[논문]외부 공기속도 변화에 따른 소결마찰재와 디스크간 마찰특성

이종성; 이희성

doi:10.9725/kstle-2013.29.1.019

[국내논문] 외부 공기속도 변화에 따른 소결마찰재와 디스크간 마찰특성
Influence of External Air Velocity for Tribological Characteristics between Sintered Friction Material and Disk 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.29 no.1, 2013년, pp.19 - 26

이종성 (서울과학기술대학교 철도전문대학원 철도차량시스템공학과) , 이희성 (서울과학기술대학교 철도전문대학원 철도차량시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Cu-matrix sintered brake pads and low-alloy heat-resistant steel are commonly applied to basic brake systems in high-energy moving machines. In this research, we analyzed the tribological characteristics to determine the influence of the air velocity between the disk and pad. At a low brake pressure with airflow, the friction stability was decreased as a result of the lack of tribofilm formation at the disk surface. However, there were no significant changes in the friction coefficient under any of the test conditions. The wear rates of the friction materials were decreased with an increase in the airflow velocity. As a result, the airflow velocity influenced the friction stability, as well as the wear rate of the friction materials and disk, but not the friction coefficient.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실제 제동조건과 유사 조건을 형성하기 위해 제동시 마찰재와 제동디스크사이에 인위적으로 공기유동을 제공함으로써 공기속도에 따른 동계 소결마찰재와 내열강 제동디스크간의 마찰특성을 고찰하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 일정압력으로 마찰시편을 제동디스크에 압착시켜 마찰특성을 평가하는 압력모드를 적용하였다. 시험에 사용된 관성질량은 0.
공기를 마찰재와 디스크 사이에 공급하기 위해 제동시 공기를 규정된 속도로 분사하였다. 공기는 면적이 5.
본 시험기는 제동디스크를 요구하는 속도로 회전시킨 후 마찰시편에 압력을 가하여 이때 발생하는 토크, 회전속도, 제동압력 등을 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정된 데이터는 컴퓨터에 의해 자동으로 분석, 저장 및 프린터 출력이 가능한 구조이다. 특히 본 연구에서는 제동시마다 제동디스크와 마찰재 사이에 일정 속도의 공기를 공급하여 공기속도에 따른 마찰특성을 연구하였다.
본 시험기는 제동디스크를 요구하는 속도로 회전시킨 후 마찰시편에 압력을 가하여 이때 발생하는 토크, 회전속도, 제동압력 등을 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정된 데이터는 컴퓨터에 의해 자동으로 분석, 저장 및 프린터 출력이 가능한 구조이다. 특히 본 연구에서는 제동시마다 제동디스크와 마찰재 사이에 일정 속도의 공기를 공급하여 공기속도에 따른 마찰특성을 연구하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 제동디스크는 철도차량에 사용되는 저합금 내열강을 기계가공 후 조질처리(Quenching & Tempering) 하고 연마하여 제작하였다. 디스크의 화학성분을 Table 1에, 물성은 Table 2에 나타내었다.
본 연구에 사용한 마찰시편은 현재 철도차량에 적용되고 있는 동계 소결마찰재로, Table 3에 마찰재 조성을 Table 4에 기초물성을 나타내었다.

데이터처리

제동시험후 제동디스크의 표면상태은 표면조도계 (Roughness tester)로 마모트랙을 측정하여 Ra(중심선 평균조도) 값과 Ry(최대높이 거칠기)값으로 산출하였다. 또한 XRD를 이용하여 마찰면의 성상을 판단하였다.

이론/모형

마찰특성 평가는 소형 다이나모 시험기(Lab-Scale Dynamometer)를 이용하여 수행하였다.(Fig. 4) Fig.

