기계 시스템은 다양한 하중 조건에서 작동할 것으로 기대되며, 신뢰성과 안정적인 성능을 달성하기 위해 윤활 시스템을 사용할 필요가 있다. 이러한 안정적인 윤활을 구현하는 데 사용되는 저널 베어링은 유체역학적 윤활 베어링의 대표적인 형태이다. 본 연구에서는 어긋난 정렬 상태에서 정하중 외에 여러 가지 이유로 충격하중이 추가로 가해지는 조건에서도 안정적인 윤활 성능을 확보하기 위해 베어링의 양단에 홈(groove) 형상의 구조와 고무를 적용하였다. 홈 구조와 고무는 오일 필름 압력에 의해 홈 끝의 탄성 변형이 발생하여 충격하중을 흡수함과 동시에 축과 베어링 간의 접촉을 방지함으로써 안정적인 윤활 성능에 기여한다. 홈-유형의 유연 구조와 고무를 활용한 이 새로운 설계는 다양한 충격하중 조건에서 윤활 성능이 향상된 저널 베어링을 구현하였다. 기계 시스템에 충격하중이 가해질 때, 본 연구에서 제안한 설계는 윤활 성능을 향상시켜 기계 시스템의 신뢰성을 개선하는 데 기여한다.

영구 자석을 사용하는 철계(ferrous) 마모 입자(debris) 센서의 측정 감도를 향상시키기 위하여, 센서의 적절한 위치에 대한 새로운 수치적 접근법을 제시한다. 또한 철계 입자 센서 주변으로 흐름을 집중시키는 방법으로 유동 가이드 벽(flow guide wall)을 제안한다. 유동 가이드 벽은 철계 입자를 포함한 유동이 센서를 둘러 흐를 수 있도록 함으로써 측정 감도를 추가로 향상시키고자 한다. 수치 해석은 섬프 탱크형(sump-tank type)의 가장 대표적인 기어박스에 대해 다물리(멀티-피직스, multi-physics) 해석 방법을 사용하여 수행하였다. 철계 마모 입자 센서를 이용한 상태 진단(condition diagnosis)에서는 센서의 위치가 큰 영향을 미친다. 즉, 잘못된 센서 위치로 인해 이상 마모 및 손상이 존재함에도 불구하고 측정이 전혀 일어나지 않는 경우가 있다. 최적의 센서 위치를 결정하기 위해, 본 연구는 기어의 움직임으로 인해 발생하는 유동에 대한 유동 해석과 센서 구현을 위한 전기 및 자기장 해석, 그리고 입자 추적(particle tracing) 기법을 사용하여 입자 궤적을 추적하였다. 본 연구의 새로운 해석 방법과 결과는 최적 센서 위치를 선정하고 철계 마모 입자 센서를 효과적으로 적용하는 데 중요한 정보를 제공할 것이며, 오일 센서 기반 상태 진단 기술에 기여할 것이다.

본 연구는 금속-금속 접촉에서 발생하는 철성(ferrous) 마모 입자의 개수를 측정하여 엔진 등 다양한 기계 시스템에서 이상을 검출하는 데 사용되는 철성 입자 센서의 감도를 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 기존 센서는 영구자석을 사용하여 철성 입자를 수집한다. 그러나 이러한 센서는 센서 상부에 수집되는 철성 입자의 개수만을 측정하므로 이상 검출 능력이 제한된다. 본 연구는 다중 물리(physics) 해석 방법을 활용하여 기존 센서의 감도를 높이기 위한 설계 전략을 제시하고, 향상된 센서의 감도를 평가하기 위한 실용적인 수치적 방법을 권고하였다. 코어의 형상을 변경함으로써 센서의 최대 자속밀도는 원래 센서 대비 약 210% 증가하였다. 또한 센서 감도에 대한 수치 평가에서 제안된 센서 모델은 감도를 향상시켰다. 본 연구는 영구자석을 사용하는 철성 입자 센서의 기능을 향상시키는 데 활용될 수 있는 수치 모델과 검증 기법을 제공한다는 점에서 중요하다.

