KR20150118346A - 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치 - Google Patents

자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 제시하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 시험편(S)을 기준으로 x축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제1 자기변형진동부(210); 상기 시험편(S)을 기준으로 z축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제1 자기변형진동부(220); 상기 제1 자기변형진동부(210) 및 상기 제2 자기변형진동부(220)와 결속되며, 상부에 상기 시험편(S)의 표면과 접촉되는 시험편 홀더(250); 상기 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)을 위치시키는 시험편 고정부(300); 상기 시험편 홀더(250) 상에 위치하는 상기 시험편(S)을 감싸도록 상기 시험편 홀더(250)에 위치한 후, 상기 시험편(S) 표면을 가열시키는 유도코일 고정부(400); 상기 주파수 진동 및 열에 따른 상기 시험편(S)의 하중, 변위, 마찰력을 검출하는 측정 모듈(500); 및 상기 측정 모듈(500)에서 제공된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 프레팅 마모/피로를 산출하는 데이터 처리부(600)를 포함한다.

Description

자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치{Multiaxial Fretting wear test apparatus using magnetostriction element}
본 발명은 시험편의 프레팅 마모 실험을 위한 장치로서, 보다 상세하게는 시험편에 다축방향으로 제공되는 진동을 통해 시험편의 프레팅 피로 및 마모의 변화를 시험하고자 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 프레팅(Fretting)이란, 재료의 맞춤부나 접촉부 등 주로 체결부에서 발생하는 것으로, 밀착되어 있는 두 면간의 미소진폭운동을 말하는데 이 프레팅이 지속될 시, 프레팅 마모 & 피로가 발생한다
이러한 프레팅 마모& 피로는 주로 상대운동 구속을 목적으로 하는 축끼워맞춤부와 볼트체결부, 미소한 왕복운동을 하는 구름베어링의 내부와 플렉시블커플링, 미소한 왕복마찰면을 갖는 제진기 등에서 발생된다.
한편 일본 특개평6-102160에 나타난 종래의 마모시험장치는 도1에 도시한 바와같이 상부시편(1)이 구동장치(5)에 의해 회전되면서 승강장치(4)에 의해 상하이동되는 하부시편(2)과 전면에 걸쳐 접촉마모를 일으키고, 이때 발생되는 상하부시편(1,2)의 마모를 측정하게 된다.
그러나 이러한 종래의 프레팅 마모시험장치는 미소왕복운동에 의해 발생되는 프레팅마모를 측정하기에는 적합하지 않다.
또한, 종래에 프레팅 마모시험장치에 이용되었던 모터나 일렉트로 포스(electro force)가 50Hz 이하의 주파수 범위 대역에서 시험하여 실제 기계장비에서 발생하는 프레팅 마모 현상과 거리가 먼 분위기에서 실험이 이루어졌다.
이에 본 발명에서는 액츄에이터를 이용하여 1KHz 이상의 주파수를 이용해, 실제 기계장비에서 발생하는 프레팅 마모 현상의 분위기에 가깝게 실험하여 보다 더 정확한 실험 데이터 및 일 방향이 아닌 회전 등 다축방향으로의 시험과 실제 고온 분위기의 환경을 조성하여 실험할 수 있는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 제시하고자 한다.
대한민국 실용신안 제20-1999-0026909호(발명의 명칭: 프레팅마모시험장치)
본 발명이 해결하고자 하는 목적은 종래에 프레팅 마모 시험에 이용되었던 motor나 electro force가 50Hz 이하의 주파수 범위 대역에서 시험 했던 것과 비교하여 액츄에이터를 이용하여 1KHz 이상의 주파수를 이용해, 실제 기계장비에서 발생하는 프레팅 마모 현상의 분위기에 가깝게 실험하여 보다 더 정확한 실험 데이터를 얻을 할 수 있다. 또한 더 나아가 일 방향이 아닌 회전 등 다축방향으로의 시험과 실제 고온 분위기의 환경을 조성하여 실험할 수 있는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 시험편(S)을 기준으로 x축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제1 자기변형진동부(210); 상기 시험편(S)을 기준으로 z축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제1 자기변형진동부(220); 상기 제1 자기변형진동부(210) 및 상기 제2 자기변형진동부(220)와 결속되며, 상부에 상기 시험편(S)의 표면과 접촉되는 시험편 홀더(250); 상기 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)을 위치시키는 시험편 고정부(300); 상기 시험편 홀더(250) 상에 위치하는 상기 시험편(S)을 감싸도록 상기 시험편 홀더(250)에 위치한 후, 상기 시험편(S) 표면을 가열시키는 유도코일 고정부(400); 상기 주파수 진동 및 열에 따른 상기 시험편(S)의 하중, 변위, 마찰력을 검출하는 측정 모듈(150); 및 상기 측정 모듈에서 제공된 검출 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 프레팅 마모/피로를 산출하는 데이터 처리부(600)를 포함한다.
