스틱 슬립 시험기 (Stick Slip)

2.스틱 슬립 시험기 및 시편 소개 :

영국 PHOENIX사 모델 TE77 혹은 모델 TE79로 시험

Fig 1. 연구용 스틱 슬립 시험기의 – 개략도

• Fig 1 (그림 1)에 나타낸 것과 같이 시스템의 기계적 강성을 감소시키기 위해 댐퍼로 클로로프렌 고무가 장착 된 플레이트 온 플레이트형 왕복 테스터를 사용해 실험실 스틱 슬립 시험을 수행했습니다.

• 수직 하중은 상부 시편에 가해졌습니다.

• 상부 실(seal) 시편과 금속판 사이의 마찰력은 시험기 베이스에 연결된 로드셀 혹은 초고속 마찰력 측정이 가능한 Piezo 센서 에 의해 측정되었습니다. 소량의 윤활유를 사용하여 테스트했고, 일반적으로 2~3ml를 금속판 표면에 도포했습니다.

• 하부 시편은 직사각형 플레이트 모양의 탄소강으로 제작되었으며 슬라이딩 방향에 직각방향 표면 거칠기는 Ra 0.05μm였습니다. 철판 시편은 슬라이딩 방향으로 58mm, 폭은 38mm, 두께는 3mm였습니다.

• 상부시편은 유리섬유강화 나일론으로 제작되어 실제 건설기계 유압 실린더에 사용되는 40%의 유리섬유로 제작 되었습니다. Seal 시편 단면을 보면 높이 20~100μm, 직경 10~15μm의 유리섬유가 일정한 방향으로 배열되어 있습니다. Seal 시편의 외피는 나일론으로 덮여 있습니다.

• 슬라이딩 방향은 (섬유)실린더의 높이 방향이었습니다.

• Seal 시편은 슬라이딩 방향으로 길이 10mm, 폭 5mm, 두께 5mm, 표면 거칠기 Ra는 0.6~1.0μm 이었습니다.

• 테스트 오일 ; 스틱슬립에 대한 동작 조건의 영향을 연구했을 때, 파라핀 미네랄 베이스 오일 P46이 사용 되었습니다. 점도의 영향을 점검하기 위해 다양한 점도 등급인 P15, P100 및 P460의 베이스 오일이 사용 되었습니다. 마찰 모디파이어(modifier)의 효과를 비교할 때, 스테릴알콜, 스테릴 아민, 스테어산 및 소르비탄 에스테르를 P46에 0.1 mass%농축하여 함유한 오일이 사용되었습니다.

3. Stick-slip 평가 방법과 – 스틱슬립에 대한 길들임 운전의 효과 :

Fig 2. 파라핀 미네랄 베이스오일 P46 – 80N 하중 조건에서 0.5시간 동안 운전했을 때 스틱 슬립에 미치는 영향

• 스틱 슬립에 대한 길들임(run-in) 평가 항목과 효과는 Fig 2 (그림 2)에 나타나 있습니다.

• 길들임은 30분 동안 0.45 mm/s의 슬라이딩 속도와 80 N의 하중에서 오일 P46으로 실행 되었습니다. 길들임 실행 전과 실행 후에 스틱 슬립 측정은 스텝 하중 증가 및 스텝 속도 변경 방법에 따라 수행되었습니다.

• 즉, 각각 200초 동안 0.45 mm/s의 일정한 슬라이딩 속도에서 30, 50, 80, 100 N의 하중에서 단계별로 측정을 한 후,

• 80N의 일정 하중으로 슬라이딩 마찰 속도를 0.45mm/s 와 9 mm/s 사이에서 변경하였습니다.

• 길들임 전에 주행 중 마찰 계수의 변동 크기는 무시할 정도로 작고, 반면에 길들임 실행 후에는 마찰 계수의 상당한 변동이 관찰되는 것을 그림2에서 볼 수 있습니다. 그림 2에서 보듯이, 스틱 슬립은 주행 중 최대 슬립 속도 근처에서 마찰계수 변동폭(△μ)으로 평가되었습니다. 또한 정적 마찰 계수 μs 와 동적 마찰 계수 μd가 결정되었습니다.

• Fig 3
• 파라핀 미네랄 베이스오일 P46
• 0.45mm/sec 마찰속도에서 – 각각의 수직하중 증가 수치별
• Stick Slip 발생 효과(마찰계수 측정)

Fig 3. 수직하중 변화에 대한 stick slip의 영향 ;

• 첫째, 스틱슬립에 영향을 미치는 일부 매개변수의 영향을 연구했습니다. 동일한 실험 조건에서 실험을 반복했습니다. Fig 3 (그림 3)은 0.5시간 동안 길들임 운전 후에 동일한 조건에서 스틱 슬립의 평균 크기 변동 폭(△μ)과 편차에 미치는 하중의 영향을 보여줍니다.

• 큰 실험 오차를 볼 수 있지만, 30에서 80 N까지의 하중 범위에서 하중이 증가하면 (△μ)는 약간 증가합니다. 전체적으로, 하중은 현재의 실험 조건 내에서 작은 영향을 미칩니다.

• Fig 4
• 파라핀 미네랄 베이스오일 P46
• 0.45mm/sec 마찰속도에서 – 각각의 수직하중 증가 수치별
• 정적 동적 마찰계수 측정

Fig 4는 길들임 운전 전과 후에 하중에 따른 정적 동적 마찰계수의 변화를 보여줍니다.

• 정적마찰계수(μs)가 동적마찰계수(μd)보다 높다는 것은 길들임 운전 전, 후에 공통 입니다. 또한 길들임 운전 후에 길들임 운전 전보다 정마찰계수(μs) 와 동마찰계수(μd) 모두 더 높습니다.

• 길들임 후, 정적마찰계수(μs) 의 증가가 동적마찰계수(μd)의 증가보다 훨씬 크다는 것을 주목해야 합니다

• 반면에 스틱 슬립에 대한 슬라이딩 마찰 속도 V의 영향은 Fig 5와 같이 뚜렷하며,
• 낮은 슬라이딩 마찰 속도에서 상당한 스틱 슬립이 발생하는 반면, 스틱 슬립은 최고 속도에서 관찰되지 않습니다.

• Fig 6(그림 6)에 나타낸 것과 같이 슬라이딩 마찰속도 변화 vs 정적 동적 마찰계수 변화는 그림 4의 결과와 유사합니다.
• 길들임 운전 전과 후에 마찰계수를 비교하면 정지마찰계수의 증가는 운동마찰계수의 증가보다 훨씬 큽니다