RCF Pitting Test Rig – Three Discs on Roller (SRR Controlled)
PITTNG 이란 ?
베어링이나 기어에서는 회전에 따라 발생하는 접촉면이, 고접촉 응력이 반복적으로 작용하게되고, 반복적인 접촉 응력이 누적되면서 재료 내부에 미세 균열이 형성되고, 이 균열이 표면까지 진행되어 작은 작은 점(點) 형태로 떨어져 나가는 박리 현상을 피팅(Pitting)이라 합니다. Macro Pitting(내부균열시작)과 Micro Pitting(표면균열) 이 있습니다.
PITTING TEST 란 ?
PITTING TEST 는 구름-미끄럼 접촉 조건에서 반복 하중을 가하여 표면에 발생하는 미세 피팅(Micro Pitting) 및 매크로 피팅(Macro Pitting) 손상을 재현하고, 소재 열처리 윤활 조건에 따른 구름접촉피로(RCF) 수명을 평가하는 시험 입니다.
모델 ST-PR – Pitting 시험기 – 개념
- Three-Disc-on-Roller 구조를 적용한 구름-미끄럼 접촉 피팅 전용 시험기로, 실제 베어링 및 기어 접촉 조건을 실험실 환경에서 재현 합니다.
- Three Disc 구조는 접촉 이벤트 수를 증가시키면서도 반력을 대칭 분산시켜, 회전 기계의 정렬 안정성과 시험 효율을 동시에 향상시키는 설계입니다.
- Rolling Contact Fatigue (RCF) 환경에서 매크로 피팅(Macro Pitting)과 마이크로 피팅(Micro Pitting) 발생 메커니즘을 정밀 분석할 수 있습니다.
- 가변 Slide Roll Ratio (SRR), 즉 미끄럼-구름 접촉 비율을 수동형 기어 변경을 통하여 미끄럼 조건 제어 가능.
- 정밀 공압 하중 제어를 통해 접촉 압력을 구현합니다.
- Traction(견인력) 측정과 Electrical Contact Resistance (ECR) 분석을 통해 윤활 상태와 표면 손상 거동을 종합적으로 평가할 수 있습니다.
RCF 구름접촉피로 시험기인데, 왜 SRR(Slide Roll Ratio)을 제어하나 ?
- RCF 시험기에 Slide Roll Ratio(SRR) 제어 기능을 포함한 이유는, 실제 기어와 베어링 접촉이 순수 구름이 아니기 때문입니다.
- 산업 현장에서는 항상 미세 미끄럼이 존재하며, 이로 인해 표면 전단응력이 증가하고 Micro Pitting과 같은 표면 기인 피로가 발생 합니다.
- 따라서 SRR 제어는 실제 작동 조건을 재현하고, 윤활 거동과 표면 손상 메커니즘을 보다 현실적으로 평가하기 위해 필수적인 기술 입니다.
모델 ST-PR, SRR CONTROL 타입
Three Disk on Roller 형상의 PITTING TEST 시험기 : 모델 ST-PR
(중앙의 작은회색 롤러가 구동롤러이자 샘플 롤러)
모델 ST-PR – Pitting Test 시험기 – SRR 제어형
SRR 미끄럼-구름 비율 변경 : 수동식 기어 변경
모델 ST-PR – Pitting 시험기 – Three Disc on Roller 타입, SRR 제어형 – 개요
ST-PR Pitting Rig는 Three-Disc-on-Roller 구조를 채택한 시험기로,
- 구름-미끄럼 접촉(Rolling-Sliding Contact) 조건에서 발생하는 구름접촉피로(RCF, Rolling Contact Fatigue) 파손 메커니즘을 분석하기 위해 설계되었습니다.
- 본 장비는 건식(Dry) 및 윤활(Lubricated) 조건 모두에서
- 매크로 피팅(Macro Pitting) 및 마이크로 피팅(Micro Pitting) 현상을 재현하여 분석할 수 있습니다.
- 시험 롤러 시편은 단일 한개의 모터로 구동되며,
- 기어 쌍(Gear Pairs)을 이용한 *순환 토크 메커니즘(Circulating Torque Mechanism)*을 적용하여 고용량 구동 모터가 필요하지 않도록 설계 되어 경제적인 가격의 시험기를 구현 하였습니다.
- 또한, 다양한 *슬라이드-롤 비율(SRR, Slide Roll Ratio) 변경*은 적절한 기어 조합을 선택하거나 디스크 및 시험 롤러의 직경을 변경함으로써 구현할 수 있습니다.
