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모멘트 하중으로 인한 고장 가능성 (무급유 부시의 메인터넌스)
서론
기계 시스템에서 무급유 부시는 유지보수 필요성이 적고 내구성이 뛰어나 널리 사용됩니다. 하지만 모멘트 하중이 가해질 경우, 이러한 부시의 사용은 고장 가능성을 크게 증가시킬 수 있습니다. 이 글은 모멘트 하중이 무급유 부시에 미치는 영향을 분석하고, 이러한 위험을 완화하기 위한 구조적 변경 사항을 제안합니다.
무급유 부시의 모멘트 하중 역학
무급유 부시는 베어링 면에 대해 병진력 하중만을 견디도록 설계되었습니다. 모멘트 하중이 가해질 경우, 부시와 축의 접촉 끝 부분에 과도한 힘이 작용하게 됩니다. 이는 접촉 면적을 극도로 작게 만들며, 모멘트 하중에 의해 발생하는 응력이 허용값을 초과하게 되어 마모 및 눌러붙음 현상이 발생합니다. 이러한 메커니즘은 정성적으로 설명할 수 있으나, 정량적으로 보여주기는 어렵습니다.
모멘트 하중이 가해진 무급유 부시의 구조
단일 가이드에 단일 무급유 부시가 조립된 상태에서 중심 위치에 힘(F1)이 가해진 경우, 모멘트 하중은 발생하지 않지만, 무급유 부시와 축의 구속 관계 상 베어링 중심에 모멘트 하중이 가해지게 됩니다. 따라서 병진력(F1)에 의해 무급유 부시의 홀더를 포함한 바에는 중심 위치에 병진력(F1)과 모멘트 하중(F1 × L1)이 가해집니다.
문제가 되는 점은 모멘트 하중으로 인해 무급유 부시를 회전시키는 경우, 부시의 양끝에 그림과 같은 힘(F2)이 발생한다는 것입니다. 이로 인해 모멘트의 균형 방정식은 다음과 같이 나타납니다.
\( F1 \times L1 = F2 \times L2 \)
\( F2 = \frac{F1 \times L1}{L2} \)
모멘트로 인해 발생하는 힘(F2)은 무급유 부시와 축이 접촉하는 부시의 양 끝에 작용합니다. 이 접촉 면적이 극히 작기 때문에 응력의 값은 커지게 되며, 결과적으로 응력이 허용값을 초과하여 마모가 발생하고 파손됩니다. 따라서 무급유 부시를 사용할 때는 모멘트 하중을 가하지 않는 구조로 사용해야 합니다.
무급유 부시의 올바른 사용 구조
그림2의 구조는 중심 위치에 양쪽에 무급유 부시를 배치하여 모멘트 하중이 발생하지 않도록 설계되었습니다. 이로 인해 병진력(F1)만 작용하고 그림1과 같은 F2가 발생하지 않습니다. 따라서 모멘트 하중으로 인한 고장 위험을 최소화할 수 있습니다.
결론
무급유 부시는 적절한 사용 조건 하에서 유지보수가 적고 내구성이 뛰어난 부품입니다. 그러나 모멘트 하중이 가해질 경우, 부시의 고장 가능성이 증가하므로 이러한 하중을 피하는 구조적 설계가 필요합니다. 향후 연구에서는 이러한 구조적 변경의 실효성을 실험적으로 검증할 필요가 있습니다.
출처: 한국 미스미
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