이재란
2017-07-26 15:30:28
3
2085
많은 분들의 답변 대단히 감사합니다.
많은 도움이 되었습니다.
그동안 피로 관련된 공부를 좀 했는데 적응이 어렵군요.
계산된 하중은 장비 자체의 충격은 별로 없으며 거의 쉬지 않고 가동되는 것이라 이론치와 큰 차이는 없을 것으로 추정됩니다.
즉 위에 계산된 응력은 정상 작동시 모터가 낼 수 있는 최대 토크를 기준으로 한 것입니다.
제시된 것중 응력집중의 고려와 경도를 기준으로 피로 한도를 정하는 것이 일단은 타당한 것 같습니다.
많은 도움이 되었으며 좀더 공부한 후에 다시 질문하겠습니다.
참고로 단차에서의 Round는 0.2mm 입니다.
많은 도움이 되었습니다.
그동안 피로 관련된 공부를 좀 했는데 적응이 어렵군요.
계산된 하중은 장비 자체의 충격은 별로 없으며 거의 쉬지 않고 가동되는 것이라 이론치와 큰 차이는 없을 것으로 추정됩니다.
즉 위에 계산된 응력은 정상 작동시 모터가 낼 수 있는 최대 토크를 기준으로 한 것입니다.
제시된 것중 응력집중의 고려와 경도를 기준으로 피로 한도를 정하는 것이 일단은 타당한 것 같습니다.
많은 도움이 되었으며 좀더 공부한 후에 다시 질문하겠습니다.
참고로 단차에서의 Round는 0.2mm 입니다.
> ----------------------------------------------------------
> 김영진 님의 글 "피로 파괴에 대한 문의"
> ----------------------------------------------------------
> 저는 자동화 업체에서 설계를 담당하고 있습니다.
> 저희가 납품한 제품의 축(shaft)에 파손이 발생되었는데 제품을 사용하고 있는 업체의 연구원이 파면을 보고는 피로에 의한 절손이라고 말하였습니다.
> 사용된 축의 재질은 SM45C이며 직경은 30mm, 단차가 있는 부분은 35mm이며, 고주파 열처리하여 경도는 HRc=45로 규정되어 있습니다.
> 축 끝단에는 기어가 연결되어 동력을 전달합니다.
>
> 대략적인 응력 계산 결과 모멘트 응력은 9kgf/mm^2이고 전달 토크에 의한 전단응력은 14kgf로 계산됩니다.
>
> 이 제품에 문제가 있나요? 그리고 설계 변경을 하려면 어떻게 하는 것이 좋을 까요.
> 고수님의 답변 부탁합니다.
>
-------------- 답 변 --------------
저는 대우중공업 신뢰성평가센터에서 근무하고 있는 고정 책임연구원입니다.
부품의 파면에서 관찰되는 거시적 또는 미시적 양상에 따라 파괴의 종류는 연성파괴, 취성파괴, 피로파괴, 환경조장파괴(Creep, 응력부식균열, 수소취성,...) 등으로 분류할 수 있습니다. 피로파면의 특징은 균열의 진전방향이 주응력방향과 수직(Flat-Face라고 함)이고, 파면에 Beach Mark(또는 초생달모양) 형태가 나타나는 경우가 많으며, 파면이 평탄한 특징이 있어 육안으로도 쉽게 식별할 수 있습니다. 더 확실하게는 전자현미경에 의한 고배율의 파면관찰에 의해 Striation 이라는 점진적 균열진전 흔적으로부터 피로파괴임을 확인할 수 있습니다.
본 부품의 경우 파괴의 원인분석 및 대책수립을 위해 다음의 세가지 검토가 필요합니다.
1) 재료의 피로강도
재질 및 열처리종류, 표면상태, 부품의 크기, 하중형태 등에 따른 Shaft 재료의 피로한도를 얻어야 하는데, 문의하신 경우는 시중의 피로관련 서적에서 쉽게 값을 얻을 수 있습니다.(담금질 열처리한 강에 표면연마한 부품의 피로한도는 대략 인장강도의 절반정도 됩니다.)
2) 응력계산
회전동력의 전달과 동시에 굽힘하중을 받는 축의 경우에는 비틀림모멘트(T)와 굽힘모멘트(M)로부터 등가굽힘모멘트(Me)를 계산한 다음 이로부터 최대주응력을 계산해야 합니다. 축경이 30mm/35mm 단차가 있다고, 하는데 아마 이 단차의 Fillet부에서 피로파괴가 발생된 것으로 추측되며, 축경 30 mm 에서의 최대주응력(등가굽힘모멘트/단면계수)을 계산해야 합니다.
3) Fillet에서의 응력집중 계산
단차(Fiilet)에서 발생하는 이론응력집중(Kt)을 계산해야 하며, 문의하신 형상(Stepped Round Bar) 및 하중형태(Bending + Torsion)의 경우에는 Data Book에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 이때 변수는 d(30mm), D(35mm), r(?)이 필요합니다. 이론응력집중계수를 얻었으면 다음에는 노치감수성계수(Notch Sensitivity Factor, q)를 구하여 최종적으로 피로노치계수(Fatigue Notch Factor, Kf)를 계산하여 Fillet부의 피로한도를 계산합니다.
위에서 구한 피로한도와 응력값으로 부터 이 부품의 피로안전율을 계산하여 이 부품이 변동외력에 대한 피로파괴에 대해서 적절하게 설계되었는지를 판단할 수 있습니다.
