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가설 설정
- 동력을 전달하고 있는 스퍼 기어쌍에서 각 기어치의 전달 하중을 결정하기 위하여 물려 있는 두 기어를 준정적 평형 상태로 가정하여 접촉 문제를 구성하였다. 또한 접촉 문제가 비선형 문제이므로 선 형상 보상 문제 (Linear Complementarity Problem) 와 이차계획법을 이용하여 인벌류우트 치형을 갖는 스퍼 기어 쌍에서 각 기어 치에 작용하는 전달 하중의 분배량을 계산할 수 있는 전용 유한요소 해석 프로그램을 개발하였다.
- 특히 추진동력 전달 장치가 제한된 공간에 탑재되는 수중무기의 경우, 경량화, 고부하, 저소음화를 위해 기어장치는 더욱 정밀한 설계가 필요하며 이를 위해 기어 전달하중 및 강도에 대한 정확한 해석이 요구된다. 지금까지 기어 강도계산을 위해 AGM4식, BS식, DIN식 및 ISO 등을 적용하고 있으며 이들 식은 1893년 Wilfted Lewis가 제안한 굽힘 강도 계산식을 기초로 하여, 기어 치는 외팔 보로 단순화하고, 주로 한 개의 치에 전달 하중이 전부 걸려 있다고 가정하여 강도 계산을 하였다. 기어 구동에서는 전달 하중 전체가 한 기어치에 집중적으로 작용하는 경우가 있는 반면에, 일부에서는 두 개 이상의 기어 치에 전달 하중이 분배되어 한 기어 치에는 전달 하중의 일부가 작용하게 되는 경우도 있다.
- 탄성 접촉 문제에서 마찰을 무시하여 표면력에서 수직한 법선 성분만을 갖고, 비접착 접촉으로 가정하면 접촉면에서의 접촉력은 압축력에 의한 성분만을 가지며, 그 방향은 압축 방향이다. 두 물체의 접촉에 있어서 한 접촉점에 대한 접촉력의 상호 관계는 작용, 반작용에 의해 서로 크기는 같고 방향이 반대이므로, 접촉 압력은 다음과 같다.
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