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가장자리 하중조건에서의 볼 조인트 마찰소음 연구
Investigation of Friction Noise in Ball Joint Under Edge Loading Condition 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.7, 2014년, pp.779 - 784  

강재영 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
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본 연구에서는 볼 조인트 구조에서 가장자리 하중을 받고 있을 때의 마찰 소음을 이론적으로 연구하였다. 구형 베어링 구조체와 반구 형태의 소켓간 마찰접촉 모델을 수학적으로 유도하여 동역학적 운동방정식을 전개하였다. 그 결과 볼 조인트부 굽힘 모드가 마찰에 의해 불안정할 수 있음을 보였고, 축력 및 접촉강성이 볼 조인트 동적 불안정성에 크게 영향을 주고 있음을 보였다. 반면 소켓의 틸팅 각도는 동적 불안정성에 크게 기여하지 않음을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study provided the analytical model describing the friction-induced noise in the ball joint system under the edge loading condition. The frictional and conformal contact kinematics between the spherical bearing and the hemispherical socket was derived and the dynamic equations of the perturbed ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 볼 조인트 시스템의 소켓 틸팅 각도에 따른 마찰소음 모델을 전개하였고, 가장자리 하중을 받고 있는 상태에서의 볼 조인트 마찰소음에 대해 다음과 같은 결과를 도출하였다.
  • 본 연구에서는 볼 조인트 작동 시 소켓과의 틸팅 각에 의해 회전방향으로 길게 접촉응력이 집중되는 가장자리하중 모델을 소개하고 이를 볼 조인트 마찰 소음모델로 구현하였다. 이를 통해 가장자리 하중 상태에서 볼 조인트 마찰소음에 영향을 주는 주요 인자들을 분석하였다.

가설 설정

  • 볼 조인트의 한쪽 단은 고정 경계면(Clamped)이라고 하고 다른 단은 소켓에 연결되어 있다. 또한 볼 조인트 링크의 길이( L ) 및 유효반경( Rb ), 소켓의 반경( R )을 갖고 있다고 하고, 정속 속도 Ω 로 회전한다고 가정 한다. 이하 모델은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
볼 조인트는 무엇인가? 볼 조인트는 링크 끝단에 볼 베어링을 장착하여 3축 회전을 부여하는 주요 기계부품으로서 다양한 분야에서 응용되어 왔다. 특히 다양한 동적 거동을 해야 하는 자동차 샤시 링크 류 부품에 적용되어 왔고, 로봇이나 인체 인공 관절부에도 응용되고 있다.
볼 조인트의 단점은? 특히 다양한 동적 거동을 해야 하는 자동차 샤시 링크 류 부품에 적용되어 왔고, 로봇이나 인체 인공 관절부에도 응용되고 있다. (1~4)볼 조인트는 작동 시 상대부품에 대해 마찰이 발생하여 마모 및 진동 소음과 같은 문제를 야기하여 왔다.
볼 조인트는 특히 어떤 분야에 활용되어 왔는가? 볼 조인트는 링크 끝단에 볼 베어링을 장착하여 3축 회전을 부여하는 주요 기계부품으로서 다양한 분야에서 응용되어 왔다. 특히 다양한 동적 거동을 해야 하는 자동차 샤시 링크 류 부품에 적용되어 왔고, 로봇이나 인체 인공 관절부에도 응용되고 있다. (1~4)볼 조인트는 작동 시 상대부품에 대해 마찰이 발생하여 마모 및 진동 소음과 같은 문제를 야기하여 왔다.
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참고문헌 (13)

  1. Mariot, J., K'nevez, J. and Barbedette, B., 2004, "Tripod and Ball Joint Automotive Transmission Kinetostatic Model Including Friction," Multibody System Dynamics, Vol. 11, pp. 127-145. 

  2. Fischer, I. S., 2000, "Numerical Analysis of Displacements in Spatial Mechanisms with Ball Joints," Mechanism and Machine Theory, Vol. 35, pp. 1623-1640. 

  3. Mattei, L., Puccio, F., Piccigallo, B. and Ciulli, E., 2011, "Lubrication and Wear Modelling of Artificial Hip Joint: A Review," Tribology International, Vol. 44, pp. 532-549. 

  4. Hwang, S., Kim, J., Seo, S., Han, S. and Lee, K., 2011, "Caulking and Gap Analysis for a Ball Joint," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 35, pp. 1077-1082. 

  5. Ibrahim, R. A., 1994, "Friction-Induced Vibration, Chatter, Squeal, and Chaos Part II: Dynamics and Modeling," Applied Mechanics Reviews, ASME, Vol. 47, pp. 227-253. 

  6. Yang, S. M. and Mote, C. D., 1991, "Stability of Non-Conservative Linear Discrete Gyroscopic Systems," Journal of Sound and Vibration, Vol. 147, pp. 453-464. 

  7. Kirillov, O. N., 2006, "Gyroscopic Stabilization of Non-Conservative Systems," Physics Letters A, Vol. 359, pp. 204-210. 

  8. Nack, W., 2000, "Brake Squeal Analysis by Finite Elements," International Journal of Vehicle Design, Vol. 23, pp. 263-275. 

  9. Bajer, A., Belskyl, V. and Zeng, L., 2003, "Combining a Nonlinear Static Analysis and Complex Eigenvalue Extraction in Brake Squeal Simulation," 2003-01-3349, SAE, Warrendale, PA. 

  10. Kang, J., 2009, "Squeal Analysis of Gyroscopic Disc Brake System Based on Finite Element Method," International Journal of Mechanical Science, Vol. 51, pp. 284-294. 

  11. Kang, J. and Kim, K., 2010, "Squeak Noise in Lead Screw Systems: Self-Excited Vibration of Continuous Model, "Journal of Sound and Vibration, Vol. 329, pp. 3587-3595. 

  12. Kang, J., 2014, "Investigation on Friction Noise in Beam Structure Under Mode-Coupling by Using Analytical Finite-Element Squeal Model," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, in-press. 

  13. Kang, J., 2011, "Theoretical Model of Ball Joint Squeak," Journal of Sound and Vibration, Vol. 330, pp. 5490-5499. 

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