습식 클러치 체결 거동에 대한 임계 마찰 내구성 평가 방법 연구 :Study on the Evaluation Test of Critical Frictional Endure Performance for Wet Clutch Engagement Behaviors

오영택

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자료유형: 학위논문

저자정보: 오영택 (국민대학교, 국민대학교 자동차공학전문대학원)

지도교수: 장시열

발행연도: 2023

저작권: 국민대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2024

습식 클러치 체결 마찰 운동에 대한 임계 마찰 성능 평가 방법 연구

오영택 , 장시열 한국자동차공학회논문집 2024.07 학술저널

2023

습식 클러치 체결 거동에 대한 임계 마찰 내구성 평가 방법 연구

오영택 2023.01 학위논문

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최근 자동차 산업에 대한 소비자, 운전자들의 다양하고 세분화된 요구와 탄소 배출 및 환경 문제에 대한 높은 관심으로 자동차 파워트레인 산업은 하이브리드, 전동화 자동차로의 패러다임 변화가 빠르게 진행되고 있다. 하지만 자동차 파워트레인 산업의 변화에도 다양한 동력 전달계 장치들의 핵심 기능을 담당하는 습식 마찰 시스템은 동력 전달계 장치가 요구되는 광범위한 산업 분야에서 요구되는 기능 장치이다. 습식 마찰 시스템을 연구하고 개발하는 과정에서는 반드시 습식 마찰 시스템의 마찰 성능과 특성을 확인하고 검증할 수 있는 시험 방법 및 평가 기술 수반되어야 한다. 습식 마찰 시스템의 핵심 구성 요소인 습식 마찰판, 분리판과 윤활유에 대한 마찰 성능 및 특성은 시험을 통해서 확인할 수 있으며, 습식 마찰 시스템의 설계 단계에서 마찰 성능 및 특성에 대한 고려가 충분치 못 하다면 습식 마찰 시스템과 더불어 동력 전달계를 구성하는 여러 주변 요소들의 예기치 못 한 손상 및 고장이 야기될 수 있다. 더욱이 동력의 전달과 차단 기능을 담당하는 습식 마찰 시스템의 이상은 전체 기계 장치 또는 차량에 심각한 안전 사고의 원인으로 작용할 수 있다. 또한 동력 전달계 장치 구성 요소들의 동력 전달 흐름에 있어, 예상치 못 한 치명적 특이 조건이 입, 출력 된다면 습식 마찰 시스템의 마찰판과 분리판의 마찰 운동으로 이상 동력을 부담하도록 하여 동력 전달계 전체를 이상과 손상 발생을 방지하는 역할까지 고려되어야 한다. 이러한 습식 마찰 시스템의 대표적 장치인 클러치의 체결 마찰 거동에 대한 성능 및 특성 고려가 충분치 못 하다면, 습식 마찰 시스템 마찰판, 분리판 및 윤활유의 손상으로 동력 전달계의 동력 전달 흐름에 치명적 이상들이 초래될 것이며, 동력 전달계 장치의 기능 불능으로 전체 차량 및 장치에 대한 심각한 손상 및 운행과 관련한 안전상의 심각한 사고를 유발할 수 있다. 그러므로 습식 클러치 시스템의 설계 단계부터 동력 전달계의 동력 용량과 안전율을 고려한 습식 클러치 시스템의 마찰 운동 에너지 한계에 대한 검증 및 정량적 범위 설정이 요구되며, 정략적이고 세밀한 마찰 성능 및 특성이 고려되어야 한다.
본 연구에서는 최근까지 알려지고 널리 수행되고 있는 SAE No.2 시험 장치를 활용한 습식 마찰 특성 시험, 평가 방법을 개선하고 확장하여, 습식 클러치 시스템의 마찰판, 분리판 및 윤활유 조합의 마찰 운동 에너지 임계 조건을 확인하고 마찰 운동 에너지 한계 범위를 파악할 수 있는 포괄적인 시험, 평가 방법론을 제시한다. 또한 다양한 작동 조건으로 사용되는 습식 마찰판, 분리판 및 윤활유 조합에 대한 마찰 운동 에너지 특성 확인을 위하여, 연속 마찰식 마찰 운동 에너지 시험, 평가 방법을 제시한다. 이러한 시험, 평가 방법으로 습식 클러치 시스템의 다양한 마찰 특성 요소들과 마찰 운동 에너지 임계 조건 및 결과들을 정량적 파악하여, 주요한 습식 마찰 특성 결과들에 대하여 고찰한다.

