RCF 8 Rolling Contact Fatigue Test – Two Ball on Rod type
RCF (Rollinig Contact Fatigue, 구름접촉피로) 란 ?
Rolling Contact Fatigue (RCF) 는 구름 접촉 조건에서 반복적으로 발생하는 고접촉 응력에 의해 소재 내부에 균열이 생성· 성장하고, 최종적으로 표면 박리폭열 현상(Spalling)나 피팅(Pitting)으로 이어지는 피로 파괴 현상입니다.
어디에서 발생하는가 ?
- 구름 베어링 레이스웨이
- 롤러 및 볼 베어링 접촉부
- 기어 치면(Tooth Flank)
- 캠–팔로워 접촉부
- 철도 레일–차륜 접촉부
발생 메커니즘 :
- Hertzian 접촉 응력 발생
- 반복 회전에 따른 전단 응력 축적
- 표면 또는 표면하(Subsurface)에 미세 균열 형성
- 균열 성장 → 표면 박리폭열 현상(Spalling) 또는 피팅(Pitting)
- 특히 베어링강에서는 표면 아래 약 0.1~0.5 mm 영역에서 균열이 시작되는 경우가 많습니다.
RCF Test (구름접촉피로 시험) 이란 ?
- RCF Test (Rolling Contact Fatigue Test) 는 구름 접촉 조건에서 반복적인 접촉 응력을 인가하여, 소재나 부품의 피로 수명을 평가하는 시험입니다.
- 즉, 실제 베어링·기어 등에서 발생하는 구름 접촉 환경을 실험실에서 재현하여, 피팅(Pitting)이나 박리폭열 현상(Spalling)이 발생할 때까지의 수명을 정량적으로 측정하는 시험 입니다.
왜 수행하는가 ?
- 베어링강의 내구 수명 비교
- 열처리 조건 영향 평가
- 소재 청정도(Inclusion) 영향 분석
- 윤활유 성능 비교
- 코팅의 피로 저항성 평가
- 가속 수명시험(Accelerated Life Testing)
시험 원리
- 일정 하중을 인가하여 Hertzian 접촉응력 형성
- 고속 회전으로 반복 접촉 유도
- 수백만~수천만 회 반복 하중 부여
- 피팅 또는 박리 발생 시점 측정
시험 종료 조건은 다음과 같습니다:
- 설정 시간 도달
- 설정 회전수 도달
- 진동 증가에 의한 파손 감지
모델 RCF 8 – TWO BALL ON ROD 타입 –
ROLLING CONTACT FATIGUE(구름접촉피로)시험기 – 개념
Two Ball on Rod 형상의, RCF 8 Rolling Contact Fatigue 시험기 :
- 본 장치는 상부 구동 롤러(최대 60mm)에 고하중을 적용하고, 구동 회전 제어하며, Two Ball의 대칭적 안정적인 지지를 통해, 빨강색 Rod 베어링소재 시편(최대 12mm)의 초고속 회전을 일으키며, 반복 접촉 하중을 전달하는 구조 입니다.
- 베어링 소재인 빨강색 롤러 시편을 최대 30,000 rpm 접촉 효과까지 만들어 줍니다.
- 고속 구름 접촉 조건에서 피팅 발생 시점까지의 피로 수명을 빠르게 평가하는 시험 시스템 입니다.
- 경계윤활/혼합윤활/유체윤활 영역(?)을 조성하여 시험할 수 있고, 유체 윤활시 베어링 소재 내부에서 발생하는 피로균열 현상의 Macro Pitting, 경계~혼합 윤활시 베어리 표면에서 발생하는 피로현상인 Micro Pitting 시험이 가능 합니다.
Two Ball on Rod 형상이, RCF (구름접촉피로) 시험에 유리한 이유 :
- 볼 점접촉 구조로 미세한 축 오차를 자동 흡수 (볼은 점접촉 구조이므로 약간의 축 기울어짐이 있어도 접촉 위치가 스스로 조정되어 정렬 오차의 영향을 줄입니다.)
