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LM 볼가이드 마찰력의 수학적 모델링
Mathematical Modeling of Friction Force in LM Ball Guides 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.32 no.5, 2015년, pp.423 - 429  

오광제 (한양대학교 기계공학과) ,  김경호 (한국기계연구원 초정밀시스템연구실) ,  박천홍 (한국기계연구원 초정밀시스템연구실) ,  정성종 (한양대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Linear motion (LM) ball guides have good accuracy and high efficiency. They are widely applied for precision machinery such as machine tools, semiconductor fabrication machines and robots. However, friction force incurs heat between the balls and grooves. Thermal expansion due to the heat deteriorat...

주제어

#마찰력 모델   #헤르쯔 접촉   #LM 볼가이드   #구름마찰   #점성마찰  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 LM 볼가이드의 마찰력 정식화를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 논문에서는 정밀기계의 직선운동 정밀도 최적화 설계에 응용되는 설계모듈 개발에 필요한 LM 볼가이드 마찰력의 정식화를 그의 형상, 물성치, 조립 및 운전 조건 변수에 대하여 모델링 한다. Shimizu4의 부하분포 모델을 이용하여 LM 볼가이드의 강성과 볼의 접촉부하를 해석하고, LM 볼가이드의 볼과 그루브 사이 접촉변형 해석에 필요한 Hertz 상수를 유도한다.

가설 설정

  • LM 볼가이드 내의 각 볼에 대한 부하분포와 강성을 해석하기 위해서는 외부하중 변화에 따른 볼의 탄성 변형량을 구해야 한다. 본 연구에서는 LM 볼가이드 요소 중에 볼을 제외한 나머지는 강체로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LM 볼가이드는 어디에 사용되는가? LM 볼가이드는 높은 강성과 정밀도를 갖는 직선운동요소로서 공작기계, 반도체 장비, 로봇 등 기계장비에 널리 사용된다. 구름 접촉에 따른 높은 운동 효율로 인해 LM 볼가이드의 사용이 증대되고 있으며, 다양한 부하조건에서 정밀기계를 설계 및 제작하기 위해서는 LM 볼가이드의 정확한 강성 예측이 중요하다.
KIMM에서 2009년부터 직선운동 유니트를 갖는 정밀기계를 인터넷 상에서 정확하고 빠르게 설계할 수 있는 설계 플랫폼 기술을 개발 중인데, 이 기술의 장점은 무엇인가 KIMM에서는 2009년부터 직선운동 유니트를 갖는 정밀기계를 인터넷 상에서 정확하고 빠르게 설계할 수 있는 설계 플랫폼 기술을 개발하고 있다.1 이 기술은 시간이나 거리에 상관없이 언제 어디서나 설계자가 Web상에서 정밀기계의 정밀도를 실시간에서 시뮬레이션 하면서 설계할 수 있는 장점을 가진다. 이를 위한 직선운동 유니트 설계 모듈에서는 여러 가지 운전 및 조립 조건에서 LM 볼가이드 물성치와 형상 정보를 대입하면 볼의 접촉부하 계산과 접촉각 변화에 따른 강성을 예측할 수 있는 LM 볼가이드 정강성의 정식화가 선행되어야 한다.
LM 볼가이드 정강성은 무엇에 영향을 받는가? 이를 위한 직선운동 유니트 설계 모듈에서는 여러 가지 운전 및 조립 조건에서 LM 볼가이드 물성치와 형상 정보를 대입하면 볼의 접촉부하 계산과 접촉각 변화에 따른 강성을 예측할 수 있는 LM 볼가이드 정강성의 정식화가 선행되어야 한다.2 이 정강성은 예압, 이송속도 및 수직부하에 따른 레일과 캐리지 사이의 변형에 영향을 받는다.3,4 그리고 이러한 변형은 운전 속도에 따라서 마찰력을 유발하고, 마찰력의 발생은 발열을 일으키고 이에 따른 열팽창 때문에 예압변화가 발생되는 폐루프 구조를 형성 한다.
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참고문헌 (12)

  1. KIMM, "Development of Platform Technology for Machine Accuracy Simulation II," Research Report, No. UCN011-4644.M, 2014. 

  2. Kim, K. H., Park, C. H., Song, C. K., Lee, H. S., and Kim, S. W., "The Accuracy Design of LM Guide System in Machine Tools," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 692-695, 2000. 

  3. Ohta, H. and Tanaka, K., "Vertical Stiffnesses of Preloaded Linear Guideway Type Ball Bearings Incorporating the Flexibility of the Carriage and Rail," Journal of Tribology, Vol. 132, No. 1, Paper No. 011102, 2010. 

    상세보기

  4. Shimizu, S., "Stiffness Analysis of Linear Motion Guide System," International Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 33, No. 3, pp. 163-167, 1999. 

    상세보기

  5. Harris, T. A., "Rolling Bearing Analysis," John Wiley, 4th Ed., pp. 183-230, 2001. 

  6. Slocum, A. H., "Precision Machine Design," Society of Manufacturing Engineers, pp. 460-50, 1992. 

  7. Kim, K. H., Park, C. H., Lee, H., and Kim, S. W., "Analysis of the Motion Errors in Linear Motion Guide," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 19, No. 5, pp.139-148, 2002. 

  8. Stolarski, T. A. and Tobe, S., "Rolling Contacts," John Wiley and Sons, pp. 76-80, 2000. 

  9. Hamrock, B. J. and Dowson, D., "Ball Bearing Lubrication: The Elasto-hydrodynamics of Elliptical Contacts," John Wiley and Sons, pp. 187-218, 1981. 

  10. Oh, K., Park, C. H., and Chung, S. C., "Identification of Static and Dynamic Frictions in Ballscrew Servos," Proc. of the ASPE Annual Meeting, 2014. 

  11. THK Co., Ltd., "THK Linear Motion System Catalog," 2012. 

  12. Weisberg, S., "Applied Linear Regression," John Wiley and Sons, pp. 194-206, 2005. 

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