기어 마찰마모 내구시험기 (Gear Tester)
영국 PHOENIX TRIBOLOGY사 – Back to Back 타입의 기어 시험기 입니다.
기어에 대해 수행할 수 있는 시험은 서로 상당히 다른 5 가지 종류로 구분 됩니다.
- 기어 재료 및 윤활제의 이상화(Idealised) 시험
- 실제 기어 치면 접촉을 모사하는 가변 Slide-Roll Ratio 시험 (TE 72 Two Roller 시험기 종류)
- 실제 기어쌍을 이용한 기어 마모 시험 (Back to Back 방식)
- 기어 치면 피로 시험
- Motor to Brake 방식 (가장 단순한 방식)
1.기어 재료 및 윤활제의 이상화 시험 :
이 시험은 Timken 시험이나 유사한 TE 53 Block-on-Ring 시험, 또는 Crossed Cylinder 시험과 같은 단순 미끄럼 시험일 수 있으며, 그리스 또는 고분자 재료를 평가하기 위해 사용됩니다.
2.실제 기어 치면 접촉을 모사하는 가변 Slide-Roll Ratio 시험 :
2-Roller 시험기를(모델 TE72 TE73 TE74) 이용하여 이런 방식의 시험을 할 수 있습니다.
- 기어 치면 접촉은 Sliding-Rolling 접촉이다.
- Two Roller 시험기 접촉도 Sliding-Rolling 접촉이다.
- Slide-Roll Ratio가 0이 아닌 경우 롤러 사이에는 미끄럼(Slip)이 존재한다.
- 기어쌍 사이에는 미끄럼(Slip)이 존재하지 않는다. (한미 참조설명 : 실제 기어는 치형이 맞물려 있으므로 헛도는 슬립은 없고, 단지 치면 위에서의 슬라이딩 운동만 존재한다.)
따라서 Two Roller 시험기를 사용하여 기어 치면 접촉 자체를 모사할 수는 있지만,
반드시 기어쌍 전체를 모사할 수 있는 것은 아니다. 이는 사용되는 Two Roller 시험기의 종류에 따라 달라 진다.
모델 TE 72 와 같은 대형 TWO ROLLER (=Twin Disk) 시험기를 대체하여 간편한 실험 할 수 있습니다.
→ 대형 투롤러 SRR 시험기 : 모델 TE 72 Two Roller Machine – 한미산업 사이트 링크
3.실제 기어쌍을 이용한 기어 마모시험 : Back to Back 방식
실제 기어를 시험하기 위한 가장 일반적인 장비 구성은 Back-to-Back 기어 시험기이며, 가장 대표적인 예가 FZG 시험기입니다. 이 장치는 토크 루프(Torque Loop)를 구성하며,
- 시험 기어(Test Gear)
- 슬레이브 기어(Slave Gear) -> 토크 루프를 만들기 위한 보조 역할/ 시험기어와 맞물려 하중을 전달/ 일반적으로 충분히 강하고 검증된 기어 사용 / 연구 대상이 아님
를 동일 기어비로 설치한 후, 폐쇄된 토크 루프 안에서 서로 하중을 가하도록 구성됩니다. 이 전체 토크 루프는 하나의 모터에 의해 회전 됩니다.
Back-to-Back = 두 개의 기어쌍을 이용해 토크를 장치 내부에서 순환시키는 폐회로(Closed Torque Loop) 방식의 기어 시험기입니다. 모터는 마찰 손실분만 공급/전력 소모 매우 적음/큰 하중 시험 가능.
그래서 세계적으로 가장 유명한 기어 시험기인 FZG Gear Test Rig 가 이 방식을 사용 합니다
이러한 설계 방식의 가장 큰 한계는
- 시험 기어와 슬레이브 기어의 기어비가 동일해야 하고
- PCD(Pitch Circle Diameter)도 동일해야 하며
- 축간거리(Shaft Centre Distance)도 동일해야 합니다.
따라서 매우 우수한 시험 방식이지만, 실질적으로는 특정 크기의 기어를 시험하는데 적합한 구조입니다.
Back to Back 방식 기어 마찰마모 내구 시험기 – 수평형 – 개념도
4.기어 치면 피로 시험 :
기어 치면 피로 시험은 본질적으로 서보 유압식(Servo-Hydraulic) 동적 시험기의 전용 맞춤형 지그(Fixture)에 해당합니다.
5.모터 투 브레이크 방식 : (Motor to Brake 방식)
Motor-to-Brake 방식은 모터가 시험 시편 기어 에 동력을 전달하고, 브레이크(다이나모미터)가 이를 흡수하여 부하를 발생시키는 시험 방식입니다. 실제 시험 토크와 동력이 지속적으로 전달되므로 기어, 감속기, 베어링 등의 성능 및 내구성 평가에 널리 사용됩니다. 장시간 시험에서 전력 소모가 심합니다.