- 2개 볼의 좌우 대칭 하중으로 편심 최소화(빨강색 시편롤러 양쪽 볼로 안정적 지지)
- 3점 지지 구조로 접촉 안정성 우수 (볼을 중심으로 3개의 롤러가 지지하는 안정적 구조)
- 선접촉 대비 정렬 민감도 낮음 ( Roller 대 Roller 선접촉 구조는 축이 조금만 틀어져도 한쪽 끝에 응력 집중하고 마모 ·진동 급증하고 정렬에 매우 민감 합니다.)
- 고속 회전에서도 진동 및 쏠림 억제
- 최대 30,000 rpm 접촉 효과 유도
모델 RCF 8 – 구름접촉피로 시험기
모델 RCF 8 – TWO BALL ON ROD 타입 –
ROLLING CONTACT FATIGUE 시험기 – 개요
- 본 장치는 ASLE 「Friction and Wear Devices」 핸드북에 Device Number 211로 등재된 시험기로, 1960년대 NTN에 의해 최초 개발되었습니다.
- RCF 8은 고속 및 고하중 조건에서 구름접촉 피로(Rolling Contact Fatigue, RCF) 성능을 평가하도록 설계되었습니다. 시험 구성은 직경 12 mm의 Rod 시편과 최상단에 있는 직경 60 mm의 모터 구동 롤러 사이에 직경 20 mm 볼 2개를 배치한 구조입니다. 볼은 프로파일 가이드 롤러에 의해 지지 및 유도되어 안정적이고 정밀한 접촉 형상을 유지합니다.
- 하중은 공압 액추에이터에 의해 최대 4 kN까지 인가되며, 최대 6 GPa의 접촉 압력을 형성할 수 있습니다.
- 5:1 구동비(Drive-to-Test Roller Ratio)를 적용하여 시험 롤러는 최대 30,000 rpm 까지 도달할 수 있어, 가속 피로시험 및 대량 데이터 확보가 가능합니다.
- 컴팩트한 서보 모터는 정밀한 속도 제어를 제공하며,
- 터치스크린 인터페이스를 통해 별도의 전문 교육 없이도 쉽게 운용할 수 있습니다.
- 벤치 탑 설치형 구조로 공간 효율성이 우수하며,
- 베어링강의 피로 수명 평가에 적합한 장비 입니다.
모델 RCF 8 – TWO BALL ON ROD 타입 – 구름접촉피로 시험기
– 주요 특징
- 넓은 속도 범위 : 100 – 30,000 rpm
- 고하중 인가 : 최대 4 kN
- 고접촉 압력 : 최대 6 GPa
- 진동 센서 : 피로균열 감지
- 사용자 친화적 운용 : 터치스크린 기반 간편 조작
- 컴팩트 설계 : 실험실 벤치 탑 설치형
- 경제성 : 합리적인 비용으로 신뢰성 있는 RCF 시험 수행
모델 RCF 8 – TWO BALL ON ROD 타입 – 구름접촉피로 시험기
– 상세 사양
| Technical Specifications | |
|---|---|
| Test Geometry | Two ball on rod |
| Size of Test Balls | 20 mm diameter |
| Rod Specimen | 12 mm diameter |
| Driving Roller | 60 mm diameter |
| Load Range | 100 – 4000 N |
| Loading Method | Pneumatic |
| Load Control | Precision pressure regulator |
| Rotational Speed | 100 – 30,000 rpm |
| Temperature | Ambient |
| Motor | 0.5 kW servo motor |
| Control | Touch-screen user interface |
| Controlled Parameters | |
|---|---|
| Rotational Speed | |
| Load | |
| Test Duration/Cycles | |
| Measured Parameters | |
| Rotational Speed | |
| Load | |
| Test Duration/Cycles | |
| Vibration Levels | |
| Services | |
| Electricity | 220/240V, single phase, 50 Hz, 1 kW |
| Clean, dry air | 4 cfm at 8 bar (120 psi) |
영국 PHOENIX사의 RCF 구름접촉피로 시험기/베어링 시험기 리스트 : Phoenix 웹사이트
영국 PHOENIX사의 모델 TE92 : 한미산업 사이트
베어링 시험기 리스트 : 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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