상기 제1 자기변형진동부(210)는 자기변형소자를 구비한 액추에이터; 및 상기 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함하고, 상기 제2 자기변형진동부는 자기변형소자를 구비한 액추에이터 및 상기 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함하며, 상기 자기변형소자는 터페놀-디(Terfenol-D)인 것을 특징으로 한다.
상기 시험편 고정부(300)는 일 측면에 랙기어 또는 레일이 구비된 몸체부(310); 상기 몸체부(310)에 구비된 상기 랙기어 또는 레일과 결속되어 높이방향으로 이동하는 높이 조절부재(320); 및 상기 높이 조절부재(320)와 결속되며, 상기 시험편(S)의 일단을 홀딩하는 홀딩부재(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유도코일 고정부(400)는 내부에 상기 시험편(S)을 인입시키도록 형성된 중공을 갖는 유도코일(430); 육면체 형상으로 형성되며, 내부에 유도코일(430)을 가열하기 위한 가열부재가 구비된 몸체부(410); 및 상기 유도코일(430)과 전기적으로 연결되되, 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)이 위치하는 지점으로 상기 유도코일(430)을 이동시키는 회전부재(420);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 측정 모듈(500)은 상기 시험편(S)의 x축 및 z축 방향으로 가해진 하중을 검출하는 로드셀 센서(510); 상기 주파수 진동에 따른 상기 시험편(S)의 변위를 검출하는 변위 센서(520); 상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 검출하는 토르크 센서(530); 및 상기 시험편(S)의 프레팅 압자의 볼륨을 측정하기위한 3D 이미지를 출력를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 데이터 처리부(600)는 상기 로드셀 센서(510)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 하중을 산출하는 하중 산출부(610); 상기 변위 센서(520)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 변위를 산출하는 변위 산출부(620); 상기 토르크 센서(530)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 산출하는 마찰력 산출부(630); 상기 3D 스캔 유닛(540)에서 제공된 3D 이미지를 통해 상기 시험편 내에 발생된 크랙을 검출하는 크랙 검출부(640); 및 상기 하중 산출부(610), 상기 변위 산출부(620), 상기 마찰력 산출부(630) 및 상기 크랙 검출부(640)에서 산출된 결과값을 이용하여 상기 시험편의 프레팅 피로/마모 정보를 출력하는 프레팅 마모/피로 산출부(650)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 이용하면 시험편에 다축 방향으로 설정된 진동을 제공함으로써 종래의 프레팅마모실험장치 보다 짧은 시간 내에 시험편의 피로도 및 그에 따른 프레팅 마모 결과를 손쉽게 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 터페놀-디(Terfenol-D) 자기변형소자를 통해 1~2500Hz 범위 내의 가변가능한 주파수 진동을 제공할 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 터페놀-디(Terfenol-D) 자기변형소자를 통해 주파수 진동을 제공함으로써, 공진이 필요없이 진동만 제공할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명에서 제공하는 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
도 1은 종래의 프레팅마모실험장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 시험편과 시험편 홀더와의 접촉상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 측정 모듈을 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 2에 도시된 데이터 처리부를 나타낸 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치의 구동 단계 중 시험편과 유도코일이 체결되는 과정을 설명하기 위한 순차도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 나타낸 예시도이다.
도 3은 시험편과 시험편 홀더와의 접촉상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 측정 모듈을 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 5는 도 2에 도시된 데이터 처리부를 나타낸 블록도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치의 구동 단계 중 시험편과 유도코일이 체결되는 과정을 설명하기 위한 순차도이다.
도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치(100)는 제1 자기변형진동부(210), 제2 자기변형진동부(220), 시험편 홀더(250), 시험편 고정부(300), 유도코일 고정부(400), 측정 모듈(500) 및 데이터 처리부(600)를 포함한다.
상기 제1 자기변형진동부(210)는 상기 시험편 홀더(250) 상에 위치하는 시험편(S)에 x축 방향으로 주파수 진동을 제공하는 기능을 수행한다.
상기 제2 자기변형진동부(220)는 상기 시험편 홀더(250) 상에 위치하는 시험편(S)에 z축 방향으로 주파수 진동을 제공하는 기능을 수행하며, 상기 제2 자기변형진동부(220)와 상기 제1 자기변형진동부(210)는 서로 직교상태로 배치된다.
