초록
본 연구는 금속 주름관, 내부 스프링, 금속마개 등으로 구성된 소형 벨로우즈 세트의 거동에 대하여 연구하였다. 벨로우즈는 자동차용 에어컨의 제어를 위한 전자기제어밸브의 핵심 부품으로써 기계적 하중과 외부 압력에 대하여 민감하고 정확하게 작동하여야 한다. 벨로우즈 설계 인자 도출을 위하여, 소형 인장시험기를 이용하여 벨로우즈 내부 스프링의 스프링 상수를 측정하고, 벨로우즈 세트의 하중-변위 선도를 측정하였다. 내부 스프링의 하중-변위 관계는 선형관계를 나타내었다. 벨로우즈 세트의 하중-변위 관계는 변위가 작을 때는 낮은 기울기를 가지고 하중이 증가하다가 이후 선형으로 증가하는 특성을 나타내었다. 실측 결과를 바탕으로 유한요소해석을 수행하여 외부 주름관의 유효 물성을 도출하고 유한요소 모델링을 확보하였다. 원통형의 형상을 고려하여 축대칭 모델을 적용하였으며, 주름관은 쉘 요소를 적용하였다. 확보한 모델을 활용하여 냉매 압력에 따른 벨로우즈의 거동에 대한 연구를 수행하였다.
The behavior of a bellows for an electromagnetic control valve was investigated. The bellows consists of an outer metal bellows, inner spring, and metal caps. The bellows needs to have sensitive and precise motion against external loads and pressure loads in order to control the position of the valve accurately. The spring constant of the inner spring and load-displacement curve of the bellows set were measured using a test machine. The inner spring showed a linear relation between load and displacement. The bellows set showed small stiffness at small displacement, and then the stiffness slightly increased upon subsequent displacement. Based on the measured data, finite element analysis was performed. Axisymmetric conditions were applied, and shell elements were used. The effective material properties of the outer bellows material were extracted. Additional analysis was performed, and the behavior of the bellows was analyzed using the finite element model.