A computer aided expert system fur spur, helical, bevel and worm gears was newly developed by using AutoiCAD system and its AutoLISP computer language in the present study. Two methods are available for a designer to draw a gear. The first method needs the gear design parameters such as pressure, mo...
A computer aided expert system fur spur, helical, bevel and worm gears was newly developed by using AutoiCAD system and its AutoLISP computer language in the present study. Two methods are available for a designer to draw a gear. The first method needs the gear design parameters such as pressure, module, number of tooth, shaft angle, velocity, materials, etc. When the gear design parameters are inputted, a gear is drawn in AutoCAD system and maximum allowable power and shaft diameter are calculated additionally. The second method calculates all dimensions and gear design parameters to draw a gear when the information such as transmission, reduction ratio, nm, materials and pressure are inputted. The system includes four programs. Each program is composed of a data input module, a database module, a strength calculation module, a drawing module, a text module and a drawing edit module. In conclusion, the CAD system would be widely used in companies to find the geometric data and manufacturing course.
A computer aided expert system fur spur, helical, bevel and worm gears was newly developed by using AutoiCAD system and its AutoLISP computer language in the present study. Two methods are available for a designer to draw a gear. The first method needs the gear design parameters such as pressure, module, number of tooth, shaft angle, velocity, materials, etc. When the gear design parameters are inputted, a gear is drawn in AutoCAD system and maximum allowable power and shaft diameter are calculated additionally. The second method calculates all dimensions and gear design parameters to draw a gear when the information such as transmission, reduction ratio, nm, materials and pressure are inputted. The system includes four programs. Each program is composed of a data input module, a database module, a strength calculation module, a drawing module, a text module and a drawing edit module. In conclusion, the CAD system would be widely used in companies to find the geometric data and manufacturing course.
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문제 정의
본 논문에서는 일반적으로 많이 사용하는 동력전달용 기어를 설계할 수 있는 시스템을 개발한 것으로 사용자가 기본적인 설계변수를 입력하거나 전달동력을 입력하면 기어가 자동으로 설계되어 원하는 도면을 작성하도록 시스템을 구성하였다.
본 연구의 목적은 컴퓨터를 이용하여 일반적인 동력전달용 기어로 많이 사용되고 있는 스퍼, 헬 리컬, 베벨, 워 엄 기어를 초보자라도 숙련자와 같이 기어설계를 행할 수 있고 동력이 주어지면 적합한 이의 크기를 결정하고 기어의 적합한 세부 사양을 설계하는 기어설계 시스템을 개발하고자 하였다.
제안 방법
Fig. 5는 직선 베벨 기어쌍으로 전달토크 3PS, 피니언 회전수 200rpm, 감속비 2/3, 압력각 20。, 피니언의 피치원 지름 120剛 교우각 90° 이고 피니언과 기어의 재질은 GC15 이고 계수(K)는 7로 하여 설계하였다. 이는 베벨기어의 치수와 형상을 설계하였고 기어와 피니언의 배원추와 치의 형상이 정확하게 정의 되었고 각각의 상세 도면에서는 이들의 제원과 사양이 규격에 맞게 표시되 어 출력 되어 진다.
이는 실제 인벌루우트 형상의 치형을 그대로 볼 수 있어서 비숙련자도 쉽게 기어 도면을 판독할 수 있고 키이 설계는 묻힘 키이로써 기어에 전달된 힘으로 축지름을 설계하고 축지름에 따른 데이터 베이스에 의해 설계하여 출력되었다. Fig. 4는 헬리컬기어가 출력된 도면으로 전달토크 20000(kg・ mm), 피니언 회전수 1150rpm, 감속비1/5, 압력각 14.5°, 피니언의 피치원지름 150mm 으로하고 피니언의 재질을 SM35C, 기어의 재질을 SC46으로 선택하고 이폭계수(K)를 10으로 하여 설계 하였다. 헬리컬기 어역시 인벌루우트 형상의 치형을 그대로 볼 수가 있으며 치직각 방식을 통해서 도면으로 출력하였다.
현재까지 워엄 및 워엄휠에 대한 설계 프로그램을 개발한 예는 거의 없었다. 본 연구에서 개발한 시스템에 워엄기어 설계에 필요한 데이터를 입력하면 도면이 자동적으로 그려지므로 설계가 간편하고 쉽게 되도록 구성되어 있다.
설계하고자 하는 기어의 모듈, 압력각, 백래쉬등 기본 사양을 입력하는 방식과 전달 동력을 입력하여 기어의 기본 사양을 설계하는 두 가지 방식을 채택하였다. 기본사양 입력 모듈은 기어 설계의 여러 요소 값들을 정의하여 받아들이는 프로그램으로 기어 종류의 선정과 각종 설계변수의 선정으로 구성되어 있다.
구성 하였다. 워엄 기 어 의 강도는 치 면강도에 대한 허용부하를 기준 부하 용량 기준식으로 구성하였다. 최종적인 기어의 전달 가능 동력은 이들 중에서 가장 적은 값을 선택하여 설계하도록 되어 있으며, 또한 전달 가능 동력이 계산되어지면 이를 기본으로 하여 축과 키를 설계하게 된다.
