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사례 연구

Duke University OAV Air Bearings

"상자 밖에서" - OAV 에어베어링을 사용하여 통턱개미의 하악 타격에서 에너지를 정확하게 측정합니다.

OAV 설립자 Murat Erturk가 가장 좋아하는 표현인 "outside the box"는 Murat가 항공 우주 및 항공 관련 기술 분야에서 엔지니어링 경력을 쌓은 후 시작한 회사와 적절하게 연관되어 있습니다.  실제로 많은 OAV 엔지니어는 클라이언트 및 고객과 대화하거나 기존 제조 및 산업 전반의 문제를 해결하기 위해 새로운 에어 베어링을 개발할 때 "상자 밖에서" LED 기술이 백열 전구를 대체하게 된 것과 거의 같은 방식으로 마찰 없는 에어 베어링이 표준 롤러를 빠르게 대체하고 있습니다. 효율성 향상과 에너지 절감에 대한 업계의 요구뿐만 아니라 더 높은 정밀도와 장기적인 비용 절감에 대한 요구 덕분입니다.

Duke University의 Sheila Patek 박사 연구실의 박사 과정 학생인 Justin Jorge는 최근에 개미의 하악골에서 방출되는 에너지를 측정하는 임무를 받았습니다. Jorge는 현재 센서와 에너지 측정 기술이 트랩 턱과 하악 타격의 크기와 시간 척도에서 작동하지 않는다는 것을 깨달았고 새로운 진자 기반 측정 시스템을 만들기 시작했습니다. 장기간의 설계 및 테스트 끝에 Jorge는 하악골에서 방출되는 에너지를 정확하게 측정하기 위해 진자를 만드는 기존 기술(기존 롤러 베어링을 활용하는 진자 기반 측정 시스템 포함)이 매우 불충분하고 부정확하다는 결론에 도달했습니다. 사실, 덫턱개미의 하악골의 크기, 속도 및 가속도 때문에 측정 시도가 극도로 어려웠습니다. .  대상의 하악골에서 생성되는 에너지는 공통 회전 베어링이 있는 표준 방법을 사용하는 공통 기술을 사용하여 정확하게 결정할 수 없습니다.  데이터 촬영 테스트 어셈블리의 초기 설계에서 기존 베어링의 초기 마찰과 관성 모멘트를 극복하는 데 필요한 에너지로 인해 손상되었습니다.

Duke University의 Patek 박사 실험실에서 일하면서 Jorge의 희망은 감소되거나 마찰이 없는 회전점이 필요한 새로운 진자 기반 측정 장치를 설계하는 것이었습니다. 새로운 기술인 에어베어링을 가능한 솔루션으로 고려했습니다.  OAV의 엔지니어와 일련의 설계 및 적용에 대한 논의를 마친 후 그는 자신이 올바른 길을 가고 있다는 것을 알았습니다. 후속 테스트에서 그가 옳았다는 것이 입증되었습니다.

이중 강성 진자 테스트 어셈블리의 지렛대에 있는 기존 롤러 베어링을 OAV 에어 롤러 베어링으로 교체함으로써 Jorge는 품질 테스트 데이터 수집에서 기존 베어링이 제시하는 장애물을 극복할 수 있었습니다.  His 결론은 명확했습니다. "마찰은 이러한 척도(마이크로 줄)에서 에너지 측정에 큰 영향을 미칩니다. …그리고...OAV 에어 베어링을 사용하여 측정한 에너지의 양은 기존 볼 베어링을 사용했을 때보다 최소 6배 더 큽니다."_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ 이 결론에 대한 명확한 결과는 기존 베어링 회전 운동에 손실되는 에너지의 명백한 손실과 기존 베어링에 비해 에어 베어링을 사용하는 장기적인 이점입니다.  Jorge는 또한 에어베어링이 기존 베어링보다 비용이 더 많이 들지만 "테스트와 정밀도 사이의 유지보수를 제거하여 시간을 절약함으로써 (사용을) 정당화할 수 있습니다"라고 결론지었습니다. 기존 베어링으로는 불가능한 이온 및 정확도입니다.”  OAV의 엔지니어도 동의합니다.  에어 베어링을 사용하면 처음에는 비용이 더 많이 들 수 있지만 유지 보수 및 가동 중지 시간(및 관련 인건비) 감소, 장기 안정성 및 정확성 증가.

