동수압적 미끄럼베어링의 작동원리는, 두개의 서로 경사진 면이 윤활제를 그 사이에 두고 상대적인 운동을 함에 있어서 두면사이에는 윤활유 막이 형성되어 압력이 형성되고 두면에 작용하는 하중의 지지하게 되므로 직접적 마찰없이 상대적 미끄럼운동을 한다는 것이다. 동수압적 유체윤활은 윤활틈새 내의 윤활유동에 동수압적 점성유체역학 이론을 적용하며 베어링윤활유막의 압력분포를 계산하기 위한 편미분 방정식의 발견이 그 근본을 이루고 있고, 미끄럼베어링에 대한 기본적연구는 1900년 이래로 계속 수행되고 있다. 크랭크샤프트와 피스톤 연결봉 사이의 베어링은 동하중을 크게 받으며 회전하므로 저어널과 축의 상대운동은 회전운동과 윤활면의 수직운동으로 나누어 해석할 수 있다.
본 논문은 마찰력을 측정하는 시스템에 동특성 변화를 주어서, 이에 의해 발생하는 마찰현상의 변화와 수직하중의 변동특성에 관하여 측정을 하였으며, 미끄럼속도 및 하중조건 변화와 미끄럼운동을 하는 두물체 재료조합 변화에 따른 상기의 마찰특성변화에 관하여 실험적 및 이론적 고찰을 행하였다. 시스템의 동특성 변화를 주기 위하여 시스템의 강성(Stiffness)의 변화를 주었고, 또한 수직 하중 부과 방법을 Dead weight를 이용한 방법과 공압(Pneumatic)에 의한 방법을 비교함으로써 관성력 및 감쇠(Damping) 특성에 변화를 주었다. 시험 대상의 물체들은 강(Steel) 및 폴리머류의 Rosin과 PTFE를 선정하여, 재료변화에 따른 마찰특성 변화를 유도하였다.
본 연구는 steel 재질의 판과 Cu, Ni, Al, Mg 재질의 핀 간에 발생하는 마찰에 의한 마찰소음 특성을 왕복운동 및 회전운동 실험장치를 통하여 연구하였다. 실험 결과 미끄럼 속도에 대한 마찰곡선의 음의 기울기가 소음발생시점에 영향을 주었다. 특히 Cu 가 소음발생시점과 음의 기울기 측면에서 마찰소음방지에 가장 우수한 재질임을 확인하였다.
본 연구에서는 수직 하중과 미끄럼 속도가 DLC (a-C:H)와 WC/C (a-C:H:W)의 마찰 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 ball-on-disk 형태의 마찰 실험 장치를 이용하여 실험을 수행하였다. 연구 대상 고체 윤활막인 DLC와 WC/C는 AISI 52100 steel ball의 표면에 증착되었으며, 상대 마찰면의 재질은 침탄 경화된 SCM 415 Cr-Mo steel이다. 실험은 상대 습도가 20~40 %이고 온도가 $16{\sim}24^{\circ}C$인 대기 분위기에서 다양한 미끄럼 속도 (0.1, 0.78, 1.56, 3.13, 6.25, 12.5, 25, 50, 100 mm/s) 및 수직 하중 (2.4, 4.8, 9.6 N) 조건에 대해 수행되었다. 실험 결과로 각각의 실험 조건에서의 DLC와 WC/C의 운동 마찰 계수를 얻었다. 실험 결과 DLC와 WC/C의 운동 마찰 계수는 미끄럼 속도가 증가할 수록 대체로 증가하였으며, 수직 하중에 관계없이 거의 일정한 값을 보였다. 그리고 동일한 실험 조건에서 DLC의 마찰 계수가 WC/C의 마찰 계수에 비해 대체로 낮은 값을 보였다.
The most commonplace of collisions that directly affect people is that of vehicles. Safety studies have noted a correlation between vehicle occupant injury severity and velocity changes. Methods for estimating collision velocity changes are discussed here. This topic is part of what is referred to as accident reconstruction. Only planar collisions are considered. When a vehicle collides with another, impact dynamics with friction should be considered. This paper presents a general analysis methodology of impact. must dynamics incorporating friction. The presence of friction between sliding contacts during the impact makes the problem difficult since the events such as reverse sliding or sticking, which may occur at different times throughout the impact, must be determined. This paper uses the results of RICSAC experiments for verifying the developed methodology. The analysis and experimental results agree well.
