베어링 압흔 (23)

NSK Technical Journal 2018 논문임

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1. 표면 기점 flaking의 영향 인자인 접선력

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표면 기점 flaking에 영향을 미치는 현상을 명확하게 하고, 주요한 인자를 결정하기 위하여 유사한 압흔을 설계하여 볼 시험기를 통하여 시험을 함.

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볼 시험기의 개략적인 레이아웃을 그림 1.에 나타내며, 내경부가 Taper 형상을 가지고 있는 외륜 2개, 27/32inch의 Steel ball 3개, 시험편의 직경 12.6mm의 lot로서 형성됨.

 

그림 1. 볼 시험기 Layout

 

외륜, 볼, Rod의 거칠기는 Ra 0.1micron m이하며, 회전속도 8000rpm, 면압 Pmax =4.8GPa이며, 윤활방법은 VG68의 오일 윤활 방법을 사용함.

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그림 2.는 Rod와 볼 사이의 속도 분포를 나타냄. 차동 slip에 의해서 접촉부의 중앙 부근에서 slip방향과 접촉 폭의 단부 쪽에서 slip방향이 다름.

그림2 두물체 접촉부의 표면에서 발생하는 Slip Velocity

 

여기서, 그림 2는 접촉 폭과 중앙부에서 압흔을 설계한 Rod와 접촉 폭 단부에서 압흔을 설계한 Rod를 준비해서, 수명시험을 함.

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압흔 부는 경도 측정기로 모의적으로 만듬.

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그림 3은 모의 압흔을 설계하여 시험한 시험기에서 발생하는 Crack 및 flaking의 외관을 나타냄.

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그림 3(a)은, 그림 2의 slip 속도 분포에 대하여, Rod 접촉 중앙부에 설계한 압흔을 기점으로 flaking이 발생한 외관임.

3(b)은 Rod의 접촉 단부에 설계한 압흔을 기점으로 발생한 Crack의 상태를 나타냄.

그림 3(a), (b)에 나타낸 것처럼, flaking은 압흔 후방부에 발생하고, 압흔 전방부에서는 crack만이 발생함.

이러한 결과, 압흔 부에 있어서, crack이 발생한 위치가 접선력의 방향과 밀접한 관계가 있으며, 회전 방향과는 상관관계가 없음을 나타냄.

 

                                                 그림 3 볼 시험기과 압흔부 flacking에 의한 Crack

 

또한, 서로 다른 타입의 표면 기점 flaking인 peeling기점 flaking에 영향을 미치는 인자를 명확하게 하기 위해서, 표면을 거칠한 볼을 사용하여 볼 시험을 함.

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Rod Peeling은 표면 거칠기가 큰 볼을 사용함으로 인해 크게 가속하게 됨.

시험 조건은, Pmax 6.0 GPa이며, 볼 거칠기는 Ra 0.18 micron m임.

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1시간 시험 후의 Rod 상태를 그림 4에 나타냄.

접촉 중앙부 및 접촉 단부 슬립 속도가 크고, 표면의 접선력이 크게 되는 영역에서 peeling가 관찰됨.

 

그림 5. 는 그림 4의 A-A', B-B', C-C'에서의 접선력 방향은 동일하고, 이들 두 부부분에서의 Crack의 진전 방향과 동일함.

이 것에 대하여, 부위 B-B'의 표면 Crack 진전 방향은 접선력 방향과 반대이지만,

부위 A-A', C-C'에 있어서 Crack 진전 방향은 반대임.

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상기의 결과로부터, 표면 접선력은 압흔 기점 flacking 뿐만 아니라, Peeling 기점 flacking의 표면 기점 Crack 발생에도 영향을 미치는 것을 의미하며, 이 들 두 가지 타입의 표면 기점 flacking에 대하여, 표면 접선력은 중요한 역할을 함.