 

OAV 엔지니어는 대학 및 기업 기반 연구원을 지원하는 많은 작업에서 비슷한 이야기를 합니다. 덫 턱개미의 하악 타격에 의해 생성된 에너지 또는 일반 집파리의 날개에 의해 생성된 에너지를 테스트하든 OAV는 미래를 위한 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 

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Jorge, JF, Bergbreiter, S. 및 Patek, SN (2021). 진자 기반 측정은 함정 턱 개미 규모의 충격 역학을 보여줍니다. J Exp Biol jeb.232157.

이 자료는 계약/보조금 번호 W911NF-15-1-0358. 에 따라 미 육군 연구소 및 미 592 육군 연구 사무소에서 지원하는 작업을 기반으로 합니다.

OAV founder Murat Erturk’s favorite expression, “outside the box", is appropriately associated with the company Murat started after his engineering career in aerospace and aviation related technologies.  Indeed, many of OAV’s engineers focus on thinking “outside the box” when speaking with clients and customers or when developing new air bearings to solve existing manufacturing and industry wide problems. In much the same way that LED technology has come to replace incandescent light bulbs, frictionless air bearings are rapidly replacing standard roller and linear bearings, thanks not only to the industry’s need for greater efficiency and energy reduction, but also due to the need for greater precision and long-term cost savings.

Justin Jorge, a PhD student in the laboratory of Dr. Sheila Patek at Duke University, was recently tasked with measuring the energy released from the mandibles of an ant, the trap-jaw ant to be precise. Jorge realized that the current sensors and energy measurement techniques did not work at the size and time scales of a trap-jaw ant mandible strike and set out to create a novel pendulum-based measurement system. After an extended period of design and testing, Jorge came to the conclusion that conventional techniques for creating a pendulum (including a pendulum-based measurement system utilizing existing roller bearings) for accurately measuring the energy released from the mandibles were grossly insufficient and inaccurate. Indeed, any attempts at a measurement was made exceedingly difficult due to the size, speed, and acceleration of the trap-jaw ant’s mandibles – an understandable conclusion given the tips of the mandibles accelerate at a speed greater than a bullet fired from a common handgun.  The energy generated by the mandibles on their target could not be accurately determined through the use of common technologies using standard methods with a common rotational bearing.  Data taken was compromised by the energy required to overcome initial friction and moment of inertia of the traditional bearings in earlier designs of the test assembly.

Working in Dr. Patek’s laboratory at Duke University, Jorge’s hope was to design a novel pendulum-based measurement device that required a reduced or frictionless point of rotation.  Thinking “outside the box”, he landed upon a new technology – air bearings – as a possible solution.  Following a series of design and application discussions with the engineers at OAV, he knew he was on the right track. Subsequent tests have proven him correct.

By replacing the traditional roller bearing at the fulcrum of the dual rigid pendulum test assembly with the OAV Air Roller Bearing, Jorge was able to overcome the hurdle presented by traditional bearings in collecting quality test data.  His conclusions were clear: “friction has a large effect on energy measurement at these scales (micro-joules) …and…the amount of energy measured using the OAV air bearings is at least six times greater than when we used traditional ball bearings.”  The clear corollary to this conclusion is the obvious loss of energy lost to the traditional bearings rotational motion and the long-term advantages of utilizing air bearings over traditional ones.  Jorge also concluded that while the air bearing is clearly more costly than traditional bearings, one can “justify (it’s use) with savings in time by eliminating maintenance between tests and the precision and accuracy that is impossible with traditional bearings.”  OAV’s engineers concur.  The use of air bearings may be more costly initially but they reduce long term costs through less maintenance and down time (and associated labor) costs, increased long term reliability, and accuracy.

 

OAV engineers have similar stories in much of their supportive work for University and corporate based researchers. Whether one is testing the energy generated by the trap jaw ant mandible strike or the energy generated by the wings of a common house fly, OAV is working to supply solutions for the future. 

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Jorge, J. F., Bergbreiter, S. and Patek, S. N. (2021). Pendulum-based measurements reveal impact dynamics at the scale of a trap-jaw ant. J Exp Biol jeb.232157.

This material is based on work supported by the U.S. Army Research Laboratory and the U.S. 592 Army Research Office under contract/grant number W911NF-15-1- 0358. 

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