모델 ST-PR – Pitting 시험기 – 내부 구조
- 3 Disc 구조는 시편이 1회전시 접촉 이벤트 수를 3회전으로 증가시키면서도 반력을 대칭 분산시켜, 회전 기계의 정렬 안정성과 시험 효율을 동시에 향상시키는 설계 입니다.
- 하중은 상부 디스크에 장착된 *공압 실린더(Pneumatic Cylinder)*를 통해 가해집니다.
- 상부 디스크는 미세하게 움직이며 스스로 정렬을 맞출 수 있는 축인 *플로팅 샤프트(Floating Shaft)*에 장착되어 있어 접촉 정렬이 자동으로 보정됩니다.
- 정밀 **압력 트랜스듀서(Pressure Transducer)**가 가해지는 하중을 측정하며,
- 이 하중은 시험 롤러(Test Roller)로 전달됩니다.
- 시험 롤러 역시 플로팅 샤프트에 장착되어 있어 균일한 접촉 조건을 유지 합니다.
- 이후 하중은 시험 롤러를 통해 하부 디스크들로 전달되며,
- 하부 디스크는 *고정 샤프트(Fixed Shaft)*에 장착되어 있습니다.
- 상부 디스크에는 수평 방향으로 작용하는 힘을 측정하기 위해 **로드셀(Load Cell)**이 장착되어 있습니다.
- 이 수평력은 시험 롤러와 상부 디스크 사이에서 발생하는 트랙션(traction) 힘에 의해 생성됩니다.
- 또한, 두 개의 하부 디스크는 전기적으로 절연(Electrically Insulated)되어 있으며 브러시(Brush)가 장착되어 있습니다. 이를 통해 롤러 시편과의 접촉을 경유하여 각 디스크 간 *전기 접촉 측정(Electrical Contact Measurement)*이 가능 합니다. 이 기능은 접촉부의 윤활막 형성 상태와 금속 접촉 여부를 확인하기 위한 전기 접촉 저항(ECR) 측정 장치 입니다.
모델 ST-PR – Pitting 시험기 – 시험 구성
- 다양한 디스크 및 시험 롤러 형상을 적용하여
- 서로 다른 *헤르츠 접촉압(Hertzian Contact Pressure)*과 *슬라이드-롤 비율(Slide-Roll Ratio, SRR)*을 구현할 수 있습니다.
- 시험 속도는 고속 모터 스핀들(High-Speed Motor Spindle)과 주파수 인버터(Frequency Inverter)를 통해 제어되며,
- 이를 통해 디스크 및 롤러의 원하는 표면 속도(Surface Velocity)를 정확히 설정할 수 있습니다.
- 시험 온도는 윤활유 순환 시스템(Lubrication Circulation System)과 온도 피드백 제어 메커니즘을 통해 정밀하게 조절됩니다.
모델 ST-PR – Pitting 시험기 – SRR 제어형 – 상세 사양
Technical Specifications
| Size of 3 Discs | 62 to 75 mm diameter (each) – can be varied |
| Size of Test Roller | 25 to 38 mm diameter – can be varied |
| Load Range | 0 to 2,000 N |
| Loading Method | Pneumatic |
| Load Measurement | Pressure transducer |
| Load Control | Manual precision pressure regulator |
| Traction Force | Load cell |
| Contact Resistance | Lunn-Furey circuit or LCR circuit |
| Slide Roll Ratio | 0 to ± 30 % – can be varied |
| Surface Velocity of Test Roller | up to 12 m/s |
| Rotational Speed of Test Roller | up to 6,000 rpm |
| Wear Analysis | Optical Screening |
| Temperature Range | Ambient to 150°C |
| Temperature Sensor | k-type thermocouple |
| Motor | 1.5 kW a.c. vector motor with liquid cooling |
| Control & Data Acquisition | PC with COMPEND software and USLIM interface |
Control, Measurement & Services
| Automatically Controlled Parameters |
Rotational Speed Lubricant Temperature Test Duration |
| Manually Controlled Parameters |
Load Slide-Roll Ratios Lubrication Flow Rate |
| Measured Parameters |
Rotational Speed Load Traction (upper disc – test roller) Electrical Contact Resistance (lower disc – test roller – lower disc) Vibration Signal (uncalibrated) Temperature Test Duration |
| Services | Electricity: 230 V, 6.4 A, 1.5 kW |
영국 PHOENIX사의 모델 ST-PR : Phoenix 웹사이트
영국 PHOENIX사의 모델 TE92 : 한미산업 사이트
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.
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