[논문]내구 열화에 따른 샤시계 볼트 체결력 변화 인자 연구

최동영; 최재칠; 한종욱

doi:10.22680/kasa.2015.7.1.020

문제 정의

이는 초음파를 통해 볼트의 늘어난 길이를 통해 축력을 측정하는 본 장비의 특성에 따른 변화이다. 내구 평가에 있어 가혹 조건을 기준으로 하고 강건한 개발을 위해 본 시험에서는 쿨링 후 일정하게 수렴한 축력을 계측하였다.
이러한 문제를 해결하기 위한 개선안을 다방면으로 검토하였다. 또한 객관적인 데이터를 수집, 활용하여 내구 검증을 할 수 있는 방법에 대해 알아보았다.
본 연구를 통하여 최근 이슈가 되고 있는 샤시계통의 체결부 풀림 문제에 대한 원인 파악과 개발 기간에서 나타나는 관리 방법에 대해 알아보았다. 이러한 문제를 해결하기 위한 개선안을 다방면으로 검토하였다.
본 연구에서 첫째, 개발 시 나타나는 볼트 풀림의 문제점 이력과 문제 발생 원인에 대해 알아본다. 두번째로 발생하는 문제점에 대한 개선방법을 검토 하여 개발 중 체결력 풀림과 관련된 문제가 발생하지 않도록 한다.

가설 설정

1) 체결부 볼트의 풀림은 피 체결물의 축방향 수직으로 작용하는 하중에 의해 발생한다. 샤시계통의 경우 지면에서 들어오는 하중이 전후, 상하, 좌우 모두 입력됨에 따라 입력되는 외력을 견딜 수 있는 축력뿐 아니라 적절한 하드웨어 선택으로 풀림의 가능성을 줄여야 한다.