보다 구체적으로, 상기 제1 자기변형진동부(210)는 자기변형소자를 구비한 액츄에이터(211) 및 상기 액추에이터와 연결되며, 상기 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함한다.
또한, 상기 제2 자기변형진동부(220)는 자기변형소자를 구비한 액츄에이터 및 상기 액추에이터와 연결되며, 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함한다.
여기서, 상기 자기변형소자는 일종의 진동자로서, 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변화시켜 활용되던 종래의 기술에 다른 압전세라믹(PZT)의 초음파 진동자와 달리 자기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 구성요소로서, 이대 터페놀-디(Terfenol-D)로 구성되며, 상기 자기변형소자에 인가되는 주파수 대역은 대략 1~2.5kHz의 주파수를 가지며, 다만, 자기변형소자에 의해 발생하는 진동의 주파수는 본 발명의 실시 예에 한정되지 아니하고 다양하게 선택될 수 있다.
여기서, 상기 터페놀-디(Terfenol-D)는, 자기장에 의해 모양이 변하는 자기 변형(magnetostriction)2) 합금으로서, 다른 희토류 원소들과 마찬가지로 주로 모나자이트와 희토류광에서 얻어지는 원자번호 65번의 원소이며, 원소기호는 Tb인 터븀을 포함하여 구성된다.
참고로, 터븀은 전성과 연성이 큰 은백색 금속으로서, 칼로 자를 수 있을 정도로 무르며, 녹는점은 1356 ℃이고, 끓는점은 3230 ℃이며, 25 ℃에서의 밀도는 8.229g/cm3이다.
한편, 상기 제1 자기변형진동부(210) 및 상기 제2 자기변형진동부(220) 각각은 고정 프레임(미도시)을 통해 지면과 이격된 상태로 위치할 수 있다. 여기서, 고정 프레임의 형상은 특정형상으로 한정되지는 않는다.
다음으로, 상기 시험편 홀더(250)는 서로 직교한 상태로 배치된 제1 자기변형진동부(210) 및 상기 제2 자기변형진동부(220) 각각의 일단과 결속되며, 상부 표면에 상기 시험편(S)의 표면과 접촉되는 볼 부재(251)를 구비한다.
상기 시험편 고정부(300)는 제1 자기변형진동부(210) 또는 제2 자기변형진동부(220)와 대향되는 위치에 배치되어, 상기 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)을 위치시키는 기능을 수행한다.(도 3 참조)
보다 구체적으로, 상기 시험편 고정부(300)는 몸체부(310), 높이조절부재(320), 홀딩부재(330)를 포함한다.
상기 몸체부(310)는 일 측면에 상기 높이 조절부재(320)와 결속되는 랙기어 또는 레일이 구비된다.
상기 높이 조절부재(320)는 상기 몸체부(310)에 구비된 상기 랙기어 또는 레일과 결속되어 높이방향으로 이동한다.
상기 홀딩부재(330)는 상기 높이 조절부재(320)와 결속되며, 상기 시험편(S)의 일단을 홀딩하는 기능을 수행한다.
다음으로, 상기 유도코일 고정부(400)는 상기 시험편의 열적 특성에 따른 피로도를 측정하기 위한 유닛일 수 있다.(도 2 참조)
보다 구체적으로, 상기 유도코일 고정부(400)는 몸체부(410), 회전부재(420) 및 유도코일(430)이 구비된다.
상기 몸체부(410)는 육면체 형상으로 형성되며, 내부에 상기 유도코일(430)을 가열하기 위한 가열부재(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 회전부재(420)는 상기 유도코일(430)과 전기적으로 연결되되, 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)이 위치하는 지점으로 상기 유도코일(430)을 이동시키는 기능을 수행한다.
따라서, 상기 유도코일 고정부(400)는 시험편 홀더(250) 상에 배치된 시험편(S)의 열적 특성에 따른 피로도를 측정하는 데 사용된다.
다음으로, 상기 센서 모듈(500)은 도 3을 참조, 상기 주파수 진동 및 열적 특성 따른 상기 시험편(S)의 하중, 변위, 마찰력 및 3D 이미지를 측정하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 상기 센서 모듈(500)은 로드셀 센서(510), 변위 센서(520), 토르크 센서(530) 및 3D 스캔 유닛(540)을 포함한다.
상기 로드셀 센서(510)는 상기 시험편(S)의 x축 및 z축 방향으로 가해진 하중을 측정하는 기능을 수행한다.