Motor to Brake 방식 VS Back to Back 시험 방식의 비교표
| 항목 | Motor-to-Brake | Back-to-Back |
|---|---|---|
| 기본 원리 | 모터가 실제 시험 토크를 공급하고 브레이크가 흡수 | 예압 클러치로 순환 토크 생성, 모터는 손실만 보상 |
| 1000 N·m 시험 시 | 모터가 1000 N·m 공급 | 모터는 손실분만 공급 |
| 전력 소비 | 큼 | 작음 |
| 시험 시간 | 장시간 시험 시 전력비 부담 | 장시간 시험에 유리 |
| 초기 제작비 | 저렴 | 비쌈 |
| 구조 | 단순 | 복잡 |
| 고토크 시험 | 불리 | 유리 |
| 장시간 내구시험 | 보통 | 매우 유리 |
| 토크 안정성 | 보통 | 우수 |
| 비틀림 진동 | 상대적으로 큼 | 상대적으로 작음 |
| 반복성 | 보통 | 우수 |
| FZG 표준 적용 | 거의 없음 | 표준 방식 |
| 내구시험 | 가능 | 매우 적합 |
| 피팅(Pitting) 시험 | 가능 | 가장 많이 사용 |
| 마이크로피팅(Micropitting) 시험 | 가능 | 매우 적합 |
| 스커핑(Scuffing) 시험 | 가능 | 매우 적합 |
| 에너지 효율 | 낮음 | 매우 높음 |
모델 ST-TW 백투백 방식 기어 마찰마모 내구 시험기
영국 Phoenix Tribology사 모델 ST-TW
→ Phoenix Tribology사 웹사이트 링크
모델 ST-TW Back to Back 방식 기어 시험기는,
회전형 핀온디스크 시험장치와 복합기기 입니다.
모델 ST-TW 백투백 방식 기어 마찰마모 내구 시험기 – 수직형 – 개념
Phoenix사의 Back to Back 기어 시험 장치
위성 전개 메커니즘(Satellite Deployment Mechanism)에 사용되는 매우 작은 기어를 시험하기 위해 제작된 것입니다.
수직형 Back to Back 시험장치 – 개념도
토크 샤프트에서 발생된 토크는 두 개의 시험 기어 샤프트(test gear shaft)에 의해 반력으로 지지된다.)
- 하부 대형기어의 양쪽에 작은기어 2개(시험 샘플), 상부 대형 기어의 작은기어 2개(슬레이브 혹은 시험샘플) – 총 4개의 작은기어의 마모시험을 할 수 있게 보입니다.
- 대형 기어는 금속형, 소형기어는 플라스틱 기어로 하면은 소형 플라스틱 기어의 마모 피로 시험을 빠르게 할 수 있습니다. )
- 필요한 경우, 토크측정센서를 시험 기어 샤프트 중 하나 또는 양쪽 모두에 장착할 수 있습니다.
- 기어 마모가 발생함에 따라, 시험기의 하중 제어를 이용하여 스플라인 샤프트에 가해지는 하중을 일정하게 유지함으로써 루프 내 토크가 유지 됩니다.
- 모터가 토크를 직접 제어하는 방식이 아니라, 스플라인 샤프트를 비틀어서 토크를 발생시키는 방식 입니다.
- 즉, 시험기의 수직 샤프트를 통한 하중을 정밀하게 제어하는 방식으로 토크를 정밀 제어함으로, 샤프트나 샘플 기어가 마모되더라도 토크를 정밀하게 제어할 수 있습니다)
– 상세 사양 –
한미산업
1999년 개업 이후, 지난 30여년간
- Tribology(마찰/마모/윤활/CMP 연마), 스크래치, 고온 경도계, 베어링 시험기 : 미유럽 일본의 유명 제조공급사인 BRUKER, PHOENIX Tribology, TABER, SHINTO Heidon, INNOWEP, AMTEC, TRICO사.
- 열분석기(DSC,TGA,STA,TMA), 고온진공로 : 스위스 KEP 그룹의 SETARAM SETSAFE, 미국 MRF사, 일본 ENEOS MATERIALS사의 수지 열경화 시험기 등
최첨단 장비들을 국내에 소개 및 판매 기술 지원하여 왔으며, 또한 이기술을 바탕으로 일부 품목 제조를 통하여 국산화에도 노력하여 왔습니다. 앞으로도 더욱 노력하여 국내 기술 발전에 이바지 하도록 하겠습니다.
상호: 한미산업
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