제안 방법

주행 시험은 5가지의 가혹노면에 대해 각 5회 실시 하였다. BG노면, XC노면, Pot-Hole, ABS제동 그리고 빨래판로를 각 내구 SPEC 에 맞게 주행한 후 축력 변화 정도를 확인해 보았다.
특히 서브프레임과 차체를 체결하는 마운팅부의 경우 상하방향의 체결이 이뤄져 있다. Z방향의 수직방향인 X와 Y방향의 하중을 부하하여 볼트의 풀림 여부를 보기 위해 기존의 모드보다 더욱 큰 전후 방향과 횡 방향의 외력을 부하하는 내구 모드를 추가 하였다. 새로운 모드인 뉘버그링과 영암 서킷 모드는 기존에 나오지 않던 볼트 풀림 문제를 발견하였고, 개발 기간 중 검증하여 개선함으로써 기존의 내구 개발에 비해 더욱 강건하고 신뢰성 높은 내구 시험을 할 수 있게 되었다.
개발단계에서 토크 풀림의 문제가 있던 차량에 동일 부위를 초음파 축력 장비를 통해 계측 해 보았다. 계측 위치는 전방 서브프레임의 후측 마운팅 볼트와 서브프레임과 로어암의 G부시 마운팅 볼트 부이다.
계측 위치는 전방 서브프레임의 후측 마운팅 볼트와 서브프레임과 로어암의 G부시 마운팅 볼트 부이다. 개발단계에서 풀림 문제가 발생한 서브프레임 마운팅 볼트 이외 노면의 영향도를 비교하기 위해 동일한 방향으로 체결되는 G부시 체결 볼트를 비교군으로 선정하였다.(Fig.
두번째로 발생하는 문제점에 대한 개선방법을 검토 하여 개발 중 체결력 풀림과 관련된 문제가 발생하지 않도록 한다. 그러기 위해서 다양한 내구 열화 방법에 따른 체결력의 변화 정도를 비교한다. PG내의 내구 주행로에 따른 체결 축력 변화를 계측하여 풀림 관련 가혹노면에 대한 이해가 가능하게 한다.
본 연구에서 첫째, 개발 시 나타나는 볼트 풀림의 문제점 이력과 문제 발생 원인에 대해 알아본다. 두번째로 발생하는 문제점에 대한 개선방법을 검토 하여 개발 중 체결력 풀림과 관련된 문제가 발생하지 않도록 한다. 그러기 위해서 다양한 내구 열화 방법에 따른 체결력의 변화 정도를 비교한다.
PG내의 내구 주행로에 따른 체결 축력 변화를 계측하여 풀림 관련 가혹노면에 대한 이해가 가능하게 한다. 또한 축력 변화 시 토크의 변화 정도를 계측하여 내구 개발 시 축력 측정 이외의 방법으로 체결력의 변화를 파악 할 수 있는 방안을 모색하여 문제없는 개발 차량을 만들도록 한다. 마지막으로 개발함에 있어 객관적인 축력 데이터를 확보하고, 관리함에 있어 높은 신뢰성의 개발을 할 수 있다.
3은 해당 문제 부분이다. 문제에 대한 검증을 위해 좌면에 돌기를 넣어 서브프레임이 거동하지 않도록 한 것과 일반적인 좌면의 서브프레임간 축력을 비교 해 보았다. 동일 토크를 가하여 돌기타입과 일반 타입의 서브프레임을 각각 체결하고, 동일 주행 조건으로 주행한 후 축력의 변화량을 비교한 결과 돌기가 있는 서브프레임의 축력 변화량이 더 낮게 나왔다.
본 연구를 통하여 최근 이슈가 되고 있는 샤시계통의 체결부 풀림 문제에 대한 원인 파악과 개발 기간에서 나타나는 관리 방법에 대해 알아보았다. 이러한 문제를 해결하기 위한 개선안을 다방면으로 검토하였다. 또한 객관적인 데이터를 수집, 활용하여 내구 검증을 할 수 있는 방법에 대해 알아보았다.
그러나 일정 내구 기간 중 체결부의 토크저하를 알기 위해서 토크렌치를 사용한다면 정확한 토크값을 알 수 없고, 조임 또는 풀림 토크를 축정하기 위해 기존의 토크값이 변화하는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 체결 시 볼트와 피체결물을 함께 마킹 표시를 하여 풀림 여부를 확인 한다. 그러나 험로 주행 및 내구 환경에 의한 풀림 중 일부는 마킹 표식으로 분간할 수 없는 상황이 발생한다.
이러한 문제를 막기 위해서는 설계 단계에서부터 정확히 필요한 축력 값을 도출하여 해석을 통해 사전 검증하는 것이 필요하다. 해당 문제의 경우 축력을 증대할 수 있는 방안으로 개선하여 개발하였다.

대상 데이터

개발단계에서 토크 풀림의 문제가 있던 차량에 동일 부위를 초음파 축력 장비를 통해 계측 해 보았다. 계측 위치는 전방 서브프레임의 후측 마운팅 볼트와 서브프레임과 로어암의 G부시 마운팅 볼트 부이다. 개발단계에서 풀림 문제가 발생한 서브프레임 마운팅 볼트 이외 노면의 영향도를 비교하기 위해 동일한 방향으로 체결되는 G부시 체결 볼트를 비교군으로 선정하였다.

