다르게 비회전형 형태이며 다양한 주행 조건을 고려할 수 있도록 설계 및 제작되었다. 차량이 저단에서 급출발 하는 경우 셔더 현상이 발생하므로 이를 고려하기 위해 비회전형으로 설계되었다. 따라서 기존 회전형 내구 시험기와 같이 주행중에 발생하는 등속조인트 내부 축력은 측정이 불가능하지만 셔더 현상을 일으키는 조건(준정적, quasi-static)에서의 축력을 보다 정확히 측정할 수 있다.

데이터처리

개발된 축력 측정장비의 신뢰성을 검증하기 위해 축력 측정 시험을 수행하고 기존 회전내구성 시험기에서의 시험 결과와 비교하였다. 또한 개발된 장비를 통해 축력을 반복적으로 측정하여 신뢰성을 검증하였다.

성능/효과

기존 회전형 시험기의 경우 관절각이 4~8° 를 제외한 구간에서 비교적 선형의 결과를 보여준다. 개발된 비회전형 측정장비의 경우 전 구간에서 선형화된 결과를 나타내며 비회전형 시험기에서의 축력과 비교하여 처음과 끝이 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다. 비회전형 시험기로 축력을 측정했을 경우 나타나는 비선형 구간의 경우 회전하는 경우 발생하는 진동 혹은 등속 조인트의 형상오차에 의해 발생하는 것으로 추측 된다.
개발된 축력 측정장비는 셔더 현상이 발생하는 저단에서의 급가속 조건을 고려하여 개발된 장비이며 기존 회전형 시험기와 축력 측정 비교를 통해 장비의 신뢰성 및 성능을 검증하였다. 개발된 장비의 반복성을 검증하기 위해 동일 조건에서 축력을 반복적으로 측정하였고 총 3번의 축력측정결과 모두 5% 이내의 오차 범위에서 비슷한 경향을 보이는 것을 확인하였다. 또한 회전형 시험기와 개발된 장비에서 축력을 측정하고 결과를 비교하였다.
개발한 비회전형 축력 측정장비로 축력을 측정할 경우 기존 회전형 시험기로 측정한 축력과 차이가 나는 구간이 존재하지만 처음과 끝은 큰 오차 없이 일치하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 다양한 조건에 따른 축력을 선형적으로 보다 쉽게 예측 가능하다.
개발된 축력 측정장비의 경우 축력이 선형적으로 나타나므로 다양한 환경에서 축력을 측정할 시 보다 쉽게 축력 예측이 가능할 것으로 생각된다. 또한 셔더와 같은 차량 진동은 높은 축력이 발생할 때 크게 나타나므로 높은 관절각에서 기존 시험기와 비슷한 결과를 보이므로 셔더를 고려한 축력 측정장비는 축력측정에 있어 충분한 신뢰성을 보인다고 할 수 있다.
또한 초기 축력은 모두 비슷하지만 관절각이 증가할수록 축력 증가량이 상대적으로 작은 것을 호가인할 수 있다. 최종적으로 관절각 15°에서는 내구 테스트를 수행한 이후 축력이 약 25% 정도 감소한 것을 확인할 수 있다. 내구 테스트에 따라 축력이 감소되는 것은 Fig.
관절각 0°에서 초기 설정을 완료한 후, 관절각을 1~15°까지 변경하며 총 3번 축력을 반복적으로 측정하였다. 측정된 축력은 모드 비슷한 경향을 보이며 측정된 축력 사이의 최대 오차 또한 5% 이내인 것을 확인할 수 있다. 따라서 개발된 축력측정장비의 반복성에 대한 신뢰성을 확인할 수 있다.
회전형 시험기의 경우 축력이 비선형적으로 나타나는 구간이 존재하며 그 구간에서 상대적으로 비회전형 장비를 통해 측정한 축력과 큰 값 차이를 보였다. 하지만 처음과 마지막에 측정된 축력은 비슷한 결과값을 나타내므로 개발된 비회전형 축력 측정장비의 경우도 정확한 축력 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다. 내구 시험이 등속조인트 내부 마찰에 영향을 미칠 수 있으므로 내구 테스트 전과 후 모두 두 장비에서 축력을 측정하였으며 모두 비슷한 결과를 얻었다.

후속연구

내구 시험이 등속조인트 내부 마찰에 영향을 미칠 수 있으므로 내구 테스트 전과 후 모두 두 장비에서 축력을 측정하였으며 모두 비슷한 결과를 얻었다. 개발된 축력 측정장비의 경우 축력이 선형적으로 나타나므로 다양한 환경에서 축력을 측정할 시 보다 쉽게 축력 예측이 가능할 것으로 생각된다. 또한 셔더와 같은 차량 진동은 높은 축력이 발생할 때 크게 나타나므로 높은 관절각에서 기존 시험기와 비슷한 결과를 보이므로 셔더를 고려한 축력 측정장비는 축력측정에 있어 충분한 신뢰성을 보인다고 할 수 있다.
따라서 다양한 조건에 따른 축력을 선형적으로 보다 쉽게 예측 가능하다. 또한 개발된 축력 측정장비의 경우 상대적으로 가격이 저렴하고 크기가 작으므로 오차를 고려한다 하더라고 기존 회전형 시험기와 비교하여 경쟁력이 있을 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	등속조인트 내부 마찰 특성 분석 및 마찰을 고려한 접촉 연구의 한계는 무엇인가?	등속조인트 내부 마찰 특성 분석 및 마찰을 고려한 접촉 연구 등에 대한 많은 연구가 국내외적으로 진행되고 있다[4-8]. 하지만 이러한 축력을 측정할 수 있는 장비 개발은 국내에서 아주 미흡한 실정이다. 대부분의 축력 측정 장비는 해외에서 수입하고 있으며 회전형 장비의 형태로 이루어져 있다.
	파워 트레인 시스템은 무엇인가?	파워 트레인(power train) 시스템은 엔진에서 발생하는 동력을 변속기를 통하여 차량의 바퀴까지 전달하는 역할을 하며, 등속조인트(constant velocity joint)는 파워 트레인을 구성하는 중요 부품 중 하나이다. 등속조인트는 리지드 리어 엑슬(rigid rear axle)을 사용하는 트럭이나 픽업을 제외한 전륜 차량의 구동축(driveshaft)에 사용되며 등록으로 토크를 전달하는 역할을 한다.
	등속조인트는 어떠한 역할을 수행하는가?	파워 트레인(power train) 시스템은 엔진에서 발생하는 동력을 변속기를 통하여 차량의 바퀴까지 전달하는 역할을 하며, 등속조인트(constant velocity joint)는 파워 트레인을 구성하는 중요 부품 중 하나이다. 등속조인트는 리지드 리어 엑슬(rigid rear axle)을 사용하는 트럭이나 픽업을 제외한 전륜 차량의 구동축(driveshaft)에 사용되며 등록으로 토크를 전달하는 역할을 한다. 외부 등속조인트는 고정형 조인트(fixed joint)이며 내부는 플런지형 조인트(plunge joint)으로 이루어져 있다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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원문보기 상세보기
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송명의, 임영훈, 조희제, 배대성, "트라이포드 타입등속조인트의 다물체 동역학 해석," Transaction of KSAE, 제18권, 제1호, pp. 1-7, 2010.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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