베어링 마찰력 시험기

베어링 마찰력 측정 시험기 – 소개

본 시스템은 축방향 하중(axially loaded) 및 반경방향 하중(radially loaded) 조건에서

베어링 마찰력을 정밀하게 측정할 때 발생하는 기존 시험 방식의 한계를 해결하기 위해,

*축하중형 회전 트라이보미터(axially loaded rotary tribometer=축방향 하중적용 마찰마모윤활시험기)인 모델 TE 92*를 그대로 사용하면서도 측정 범위를 확장할 수 있도록 설계 되었습니다.

이를 위해,

1. 축방향 하중 베어링 마찰 측정 장치
2. 반경방향 하중 베어링 마찰 측정 장치

각각에 대해 영국 Phoenix Tribology사에서는 총 2건의 특허 출원이 진행 되었습니다.

Radially Loaded Bearing Friction Adapter

(반경방향 하중 구름 베어링 마찰력 측정 장치)

Patent Application: GB2504361.3

이 장치는,

반경방향(Radial) 하중 적용 베어링 시험기의 마찰력 측정을 위하여 특별히 개발된 장치 입니다.

공통 허브(common hub)에서 *방사형(radial)*으로 돌출된 3개의 샤프트에

각각 2개씩, 총 3쌍(6개)의 베어링을 개별 하우징에 장착한 구조로 구성됩니다.

→ 반경하중 적용 시험을 균형 있게 만들기 위한 3방향 대칭 구조라서 6개를 사용한 것 입니다.

이 구조는,

자동차 바퀴나 차축(axle)에 장착되는 휠베어링 구조인 테이퍼 롤러 베어링(taper roller bearing) 방식과 매우 유사합니다.

트라이보미터(=마찰마모윤활시험기) 스핀들 회전축에는 *회전 디스크(rotating disc)*가 장착되며,

이 디스크가 다음 두 가지 역할을 동시에 수행합니다.

베어링 쌍에 반경방향 하중(radial load) 적용

베어링에 회전 운동(rotation) 부여

베어링에서 발생한 마찰력은,

각 샤프트의 중심선을 기준으로 수평면(horizontal plane) 상에서 토크(torque) 형태로 반작용되며,

이 토크는 어댑터 허브에 전달됩니다.

어댑터는 기존 트라이보미터와 동일한 방식의

토크 반력 측정(torque reaction mounting) 구조로 장착되며,

이를 통해 허브에 전달된 토크를 정밀하게 계측할 수 있습니다.

그 결과,

총 6개의 반경하중 베어링에서 발생하는 마찰 토크를

모델 TE92 축하중형 회전 트라이보미터 하나만으로 측정할 수 있습니다.

• 위 시험장치와 테스트 그래프는, 서로 다른 등급의 그리스를 사용하여 앵귤러 콘택트 베어링과 테이퍼 롤러 베어링에 대한 시험 그래프 입니다.
• 이는 휠 베어링 적용 조건에 해당하는 하중 및 속도 조건에서 수행한 것 입니다.
• 시험은 상온에서 수행되며, 서로 다른 하중 조건에서 토크–속도 곡선을 생성하기 위해 속도 램프(speed ramp) 방식을 사용합니다.
• 짧은 동영상을 보려면 이 페이지 상단에 동영상이 있습니다

Axially Loaded Bearing Friction Adapter

(축하중 구름 베어링 마찰력 측정 장치)

Patent Application: GB2501479.6

이 장치는,

축 방향(Axiall) 하중 적용 베어링 시험기의 마찰력 측정을 위하여 특별히 개발된 장치 입니다.

특히, 시험기의 Spindle 회전축 하중 한계를 초과한 중형 베어링의 마찰력 측정 시험에 뛰어납니다.

일반적인 축하중형 회전 트라이보미터(마찰마모윤활 시험기)에서는,

시험 베어링에 인가할 수 있는 *최대 축방향 하중(axial load)*에 한계가 존재 합니다.

