2021년 01월 19일
Saint-Gobain에서 베어링과 톨러런스 링을 개발할 때 마찰 공학 연구를 통해 많은 것을 얻습니다. Tribology는 마찰과 마모의 연구에 주어진 이름입니다. ‘Tribology(마찰학)’이라는 용어는 ‘문지르다’를 의미하는 그리스어에서 파생되었으며 본질적으로 우리가 연구하는 마찰특성과 상대 운동에서 표면의 마모 거동에 관련된 것입니다.
마찰 연구를 통해 재료의 마모 과정을 더 잘 이해할 수 있으며 구성 요소가 최적의 마찰 계수를 갖도록 설계할 수 있습니다. 이와 같이 마찰 공학은 우리 연구 개발에서 큰 역할을 합니다.
인류는 수천 년 동안 마찰 공학을 이해해오고 있습니다. 막대기를 서로 비비면서 열을 발생시키고 불을 만드는 것은 마찰에 대한 기본적인 이해를 보여줍니다. 아마도 가장 초기에 기록된 윤활유의 사용은 고대 이집트로 사람들이 큰 조각상을 움직이기 위해 윤활유를 사용하는 것으로 보이는 기록입니다.
15세기가 되어서야 마찰학에 대한 인류의 이해가 크게 발전했습니다. 마찰을 체계적으로 연구하고 이에 대한 이해를 발전시킨 최초의 학자 중 한 사람은 바로 르네상스 시대의 인물인 레오나르도 다빈치입니다.
오늘날 마찰 공학은 공학 및 과학 분야가 포함된 여러 학문 분야와 관련된 분야로 마찰, 마모 및 윤활의 세 가지 상호 관련된 주제로 크게 나눌 수 있습니다. 마찰은 상대 운동에서 고체 표면 사이의 저항이고 마모는 마찰의 결과이며 윤활은 마찰을 줄이고 내마모성을 생성하여 접촉부를 보호하는 수단입니다.
일상 생활에서 마찰 공학을 접하기 위해 기계 공학 분야에서 일할 필요는 없습니다. 예를 들어 운동화의 밑창은 최상의 접지력을 위해 정밀하게 설계되어 있습니다. 응용 분야에는 고관절 마찰이 가능한 최상의 자연스러운 움직임을 보장하는 의료 분야의 생체 마찰도 포함됩니다.
현재 마찰 공학 시스템 연구는 나노 수준으로 정밀하게 진행되고 있으며 이는 마찰 공학 시스템 연구의 주요 분야입니다. 나노 마찰 학자들은 나노 규모의 마찰을 조사하고 자기 저장 장치와 같은 응용 분야에서 이 지식을 활용합니다.
Saint-Gobain에서는 마찰을 제어하기 위해 엔지니어와 협력하여 적용 분야가 안정적이고 견고하며 우수한 내구성을 갖도록 지원합니다. 우리에게 마찰 공학 연구는 신뢰성이 높은 구성 요소를 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 자동차 분야 고객과 협력하여 마모, 소음, 진동 및 부식을 줄이는 일관된 제어 마찰력을 갖도록 부품을 개발합니다.
윤활은 마찰학의 하위 분야로 우리 모두 알고 있듯이 윤활은 마찰 영향도를 줄여줍니다. 오일 또는 그리스와 같은 명백한 윤활제 외에도 구성 요소의 재료 구조에 직접 통합될 수 있는 고체 윤활제도 있으며(당사 NORGLIDE® PTFE Bearings) 고유의 혹은 자체 윤활 특성을 가지고 있습니다. 이 짧은 동영상은 이 메커니즘의 작동 방식을 보여 줍니다.
아주 작은 양의 윤활로도 두 표면 사이의 마찰을 크게 변화시킬 수 있습니다. 매우 얇은 윤활막이 표면에 부착되어 마찰이 작은 층을 생성하는 경우 이를 일반적으로 경계 마찰이라고 합니다.
어떤 경우에는 두 표면을 서로 완전히 분리하기에 충분한 두께의 윤활막이 생성됩니다. 일반적으로 이것은 어떤 종류의 움직임에 의해 생성되며 수막 현상으로 인해 자동차 바퀴에 발생하는 현상과 매우 유사한 효과입니다. 이것을 유체막 마찰이라고 하며 일반적으로 마찰력이 매우 낮습니다.
윤활유의 효율은 점도에 따라 달라지며 작동 조건에 따라 변할 수 있습니다. 다시 말해 마찰력은 슬라이딩 마찰 감소와 너무 높은 점도 사이의 균형점을 찾는 윤활 공식에 의해 조정될 수 있습니다.
Stribeck 시험은 일반적으로 오일을 윤활제로 사용하는 저널 베어링 시험기에서 진행하는 표준 마찰 시험입니다. 저널 베어링 시험의 결과물은 샤프트 표면 속도의 함수로 COF를 측정하는 데 사용되며 일반적으로 Stribeck 곡선 또는 단순하게 마찰 곡선이라고 부르기도 합니다. Stribeck 곡선은 베어링과 샤프트 접촉부의 윤활 체제를 결정하기 위한 연구에서 주로 사용됩니다. 일반적으로는 베어링과 샤프트 사이의 필름 두께에 의해 정의되는 세 가지 윤활 방식이 있습니다. 얇은 혼합 경계(Thin and Mix boundary) 영역의 마찰은 매우 얇은 유막 수준에서 작동하므로 주로 재료 표면 사이의 마찰로 인해 발생하며 이 것을 쿨롱(Coulomb) 마찰 또는 고체 마찰이라고 합니다. 유체 역학적(Hydrodynamic) 영역은 샤프트와 베어링이 유막에 의해 완전히 분리된 상태로 경계 윤활 영역을 거쳐 발생합니다. 엔지니어는 마모를 줄이고 마찰을 최소화하기 위해 유체 역학적 조건 작동 조건을 위한 설계를 시작하지만 유체 역학적 필름을 생성하는 조건이 항상 가능한 것은 아닙니다. 오일 부족 혹은 낮은 rpm은 베어링 시스템이 경계 윤활 조건에서 작동되도록 할 수도 있습니다.
베어링과 상대품의 윤활 체제를 식별하는 데 사용되는 일반적인 Stribeck 곡선
따라서 이런 시스템 설계에는 마모율 특성이 우수한 저마찰 재료가 우수하며 저희 HP 소재는 이러한 목적을 위해 개발되었습니다.
슬라이딩 표면의 마찰로 에너지는 손실됩니다. 저희 제품들은 시스템의 마찰을 줄여 에너지 소비를 줄일 수 있으며 재료 과학과 결합된 마찰 공학 연구는 차이를 만드는데 도움이 될 수 있습니다.
자동차 산업의 승용차 에너지 소비에 대한 최근 연구에 따르면 연료 에너지의 21.5%만이 자동차에 동력을 공급하는 데 사용되며 마찰 손실은 무려 33%(제동 제외시 28%)를 차지합니다.
물론 마찰로 인한 구성 요소의 마모율을 줄이면 마찰 시스템의 수명이 늘어나 폐기 및 제조 시간을 단축시킬 수도 있습니다.
연구 개발에 대한 우리의 약속은 우리를 기존 제조 업체와 차별화합니다. 당사의 맞춤형 구성 요소는 표면 공학 및 마찰 공학 시스템에 대한 수천 시간의 연구 및 응용 연구를 기반으로 합니다. 더 자세한 내용은 Saint-Gobain에 문의주시기 바랍니다.