본 연구는 다양한 유형의 윤활유 오염 중에서도 바니시(vernish) 오염의 조사를 다룬 현재 문헌을 제시한다. 윤활유의 사용 기간이 증가할수록 윤활유는 열화되고 오염될 수 있다. 바니시는 여러 윤활 시스템에서 필터 막힘, 유압 밸브 및 연료 분사 펌프의 고착, 유동 방해, 간극 감소, 난방 및 냉각 성능 저하, 마찰 및 마모 증가를 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제는 기계 시스템의 고장, 성능 저하, 유지보수 및 수리 비용의 증가로도 이어질 수 있다. 바니시 오염으로 인한 문제를 개선하기 위해서는 바니시에 대한 충분한 이해가 필요하다. 따라서 본 총설에서는 바니시의 정의와 특성, 생성 장치, 생성 메커니즘, 원인, 측정 방법, 그리고 예방 또는 제거 방법을 요약한다. 본문에 제시된 대부분의 자료는 출판물에 포함된 윤활유 및 기계 유지보수 관련 제조사 보고서이다. 본 요약이 바니시 관련 문제를 감소시키거나 예방하는 데 종사하는 이들에게 도움이 되기를 기대한다.

기계 시스템은 다양한 하중 조건에서 작동할 것으로 기대되며, 신뢰성과 안정적인 성능을 달성하기 위해 윤활 시스템을 사용할 필요가 있다. 이러한 안정적인 윤활을 구현하는 데 사용되는 저널 베어링은 유체역학적 윤활 베어링의 대표적인 형태이다. 본 연구에서는 어긋난 정렬 상태에서 정하중 외에 여러 가지 이유로 충격하중이 추가로 가해지는 조건에서도 안정적인 윤활 성능을 확보하기 위해 베어링의 양단에 홈(groove) 형상의 구조와 고무를 적용하였다. 홈 구조와 고무는 오일 필름 압력에 의해 홈 끝의 탄성 변형이 발생하여 충격하중을 흡수함과 동시에 축과 베어링 간의 접촉을 방지함으로써 안정적인 윤활 성능에 기여한다. 홈-유형의 유연 구조와 고무를 활용한 이 새로운 설계는 다양한 충격하중 조건에서 윤활 성능이 향상된 저널 베어링을 구현하였다. 기계 시스템에 충격하중이 가해질 때, 본 연구에서 제안한 설계는 윤활 성능을 향상시켜 기계 시스템의 신뢰성을 개선하는 데 기여한다.

영구 자석을 사용하는 철계(ferrous) 마모 입자(debris) 센서의 측정 감도를 향상시키기 위하여, 센서의 적절한 위치에 대한 새로운 수치적 접근법을 제시한다. 또한 철계 입자 센서 주변으로 흐름을 집중시키는 방법으로 유동 가이드 벽(flow guide wall)을 제안한다. 유동 가이드 벽은 철계 입자를 포함한 유동이 센서를 둘러 흐를 수 있도록 함으로써 측정 감도를 추가로 향상시키고자 한다. 수치 해석은 섬프 탱크형(sump-tank type)의 가장 대표적인 기어박스에 대해 다물리(멀티-피직스, multi-physics) 해석 방법을 사용하여 수행하였다. 철계 마모 입자 센서를 이용한 상태 진단(condition diagnosis)에서는 센서의 위치가 큰 영향을 미친다. 즉, 잘못된 센서 위치로 인해 이상 마모 및 손상이 존재함에도 불구하고 측정이 전혀 일어나지 않는 경우가 있다. 최적의 센서 위치를 결정하기 위해, 본 연구는 기어의 움직임으로 인해 발생하는 유동에 대한 유동 해석과 센서 구현을 위한 전기 및 자기장 해석, 그리고 입자 추적(particle tracing) 기법을 사용하여 입자 궤적을 추적하였다. 본 연구의 새로운 해석 방법과 결과는 최적 센서 위치를 선정하고 철계 마모 입자 센서를 효과적으로 적용하는 데 중요한 정보를 제공할 것이며, 오일 센서 기반 상태 진단 기술에 기여할 것이다.

본 연구는 금속-금속 접촉에서 발생하는 철성(ferrous) 마모 입자의 개수를 측정하여 엔진 등 다양한 기계 시스템에서 이상을 검출하는 데 사용되는 철성 입자 센서의 감도를 향상시키는 것을 목적으로 하였다. 기존 센서는 영구자석을 사용하여 철성 입자를 수집한다. 그러나 이러한 센서는 센서 상부에 수집되는 철성 입자의 개수만을 측정하므로 이상 검출 능력이 제한된다. 본 연구는 다중 물리(physics) 해석 방법을 활용하여 기존 센서의 감도를 높이기 위한 설계 전략을 제시하고, 향상된 센서의 감도를 평가하기 위한 실용적인 수치적 방법을 권고하였다. 코어의 형상을 변경함으로써 센서의 최대 자속밀도는 원래 센서 대비 약 210% 증가하였다. 또한 센서 감도에 대한 수치 평가에서 제안된 센서 모델은 감도를 향상시켰다. 본 연구는 영구자석을 사용하는 철성 입자 센서의 기능을 향상시키는 데 활용될 수 있는 수치 모델과 검증 기법을 제공한다는 점에서 중요하다.

