KR20080068506A - 시료의 마찰계수 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시료의 마찰계수 측정장치에 관한 것으로서, 특히 시험용 시료를 축에 대하여 회전시키는 구동부와, 내주면을 따라 시험용 시료와 접촉하는 가이드부재와, 상기 구동부의 축에 일단이 고정되고 타단이 상기 시험용 시료에 연결되는 탄성부재를 포함하고 상기 구동부에 의해 구동되는 장착부와, 상기 구동부에 전기적으로 연결되어 상기 시험용 시료의 회전속도를 조절하고, 상기 구동부의 구동토크 및 상기 시험용 시료의 회전속도를 이용하여 상기 시험용 시료와 상기 가이드부재의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출하는 제어부를 포함하여 구성함으로써, 시료의 마모특성을 평가할 수 있는 이점이 있다.

장착부, 구동부, 제어부, 가이드부재, 탄성부재, 플레이트, 베이스부재, 마찰부재

Description

시료의 마찰계수 측정장치{Appatatus for measuring the friction coefficient of specimen}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 마찰계수 측정장치의 모식도,

도 2는 도 1에 도시된 가이드부재의 평면도,

도 3은 도 2에 도시된 가이드부재의 다른 실시예를 나타내는 도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10: 시료 20: 장착부

21: 가이드부재 21a: 베이스부재

21b: 마찰부재 22: 플레이트

23: 탄성부재 30: 센서부

40: 구동부 45: 저울

50: 제어부

본 발명은 시료의 마찰계수 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시료와 접촉하는 가이드부재사이의 마찰계수를 산출하고 상기 시료의 마모특성을 평가할 수 있는 시료의 마찰계수 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 마찰계수는 수직항력과 마찰력의 비례관계를 주는 수치로서 맞닿은 두 표면 사이의 마찰의 정도를 뜻한다. 마찰력의 크기는 수직항력에 비례하는데, 이때의 비례상수가 마찰계수이다. 마찰의 정도를 나타내는 마찰계수는 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도, 윤활제의 유무와 종류 등에 따라 달라진다. 따라서 물질을 구분할 수 있는 상수라고는 할 수 없다.

또한, 재료의 마모시험은 재료가 마모에 저항하는 성질이나 마모에 영향을 주는 조건을 조사하는 시험이다. 즉, 재료가 마모에 잘 견디는가 하는 것은 다른 기계적 성질과는 달리, 짝이 되는 상대재료 및 조합조건에 따라 현저하게 달라진다. 서로 접촉하는 재료의 조합이나, 시험면의 건습 등의 주위 조건, 접촉면의 미끄럼운동 조건 등에 따라서 마모 특성이 좌우된다. 또 마모현상에도 요철면 중에 돌출부가 마모되거나, 또는 마모로 생긴 단단한 가루에 의해 다시 다른 부분이 깎인다거나, 냉간가공에 의해 경화된 표면이나 피로한 부분이 물러져서 박리되거나, 접촉면의 용착이나 용융에 의해서 흠이 생겨 소모되는 등 여러 경우가 있다. 더욱이 접촉면의 미끄럼속도나 접촉압력에 의해서도 발생하는 현상이 다르기 때문에, 재료의 마모성을 단일 시험방법에 의해서 간단히 결정할 수 없다.

상기와 같은 이유로 마모시험은 목적에 적합한 조건하에서 실시하는 것이 필요하다. 현실에 입각한 시험을 하기 위해서는 미소한 양의 마모가 일어나는 상태에서 해야 하므로, 결국 장시간 시험을 실시하지 않으면 정확한 측정은 할 수 없게 되며, 단시간에 시험을 할 경우에는 조건을 가혹하게 하여 시험을 하게 되어 그 결과에 있어서 만족할 만한 성과를 얻을 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단시간내에 목적에 맞는 적합한 조건하에서 시료의 마모특성을 평가하고 시험용 시료와 가이드부재의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출할 수 있는 시료의 마찰계수 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 시험용 시료를 축에 대하여 회전시키는 구동부와, 내주면을 따라 시험용 시료와 접촉하는 가이드부재와, 상기 구동부의 축에 일단이 고정되고 타단이 상기 시험용 시료에 연결되는 탄성부재를 포함하고 상기 구동부에 의해 구동되는 장착부와, 상기 구동부에 전기적으로 연결되어 상기 시험용 시료의 회전속도를 조절하고, 상기 구동부의 구동토크 및 상기 시험용 시료의 회전속도를 이용하여 상기 시험용 시료와 상기 가이드부재의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출하는 제어부를 포함하는 시료의 마찰계수 측정장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료의 마찰계수 측정장치(100)의 모식도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가이드부재의 평면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 가이드부재의 다른 실시예를 나타내는 도이다.