성능/효과

1. 제동압력이 높은 경우 외부 공기속도에 따른 마찰계수의 변화는 없지만, 제동압력이 낮은 경우는 공기속도에 따른 변화를 나타내었다. 또한 저압에서 공기유입이 있으면 마찰계수 안정성은 낮아졌다.
2. 외부 공기속도 변화가 있는 경우 마찰시편의 마모량은 감소하였으며, 이는 마찰면에 형성된 산화피막의 영향보다는 마모분에 의한 연삭작용이 소결마찰재와 내열강 제동디스크간 주된 마모메카니즘인 것으로 추정되어 진다.
3. 제동디스크 마찰표면에 형성된 산화물은 제동압력과 공기속도에 따라 Fe₂O₃와 Fe₃O₄가 형성되나, 제동압력이 낮고 공기유입이 있는 경우는 마찰면에 산화피막이 형성되지 않고 이 경우 마찰계수 안정성이 낮아진다. 마찰재의 마찰표면에는 모든 조건에서 Fe₂O₃와 Fe₃O₄가 형성되었다.
제동디스크 마찰표면에 형성된 산화물은 제동압력과 공기속도에 따라 Fe₂O₃와 Fe₃O₄가 형성되나, 제동압력이 낮고 공기유입이 있는 경우는 마찰면에 산화피막이 형성되지 않고 이 경우 마찰계수 안정성이 낮아진다. 마찰재의 마찰표면에는 모든 조건에서 Fe₂O₃와 Fe₃O₄가 형성되었다.

후속연구

공기속도가 4 m/s의 경우가 오히려 8 m/s보다 더 높은 Ry값을 가지는데, 명확한 원인은 추가적인 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	외부공기 속도변화가 내열강 디스크와 금속계 소결마찰재간의 마찰특성에 미치는 영향은 어떠한가?	1. 제동압력이 높은 경우 외부 공기속도에 따른 마찰계수의 변화는 없지만, 제동압력이 낮은 경우는 공기속도에 따른 변화를 나타내었다. 또한 저압에서 공기유입이 있으면 마찰계수 안정성은 낮아졌다. 이러한 원인은 마찰면에 형성된 산화피막을 영향인 것으로 판단된다. 2. 외부 공기속도 변화가 있는 경우 마찰시편의 마모량은 감소하였으며, 이는 마찰면에 형성된 산화피막의 영향보다는 마모분에 의한 연삭작용이 소결마찰재와 내열강 제동디스크간 주된 마모메카니즘인 것으로 추정되어 진다. 3. 제동디스크 마찰표면에 형성된 산화물은 제동압력과 공기속도에 따라 Fe2O3와 Fe3O4가 형성되나, 제동압력이 낮고 공기유입이 있는 경우는 마찰면에 산화피막이 형성되지 않고 이 경우 마찰계수 안정성이 낮아진다. 마찰재의 마찰표면에는 모든 조건에서 Fe2O3와 Fe3O4가 형성되었다.
	동계 소결마찰재와 제동디스크 상호간의 마찰특성 시험의 한계점은 무엇인가?	그런데 동계 소결마찰재와 제동디스크 상호간의 마찰특성은 대부분 마찰시험기(Friction Tester)나 다이나모시험기(Dynamometer)를 이용한 시험적 연구로 이루어지지만, 이러한 시험이 실제 운송기기의 제동 환경을 반영하지 못하는 경우가 많아 산업적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 시험환경과 실제 환경과의 대표적인 차이는 제동시 마찰재와 제동디스크 사이의 공기유동이다.
	시험환경과 실제 환경과의 대표적인 차이는 무엇인가?	그런데 동계 소결마찰재와 제동디스크 상호간의 마찰특성은 대부분 마찰시험기(Friction Tester)나 다이나모시험기(Dynamometer)를 이용한 시험적 연구로 이루어지지만, 이러한 시험이 실제 운송기기의 제동 환경을 반영하지 못하는 경우가 많아 산업적으로 적용하기에는 어려움이 있다. 시험환경과 실제 환경과의 대표적인 차이는 제동시 마찰재와 제동디스크 사이의 공기유동이다. 즉 철도차량이 제동시 마찰재와제동디스크 사이에는 속도변화에 따른 외부공기의 유동이 형성되며 이러한 공기유동은 마찰특성에 영향을 미치게 된다.

참고문헌 (11)

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