[논문]엔지니어링 플라스틱의 접촉문제 신뢰성 분석 및 최적화

최덕현; 전지훈; 황운봉; 김명덕; 김영수; 조성진; 박관룡

문제 정의

마멸량은 상대 속도 및 하중의 함수이므로 마멸량의 비교에 있어서는 접촉부재의 실제 조건을 고려하여 상대 속도 및 하중을 선정하여야 한다.[2] 본 실험에서는 엔지니어링 플라스틱간의 마멸 및 마찰계수 특성을 상대 비교하는데 목적이 있으므로 상대 마멸재에 대해 비교 가능한 실험 조건으로 실험을 수행하였다. PP를 상대 마멸재로 사용하는 경우에는 하중 30kgf, 상대 속도 50rpm, 시간 4분에서 실험을 하였고 GI 강판을 상대 마멸재로 사용하는 경우에는 하중 40kgf, 속도 80rpm, 시간 8분에서 실험을 하였다.
따라서 본 연구에서는 접촉부재를 교체할 때 시스템의 신뢰도에 큰 영향을 끼치는 마멸 및 마찰 특성을 이해하기 위해 다양한 종류의 엔지니어링 플라스틱의 마멸 및 마찰 계수 측정 실험을 수행하였다. 또한 접촉부재에서 사용되는 엔지니어링 플라스틱을 교체하여 접촉 부재의 교체에 따른 진동 특성을 비교하였다.
또한 접촉부재에서 사용되는 엔지니어링 플라스틱을 교체하여 접촉 부재의 교체에 따른 진동 특성을 비교하였다. 이를 통해 접촉부재에서 엔지니어링 플라스틱 의 교체에 따른 신뢰성을 분석해 보고 전자 제품에서 진동을 감쇠하는 접촉부재의 교체에 따라 이를 최적화 시킬 수 있는 엔지니어링 플라스틱을 선정해 보고자 한다.