도 1, 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 시료의 마찰계수 측정장치는 시험용 시료(10)를 축에 대하여 회전시키는 구동부(40)가 구비되고, 장착부(20)는 상기 구동부(40)에 의해 구동되고, 내주면을 따라 시험용 시료(10)와 접촉하는 가이드부재(21)와, 상기 구동부(40)의 축에 일단이 고정되고 타단이 상기 시험용 시료(10)에 연결되는 탄성부재(23)를 포함하여 구성되고, 상기 구동부(40)에 전기적으로 연결되어 상기 시험용 시료(10)의 회전속도를 조절하고, 상기 구동부(40)의 구동토크 및 상기 시험용 시료(10)의 회전속도를 이용하여 상기 시험용 시료(10)와 상기 가이드부재(21)의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출하는 제어부(50)를 포함한다.

이를 위해서는 컴퓨터를 이용한 구동부(40)의 제어가 필수적이다. 그리고, 시험 전후 시료의 질량과 표면 형상을 조사하여 마모의 정도를 평가하고 마모 시험 전후에 마찰계수를 산출하여 마모특성의 변화도 평가함으로써 단시간내에 목적에 맞는 적합한 조건하에서 시료(10)의 마모특성을 평가하고 시험용 시료(10)와 상기 가이드부재(21)의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출할 수 있게된다.

상기 장착부(20)는 상기 시험용 시료(10)의 하측면을 지지하고, 상기 구동부(40)의 축에 고정되어 회전되도록 상기 가이드부재(21)의 내측에 플레이트(22)가 더 설치될 수 있다.

상기 탄성부재(23)는 상기 시험용 시료(10)가 회전함으로써 발생되는 원심력을 지지하고 상기 시험용 시료(10)가 상기 가이드부재(21)에 과중한 외력을 작용하는 것을 방지한다. 상기 탄성부재(23)가 지지하는 외력은 상기 탄성부재(23)의 고유의 탄성계수와 변위의 곱으로 알 수 있다.

상기 탄성부재(23)는 일단이 상기 구동부(40)의 축에 고정되고, 타단이 상기 시료(10)에 결합된 용수철 저울로 구성될 수 있다. 따라서 상기 용수철 저울(23)의 변위와 탄성계수로 상기 용수철 저울(23)이 지지하는 외력의 크기를 알 수 있다.

상기 가이드부재(21)는 중공 원판으로 형성될 수 있다. 상기 시험용 시료(10)는 상기 중공 원판의 형상을 갖는 가이드부재(21)의 내주면을 따라 접촉하여 회전하게 된다.

상기 구동부(40)에는 상기 시험용 시료(10)의 질량을 측정하기 위한 저울(45)이 더 설치될 수 있다. 상기 시험용 시료(10)의 질량을 측정하여 상기 시험용 시료(10)의 회전으로 인한 원심력을 측정하고 마모에 따른 시료(10)의 질량 변화를 감지하게 된다. 또한 상기 시험용 시료(10)의 질량은 별도의 측정기구에 의해 측정될 수 있다.

상기 장착부(20)는 액체물질이 내재된 상기 시험용 시료(10)의 파손시에 상기 액체물질을 감지하여 상기 제어부(50)에 신호를 전달하는 센서부(30)가 더 설치될 수 있다. 예를 들면, 상기 시험용 시료(10)의 내부에 액체물질이 함유된 경우에 상기 센서부(30)는 상기 시료(10)의 마모에 따른 액체물질의 누출을 감지하고 신호를 제어부(50)에 전달한다. 이때 상기 제어부(50)는 상기 측정장치를 정지시키는 동작을 하게된다.

한편, 도 3을 참고하면, 상기 가이드부재(21)는 베이스부재(21a) 및 상기 베이스부재(21a)의 내주면에 배치되어 다양한 재질을 가지는 재료가 착탈될 수 있도록 상기 시험용 시료(10)와 접촉하는 마찰부재(21b)를 포함하여 구성될 수 있다.

이와 같이, 상기 가이드부재(21)의 내주면의 재료를 다양한 재료로 교체할 수 있어 상기 내주면의 재료를 교체하는 단순한 작업만으로도 다양한 조건에서의 마모 특성 및 마찰계수를 측정할 수 있게 된다. 예를 들면, 상기 가이드부재(21)가 원형 파이프의 형상을 나타내고 상기 시료(10)가 상기 원형 파이프내에서 이송되는 물체를 나타내는 경우에 상기 원형 파이프 내부 표면에 부착되어 있는 이물질에 의한 여러 조건들을 시험할 수 있게 된다.

본 발명에 따라 측정되는 마찰계수는 다음과 같이 [수학식1] 및 [수학식2]로 나타낼 수 있다.

