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유성기어세트의 소음 진동 거동에 대한 해석 및 실험적 연구
An Experimental Study and Analysis on NVH Behaviors of the Planetary Gear Set 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.20 no.3 = no.156, 2010년, pp.242 - 248  

이현구 (현대자동차) ,  강구태 (현대자동차)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, Verification of the qualitatively identical relationships existing between simulation data and experimental results allowed for a new analysis procedure of a planetary gear set -- in an automatic transmission -- to be conducted. Tooth profiles were found to be crucial to the gear mesh...

주제어

#유성기어   #치형수정   #치합력  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 차량에서 유성기어 소음이 문제가 되었던 단순 유성기어세트에 대하여 (1) Kahraman이 제시한 유성기어의 토셔널 모델(Torsional model)을(8) 이용하여 분석을 실시하고, (2) 일반적인 기어 소음의 해결 방법인 기어 치형에 대한 접근으로 load distribution program(LDP)를 이용하여 유성기어의 프로파일 치형을 최적화하고(9~11) (3) 유성기어 상용 FEM 프로그램인 2DPLANETARY를 이용하여(12~15), 유성기어 치형에 따른 기어 동적 치 접촉력(dynamic mesh force)의 변동 RMS값을 구하고, (4) 실제 변경된 치형에 따른 대상 소음시험 결과를 비교하여 상관성을 파악하고자 한다.

가설 설정

  • 따라서 피니언 기어를 통하여 접촉을 조절한다. 이 연구에서 링 기어의 치형은 항상 인볼 류트라고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기어 화인 소음은 어떻게 구성되어 있는가? 차량에서 발생하는 소음 중, 변속기에서 발생하는 기어 화인 소음(gear whine noise)은 약 200 ~4,000 Hz까지 광범위한 주파수 영역의 순음으로 구성되어 있다. 특히 자동 변속기의 주요 변속 장치로 사용되는 유성기어방식은 단순 축 기어 방식에 비하여 상대적으로 집약적이면서도 무게 대비 고용량의 토크를 전달할 수 있고 반경방향의 베어링 부하를 줄일 뿐 아니라, 소음도 적은 장점을 가지고 있다(1).
원형의 링 기어 거동을 고려하는 경우, 발생하는 사각형 모양의 굽힘진동의 주파수는 어느정도인가? 원형의 링 기어 거동을 고려하는 경우, 이 시스템의 경우에는 피니언 기어가 4개(n=4)이므로 사각형 모양의 굽힘진동이 발생할 수 있다. 굽힘진동이 발생할 때의 주파수는 약 5,379 Hz 정도이다. 이것 역시 시스템에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 주파수 영역은 아니다.
자동 변속기의 주요 변속 장치로 사용되는 방식은 무엇인가? 차량에서 발생하는 소음 중, 변속기에서 발생하는 기어 화인 소음(gear whine noise)은 약 200 ~4,000 Hz까지 광범위한 주파수 영역의 순음으로 구성되어 있다. 특히 자동 변속기의 주요 변속 장치로 사용되는 유성기어방식은 단순 축 기어 방식에 비하여 상대적으로 집약적이면서도 무게 대비 고용량의 토크를 전달할 수 있고 반경방향의 베어링 부하를 줄일 뿐 아니라, 소음도 적은 장점을 가지고 있다(1). 최근에 진행되는 유성기어의 소음과 진동에 대한 대표적인 연구로는 피니언 기어의 위치에 대한 부하 분배의 영향성에 대한 연구로 피니언 기어의 갯수가 증대할수록 피니언 기어를 지지하는 축의 위치에 대한 영향성에 민감하다는 연구와(2) 부하에 따라 기어의 정렬이 흐트러져서 기어 소음에 영향을 미친다는 연구(3) 축방향, 원주방향, 축정렬, 중심도, 그리고 치형 등의 영향에 의해 유성기어 사이드 밴드 소음이 발생한다는 연구(4,5), 더블 피니언기어와 싱글피니언 기어와의 소음 진동이 차이가 발생하는 메커니즘에 대한 연구 등이 이루어지고 있다(6).
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참고문헌 (15)

  1. Muller, H. W., 1982, “Epicyclic Drive Trains,” Detroit:Wayne State University Press. 

  2. Singh, A., Kahraman, A. and Ligata, H., 2007, “Internal Gear Strains and Load Sharing in Planetary Transmissions ？ Model and Experiments,” ASME, DETC2007-35047. 

  3. Smith, A., Pears, J., Platten, M., Palmer, D. and Hirabayashi, Y., 2007, “Epicyclic Gear Transmission Error-the Importance of Controlling Tolerances,” SAE2007-01-2241. 

  4. Yu, S. and Kaatz, S., 2005, “Asymmetric Gear Noise Sidebands and Application to Planetary Gear Noise Reduction,” SAE2005-01-2462. 

  5. Grimmer, M. J., 2005, “Sideband and Sound Field Spatial Considerations in the Measurement of Gear Noise,” SAE2005-01-2517. 

  6. Singh, A., 2006, “Optimizing Gear Set Durability in Double Pinion Planetary Transmissions,” FISITA 2006P290. 

  7. Lee, H. K., Kang, S. C., Hur, J. W., Bae, D. H. and Kang, K. T., 2008, “An Experimental Study for Predicting the Planetary Gear Noise in the Vehicle,” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 18, No. 5, pp. 503-508. 

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  8. Kahraman, A., 2001, “Free Torsional Vibration Characteristics of Compound Planetary Gear Sets,” Mechanism and Machine Theory 36, pp. 953-971. 

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  9. Harianto, J. and Houser, D. R., 2005, “The Effect of Profile Relied on the Noise Excitation of Helical Gear,” Gear Solutions magazine, March. 

  10. Harianto, J., Houser, D. R., 2001, “Design Robustness and Its Effect on Transmission Error and Other Design Parameters,” Proceedings of International Conference on Mechanical Transmissions 2001. 

  11. Harianto, J., Houser, D. R., 2005, “The Effect of Micro-geometry and Load on Helical Gear Noise Excitations,” SAE Noise and Vibration Conference and Exhibition SAE International. 

  12. Kahraman, A. and Vijayakar, S. M., 2001, “Effect of Internal Gear Flexibility on the Quasi-static Behavior of a Planetary Gear Set,” ASME, Vol. 123, pp. 408-415. 

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  13. Kahraman, A., Kharazi, A. A. and Umrani, M., 2003, “A Deformable Body Dynamic Analysis of Planetary Gears with Thin Rims,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 262, pp. 752-768. 

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  14. Yuksel, C. and Kahraman, A., 2004, “Dynamic Tooth Loads of Planetary Gear Sets Having Tooth Profile Wear,” Mechanism and Machine Theory, 39, pp. 695-715. 

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  15. Vijayakar, S. M., Busby, H. R. and Houser, D. R., 1988, “Linearization of Multibody Frictional Contact Problems,” Computer & Structure, Vol. 29, No. 4, pp. 569-576. 

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