본 연구에서 설계된 스프링은 일반적인 원형 단면 형상의 스프링선과 달리 비 원형 단면형상을 가지고 있다. 여기에서 취할 수 있는 장점들은 공간이 제한된 상황에서 장착높이를 낮출 수 있고, 동일한 단면적을 가지고 있는 원형 단면에 비하여 최대 응력 값을 낮출 수 있다는 점이다.
비 원형 스프링 선의 단면 형상은 일반적으로 단면의 폭과 높이로 규격화되어있다. 그러나 동일한 폭과 높이를 가진다 하더라도 스프링 선 업체별로 독자적인 형상을 개발하여 사용하고 있는데, 현재 국내에 양산되고 있는 기존의 비 원형 단면 스프링 형상은 전적으로 외국 업체가 제공하는 것에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 형상 ...
본 연구에서 설계된 스프링은 일반적인 원형 단면 형상의 스프링선과 달리 비 원형 단면형상을 가지고 있다. 여기에서 취할 수 있는 장점들은 공간이 제한된 상황에서 장착높이를 낮출 수 있고, 동일한 단면적을 가지고 있는 원형 단면에 비하여 최대 응력 값을 낮출 수 있다는 점이다.
비 원형 스프링 선의 단면 형상은 일반적으로 단면의 폭과 높이로 규격화되어있다. 그러나 동일한 폭과 높이를 가진다 하더라도 스프링 선 업체별로 독자적인 형상을 개발하여 사용하고 있는데, 현재 국내에 양산되고 있는 기존의 비 원형 단면 스프링 형상은 전적으로 외국 업체가 제공하는 것에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 형상 최적화 기법을 이용하여 응력조건과 단면적 등에서 기존의 것보다 우수하고 독자적인 단면형상을 설계하는데 초점을 맞추고 연구를 수행하였다.
스프링선의 단면 형상을 설계하는데 있어서 우선적으로 고려되어야 할 사항은 최대 응력, 단면적, 극관성 모멘트 등이 있다. 동일한 하중이 작용할 때, 스프링선 단면에 걸리는 최대응력은 작을수록 유리할 것이며, 단면적은 총 재료의 중량에 직접 관계될 뿐만 아니라 극관성 모멘트와도 밀접한 연관이 있다.
먼저 규격화된 폭과 높이를 유지한 상태에서 Hermite 스플라인 곡선으로 스프링단면을 형성하였으며, 단면적과 최대응력으로 목적함수 및 제한조건을 정하고, 설계자가 원하는 조건에 따라서 단면적을 줄이거나 최대응력을 낮추는 방법으로 최적화를 수행하였다. 설계 결과 기존의 비 원형 단면들에 비하여 응력조건 및 단면적의 측면에서 보다 유리한 단면들을 설계할 수 있었다. 또한 실제 밸브 스프링 설계에 적용하여 그 타당성을 확인하였다.
본 연구에서 설계된 스프링은 일반적인 원형 단면 형상의 스프링선과 달리 비 원형 단면형상을 가지고 있다. 여기에서 취할 수 있는 장점들은 공간이 제한된 상황에서 장착높이를 낮출 수 있고, 동일한 단면적을 가지고 있는 원형 단면에 비하여 최대 응력 값을 낮출 수 있다는 점이다.
비 원형 스프링 선의 단면 형상은 일반적으로 단면의 폭과 높이로 규격화되어있다. 그러나 동일한 폭과 높이를 가진다 하더라도 스프링 선 업체별로 독자적인 형상을 개발하여 사용하고 있는데, 현재 국내에 양산되고 있는 기존의 비 원형 단면 스프링 형상은 전적으로 외국 업체가 제공하는 것에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 형상 최적화 기법을 이용하여 응력조건과 단면적 등에서 기존의 것보다 우수하고 독자적인 단면형상을 설계하는데 초점을 맞추고 연구를 수행하였다.
스프링선의 단면 형상을 설계하는데 있어서 우선적으로 고려되어야 할 사항은 최대 응력, 단면적, 극관성 모멘트 등이 있다. 동일한 하중이 작용할 때, 스프링선 단면에 걸리는 최대응력은 작을수록 유리할 것이며, 단면적은 총 재료의 중량에 직접 관계될 뿐만 아니라 극관성 모멘트와도 밀접한 연관이 있다.
먼저 규격화된 폭과 높이를 유지한 상태에서 Hermite 스플라인 곡선으로 스프링단면을 형성하였으며, 단면적과 최대응력으로 목적함수 및 제한조건을 정하고, 설계자가 원하는 조건에 따라서 단면적을 줄이거나 최대응력을 낮추는 방법으로 최적화를 수행하였다. 설계 결과 기존의 비 원형 단면들에 비하여 응력조건 및 단면적의 측면에서 보다 유리한 단면들을 설계할 수 있었다. 또한 실제 밸브 스프링 설계에 적용하여 그 타당성을 확인하였다.
Valve springs with non-circular crosssection are widely used in automotive engines. Because of the reduced height, the oval cross-section provides some merits in its install height and stress distribution. This paper introduces a new method to generate optimal shape of the non-circular crosssection....
Valve springs with non-circular crosssection are widely used in automotive engines. Because of the reduced height, the oval cross-section provides some merits in its install height and stress distribution. This paper introduces a new method to generate optimal shape of the non-circular crosssection. For given width and height, arbitrary shape of the cross-section are described using the Hermite spline curves. Cross-section area and maximum stress level are chosen as performance indices, and nonlinear optimization problems are formulated with inequality constraints. Compared to a production spring wire, cross-section area can be reduced about 2.4[%] without increasing maximum stress level. In addition, the other approach gives an optimum cross-section which reduces maximum stress level of 2.0 [%] without increasing cross-section area.
Valve springs with non-circular crosssection are widely used in automotive engines. Because of the reduced height, the oval cross-section provides some merits in its install height and stress distribution. This paper introduces a new method to generate optimal shape of the non-circular crosssection. For given width and height, arbitrary shape of the cross-section are described using the Hermite spline curves. Cross-section area and maximum stress level are chosen as performance indices, and nonlinear optimization problems are formulated with inequality constraints. Compared to a production spring wire, cross-section area can be reduced about 2.4[%] without increasing maximum stress level. In addition, the other approach gives an optimum cross-section which reduces maximum stress level of 2.0 [%] without increasing cross-section area.
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