차륜형 장갑차 제동 열 마찰 특성에 대한 휠 허브 그리스 씰 누유 개선 = Improved Wheel Hub Grease Seal Leakage for Braking Thermal Friction Characteristics of Wheeled Armored Vehicles

국문 초록 (Abstract)

차륜형(wheeled) 장갑차는 대형 특수 목적 전투 차량으로, 기동력 중심의 신속한 병력 전개 및 초동 조치가 가능하여 전투 승리를 위한 핵심 체계 기동 장비이다. 무거운 전투 중량으로 브레이크 제동 시스템은 주행 중인 차량을 감속 또는 정지시키기 위한 안전 장치로, 휠 허브는 기동 안전성을 확보하기 위한 중요한 핵심 부품 요소이다.
제동 시스템은 주 제동 장치인 풋(foot) 브레이크와 보조 제동 장치인 엔진 브레이크, 리타더1) 브레이크로 구분된다. 고속 주행 제동 시 풋 브레이크를 연속적으로 사용하게 되면, 캘리퍼 패드와 디스크 표면에서 제동 마찰 열 온도가 급상승하여 휠 허브로 열전도되어, 그리스 씰의 기능 상실 및 그리스 누유 현상이 발생하게 된다.

본 논문은 이러한 문제를 해결하기 위해, 제동 시 발생되는 제동 열 마찰 특성에 대한 이론적 연구와 제동 시스템의 원리를 이해하고, 휠 허브 성능의 실험적 분석을 통해 그리스 누유 문제를 해결하고 내구 수명을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다.
먼저, 휠 허브에 대한 열전도 영향성에 미치는 온도를 측정하기 위해, 유동 해석 프로그램 M&S(Modelling and Simulation) S/W로 해석한 결과, 디스크-패드 표면 접촉 가혹 조건에서의 최고 온도 400.0°C에 도달했을 때를 가정할 경우 그리스 씰의 스틸부의 온도가 218°C(gauge #1)로 열전도에 따른 발생 온도가 높은 것으로 나타난다.

열 가혹 조건의 페이드 리커버리 실험을 통해, 디스크 표면 제동 열 영향성을 실험 분석한 결과 1차 실험 최대 419℃, 2차 실험 412℃까지 온도 상승, 이후 마찰계수가 일정 위치에서 유지되면서 제동 열 발생 환경이 감소 회복됨을 확인할 수 있었다.

휠 허브의 그리스 누유 원인 분석을 통해 그리스 씰의 재질(FKM)과 보조립(1개소)을 추가하고 고무 성형 일체형 타입으로 설계 변경하여, 시제품을 제작하고 휠 허브에 조립하여 회전 작동 성능 실험, 주행 모사 내구도 실험, 동력 전달 내구성 실험을 실시한 결과 휠 허브의 성능 요구 조건의 실험을 만족하였다. 또한 제동 열모사 실험을 통해 휠 허브의 내구 성능은 가혹 조건의 디스크 표면 온도 400℃를 기준으로 비교 분석한 결과 480℃에서 그리스 누유 및 휠 허브의 문제 현상이 발생되지 않았다.

본 연구의 실험 결과, 휠 허브의 그리스 씰을 개선 전과 비교하여 동등 이상의 내구 수명을 나타내고, 내구 성능이 향상된 것으로 효과성 검증 결과 나타난다. 제동 시 마찰열 온도 급상승에 따른 디스크 과열을 예방하기 위해 보조 브레이크인 엔진 브레이크 및 리타더 브레이크의 사용이 권장된다. 향후 유사한 제동 시스템의 캘리퍼 브레이크 방식의 휠 허브 내구 성능 개선 사례로 그리스 씰에 대한 설계 방안을 적용하면 체계 기동 장비의 누유 환경 개선과 내구 수명을 향상할 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 2
• Ⅱ. 이론적 배경
• 2.1 파스칼(Blaise Pascal) 이론 4
• 2.2 제동 열에너지 및 마찰 계수 7
• 2.3 차륜형 장갑차 제동 시스템 원리 11
• 2.4 휠 허브 성능 제원 및 구조 14
• Ⅲ. 원인 분석 및 설계 개선
• 3.1 휠 허브 문제 현상 및 원인 분석 16
• 3.2 휠 허브 디스크 열전도 특성 분석 19
• 3.3 그리스 씰 개선 및 제원 분석 24
• Ⅳ. 실험 장치 및 방법
• 4.1 회전 작동 내구도 실험 장치 구성 28
• 4.2 동력 전달 내구성 실험 장치 구성 34
• Ⅴ. 실험 결과 및 고찰
• 5.1 회전 작동 내구도 실험 결과 41
• 5.2 동력 전달 내구성 실험 결과 46
• 5.3 실험 효과성 검증 결과 50
• 5.4 실험 고찰 51
• Ⅵ. 결 론
• 참고 문헌 54
• 부 록 55
• 약 어 64
• Abstract 65