대상 데이터
1과 같이 주 프로그램 과 각각의 기어를 설계하는 프로그램으로 구성되어있다. 각 프로그램의 구성은 테이터 입력 모듈, 데이터베이스 모듈, 강도 계산 모듈, 도면 작도 모듈, 텍스트 모듈 및 도면 편집 모듈 등으로 구성되어 있다.
Fig. 7은 주어진 동력에 대하여 설계된 사다리꼴 워엄과 워엄기어의 도면으로 전달동력은 25PS이고 워엄의 회전수 1150rpm, 감속비 1/15, 압력각 20。이고 워엄과 워엄 휠의 재질은 인청동 으로 하여 설계하였다. 이는 워엄은 원통형 나사이고, 워엄기어는 헬리컬 기어일 때와 같고, 설계 세부 사양을 텍스트에 잘 나타나 있으며 설계규칙에 의해 중심거리가 240mm 이상이면 아암과 보스를 설계하도록 추가시켰다.
이론/모형
기어설계에 사용된 프로그램 언어는 CAD 시스템인 AutoCAD 환경에서 수행되는 AutoLISP을 사용하였다.
워엄의 강도계산은 이 뿌리의 강도를 계산하기가 어렵다는 점과 그 손상이 대부분 치면에 생긴다는 점에서 치면 강도에 관한 것이 많고 그 설계도 치면의 강도로 행해지는 경우가 많다. 따라서 치면강도에 대한 허용부하를 규정한 AGMA 규격식을 이용하였다. 이처럼 복잡한 이론식에 의한 계산이 프로그램 내에서 자동으로 이루어지므로, 설계이론을 모르는 초보자라도 설계변수들을 적절히 선정하면 원하는 기어를 설계할 수 있다.
성능/효과
(1) 범용 도면 편집 프로그램인 AutoCAD 환경상태에서 작동되는 Auto LISP을 이용한 프로그램을 개발함으로써 정확하게 원하는 기어의 단면과 치형 도면을 얻을 수 있다.
(4) 데이터베이스를 구축하여 사용자가 입력 시에 재질에 따른 허용굽힘 응력과 같은 데이터들을 관련 서적 등에서 찾아 일일이 입력해주어야 하는 반복 작업을 제거해주어 생산능률을 높여줄 수 있다.
본 시스템을 사용하면 동력전달용 기어로 많이 사용되는 스퍼, 헬리컬, 베벨, 워엄기어 설계가 가능하고 컴퓨터 혹은 설계를 모르는 초보자라도 쉽게 도면을 출력 할 수 있다. 현재까지 워엄 및 워엄휠에 대한 설계 프로그램을 개발한 예는 거의 없었다.
후속연구
(3) 두축의 상대 위치, 전달동력이 주어지면 원하는 사양을 시스템에 의해 자동으로 설계할 수 있으므로 그 활용이 기대된다.
지금까지의 기어 설계 프로그램들은 사양이 주어지면 도면을 창출해내고 그 강도를 검증하는 데에 그쳤지만, 본 연구에서 개발한 시스템을 사용하면 현장에서 이루어지는 설계양식으로 적합한 이의 크기를 결정하고 기어의 적합한 세부 사양을 설계하며 그 결과를 도면으로 자동으로 출력할 수 있으므로 그 활용이 기대된다.
참고문헌 (11)
Hundo, C. S., 1995, 'The Technic of Gear Design,' Machine Design Technology, Vol. 10, No. 2, pp. 141-151
Savage, M., Coy, J. J. and Townsend, D. P., 1982, 'Optimal Tooth Numbers for Compact Standard Spur Gear Sets,' ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 104, No.3, pp. 749-758
Carrol, R. K. and Johnson, G. E., 'Dimensionless Solution to the Optimal Design of Spur Gear Sets,' ASME, Vol, 111, pp. 290-296
Tsay, C. B., 1988, 'Helical Gears with Involute Shaped Teeth : Geometry, Computer Simulation, Tooth Contact Analysis, and Stress Analysis,' ASME, Vol. 110, pp. 481-491
Cho, H.Y., Kim, S. C., Choi, J. W., Song, J. C., 1996, 'A Study on the development of the CAD Progrm for Gear,' KSME, pp. 95-103
Chong, T. H., Myong, J. H., 1998, 'A Study on the Gear Performance Estimation Method and Tooth Bearing of Helical Gears,' KSME, Vol. 22, No. 10, pp. 1884-1893
Chong, T. H., Lee, H. D., Bae, I. H., 1999, 'Design of Helical Gears for Reduction of Volume and Meshing Vibration,' KSME, Vol. 23, No. 10, pp. 1716-1722
Darle W. Dudley, 1984, 'Handbook of Practical Gear Design,' McGraw-Hili, Chapter 2,3,4
Alec, Stokes, 1992, 'Gear Handbook: Design and Calculations,' Great Britain, pp. 2-83, 112-243, 263-280
Colbourne J.. R., 1987, 'The Geometry of Involute Gears, Springer-Verlag,' pp. 27-33, 53-65
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