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가속시험에 의한 공기압 실린더의 수명예측 연구

Title
가속시험에 의한 공기압 실린더의 수명예측 연구
Other Titles
Study on Life Prediction of Pneumatic Cylinders by Accelerated Life Test
Author
강보식
Alternative Author(s)
Kang, Bosik
Advisor(s)
송창섭
Issue Date
2009-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
본 논문에서는 압축 공기를 공급받아 공기압 에너지를 직선 운동으로 변환하여 물체를 원하는 위치로 이송시켜주는 기기인 공기압 실린더의 수명예측 및 가속시험 등의 신뢰성에 대한 연구를 수행하였다. 공기압 실린더는 자동화 생산라인 등의 다양한 산업분야에서 사용되고 있는 부품으로, 고장이 발생하면 전체 시스템에 막대한 손실을 야기 시킬 수 있다. 이로 인하여, 최근에는 신뢰성에 대한 중요성 및 소비자의 요구수준이 날로 증대되고 있는 추세이다. 그러나 공기압 실린더에 대한 기존의 연구들은 설계 관점에서의 연구나 특성 해석 및 구동 속도 등의 제어 관점에서의 연구가 대부분이며, 실린더의 수명과 신뢰성에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 공기압 액추에이터의 핵심기기인 공기압 실린더를 대상으로 한 수명분포 및 가속시험에 대한 신뢰성 연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 국제규격에 따른 시험기준을 적용하여 공기압 실린더의 수명 시험 및 성능 평가를 수행하고, 시험을 통해 정립된 공기압 실린더의 수명분포 데이터를 분석하였다. 또한 실린더의 가속수명시험을 통한 수명분포 추정과 형상모수의 동일성 검정 및 제안한 복합가속 수명시험 모델에 대한 유용성도 검증하였다. 실린더의 객관적 데이터 확보를 위하여, 4개 회사의 공기압 실린더를 선정하여 비교 시험하였다. 수명시험 데이터 분석 결과로부터 실린더는 형상과 작동조건이 유사하면 형상모수가 거의 일치하고, 제조사와 관계없이 동일한 고장모드를 갖는다는 것을 알 수 있었으며, 고장은 마모에 의한 것으로 추정할 수 있음을 확인하였다. 압력과 부하를 가속인자로 선정하여 복합가속수명 시험을 하고 GLL 가속모델을 이용하여 수명분석을 하였으며 타당성 검증을 통해 압력-부하 가속모델 시험식을 구하였다. 또한 짧은 기간에 최소 비용으로 신뢰성 시험을 할 수 있는 모델분석 및 추정을 위하여, 교정 가속시험(CALT) 설계 및 시험을 수행하고 수명데이터를 분석하여 모델의 유효성을 검증하였다. 더불어 본 논문에서 제안된 5가지 모델[부하-압력, 압력-온도, 압력, 온도(CALT 1단계, CALT 2단계)]과 실제 사용 조건에서의 수명분포 모델간의 통계적 비교를 통하여 실제 사용 조건에 가장 적합한 수명모델을 제안하였다. 본 논문의 연구 결과는 공기압 시스템의 핵심요소부품인 공기압 실린더가 산업현장의 다양한 적용조건(작동압력, 이송부하물의 크기, 주위온도 등)하에서 사용될 때, 조건이 바뀌어도 실린더의 수명을 빠르고 정확하게 예측하고, 신제품 개발기간 단축 및 성능 입증, 그리고 비교 평가분석에 활용될 수 있을 것이다.; In this study, the author studied reliability, such as life prediction or accelerated test of pneumatic cylinder that transfers material to indicated position by transforming pneumatic energy into straight-line motion being provided compressed air. Pneumatic cylinder is a component used in various industrial fields such as automation manufacturing line. When failure occurs, there would be large damage on entire system. Therefore, the importance of reliability and level of expectation are getting high and higher these days. However, existing researches on pneumatic cylinder have been mostly focusing on designing or controlling such as characteristic analysis and operating speed. There has been hardly any research on life and reliability of cylinder. Consequently, the author studied reliability on life distribution and accelerated test of pneumatic cylinder which is core component of pneumatic actuator. For this research, the author performed life test and performance evaluation applying test standard according to international standard and analyzed life distribution data of pneumatic cylinder resulted from the life test. Also, the author performed accelerated life test of cylinder to verified identity of life distribution prediction and shape parameter. And usefulness of combined accelerated life test model that the author proposed was verified by the test. In order to get objective data of cylinder, the author selected 4 cylinders and tested them. From the result of reviewing life test data, the author proved that when shape and operating condition are similar shape parameter is almost the same and has same failure mode regardless of manufacturer. And, the author confirmed failure is resulted from wear. The author selected pressure and load accelerated factors and performed combined accelerated life test. And the author studied analyzed life using general log linear acceleration model and obtained pressure-load acceleration formula model to verify propriety. Also, in order to deduce and analyze model that can perform reliability test within short time with minimum cost, the author designed calibrated accelerated test. And the author performed calibrated accelerated life test(CALT) and verified propriety of model through analyzing life data. The author proposed the most similar verification of life model in the application condition by statistical comparison between the models of life distribution under the field condition and the models under the 5 conditions like load-pressure, pressure-load, pressure, temperature, CALT step 1 and CALT step 2. When the pneumatic cylinder is used under the various application conditions of which the working pressure, the size of feed load and the environment temperature is changeable, the result of this study can be used to predict life of pneumatic cylinder fast and accurately. And it will be useful to develop, verify and analysis new products.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/144866http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000410786
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > DEPARTMENT OF PRECISION MECHANICAL ENGINEERING(정밀기계공학과) > Theses (Ph.D.)
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