상기 변위 센서(520)는 상기 주파수 진동에 따른 상기 시험편(S)의 변위를 측정하는 기능을 수행한다.
상기 토르크 센서(530)는 상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 측정하는 기능을 수행한다.
상기 3D 스캔 유닛(540)는 상기 시험편(S)의 프레팅 압자의 볼륨을 측정하기위한 3D 이미지를 출력하는 기능을 수행한다.
다음으로, 상기 데이터 처리부(600)는 상기 측정 모듈(500)에서 제공된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 프레팅 마모/피로를 산출하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 상기 데이터 처리부(600)는 하중 산출부(610), 변위 산출부(620), 마찰력 산출부(630), 크랙 검출부(640), 프레팅 마모/피로 산출부(650)를 포함한다.
상기 하중 산출부(610)는 상기 로드셀 센서(151)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 하중을 산출하는 기능을 수행한다.
상기 변위 산출부(620)는 상기 변위 센서(152)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 변위를 산출하는 기능을 수행한다.
상기 마찰력 산출부(630)는 상기 토르크 센서(153)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 산출하는 기능을 수행한다.
상기 크랙 검출부(640)는 상기 3D 스캔 유닛에서 제공된 3D 이미지를 통해 상기 시험편(S) 내에 발생된 크랙을 검출하는 기능을 수행한다.
상기 프레팅 마모/피로 산출부(650)는 상기 하중 산출부(610), 상기 변위 산출부(620), 상기 마찰력 산출부(630) 및 상기 크랙 검출부(640)에서 제공된 결과값을 이용하여 상기 시험편(S)의 프레팅 피로 및 프레팅 마모 정보를 산출하는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 시험편(S)의 진동 특성은 시험편(S)의 중심에 크랙(Crack)이 발생한 시점을 판단하기 위한 데이터로 사용된다.
다시 말해서, 시험편(S)에 크랙이 발생하게 되면 시험편(S)에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수는 크랙 발생 이전과 대비하여 달라지므로, 상기 데이터 처리부(600)에서 시험편(S)의 진동의 진폭 및 주파수가 미리 정해진 범위를 벗어나면 시험편(S)에 크랙이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 시험편(S)에 크랙 발생 시 진동의 진폭보다는 진동의 주파수가 현저하게 달라지므로, 진동의 진폭보다는 진동의 주파수에 기초하여 시험편(S)에 크랙이 발생한 시점을 판단하는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치(100)는 표시장치(700)를 더 포함할 수 있으며, 상기 표시장치(700)는 데이터 처리부(600)에서 제공된 정보를 그래프화하여 실험자에게 표시하는 기능을 수행한다.
참고로, 상기 데이터 처리부(600)는 PDC(Personal Digital Cellular)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, PHS(Personal Handyphone System)폰, CDMA-2000(1X, 3X)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, 듀얼 밴드/듀얼 모드(Dual Band/Dual Mode)폰, GSM(Global Standard for Mobile)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 스마트(Smart) 폰, 핸드폰 등과 같은 통신 기능이 포함될 수 있는 휴대용 기기, PDA(Personal Digital Assistant), 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 와이브로(WiBro) 단말기, MP3 플레이어, MD 플레이어 등과 같은 휴대 단말기, 그리고 국제 로밍(Roaming) 서비스와 확장된 이동 통신 서비스를 제공하는 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 단말기 등을 포함하는 모든 종류의 핸드 헬드 기반의 무선 통신 장치를 의미하는 휴대용 전기전자장치로서, CDMA(Code Division Multiplexing Access) 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 적외선 통신 모듈(Infrared Data Association), 유무선 랜 카드 및 GPS(Global Positioning System)를 통한 위치 추적이 가능하도록 하기 위해 GPS 칩이 탑재된 무선 통신 장치와 같은 소정의 통신 모듈을 구비할 수 있으며, 마이크로프로세서를 탑재함으로써 일정한 연산 동작을 수행할 수 있는 단말기를 통칭하는 개념으로 해석될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치를 이용하면 시험편에 다축 방향으로 설정된 진동을 제공함으로써 종래의 프레팅마모실험장치 보다 짧은 시간 내에 시험편의 피로도 및 그에 따른 프레팅 마모 결과를 손쉽게 얻을 수 있다는 이점을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 터페놀-디(Terfenol-D) 자기변형소자를 통해 1~2500Hz 범위 내의 가변가능한 주파수 진동을 제공할 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치는 터페놀-디(Terfenol-D) 자기변형소자를 통해 주파수 진동을 제공함으로써, 공진이 필요없이 진동만 제공할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시 예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.