강성체로된 견인물체가 탄성무한경면으로 지지된 점탄성층 위를 미끄러져 갈 때 접촉구간에서의 압력분포와 마찰 특성을 고찰하였다. 즉, 접촉구간에서의 강성체의 모양과 압력분포에 관한 적분 방정식을 구하고, 점탄성층의 두께가 접촉구간에 비하여 충분히 두꺼울 때 압력분포와 마찰계 수의 근사해를 구하였다. 압력분포의 모양은 점탄성층의 물성을 표시하는 지수값, 즉 .alpha.<1/2, .alpha.=1/2, .alpha.>1/2에 따라서 크게 다르다. 한편, 수치해석에 의하면 마찰 계수에 대한 근 사해는 강성체의 미끄럼 속도, 점탄성 층의 두께, 탄성체의 영율 (E$_{o}$ )과 점탄성층의 시효 성탄성계수 (E$_{v}$ )의 차, 즉 E$_{o}$ /E$_{v}$ 에 따라 변화함을 알 수 있다. 즉, 탄성체가 점탄성층에 비하여 딱딱하면 할수록, 또 강성체 속도가 느리면 느릴수록 마찰계수는 작아진다. 그리고 불성의 지수(.alpha.)가 커지면 커질수록 근사해의 수렵 속도는 느려지게 되고 지 수(.alpha.)가 1에 가까워지면 점탄성층의 탄성효과는 점성효과에 비하여 거의 무시할 수 있으며 근사해는 의미가 없어지게 된다.
상대 접촉하고 있는 물체에 미끄럼 운동이 가해질 경우 마찰에 의해 발생되는 거의 모든 에너지는 열로써 나타나게 된다. 이러한 마찰열은 주로 adhered junctions의 파괴 및 표면돌기(surface asperities)들의 소성 변형에 의한 열역할적 비가역 반응의 결과로 발생된다. 접촉부위의 발생열은 양 접촉제의 접촉면에 전달되어 접촉표면 온도의 급격한 증가를 초래하며 그 결과로 여러가지 surface phenomena, 즉 마찰, 마모, 산화(oxidation), 부식 및 구조적 열화(structural degradation) 금속학적 상변화등에 큰 영향을 미치게 된다. 딸서 볼 및 로울링 엘레먼트 베어링, 기어, 캠과 태핏, 브레이크 등 기계요소의 설계를 위한 주인자로서 근래에 들어 접촉표면의 온도가 주목받고 있다. 표면에 존재하는 layer로서는 금속표면에 응착시킨 coating layers, contaminant films, physisorbed 또는 chemisorbed films, oxide layers 또는 마찰열에 의해 형성되는 경도가 아주 높은 내마모층(hard wear-resistant layers) 등이 고려될수 있다. 낮은 열전도성을 가진 oxide film이 접촉 표면이 온도를 증가시킨다는 것이 Jaeger에 의해 지적되었으며 Ling과 Lai는 moving heat sjource가 가해지는 layered surface의 표면온도분포를 구하면서 substrate와 thermal property가 다른 layer가 존재하게 되면 그 두께가 아주 얇더라도 (1 마이크론 정도) 표면온도는 크게 변화됨을 보였다.
이상소음은 고분자 판재가 상호간에 미끄럼 운동을 할 때 마찰에 의한 스틱-슬립 메카니즘에 의하여 발생한다. 본 연구에서는 실험적 방법을 통하여 이상소음을 줄이기 위하여 가전제품에 많이 사용되는 ABS, PP, MIPS, POM 고분자 소재에 대하여 ABS를 기초로 하여 소재간의 조합이 이상소음에 미치는 영향을 알아보았다. 소재간 마찰에 의한 이상소음을 평가하기 위한 실험방법과 장치를 제안하였으며, 실험변수로는 소재의 조합뿐만 아니라 고분자 판재의 표면 거칠기, 수직 접촉하중, 상대운동 속도 등을 두었다. 본 연구를 통하여 이상소음 저감을 위해서 ABS 소재와 POM 소재 조합이 가장 좋음을 알 수 있었으며, 다른 재료조합에 대한 결과도 상호 비교하였다.
A method for the inverse dynamic analysis of constrained multibody systems considering friction forces acting on kinematic joints is presented in this paper. The stiction and the sliding which represent zero and non-zero relative motions are considered during the inverse dynamic analysis. Actuating forces to control the position or the orientation of constrained multibody systems are usually calculated in the inverse dynamic analysis. An iterative procedure need to be employed to calculate the actuating forces when the friction is considered. Furthermore, the actuating forces are not uniquely determined during the stiction. These difficulties are resolved by the method presented in this paper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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