성능/효과

7은 마찰계수의 산포에 따른 토크 및 축력의 산포를 나타내는 그래프이다.⁽⁴⁾ 조립 시 토크는 일정하게 관리가 가능하나 면들의 마찰계수는 윤활유, 좌면 상태 등 관리가 어렵다. 체결 축력의 산포는 외력에 의해 볼트 풀림 또는 파단의 우려가 있기에 적절한 관리로 산포를 줄여야 한다.
2) A/S가 어려운 엔진 변속기의 경우 소성 영역 체결법을 사용하여 볼트의 체결력을 최대한 사용하고 있다. 탄성영역의 샤시계 체결은 산포가 많아 정확한 축력 관리가 어렵다.
문제에 대한 검증을 위해 좌면에 돌기를 넣어 서브프레임이 거동하지 않도록 한 것과 일반적인 좌면의 서브프레임간 축력을 비교 해 보았다. 동일 토크를 가하여 돌기타입과 일반 타입의 서브프레임을 각각 체결하고, 동일 주행 조건으로 주행한 후 축력의 변화량을 비교한 결과 돌기가 있는 서브프레임의 축력 변화량이 더 낮게 나왔다.
Z방향의 수직방향인 X와 Y방향의 하중을 부하하여 볼트의 풀림 여부를 보기 위해 기존의 모드보다 더욱 큰 전후 방향과 횡 방향의 외력을 부하하는 내구 모드를 추가 하였다. 새로운 모드인 뉘버그링과 영암 서킷 모드는 기존에 나오지 않던 볼트 풀림 문제를 발견하였고, 개발 기간 중 검증하여 개선함으로써 기존의 내구 개발에 비해 더욱 강건하고 신뢰성 높은 내구 시험을 할 수 있게 되었다.
세 번째로 디퍼런셜 기어 하우징 볼트의 풀림 문제가 있었다. 하우징의 경우 마운팅 부위가 고무 부시에 연결되어 있고 주행 중 기어의 회전으로 인해 계속적인 잔 진동이 들어오는 부위이다.
시험 결과 가장 체결부 풀림에 가장 가혹조건인 빨래판로에서 축력 저하가 크게 나타 났다. Fig.
아래의 시험시 배기계가 체결 볼트의 근처에 존재 하고 엔진 및 변속기의 열이 체결 볼트에 영향을 미쳐 시험 후 볼트의 온도가 크게 올라가는 현상이 있었다. 시험 직 후 볼트의 온도가 높이 올라간 상태에서 측정하는 축력 값과 1시간 이상 쿨링하여 대기온에서 기본적인 볼트의 온도일 때 축력 값은 변화함을 알 수 있었다. 온도가 높은 상태일 때는 볼트의 연성 성질로 인해 늘어나는 길이가 길어 더 높은 축력을 나타내지만 온도가 대기와 맞춰지며 볼트의 재질적 성질이 일반적으로 변화하면서 축력은 떨어지는 양상을 얻을 수 있었다.
Table 1은 다양한 환경에서의 풀림 정도를 상호 비교하여 나타낸 자료이다. 위의 자료에서 보면 스프링 와셔는 일반 육각 너트(볼트)에 비해 풀리지 않는 최대 미끌림 변위의 양이 작아서 풀림의 우려가 높음을 알 수 있다. 단순히 스프링 와셔가 면압을 높여준다는 기존의 설계적 믿음으로 관습적으로 사용하는 것은 오히려 중량 및 원가를 올리며 공학적으로는 더욱 불리한 방향으로 작용하기 때문에 설계단계에서부터 정확한 설계가 필요하다.
신규 개발 차량의 내구 주행 중 휠 너트의 풀림이 발생 하였다. 일정 토크를 부여하여 체결을 완료 한 후 내구 주행 결과 내구 만족 거리의 1/4정도에서 너트 풀림 현상이 발생했다. 아래 Fig.
초음파 축력 계측기를 통해 개발 시 문제가 된 차량의 개선안에 대한 개선 검증을 통해 유효성을 확인한다. 또한 개발중인 차종에 문제 우려부위를 선행 계측하여 내구 주행 전 / 중 / 후 변화하는 축력값을 계측할 예정이다.