이상 본 발명이 양호한 실시 예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치
210; 제1 자기변형진동부 220; 제2 자기변형진동부
250: 시험편 홀더 300: 시험편 고정부
310; 몸체부 320; 높이 조절부재
330; 홀딩부재 400: 유도코일 고정부
410; 몸체부 420; 회전부재
430; 유도코일 500: 측정 모듈
510: 로드셀 센서 520: 변위 센서
530: 토르크 센서 540: 3D 스캔 유닛
600: 데이터 처리부 610: 하중 산출부
620: 변위 산출부 630: 마찰력 산출부
640: 크랙 산출부 650: 프레팅 마모/피로 산출부
L; 랙기어 S; 시험편

Claims (6)

  1. 시험편(S)을 기준으로 x축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제1 자기변형진동부(210);
    상기 시험편(S)을 기준으로 z축 방향으로 주파수 진동을 상기 시험편(S)에 제공하는 제2 자기변형진동부(220);
    상기 제1 자기변형진동부(210) 및 상기 제2 자기변형진동부(220)와 결속되며, 상부에 상기 시험편(S)의 표면과 접촉되는 시험편 홀더(250);
    상기 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)을 위치시키는 시험편 고정부(300);
    상기 시험편 홀더(250) 상에 위치하는 상기 시험편(S)을 감싸도록 상기 시험편 홀더(250)에 위치한 후, 상기 시험편(S) 표면을 가열시키는 유도코일 고정부(400);
    상기 주파수 진동 및 열에 따른 상기 시험편(S)의 하중, 변위, 마찰력을 검출하는 측정 모듈(500); 및
    상기 측정 모듈(500)에서 제공된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 프레팅 마모/피로를 산출하는 데이터 처리부(600)를 포함하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기변형진동부(210)는 자기변형소자를 구비한 액추에이터; 및 상기 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함하고, 상기 제2 자기변형진동부(220)는 자기변형소자를 구비한 액추에이터 및 상기 자기변형소자에 설정된 주파수의 전원을 공급하는 발진기를 포함하며, 상기 자기변형소자는 터페놀-디(Terfenol-D)인 것을 특징으로 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시험편 고정부(300)는,
    일 측면에 랙기어 또는 레일이 구비된 몸체부(310);
    상기 몸체부(310)에 구비된 상기 랙기어 또는 레일과 결속되어 높이방향으로 이동하는 높이 조절부재(320); 및
    상기 높이 조절부재(320)와 결속되며, 상기 시험편(S)의 일단을 홀딩하는 홀딩부재(330)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유도코일 고정부(400)는,
    내부에 상기 시험편(S)을 인입시키도록 형성된 중공을 갖는 유도코일(430);
    육면체 형상으로 형성되며, 내부에 유도코일(430)을 가열하기 위한 가열부재가 구비된 몸체부(410); 및
    상기 유도코일(430)과 전기적으로 연결되되, 시험편 홀더(250) 상에 시험편(S)이 위치하는 지점으로 상기 유도코일(430)을 이동시키는 회전부재(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 모듈(500)은,
    상기 시험편(S)의 x축 및 z축 방향으로 가해진 하중을 검출하는 로드셀 센서(510);
    상기 주파수 진동에 따른 상기 시험편(S)의 변위를 검출하는 변위 센서(520);
    상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 검출하는 토르크 센서(530); 및
    상기 시험편(S)의 프레팅 압자의 볼륨을 측정하기위한 3D 이미지를 출력하는 3D 스캔 유닛(540)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 처리부(600)는,
    상기 로드셀 센서(510)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 하중을 산출하는 하중 산출부(610);
    상기 변위 센서(520)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)의 변위를 산출하는 변위 산출부(620);
    상기 토르크 센서(530)에서 검출된 정보에 기반하여 상기 시험편(S)에 발생된 마찰력을 산출하는 마찰력 산출부(630);
    상기 3D 스캔 유닛에서 제공된 3D 이미지를 통해 상기 시험편 내에 발생된 크랙을 검출하는 크랙 검출부(640); 및
    상기 하중 산출부(610), 상기 변위 산출부(620), 상기 마찰력 산출부(630) 및 상기 크랙 검출부(640)에서 산출된 결과값을 이용하여 상기 시험편의 프레팅 피로/마모 정보를 출력하는 프레팅 마모/피로 산출부(650)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기변형소자를 이용한 다축방향 프레팅 마모 실험 장치.
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