3.2 클러치 시스템 모델
3.2.2 클러치 전달토크 모델
∙ (3.8)Fig. 3.5 An D-ring before and after installation
오일 씰의 마찰계수는 작동유 온도, 작용압력, 속도에 따른 윤활 상태에 따라 달라진 다. 그러나 오일 씰 마찰력은 피스톤 작동력에 비해 크지 않고 클러치 마찰면의 온도에 미치는 영향이 미미하기 때문에 마찰계수를 하나의 값으로 고정하였다. 오일 씰의 마찰 계수는 일반적으로 0.3∼0.5 사이의 값을 보이며 고정값으로 0.4를 사용하였다. 오일 씰 의 탄성계수도 마찬가지로 경도변화에 따라 달라지지만 마찰계수와 동일한 이유로 하 나의 값으로 고정하였다. 오일 씰의 탄성계수는 일반적으로 3∼6 MPa 범위에 있으며 본 연구에서는 4 MPa를 적용하였다.
3.2.2 클러치 전달토크 모델
클러치가 전달하는 토크는 균일압력 이론 또는 균일마모 이론을 통해 계산할 수 있 다. 클러치 마찰면 내, 외경 간의 단차가 없다고 가정하면 마찰면의 압력분포는 그림 3.6(a)와 같이 균일하게 적용된다. 따라서 이 경우에는 균일압력 이론을 적용한다. 클러 치가 사용되지 않은 신규 상태인 경우 마모가 발생하지 않은 상태이기 때문에 마찰면 의 단차가 없다고 가정할 수 있다. 따라서 신규 클러치의 전달토크는 균일압력 이론을 이용하여 계산한다. 그러나 클러치 마찰면에 균일압력이 적용되면 반경방향으로 불균일
한 마모가 발생하게 된다. 이는 클러치 마찰면의 반경방향 선속도가 반경에 비례하여 증가하기 때문이다. 마모는 일반적으로 힘과 속도에 비례하며 신규 클러치와 같이 마찰 면 전체에 대한 압력이 균일하면 반경방향으로 증가하는 선속도에 의해 상대적으로 속 도가 작은 내경보다 외경의 마모가 더 빠르게 진행된다. 따라서 클러치의 반복 작동으 로 인해 마찰면의 마모가 어느 정도 진행되면 내, 외경부의 단차가 발생하여 그림 3.6 (b)와 같이 마찰면 내경부의 압력이 증가하고 외경부의 압력은 감소하게 된다. 이러한 상태가 되면 반경방향의 압력차이가 속도차이로 인한 마모량 차이를 보상하게 되어 마 모가 마찰면 전면에서 균일하게 진행된다. 따라서 마모가 적절히 진행된 클러치의 경우 에는 전달토크를 계산하기 위해 균일마모 이론을 적용하게 된다.
Fig. 3.6 Friction plate and pressure distribution
균일압력 이론의 경우 1개의 마찰면에서 전달되는 토크는 식 3.9∼3.12와 같이 계산 된다.
∙ ∙ ∙ , (3.9) where Ff
p1
Af
μf
: friction force (N)
: intensity of pressure at radius r (MPa) : friction surface area (mm2)
: friction coefficient of friction surface
클러치 마찰면의 온도 예측을 위해 일반적으로 사용되는 전달토크 계산식은 보다 큰
: reduction coefficient of the effective friction torque : the number of friction surfaces
Fig. 3.7 Clutch torque model
No. Label Parameter Nomenclature Unit
1 Clutch
Friction coefficient μf -No. of friction surface ns
-Disk thickness tD m
Outer radius of friction
surface rfo m
Inner radius of friction
surface rfi m
2 I1 & I2 Moment of inertia - kg-m2 Table 3.2 Element parameters of clutch torque model
각 요소에 대한 상세 설명은 다음과 같다.
(1) Clutch
SimulationX에서 제공하는 클러치 요소로 마찰계수, 마찰면 수, 분리판 두께, 마찰판 내, 외경을 입력받아 전달토크를 계산한다. 또한 클러치 작동 시 운동에너지와 마찰에 의해 발생하는 에너지를 계산한다. 마찰계수는 마찰재 재질에 따라 주어지는 수학적 모 델을 포함하고 있으나, 본 연구에서는 마찰재 별 시험결과를 이용하여 구성할 예정이 다.
(2) Inertia (I1, I2)
클러치 양단에 연결된 관성량을 구성하며 임의의 초기속도를 설정할 수 있다.