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트라이보미터를 사용한 폴리머 벨트 마모 및 마찰

폴리머 벨트

트라이보미터를 사용한 마모 및 마찰

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

벨트 드라이브는 동력을 전달하고 둘 이상의 회전축 사이의 상대적인 움직임을 추적합니다. 벨트 드라이브는 최소한의 유지보수로 간단하고 경제적인 솔루션으로 벅쏘, 제재소, 탈곡기, 사일로 블로어, 컨베이어 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 벨트 드라이브는 과부하로부터 기계를 보호할 뿐만 아니라 습기를 차단하고 진동을 차단할 수 있습니다.

마모 평가의 중요성 벨트 드라이브의 경우

벨트 구동 기계의 벨트는 마찰과 마모가 불가피합니다. 충분한 마찰은 미끄러짐 없이 효과적인 동력 전달을 보장하지만 과도한 마찰은 벨트를 빠르게 마모시킬 수 있습니다. 벨트 구동 작동 중에는 피로, 마모, 마찰 등 다양한 유형의 마모가 발생합니다. 벨트의 수명을 연장하고 벨트 수리 및 교체에 드는 비용과 시간을 절감하기 위해서는 벨트의 마모 성능을 신뢰성 있게 평가하여 벨트의 수명, 생산 효율성 및 응용 분야 성능을 개선하는 것이 바람직합니다. 벨트의 마찰 계수 및 마모율을 정확하게 측정하면 벨트 생산의 R&D 및 품질 관리가 용이해집니다.

측정 목표

이 연구에서는 다양한 표면 질감을 가진 벨트의 마모 거동을 시뮬레이션하여 비교했습니다. 나노베아 T2000 트라이보미터는 벨트의 마모 과정을 제어 및 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.

나노베아

T2000

테스트 절차

표면 거칠기와 질감이 다른 두 벨트의 마찰 계수, COF 및 내마모성을 다음과 같이 평가했습니다. 나노베아 고부하 트라이보미터 선형 왕복 마모 모듈을 사용합니다. Steel 440 볼(직경 10mm)을 카운터 재료로 사용했습니다. 통합된 측정기를 사용하여 표면 거칠기와 마모 트랙을 검사했습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 마모율, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=Vl(Fxs)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 는 슬라이딩 거리입니다.

 

이 연구에서는 매끄러운 스틸 440 볼을 예로 사용했으며, 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.

결과 및 토론

텍스처 벨트 및 스무스 벨트의 표면 거칠기 Ra는 각각 33.5 및 8.7 um이며, 분석된 표면 프로파일에 따르면 나노베아 3D 비접촉식 광학 프로파일러. 서로 다른 하중에서 벨트의 마모 거동을 비교하기 위해 테스트한 두 벨트의 COF와 마모율을 각각 10N과 100N에서 측정했습니다.

그림 1 은 마모 테스트 중 벨트의 COF 변화를 보여줍니다. 텍스처가 다른 벨트는 상당히 다른 마모 거동을 보입니다. 흥미로운 점은 COF가 점진적으로 증가하는 런인 기간이 지나면 텍스처 벨트는 10N 및 100N의 하중을 사용하여 수행한 두 테스트 모두에서 ~0.5의 낮은 COF에 도달한다는 것입니다. 이에 비해 10N의 하중으로 테스트한 스무스 벨트는 COF가 안정될 때 ~1.4의 상당히 높은 COF를 나타내며 나머지 테스트 동안 이 값 이상을 유지한다는 것입니다. 100N의 하중을 가하여 테스트한 스무스 벨트는 강철 440 볼에 의해 빠르게 마모되어 큰 마모 트랙을 형성했습니다. 따라서 테스트는 220 회전에서 중단되었습니다.

그림 1: 다양한 하중에서 벨트의 COF의 진화.

그림 2는 100N에서 테스트 후 3D 마모 트랙 이미지를 비교한 것입니다. 나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모 트랙의 상세한 형태를 분석할 수 있는 도구를 제공하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 더 많은 통찰력을 제공합니다.

표 1: 마모 트랙 분석 결과.

그림 2:  두 벨트의 3D 보기
100N에서 테스트한 후

3D 마모 트랙 프로파일을 사용하면 표 1과 같이 고급 분석 소프트웨어에서 계산한 마모 트랙 부피를 직접 정확하게 측정할 수 있습니다. 220회전 마모 테스트에서 스무스 벨트는 600회전 마모 테스트 후 텍스처드 벨트의 마모 부피가 14.0mm3인 것에 비해 75.7mm3의 부피로 훨씬 더 크고 깊은 마모 트랙을 가집니다. 스틸 볼에 대한 스무스 벨트의 마찰이 훨씬 더 높기 때문에 텍스쳐드 벨트에 비해 마모율이 15배 더 높습니다.

 

텍스처 벨트와 스무스 벨트 사이의 이러한 급격한 COF 차이는 벨트와 스틸 볼 사이의 접촉 면적 크기와 관련이 있을 수 있으며, 이는 또한 다른 마모 성능으로 이어집니다. 그림 3은 광학 현미경으로 두 벨트의 마모 트랙을 보여줍니다. 마모 트랙 검사는 COF 진화에 대한 관찰과 일치합니다: 0.5의 낮은 COF를 유지하는 텍스처드 벨트는 10N의 하중에서 마모 테스트 후 마모 징후가 나타나지 않습니다. 스무스 벨트는 10N에서 작은 마모 트랙을 보여줍니다. 100N에서 수행한 마모 테스트는 텍스처드 벨트와 스무스 벨트 모두에서 상당히 큰 마모 트랙을 생성하며 다음 단락에서 설명하는 대로 3D 프로파일을 사용하여 마모율을 계산합니다.

그림 3:  광학 현미경으로 트랙을 착용합니다.

결론

이 연구에서는 벨트의 마찰 계수와 마모율을 잘 제어되고 정량적인 방식으로 평가할 수 있는 나노베아 T2000 트라이보미터의 성능을 보여주었습니다. 표면 텍스처는 벨트의 서비스 성능 중 마찰 및 내마모성에 중요한 역할을 합니다. 텍스처가 있는 벨트는 마찰 계수가 0.5 정도로 안정적이며 수명이 길기 때문에 공구 수리 또는 교체에 드는 시간과 비용을 절감할 수 있습니다. 이에 비해 매끄러운 벨트와 스틸 볼의 과도한 마찰은 벨트를 빠르게 마모시킵니다. 또한 벨트에 가해지는 하중은 벨트의 수명을 결정짓는 중요한 요소입니다. 과부하는 매우 높은 마찰을 발생시켜 벨트의 마모를 가속화합니다.

나노베아 T2000 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아의 타의 추종을 불허하는 범위는 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 전체 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.