Recently, due to the diverse and detailed needs of consumers and drivers for the automobile industry and high interest in carbon emissions and environmental issues, the automobile powertrain industry is rapidly changing its paradigm to hybrid and electric car. However, despite changes in the automobile powertrain industry, wet friction system, which play a key role in various powertrain devices, are functional devices required in a wide range of industries that require powertrain devices. As such as the process of researching and developing a wet friction system, a test method and evaluation technology that can confirm and verify the friction performance and characteristics of the wet friction system must be accompanied. The friction properties of wet friction plates, separate plates, and lubricants, which are key components of the wet friction system, can be verified through tests, and if insufficient consideration of friction properties during the design stage of the wet friction system, unexpected damage and failure of various peripheral elements constituting the power trains system along with the wet friction system can occur. Moreover, abnormalities in the wet friction system, which is responsible for power deliver and split functions, can cause serious safety accidents for the entire mechanical device or vehicle. In addition, in the powertrain’s power flow, if unexpected fatal specific conditions are input or output power, the role of preventing abnormal and damage to the entire power train system by bearing abnormal power due to the friction motion of the friction plate and the separate plate of the wet friction system should be considered. If the performance and characteristics of the clutch, which is a representative device of the wet friction system, art not sufficiently considered, damaged to the wet friction plate, separate plate and lubricant of the wet friction system will cause fatal abnormalities in the power flow of the power train system, and the inability of the power train system may cause serious damage to the entire vehicle and device and serious safety accidents related to operation. Therefore, from the design stage of the wet clutch system, verification and quantitative range setting of the friction kinetic energy limit of the wet clutch system considering the power capacity and safety rate of the power train system are required, and accurate and detailed friction performance and characteristics must be considered.
In this study, I improved and expanded the wet friction property test and evaluation method using the SAE No.2 test device, which has been known and widely performed until recently, to determine the friction kinetic energy critical condition of the friction plates, separate plates and fluid combination of the wet clutch system. I present a comprehensive test and evaluation methodology that can identify the friction kinetic energy limit range. In addition, a continuous friction type friction kinetic energy test and evaluation method is presented to confirm the friction kinetic energy characteristics of wet friction and separate plates, and fluid combinations used under various operating conditions. Through these test and evaluation methods, various friction characteristic elements and friction kinetic energy critical conditions and results of the wet clutch system are quantitatively identified, and the main wet friction characteristic results are examined.

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I. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 6
II. 이론적 특성 11
2.1 습식 마찰 시스템 구성 11
2.2 습식 클러치와 습식 브레이크 14
2.3 종이 기반 습식 마찰재 17
2.4 습식 마찰 시스템의 대표적 마찰 특성 마찰재 21
2.4.1 동적 마찰 특성 23
2.4.2 정적 마찰 특성 27
2.4.3 드래그 토크 특성 28
2.4.4 마찰 떨림 특성 31
2.4.5 습식 마찰 시스템의 유동 특성 35
2.5 일반적 마찰 이론 37
2.6 마찰면 유동에 대한 수학적 모델 39
2.7 습식 마찰 시스템 체결 작동 수학적 모델 43
2.7.1 마찰면 균일 압력, 균일 마모 이론 43
2.7.2 토크 평형 모델 46
2.8 습식 마찰 시스템 마찰 운동 에너지 모델 47
III. SAE No.2 습식 마찰 성능 시험 53
3.1 SAE No.2 시험 장치 구성 54
3.2 클러치 시험품 59
3.2.1 종이 기반 마찰재 마찰판 모델 59
3.2.2 분리판 모델 64
3.3 습식 마찰 에너지 성능, 시험 평가 66
3.3.1 관성 제동식 동적 마찰 시험 68
3.3.2 정적 연속 마찰 시험 71
3.4 시험 조건 73
3.4.1 3600rpm Stepped Power Test, 2019 시험 조건 73
3.4.2 관성 제동식 마찰 에너지 한계 확인 시험 조건 75
3.4.3 연속 마찰식 마찰 에너지 한계 시험 조건 78
IV. 시험 결과 82
4.1 관성 제동식 마찰 운동 에너지 한계 시험 84
4.1.1 관성 제동식 시험 결과의 마찰 운동 에너지 모델 비교 84
4.1.2 제동 시간 조건별 마찰 운동 에너지 시험 결과 85
4.1.3 공급 유량별 관성 제동식 마찰 운동 에너지 시험 결과 96
4.1.4 마찰판 오일홈 형상별 관성 제동식 마찰 운동 에너지 시험 결과 101
4.1.5 마찰판 마찰재 종류별 관성 제동식 마찰 운동 에너지 시험 결과 106
4.1.6 공급 윤활유 종류별 관성 제동식 마찰 운동 에너지 시험 결과 109
4.2 연속 마찰식 마찰 운동 에너지 한계 시험 113
4.3 마찰 운동 에너지 한계 시험 결과 합성 120
4.4 종합 결과 122
V. 결론 125
참고 문헌 127
논문 초록 132
부록 134

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