초록 ▼

□ 연구개요
● 각접촉 볼베어링의 미끄럼 마찰 토크는 베어링 발열에 큰 영향을 미치는 요인으로서 정확한 예측 방법이 필요함.
● 기존의 미끄럼 마찰 토크 계산식은 계산 과정이 복잡하고 고속에서는 스키딩 효과를 무시하여 오차가 커지는 한계가 있음.
● 본 연구에서는 개선된 미끄럼 마찰 토크 계산 방법을 제시하였음.
- 볼-레이스 접촉상태 예측 알고리즘 개발 및 미끄럼 마찰 토크 성분 계산식 유도
- 고속에서 큰 마찰을 일으키는 스키딩의 예측 및 스키딩 기인 마찰력 계산식 유도
● 개발된 식을 실제 베어

□ 연구개요
● 각접촉 볼베어링의 미끄럼 마찰 토크는 베어링 발열에 큰 영향을 미치는 요인으로서 정확한 예측 방법이 필요함.
● 기존의 미끄럼 마찰 토크 계산식은 계산 과정이 복잡하고 고속에서는 스키딩 효과를 무시하여 오차가 커지는 한계가 있음.
● 본 연구에서는 개선된 미끄럼 마찰 토크 계산 방법을 제시하였음.
- 볼-레이스 접촉상태 예측 알고리즘 개발 및 미끄럼 마찰 토크 성분 계산식 유도
- 고속에서 큰 마찰을 일으키는 스키딩의 예측 및 스키딩 기인 마찰력 계산식 유도
● 개발된 식을 실제 베어링 데이터와 비교하여 검증하였고 응용사례를 제시하였음

□ 연구 목표대비 연구결과
● 미끄럼 마찰 관련 볼-레이스 접촉상태 변화 예측 알고리즘 개발
- 준정적 모델(Quasi-static model)을 통한 접촉하중 계산·활용
- 볼에 미치는 힘과 모멘트 평형식을 활용한 반복 계산 알고리즘 개발
- 회전속도, 초기접촉각, 예하중, 경방향 하중 등의 조건에 따른 접촉상태 변화 분석
● 스피닝(Spinning) 및 차동 미끄럼(Differential sliding) 토크 계산식 개선 및 검증
- 볼-레이스 접촉상태 변수를 활용한 개선된 계산식 유도 및 검증
● 스키딩(Skidding) 예측 및 스키딩 기인 마찰 토크 계산식 유도 및 검증
- 볼의 자이로스코프 효과와 마찰력 관계에서 스키딩 발생 예측 방법 제시
- 볼의 원심력과 자이로스코프 효과 및 접촉변수 등과의 관련성을 기초로 1개의 미지계수를 포함한 스키딩 마찰 토크 계산식 제시
- 스피닝 마찰 및 차동 미끄럼 마찰 성분을 제외한 나머지 성분과 스키딩 마찰식에 의한 계산 결과를 비교하며 미지계수를 결정하고 크기가 다른 베어링을 통해 검증
● 미끄럼 마찰 토크 계산식 검증 및 활용
- 스피닝 마찰, 차동 미끄럼 마찰 및 스키딩 마찰을 모두 포함하는 계산식과 실험식에 이한 결과를 비교하여 검증
- 개발된 식을 운전 토크 계산에 적용하여 각오차 및 경방향 하중 조건에서의 마찰 토크 변화를 검토하고 마찰력 저감 방안 검토

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 각접촉 볼베어링 발열 예측 및 응용
- 각접촉 볼베어링을 많이 활용하는 고속 정밀 스핀들 등의 회전체에서 베어링의 열적 특성 개선이 중요하게 취급되고 있음.
- 개발된 계산식을 활용하여 각접촉 볼베어링 운전 토크 및 발열량을 계산하여 회전체의 열적 특성 예측을 위한 데이터로 활용함.
● 베어링 특성 해석 및 회전체-베어링 계 해석 프로그램 구축
- 고속 베어링에서 문제가 될 수 있는 스키딩을 예측하고 열적 특성을 미리 파악하여 베어링 설계 또는 운전 조건 설정에 활용할 수 있는 프로그램 개발
- 본 연구팀이 기 개발한 스핀들-베어링 계에 대한 동적/정적 해석 프로그램에 본 연구를 통해 개발한 열적 해석 기능을 탑재
● 다른 형식의 베어링에 활용 기대
- 볼을 회전요소로 사용하는 대부분의 베어링에 대해 개발된 계산식이 활용될 수 있을 것으로 기대됨. 특히 복열 볼베어링에는 개발된 계산식 그대로 활용 가능함.
- 롤러를 회전요소로 사용하는 베어링에 대해서도 고속에서의 마찰 토크 예측을 위해 동일한 접근 방법이 활용될 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1 각접촉 볼베어링 미끄럼 마찰력 발생 메커니즘 ... 5
• 2.2 각접촉 볼베어링 미끄럼 마찰력 예측을 위한 계산식 개발 ... 7
• 2.3 미끄럼 마찰 토크 계산식 응용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 15
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 끝페이지 ... 16