본 연구는 다양한 유형의 윤활유 오염 중에서도 바니시(vernish) 오염의 조사를 다룬 현재 문헌을 제시한다. 윤활유의 사용 기간이 증가할수록 윤활유는 열화되고 오염될 수 있다. 바니시는 여러 윤활 시스템에서 필터 막힘, 유압 밸브 및 연료 분사 펌프의 고착, 유동 방해, 간극 감소, 난방 및 냉각 성능 저하, 마찰 및 마모 증가를 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제는 기계 시스템의 고장, 성능 저하, 유지보수 및 수리 비용의 증가로도 이어질 수 있다. 바니시 오염으로 인한 문제를 개선하기 위해서는 바니시에 대한 충분한 이해가 필요하다. 따라서 본 총설에서는 바니시의 정의와 특성, 생성 장치, 생성 메커니즘, 원인, 측정 방법, 그리고 예방 또는 제거 방법을 요약한다. 본문에 제시된 대부분의 자료는 출판물에 포함된 윤활유 및 기계 유지보수 관련 제조사 보고서이다. 본 요약이 바니시 관련 문제를 감소시키거나 예방하는 데 종사하는 이들에게 도움이 되기를 기대한다.

본 연구에서는 유압 시스템에서 튜닝 포크 센서를 대상으로 하여 오일 상태 모니터링의 정확성을 중점적으로 다룬다. 또한 유압유를 주기적으로 채취하여, 온라인 모니터링 센서 신호와 오프라인 오일 분석 간의 상관관계를 분석하고자 한다. 최근 수년간, 유압유의 상태기반 모니터링(CBM)은 건설·토공 장비의 가동 시간(다운타임) 연장과 유지보수 비용 절감에 핵심적인 역할을 해왔다. 본 연구는 건설 장비를 위한 오일 분석 기반 상태 모니터링 시스템을 개발하기 위해 시험대(rig test) 시험과 현장 시험을 수행하였다. 시험대 시험을 통해 신규 유압유의 점도 및 유전율 진단을 위한 기준선을 도출하였고, 인공 오염과 산화에 대한 각 센서 파라미터의 특성을 확인하였다. 오일 센서를 이용한 오일 진단의 타당성을 입증하기 위해, 오일 센서를 네 대의 굴착기에 적용하여 12개월 동안 오일 상태의 변화를 감지하였다. 유체의 물성 변화 및 오염 변화를 감지하는 오일 센서로 유압유를 모니터링하면 진단 기준을 수립하는 데 신뢰할 수 있는 정보를 제공할 수 있음이 확인되었다. 이러한 결과를 바탕으로 오일 상태 진단을 통해 잔여 오일 수명을 예측하고, 오일 교환 주기를 결정할 수 있다.

분자역학 시뮬레이션 기법을 사용하여 이종구조 나노복합재의 마찰학적 거동에 대한 수치적 연구를 수행하였다. 열적 응력을 포함한 마찰 특성은 경계 윤활(boundary lubrication) 조건에서 네 가지 마찰 모델—무나노입자(no-nanoparticle), MoS 2 , TiO 2 , TiO 2 /MoS 2 나노입자 모델—을 비교하여 분석하였다. 무나노입자 모델은 금속-금속의 직접 접촉으로 인해 높은 마찰력과 온도 피크를 보였으며, 따라서 나노입자 매개 없이 기판 상호작용이 겪는 내재적 어려움을 보여주었다. TiO 2 나노입자를 추가한 경우, MoS 2 모델과 비교하여 평균 마찰계수가 56.08% 유의하게 감소하였다. 이러한 효과는 나노입자에 의해 유도되는 구름(rolling) 효과가 직접 접촉을 최소화했기 때문으로 설명된다. TiO 2 /MoS 2 모델은 TiO 2 모델에 MoS 2 를 포함하였으며, TiO 2 모델에 비해 평균 마찰계수가 24.42% 감소하였다. 또한 TiO 2 /MoS 2 복합 모델은 미끄러짐 동안 가장 낮은 온도 분포를 나타내, 우수한 열 관리 성능을 시사하였다. 복합-나노입자 마찰학적 시스템에서 TiO 2 와 MoS 2 의 상호보완적(시너지) 조합은 마찰막(tribofilms)을 형성하여 마찰과 마모를 감소시키고 온도를 안정화함으로써 성능을 향상시켰다. MoS 2 는 마찰막 형성을 통해 마모를 최소화하고 열 발생을 안정화하는 데 기여하는 반면, 구형 TiO 2 나노입자는 마찰막의 열화(tribo-film degradation)를 방지하여 내구성을 추가로 개선한다. 본 연구는 마찰 조건에서 마모를 감소시키고 열 관리 성능을 향상시키는 데 있어 TiO 2 및 MoS 2 나노입자 첨가제의 상호보완적 효능을 부각하며, 고도 마찰학 응용 분야에 대한 유용한 통찰을 제공한다.