문의에 주어진 기초자료가 불충분하여 직접 계산 및 해결방안은 제시해 드리지 못하고 일반적인 내용만 기술하였습니다. 많은 경우에 Fillet의 R값만 증가시켜도 응력집중이 현저하게 감소하여 충분한 피로안전율을 확보할 수 있습니다. 문의하신 내용으로 봐서 파면 육안관찰, 간단한 계산에 의해 피로파괴의 원인분석 및 대책을 제시해 드릴 수 있을 것으로 생각되므로 현품, 도면을 지참하고 저희 센터로 방문해 주시면 무상으로 자문해 드리겟습니다.
저희 센터의 소개는 http://www.cpr.co.kr 을 참조해 주시기 바랍니다.
> 김영진 님의 글 "피로 파괴에 대한 문의"
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> 저는 자동화 업체에서 설계를 담당하고 있습니다.
> 저희가 납품한 제품의 축(shaft)에 파손이 발생되었는데 제품을 사용하고 있는 업체의 연구원이 파면을 보고는 피로에 의한 절손이라고 말하였습니다.
> 사용된 축의 재질은 SM45C이며 직경은 30mm, 단차가 있는 부분은 35mm이며, 고주파 열처리하여 경도는 HRc=45로 규정되어 있습니다.
> 축 끝단에는 기어가 연결되어 동력을 전달합니다.
>
> 대략적인 응력 계산 결과 모멘트 응력은 9kgf/mm^2이고 전달 토크에 의한 전단응력은 14kgf로 계산됩니다.
>
> 이 제품에 문제가 있나요? 그리고 설계 변경을 하려면 어떻게 하는 것이 좋을 까요.
> 고수님의 답변 부탁합니다.
>
-------------- 답 변 --------------
저는 대우중공업 신뢰성평가센터에서 근무하고 있는 고정 책임연구원입니다.
부품의 파면에서 관찰되는 거시적 또는 미시적 양상에 따라 파괴의 종류는 연성파괴, 취성파괴, 피로파괴, 환경조장파괴(Creep, 응력부식균열, 수소취성,...) 등으로 분류할 수 있습니다. 피로파면의 특징은 균열의 진전방향이 주응력방향과 수직(Flat-Face라고 함)이고, 파면에 Beach Mark(또는 초생달모양) 형태가 나타나는 경우가 많으며, 파면이 평탄한 특징이 있어 육안으로도 쉽게 식별할 수 있습니다. 더 확실하게는 전자현미경에 의한 고배율의 파면관찰에 의해 Striation 이라는 점진적 균열진전 흔적으로부터 피로파괴임을 확인할 수 있습니다.
본 부품의 경우 파괴의 원인분석 및 대책수립을 위해 다음의 세가지 검토가 필요합니다.
1) 재료의 피로강도
재질 및 열처리종류, 표면상태, 부품의 크기, 하중형태 등에 따른 Shaft 재료의 피로한도를 얻어야 하는데, 문의하신 경우는 시중의 피로관련 서적에서 쉽게 값을 얻을 수 있습니다.(담금질 열처리한 강에 표면연마한 부품의 피로한도는 대략 인장강도의 절반정도 됩니다.)
2) 응력계산
회전동력의 전달과 동시에 굽힘하중을 받는 축의 경우에는 비틀림모멘트(T)와 굽힘모멘트(M)로부터 등가굽힘모멘트(Me)를 계산한 다음 이로부터 최대주응력을 계산해야 합니다. 축경이 30mm/35mm 단차가 있다고, 하는데 아마 이 단차의 Fillet부에서 피로파괴가 발생된 것으로 추측되며, 축경 30 mm 에서의 최대주응력(등가굽힘모멘트/단면계수)을 계산해야 합니다.
3) Fillet에서의 응력집중 계산
단차(Fiilet)에서 발생하는 이론응력집중(Kt)을 계산해야 하며, 문의하신 형상(Stepped Round Bar) 및 하중형태(Bending + Torsion)의 경우에는 Data Book에서 쉽게 얻을 수 있습니다. 이때 변수는 d(30mm), D(35mm), r(?)이 필요합니다. 이론응력집중계수를 얻었으면 다음에는 노치감수성계수(Notch Sensitivity Factor, q)를 구하여 최종적으로 피로노치계수(Fatigue Notch Factor, Kf)를 계산하여 Fillet부의 피로한도를 계산합니다.
위에서 구한 피로한도와 응력값으로 부터 이 부품의 피로안전율을 계산하여 이 부품이 변동외력에 대한 피로파괴에 대해서 적절하게 설계되었는지를 판단할 수 있습니다.
문의에 주어진 기초자료가 불충분하여 직접 계산 및 해결방안은 제시해 드리지 못하고 일반적인 내용만 기술하였습니다. 많은 경우에 Fillet의 R값만 증가시켜도 응력집중이 현저하게 감소하여 충분한 피로안전율을 확보할 수 있습니다. 문의하신 내용으로 봐서 파면 육안관찰, 간단한 계산에 의해 피로파괴의 원인분석 및 대책을 제시해 드릴 수 있을 것으로 생각되므로 현품, 도면을 지참하고 저희 센터로 방문해 주시면 무상으로 자문해 드리겟습니다.
저희 센터의 소개는 http://www.cpr.co.kr 을 참조해 주시기 바랍니다.
공지사항
1501050690&&1. [서식8-1호] 용접기술사 강의 수강 신청서.pdf