그 이유는,

축하중이 대부분 *트라이보미터(=마찰마모윤활 시험기) 스핀들 회전축의 베어링(spindle bearings)*에 의해 직접 지지되며,

이 스핀들 베어링은 구조적으로 허용 하중 용량이 제한되어 있기 때문입니다.

이 한계를 극복하기 위해,

동일한 베어링을 백투백(back-to-back) 형태로 배치하여

고하중 조건에서도 안정적인 시험이 가능하도록 설계하였습니다.

→ 상단우측 이미지 흑백 도면에, 시험용 Taper Roller Bearing을 백투백으로 시험하도록 설계.

이 구성에서는,

축방향 하중이 스핀들 회전축 베어링이 아닌

스핀들 하우징(spindle housing) 자체에 의해 지지되도록 설계 됩니다.

→ 얇은 회전축(spindle)이 아닌 고하중을 견디도록 Spindle Housing(=회전축을 감싼 고정체)이 추가 설계 되었습니다.

또한,

상부 시험 베어링 캐리어와 스핀들 하우징 사이에

*볼 스러스트 베어링(ball thrust bearing)*을 삽입하면,

상부 베어링에서 발생한 마찰 토크로 인해

상부 베어링 캐리어가 회전하게 됩니다.

이 회전 토크는,

시편 베어링 상·하부 베어링 캐리어 사이에 배치된 *슬라이딩 핀(sliding pins)*을 통해

하부 베어링으로 전달됩니다.

하부 베어링 어셈블리는

기존 트라이보미터와 동일한 방식으로

*토크 반력 측정 방식(torque reaction mounting)*으로 장착되므로,

결과적으로

*동일한 하중 조건에서 작동하는 두 개의 시험 베어링이 생성하는

마찰 토크의 합(sum of friction torques)*을

정확하게 측정할 수 있습니다. 즉, 마찰 토크 측정수치를 1/2로 나누면 됩니다.

이를 통해,

모델 TE 92 트라이보미터(마찰마모윤활 시험기)의 스핀들 회전축 베어링의 정격 용량을 훨씬 초과하는

고축하중 조건에서도 베어링 마찰 시험이 가능하도록 신기술을 적용 하였습니다.

앵귤러 콘택트 베어링(angular contactbearings) 및 볼 스러스트 베어링과 롤러 스러스트 베어링(ball and roller thrust bearings)을 장착할 수 있도록 대체 툴링(tooling)도 제공 가능합니다

• 프로토타입 장비를 사용하여 데이터를 생성하였으며, 몇 가지 흥미로운 결과가 도출되었습니다.
• 특히 주목할 점은 시동 시(start-up) 발생하는 브레이크어웨이 마찰(breakaway friction)의 크기이며, 이는 축하중이 가해진 테이퍼 롤러 베어링 시험에서 두드러지게 나타났습니다. 브레이크어웨이 마찰력은 정지 상태의 베어링을 처음 회전시킬 때 필요한 초기 최대 마찰 토크가 크며, 이 현상은 축하중을 받은 테이퍼 롤러 베어링에서 특히 두드러진다는 뜻입니다.
• 향후에는 열풍 가열(hot air heating) 시스템을 추가하여 장기 그리스 시험을 수행할 계획입니다.
• 또한, 마찰 토크를 온라인으로 모니터링하면서 윤활유의 전단 안정성(shear stability) 시험도 진행할 예정입니다.

영국 PHOENIX사의 모델 RCF 2 : Phoenix 웹사이트

–> 실시간 마찰 토크 측정 시스템 포함,구름 베어링 시험기가 새로운 사양으로 업데이트 되었습니다.

영국 PHOENIX TRIBOLOGY사의 모델 TE92 : 한미산업 사이트

–> 24가지 다양한 시험이 가능한, 고하중 마찰마모시험기