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크롬 도금한 유압 실린더 로드와 시일 사이의 미끄럼접촉 해석
Sliding Contact Analysis between Chromium Plated Hydraulic Cylinder Rod and Seals 원문보기

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.15 no.1, 2018년, pp.10 - 15  

박태조 (School of Mechanical Engineering, ERI, Gyeongsang National University) ,  김민규 (Undergraduate School of Mechanical Engineering, Gyeongsang National University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The hydraulic cylinder seals are used not only to protect leakage of the working fluids but also to prevent incoming of foreign particles into the system. Chromium plating is generally applied to improve corrosion and wear resistance. It has been noticed that sealing surface damage occurs due to the...

주제어

#크롬 도금   #유압 실린더   #입자   #시일   #미끄럼접촉 해석   #마모  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 미세입자가 크롬 도금한 유압 실린더의 실링부 마모발생에 미치는 영향을 조사하기 위하여 3차원 미끄럼접촉 문제로 모델링하고 비선형문제해석 S/W를 사용하여 수치해석하고자 한다.
  • 본 논문에서는 유압유에 포함된 미세경질입자가 유압 실린더 실링부의 마모발생에 미치는 영향을 조사하기 위하여 구형입자와 크롬으로 도금된 모재면 사이의 3차원 미끄럼접촉 문제를 비선형해석 프로그램인 MARC/MENTAT를 사용하여 해석하였다. 시일에 파묻힌 입자에 의해서 실링면에서는 그루브와 토러스 형상으로 소성변형이 발생하며 이의 크기는 도금층이 두꺼울수록 감소하였다.

가설 설정

  • 2는 본 논문에서 사용한 3차원 미끄럼접촉 해석을 위한 유한요소 모델을 개략적으로 나타낸 그림으로 미세입자가 시일과 크롬으로 도금한 모재 사이에 위치하고 있다. 이때, 입자가 임의형상인 경우에는 해석이 어렵기 때문에 구형으로, 입자에 비하여 피스톤 로드나 실린더 내면의 곡률이 아주 크기 때문에 이들은 모두 평면으로 각각 가정하였다. 해석을 쉽게 수행하기 위하여 시일에는 미끄럼 방향으로 유압을 작용시키지 않는 대신에 반경방향으로 이와 동일한 크기의 접촉압력이 발생하도록 간섭량만큼 압입한 후 미끄러지게 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유압기계가 산업분야에 널리 사용되는 이유는 무엇인가? 출력밀도가 높고 자동화가 가능한 등의 많은 장점을 가지고 있는 유압기계는 다양한 산업분야에서 아주 널리 사용되고 있다. 여기서 유체의 압력 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 대표적인 액추에이터(actuator)인 유압 실린더에서는 이의 성능을 극대화하기 위하여 피스톤 로드와 실린더 사이의 간극 (clearance)부를 적절하게 설계해야만 된다.
상대운동부에서의 점성마찰을 최소화하기 위해 어떤 설계를 해야하는가? 출력밀도가 높고 자동화가 가능한 등의 많은 장점을 가지고 있는 유압기계는 다양한 산업분야에서 아주 널리 사용되고 있다. 여기서 유체의 압력 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 대표적인 액추에이터(actuator)인 유압 실린더에서는 이의 성능을 극대화하기 위하여 피스톤 로드와 실린더 사이의 간극 (clearance)부를 적절하게 설계해야만 된다. 즉, 고압인 유압유의 외부누설을 방지함과 아울러 상대운동부에서의 점성마찰(viscous friction)은 최소가 되도록 해야 된다.
실링(sealing) 성능에 영향을 미치는 설계변수는 무엇과 관련된 것인가? 시일의 재질, 형상, 적용환경 등에 관련된 많은 설계변수는 실링(sealing) 성능에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 연구와 적용기술의 개발이 지속적으로 수행되고 있다. 피스톤 로드와 항상 접촉상태로 운전되는 시일은 사용시간이 길어질수록 마모와 노화 등으로 기능이 점차 저하될 뿐만 아니라 유압유에 포함된 이물질과 시일의 작용으로 피스톤 로드 표면에서 연삭마모(abrasive wear)가 발생한다.
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참고문헌 (14)

  1. Meikandan, N. et al., "Theoretical Analysis of Tapered Pistons in High Speed Hydraulic Actuators", Wear, Vol. 137, pp. 299-321, 1990. 

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  2. Meikandan, N., Raman, R. and Singaperumal, M., "Experimental Study of Friction in Hydraulic Actuators with Sealless Pistons", Wear, Vol. 176, No. 1, pp. 131-135, 1994. 

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  3. Park, T. J., "Theoretical Analysis of Sealless Piston for Hydraulic Cylinders", J. of Drive and Control, Vol. 3, No. 3, pp. 252-58, 2006. 

  4. Muller, H. K. and Nau, B. S., Fluid Sealing Technology - Principles and Applications, Marcel Dekker, 1998. 

  5. Esposito, A., Fluid Power with Application, 7th ed., Prentice Hall, New Jersey, 2009. 

  6. Nikas, G. K., "Elastohydrodynamics and Mechanics of Rectangular Elastomeric Seals for Reciprocating Piston Rods", ASME Trans., J. of Tribology, Vol. 125, pp. 60-69, 2003. 

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  7. Yang, B. and Salant, R. F., "Elastohydrodynamic Lubrication Simulation of O-ring and U-cup Hydraulic Seals", Proc. Inst. Mech. Eng., Part J: J. Eng. Tribol., Vol. 225, No. 7, pp. 603-610, 2011. 

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  9. McColl, I. R., Ding, J. and Leen, S. B., "Finite Element Simulation and Experimental Validation of Fretting Wear", Wear, Vol. 256, pp. 1114-1127, 2004. 

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  10. Park, T. J. and Cho, H. D., "Contact Analysis of a Spherical Particle between Elastomeric Seal and Steel Surface", Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 34, No. 2, pp. 161-166, 2010. 

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  11. Park, T. J. and Lee, J. H., "Sliding Contact Analysis between Rubber Seal, a Spherical Particle and Steel Surface", J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 28, No. 1, pp. 1-6, 2012. 

  12. Park, T. J. and Lee, J. H., "Sliding Contact Analysis of a Spherical Particle between Rubber Seal and Coated Steel Counterface", J. Korean Soc. Tribol. Lubr. Eng., Vol. 28, No. 6, pp. 283-288, 2012. 

  13. Hong, Y. S., Kim, J. H. and Lee, S. L., "Performance Improvement of a Swash Plate Type Piston Pump in the Low-Speed Range by a DLC Coating", J. of Drive and Control, Vol. 11, No. 4, pp. 25-31, 2014. 

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  14. MSC, MSC.MARC/MENTAT 2012r1 User's Guide, Vol. A-E, 2012. 

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