(여기서, Ｎ은 시료에 작용하는 수직항력, μ는 마찰계수, Ｔ는 구동부의 발생토크, Ｐ는 구동부의 소비전력, ｍ은 시료의 질량, ｒ은 시료의 회전반경, ω는 시료의 회전각속도 또는 구동부의 rpm, ｋ는 탄성부재 또는 용수철 저울의 탄성계수, Δｘ는 탄성부재 또는 용수철 저울의 변위를 나타낸다.)

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 시료의 마찰계수 측정장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

탄성부재(23)의 일단은 상기 시험용 시료(10)와 결합되고 타단은 상기 구동부(40)의 축에 고정된다. 상기 시료(10)는 상기 장착부(20)의 플레이트(22)에 지지되고 상기 플레이트(22)와 동기되어 상기 시료(10)의 측면이 상기 가이드부재(21)와 접촉하며 회전한다.

상기 시료(10)와 상기 플레이트(22)는 상기 구동부(40)에 의한 구동력에 의하여 회전하게 된다.

또한, 상기 구동부(40)는 상기 제어부(50)에 의해 회전속도가 제어되고, 상기 구동부(40)의 하측에는 상기 시료(10)의 질량을 측정하기 위한 저울(45)이 설치된다.

그리고, 상기 시료(10)의 회전은 상기 장착부(20)에 설치된 센서부(30)를 통 하여 상기 제어부(50)에 전달된 신호에 의해 제어된다.

상기와 같은 시료의 마모특성 및 마찰계수 측정장치(100)의 작동을 시료(10)가 쓰레기봉투에 수분과 일정량의 쓰레기가 포함된 경우라 할 때 아래와 같이 작동하게 된다.

먼저 상기 시료(10)의 질량은 상기 구동부(40)의 하측에 설치된 저울에 의해 측정된다. 그리고, 상기 구동부(40)에 의해 상기 플레이트(22)가 회전하면서 함께 상기 시료(10)가 상기 가이드부재(21)에 접촉하며 회전한다.

상기 시료(10)가 회전하는 동안에 상기 시료(10)의 측면이 마모가 일어나게 되면 상기 시료(10)의 내부에 포함된 수분이 누수되게 된다. 이때, 상기 장착부(20)에 설치된 센서부(30)는 상기 수분의 누수를 감지하고 상기 제어부(50)에 신호를 전달하게 된다. 이때, 상기 제어부(50)는 구동부(40)의 작동을 정지시키게 된다.

이와 같은 시험을 통하여 상기 시료(10)가 정지될 때까지의 소요시간을 측정하여 상기 플레이트(22)와 같은 재료로 구성된 조건 하에서 상기 쓰레기봉투로 이루어Ｓ진 시료(10)가 어느 정도 이동할 시에 마모로 인한 내용물의 누설이 일어나는지를 알 수 있게 된다. 이때 이동거리는 [수학식 3]을 만족한다.

(여기서, Ｓ는 이동거리, ｔ는 소요시간. ω는 회전각속도 또는 구동부의 rpm, ｒ은 시료의 회전반경)

본원 발명에 따른 시료의 마찰계수 측정장치는 구동부의 회전속도를 조절함으로써 단시간내에 목적에 맞는 적합한 조건하에서 시료의 마모특성을 평가하고 시험용 시료와 가이드부재의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출할 수 있다.

또한, 가이드부재의 내주면의 재료를 교체하는 단순한 작업만으로도 다양한 조건에서의 마모 특성 및 마찰계수를 측정할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 시험용 시료를 축에 대하여 회전시키는 구동부와;

   내주면을 따라 시험용 시료와 접촉하는 가이드부재와, 상기 구동부의 축에 일단이 고정되고 타단이 상기 시험용 시료에 연결되는 탄성부재를 포함하고 상기 구동부에 의해 구동되는 장착부와;

   상기 구동부에 전기적으로 연결되어 상기 시험용 시료의 회전속도를 조절하고, 상기 구동부의 구동토크 및 상기 시험용 시료의 회전속도를 이용하여 상기 시험용 시료와 상기 가이드부재의 접촉면 사이의 마찰계수를 산출하는 제어부를 포함하는 시료의 마찰계수 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 장착부는 상기 시험용 시료의 하측면을 지지하고, 상기 구동부의 축에 고정되어 회전되도록 상기 가이드부재의 내측에 플레이트를 더 포함하는 시료의 마찰계수 측정장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 탄성부재는 일단이 상기 구동부의 축에 고정되고, 타단이 상기 시료에 결합된 용수철 저울로 구성된 것을 특징으로 하는 시료의 마찰계수 측정장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가이드부재는 중공 원판의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 시료의 마찰계수 측정장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 장착부는 액체물질이 내재된 상기 시험용 시료의 파손시에 상기 액체물질을 감지하는 센서부를 더 포함하는 시료의 마찰계수 측정장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가이드부재는 베이스부재 및 상기 베이스부재의 내주면에 배치되어 상기 시험용 시료와 접촉하는 마찰부재를 포함하는 시료의 마찰계수 측정장치.

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