제안 방법

3. 마멸량과 마찰 계수 특성을 고려하여 전자 제품의 진동 감쇠 역할을 하는 접촉부재인 PA6를 PA6+G/F20%로 교체하여 진동 특성을 분석하였다. 실험 결과 수평 방향 진동은5.
진동량은 회전체에 의해 발생하는 진동을 감쇠해 주는 접촉부재인 PA6를 PA6+G/F20%로 교체하여 좌우, 상하 방향 진동량을 비교하였다. PA6+G/F20%로 교체를 고려한 이유는 PA6와 마멸량은 비슷하지만 마찰 계수가 높아 쿨롱 댐핑력이 커서 진동 감쇠를 향상 시킬 것으로 생각되어 선정하였다.[3] 접촉부재의 상대 접촉부재는 GI강판을 사용하였다.
[2] 본 실험에서는 엔지니어링 플라스틱간의 마멸 및 마찰계수 특성을 상대 비교하는데 목적이 있으므로 상대 마멸재에 대해 비교 가능한 실험 조건으로 실험을 수행하였다. PP를 상대 마멸재로 사용하는 경우에는 하중 30kgf, 상대 속도 50rpm, 시간 4분에서 실험을 하였고 GI 강판을 상대 마멸재로 사용하는 경우에는 하중 40kgf, 속도 80rpm, 시간 8분에서 실험을 하였다.
l-4는 PP와 GI 강판에 대한 마멸재들의 마멸량 결과이다. PP를 상대 마멸재로 사용한 경우에는 PP의 마멸량도 무시할 수 없기 때문에 PP와 마멸재의 마멸량 합을 통해 마멸 특성을 분석하였다. 실험 결과, PP가 상대 마멸재인 경우에 HDPE는 온도 상승으로 시편이 녹아서 마멸량을 측정할 수 없었고 PA6에 G/F30%, 20%, MoS2를 첨가한 재료의 마멸 특성이 우수하였다.
마찰 계수를 측정하기 위해서는 마멸이 일어나지 않는 조건하에 측정을 수행하여야 한다. 따라서 본 실험에서는 하중 15kgf, 상대 속도 30rpm, 시간 3분에서 측정을 하였다.
따라서 본 연구에서는 접촉부재를 교체할 때 시스템의 신뢰도에 큰 영향을 끼치는 마멸 및 마찰 특성을 이해하기 위해 다양한 종류의 엔지니어링 플라스틱의 마멸 및 마찰 계수 측정 실험을 수행하였다. 또한 접촉부재에서 사용되는 엔지니어링 플라스틱을 교체하여 접촉 부재의 교체에 따른 진동 특성을 비교하였다. 이를 통해 접촉부재에서 엔지니어링 플라스틱 의 교체에 따른 신뢰성을 분석해 보고 전자 제품에서 진동을 감쇠하는 접촉부재의 교체에 따라 이를 최적화 시킬 수 있는 엔지니어링 플라스틱을 선정해 보고자 한다.
[1] GI강판은 엔지니어링 플라스틱과 마멸량 및 마찰계수와 진동 특성을 비교하기 위해 사용하였다. 마멸 실험 장비는 ORIENTEC 사의 링온 디스크 타입의 장비를 사용하였고 마찰 계수 측정이 가능하며, 마멸량은 10-5 까지 측정 가능한 저울을 이용하였다. 진동 실험 장비는 HP3565 SPECTRUM ANANYZER 와 NAIS LASER ANALOG SENSOR 를 사용하여 수평 및 수직 방향 진동 거리를 측정하였다.
마멸량을 측정하기위해 마멸재(시편)와 상대 마멸재를 선정해야 한다. 본 실험에서는 GI 강판과 PP를 상대 마멸재로 하고 나머지 시편을 마멸재로 하여 마멸량을 비교한다. 마멸량은 상대 속도 및 하중의 함수이므로 마멸량의 비교에 있어서는 접촉부재의 실제 조건을 고려하여 상대 속도 및 하중을 선정하여야 한다.
본 진동 실험에서는 전자 제품의 진동을 감쇠해 주는 부품에 재료를 바꾸어 진동량 측정을 수행하였다. 진동량은 회전체에 의해 발생하는 진동을 감쇠해 주는 접촉부재인 PA6를 PA6+G/F20%로 교체하여 좌우, 상하 방향 진동량을 비교하였다.
마멸 실험 장비는 ORIENTEC 사의 링온 디스크 타입의 장비를 사용하였고 마찰 계수 측정이 가능하며, 마멸량은 10-5 까지 측정 가능한 저울을 이용하였다. 진동 실험 장비는 HP3565 SPECTRUM ANANYZER 와 NAIS LASER ANALOG SENSOR 를 사용하여 수평 및 수직 방향 진동 거리를 측정하였다.
본 진동 실험에서는 전자 제품의 진동을 감쇠해 주는 부품에 재료를 바꾸어 진동량 측정을 수행하였다. 진동량은 회전체에 의해 발생하는 진동을 감쇠해 주는 접촉부재인 PA6를 PA6+G/F20%로 교체하여 좌우, 상하 방향 진동량을 비교하였다. PA6+G/F20%로 교체를 고려한 이유는 PA6와 마멸량은 비슷하지만 마찰 계수가 높아 쿨롱 댐핑력이 커서 진동 감쇠를 향상 시킬 것으로 생각되어 선정하였다.
실험 결과, PP가 상대 마멸재인 경우에 HDPE는 온도 상승으로 시편이 녹아서 마멸량을 측정할 수 없었고 PA6에 G/F30%, 20%, MoS2를 첨가한 재료의 마멸 특성이 우수하였다. 한편 GI 강판이 상대 마멸재인 경우 GI 강판은 마멸이 거의 일어나지 않아 시편의 마멸량으로 마멸 특성을 분석하였다. 그 결과 PA6와 PA6에 G/F15%, 20%를 첨가한 재료의 마멸 특성이 우수하였다.

