현시적 유한차분법을 이용한 볼나사 시스템의 열해석

Q: 이 논문에서 정의한 접촉열전도란 무엇인가?

접촉열전도는 볼나사 작동 중 예압에 의해 볼이 너트와 나사축 그루브에 접촉될 때, 각 접촉면에서 볼과 그루브의 온도차가 존재할 경우 두 물체 사이에서 발생하는 열전도 현상이다. 이는 접촉열저항의 역수로 정의되며, 볼나사의 접촉면적과 볼 수를 고려하여 정식화된다.

Q: 볼나사 시스템의 열변형 오차를 줄이기 위한 운전 조건별 Warm-up 시간은 얼마인가?

연구 결과, 볼나사 시스템에서 온도분포가 정상 상태에 도달하는 정착시간은 예압에 관계없이 250 rpm에서 135분, 500 rpm에서 99분, 750 rpm에서 81분으로 나타났다. 따라서 열변형에 의한 이송오차를 줄이려면 운전 조건에 맞는 Warm-up 시간을 취하는 것이 바람직하다.

민복기; 박천홍; 정성종

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저자정보: 민복기 (한양대학교) 박천홍 (한국기계연구원) 정성종 (한양대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 A권 대한기계학회논문집 A권 제40권 제1호

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볼나사 시스템은 볼과 그루브 사이에서 발생하는 마찰에 의해 온도가 상승하며, 이에 따른 열변형이 이송계의 위치결정 정도를 저하시킨다. 이를 보상하기 위해서는 볼나사 온도분포의 우선적 예측이 필요하다. 본 논문에서는 나사축 회전속도에 따른 온도분포를 해석하기 위해 볼나사 축과 너트를 각각 실린더와 중공 실린더로 가정한다. 경계조건인 대류 열전달계수, 볼과 그루브에서 발생하는 마찰토크와 접촉열전도를 볼나사 운전 및 조립 조건에 대하여 정식화 한다. 그리고, 현시적 유한차분법을 적용한 온도 분포 예측 시뮬레이터를 개발하고 그 유용성을 검증한다.

#Ballscrew(볼나사) #Convective Heat Transfer Coefficient(대류 열전달계수) #Finite Difference Analysis(유한차분해석) #Friction Torque(마찰토크) #Thermal Contact Conductance(접촉열전도)

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