후속연구

4) 축력 계측을 통한 데이터를 바탕으로 객관적이고 신뢰성 높은 선행 개발 가이드를 정립하여 내구 개발에 활용 하고자 한다.
이러한 모드의 변화는 기존의 개발기간 발생한 문제와는 일정부분 다른 양상의 새로운 문제점을 야기 하고 있다. 그러나 앞서 말한 것과 같이 수출 지역의 확대로 다양한 환경 및 도로조건을 보편적으로 만족 하기 위해 계속적인 내구 모드 개발은 필요하다.
초음파 축력 계측기를 통해 개발 시 문제가 된 차량의 개선안에 대한 개선 검증을 통해 유효성을 확인한다. 또한 개발중인 차종에 문제 우려부위를 선행 계측하여 내구 주행 전 / 중 / 후 변화하는 축력값을 계측할 예정이다. 또한 플랫폼에 따른 각 부위별 적정 축력 값을 계측하여 내구 투입 전 선행 평가 가이드를 작성 할 예정이다.
축력의 변화를 지속적으로 모니터링 하여 볼트와 체결부의 형상에 따른 축력 데이터를 수집하여 객관적인 자료화 한다면 풀림 문제에 대한 좀 더 다양하고 빠른 해결책을 제시 할 수 있을 것이다. 또한 개선의 효과를 신속하게 알 수 있으므로 신뢰성 있고 빠른 내구 검증을 할 수 있을 것이다.
또한 개발중인 차종에 문제 우려부위를 선행 계측하여 내구 주행 전 / 중 / 후 변화하는 축력값을 계측할 예정이다. 또한 플랫폼에 따른 각 부위별 적정 축력 값을 계측하여 내구 투입 전 선행 평가 가이드를 작성 할 예정이다.
개발에 있어 산포가 큰 토크 체결을 통해 내구 개발을 진행하는 것은 신뢰성 있는 개발 결과를 얻기 힘들다. 축력의 변화를 지속적으로 모니터링 하여 볼트와 체결부의 형상에 따른 축력 데이터를 수집하여 객관적인 자료화 한다면 풀림 문제에 대한 좀 더 다양하고 빠른 해결책을 제시 할 수 있을 것이다. 또한 개선의 효과를 신속하게 알 수 있으므로 신뢰성 있고 빠른 내구 검증을 할 수 있을 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	샤시계통의 특징은?	이러한 이유로 차량 내구 검증에 있어 차체/샤시계의 크랙 뿐 아니라 각 부품들을 연결하는 체결부의 체결력 또한 중요 개발 부분이다. 특히 샤시계통은 차량에 전달되는 하중이 크고 힘이 가장 먼저 전달되는 부위이며 체결부가 많아 개발 시 더욱 주의를 요하는 부위이다. 최근 부식 보증연한의 증대로 샤시계의 많은 부품이 표면처리의 방법을 변경하고 있다.
	차량의 편리성은 어디서부터 시작되는가?	차량을 이용하여 장거리를 이동을 할 때 우리는 차량의 편리성을 느낄 수 있다. 하지만 이러한 편의성을 느끼기 위해서는 기본적으로 차량이 안전하다는 믿음에서부터 시작된다. 고객에게 이러한 믿음을 주기 위해서는 차량 개발 시 안전과 관계된 부분에 대한 엄격한 개발이 이뤄져야 한다.
	차량은 어떻게 이루어져 있는가?	고객에게 이러한 믿음을 주기 위해서는 차량 개발 시 안전과 관계된 부분에 대한 엄격한 개발이 이뤄져야 한다. 차량은 다양한 부품으로 이뤄져 있고 이러한 부품들의 수리 및 교환의 용이성을 위해 많은 부위가 체결 볼트/너트로 결합되어 있다. 차량 주행 중 체결부가 풀린다거나, 체결부가 파손된다면 고객 안전에 큰 영향을 미치게 된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

내구 열화에 따른 샤시계 볼트 체결력 변화 인자 연구
A Study of Bolt Tightening Changing Factor according to Durability Degradation 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

내구 열화에 따른 샤시계 볼트 체결력 변화 인자 연구 A Study of Bolt Tightening Changing Factor according to Durability Degradation 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

내구 열화에 따른 샤시계 볼트 체결력 변화 인자 연구
A Study of Bolt Tightening Changing Factor according to Durability Degradation 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper