중공 압입축의 접촉단부 접촉압력 및 미소슬립 특성

초록

철도차량 차축과 같은 보스와 축의 압입부, 볼트 혹은 리벳의 체결부 등에서 반복하중을 받을 경우 접촉면 끝단에는 높은 접촉압력과 아주 작은 상대미끄럼(Micro-slip)이 발생한다. 이로 인해 접촉면 끝단에는 마모 및 미소한 균열 등과 같은 프레팅(Fretting) 현상이 발생하고 피로강도에 현저한 저하를 나타낸다. 철도차량 차축의 경우, 안전에 관한 가장 중요한 부품의 하나로 높은 신뢰성이 요구되어 오래 전부터 차축의 강도향상 및 신뢰성 향상에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나, 차축의 차륜 압입부위에 마모 또는 미세균열에 의한 프레팅 피로현상에 대하여 아직도 해결되지 않은 부분이 많고, 고속전철에 사용되는 중공축에 대한 프레팅 피로손상 메커니즘에 대한 연구는 많이 진행되지 않았다. 본 연구에서는 중공차축 압입부에 대한 프레팅 피로 손상 대책 및 피로강도 향상 방안을 도출하기 위하여 중공 차축 압입부 프레팅 피로수명 해석의 전단계로, 유한요소법을 이용하여 회전굽힘 피로시험용 중공 압입축 시편을 대상으로 프레팅 피로 발생 시 수반 되는 미소슬립을 고려한 접촉 응력 해석 모델을 구축하였다. 구축된 모델을 이용하여 압입 시와 굽힘하중 작용 시 중공축 압입부 접촉응력 및 미소슬립량의 변화와 압입부 마찰계수 변화에 따른 영향 등을 해석하고 그 특성을 검토하였다. 또한, 중공차축의 내경에 따라 압입축의 접촉 끝단의 접촉압력과 미소슬립의 변화에 대하여 분석하였다.