저널 베어링은 정렬 불량과 충격 하중으로 인해 손상과 성능 저하를 겪을 수 있으며, 이는 잠재적으로 운전 실패로 이어질 수 있다. 본 연구는 그러한 조건에서 윤활 특성을 향상시키기 위해 베어링 설계에 홈(groove)형 유연 구조와 고무를 통합하여 이 문제를 해결하고자 하였다. 연구에서는 축 중심 궤적, 최소 오일 막 두께, 최대 변형, 오일 막 압력 분포, 그리고 정적 및 동적 충격 하중(크기와 방향이 서로 다른 경우)에 따른 변형 분포 등 다양한 요인을 평가하였다. 그 결과 유연 구조와 고무의 조합은 특히 큰 충격 하중 및 정하중 조건에서 윤활 특성을 유의하게 개선하는 것으로 나타났다. 유연 구조와 함께 낮은 탄성계수를 갖는 고무를 사용한 경우, 유연 구조만 사용하는 경우에 비해 최소 오일 막 두께가 적어도 5배 이상 증가하였다. 이러한 개선은 오일 막 압력에 의해 유윤면(lubricating surface)이 탄성 변형되면서 상당한 충격 하중 하에서도 충분한 오일 막 두께가 유지되도록 하기 때문인 것으로 해석된다. 본 연구 결과는 충격 하중을 빈번히 받는 기계 시스템에서 안정적인 윤활에 크게 기여할 수 있는 설계 접근법을 시사하며, 나아가 시스템의 신뢰성과 운전 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 수치적 결과는 충격 하중을 자주 경험하는 기계 시스템에서 안정적인 윤활을 유지하고, 신뢰성과 성능을 향상시키는 데 유의미하게 기여할 것으로 기대된다.

왕복 피스톤 메커니즘에서 대부분의 비대칭적인 횡방향 힘이 발생하며, 이는 동력 장비의 주요 구성요소로 널리 적용된다. 이 횡방향 힘이 피스톤에 크게 작용할 경우 피스톤은 실린더와 접촉하게 된다. 이러한 부정적 현상을 방지하기 위해 윤활 특성 평가 및 제어 기술이 필요하다. 본 연구에서는 항공 및 플랜트 산업에서 널리 사용되는 피스톤 유압펌프의 윤활 해석을 수행하기 위해 접촉면의 탄성 변형을 고려한 경계윤활(boudary lubrication) 모델을 채택하였다. 피스톤/실린더 메커니즘은 설계 및 운전 파라미터(마찰계수, 간극, 프로파일 형상, 운전 속도, 압력)를 변화시키면서 접촉력, 특성 두께, 동력 손실의 관점에서 분석하였다. 피스톤의 기울어짐(틸트)에 저항하여 전체적인 지지력을 평가한 결과, 계면에서의 접촉으로 인한 지지력 비율이 유체 윤활 영역에서의 지지력 비율보다 더 가파르게 증가하였다. 피스톤 헤드의 프로파일링은 동력 손실을 감소시키는 데 긍정적인 역할을 했으나, 동시에 피스톤 틸트를 증가시켰다. 이러한 경향은 가공의 헤드 프로파일링 정도가 증가할수록 더욱 뚜렷하게 나타났다. 마지막으로, 가변 운전 속도와 압력의 영향을 조사하였다. 높은 운전 속도는 낮은 접촉력을 유발했으며, 높은 운전 압력은 높은 접촉력을 유발했다. 본 연구를 통해 적절한 경계윤활 모델링을 적용함으로써 현장에서 사용되는 왕복 피스톤 펌프의 윤활 성능 및 동력 손실을 보다 현실적으로 예측할 수 있었다.