대상 데이터

였고 진동 실험에서는 GI 강판(Steel)과 PA6, PA6+G/F20%가 사용되었다.[1] GI강판은 엔지니어링 플라스틱과 마멸량 및 마찰계수와 진동 특성을 비교하기 위해 사용하였다. 마멸 실험 장비는 ORIENTEC 사의 링온 디스크 타입의 장비를 사용하였고 마찰 계수 측정이 가능하며, 마멸량은 10-5 까지 측정 가능한 저울을 이용하였다.
PA6+G/F20%로 교체를 고려한 이유는 PA6와 마멸량은 비슷하지만 마찰 계수가 높아 쿨롱 댐핑력이 커서 진동 감쇠를 향상 시킬 것으로 생각되어 선정하였다.[3] 접촉부재의 상대 접촉부재는 GI강판을 사용하였다.
마멸 및 마찰 계수 측정 실험에는 GI 강판(Steel) 과 PP, PA6, PA6+G/F15%, PA6+G/F20%, PA6+G/F30%, PA46, HDPE, PA6+M0S2 2~3%을 시편으로 사용흐}.였고 진동 실험에서는 GI 강판(Steel)과 PA6, PA6+G/F20%가 사용되었다.
마멸 및 마찰 계수 측정 실험에는 GI 강판(Steel) 과 PP, PA6, PA6+G/F15%, PA6+G/F20%, PA6+G/F30%, PA46, HDPE, PA6+M0S2 2~3%을 시편으로 사용흐}.였고 진동 실험에서는 GI 강판(Steel)과 PA6, PA6+G/F20%가 사용되었다.[1] GI강판은 엔지니어링 플라스틱과 마멸량 및 마찰계수와 진동 특성을 비교하기 위해 사용하였다.

성능/효과

1. PP를 상대 마멸재로 한 경우와 GI 강판을 상대 마멸재로 한 경우에 대해 마멸재들의 마 멸량에는 100배 이상의 상당한 차이를 보였고 마멸 경향에서도 반대의 경향을 나타내는 것을 확인하였다. 따라서 접촉부재에서의 엔지니어링 플라스틱의 교체는 반드시 상대 접촉부재와의 마멸 특성을 고려하여야 시스템 전체의 신뢰도를 높일 수 있을 것이다.
한편 GI 강판이 상대 마멸재인 경우 GI 강판은 마멸이 거의 일어나지 않아 시편의 마멸량으로 마멸 특성을 분석하였다. 그 결과 PA6와 PA6에 G/F15%, 20%를 첨가한 재료의 마멸 특성이 우수하였다.
5% 진동량이 감소하였다. 따라서 시스템 전체의 진동량 증가 비율을 고려하였을 때 PA6+G/F20%로의 교체는 PA6보다 시스템을 최적화하는데 더욱 효과적이라 하겠다.
마멸량과 마찰 계수 특성을 고려하여 전자 제품의 진동 감쇠 역할을 하는 접촉부재인 PA6를 PA6+G/F20%로 교체하여 진동 특성을 분석하였다. 실험 결과 수평 방향 진동은5.6% 증가하였으나 수직 방향 진동이 12.5% 감소하였다. 따라서 시스템 전체적으로 진동량은 감소하였고 PA6 + G/F20%로 교체하는 것은 이전 설계보다 최적화된 설계가 된다.
PP를 상대 마멸재로 사용한 경우에는 PP의 마멸량도 무시할 수 없기 때문에 PP와 마멸재의 마멸량 합을 통해 마멸 특성을 분석하였다. 실험 결과, PP가 상대 마멸재인 경우에 HDPE는 온도 상승으로 시편이 녹아서 마멸량을 측정할 수 없었고 PA6에 G/F30%, 20%, MoS2를 첨가한 재료의 마멸 특성이 우수하였다. 한편 GI 강판이 상대 마멸재인 경우 GI 강판은 마멸이 거의 일어나지 않아 시편의 마멸량으로 마멸 특성을 분석하였다.
PA6+G/F20%를 사용한 경우가 PA6를 사용한 경우보다 수평 방향 진동은 4mm 증가하였으나 수직 방향 진동은 2mm 감소하였다. 최대 진동량 증가비율을 비교해보면 수평 방향 진동량은 5.6% 진동량이 증가하였고 수직 방향은 12.5% 진동량이 감소하였다. 따라서 시스템 전체의 진동량 증가 비율을 고려하였을 때 PA6+G/F20%로의 교체는 PA6보다 시스템을 최적화하는데 더욱 효과적이라 하겠다.

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