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문제 정의
- 본 논문에서는 기어트레인을 동력학적으로 해석할 수 있는 기어 강성 모듈을 제안하였으며 기존의 기어해석과 비교하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.
- 본 연구에서는 기어트레인의 설계변수와 특성간의 상관관계 연구에 다물체 동역학 해석을 적용하기 위하여 기어의 유연체 및 접촉 특성을 고려하면서도 해석시간을 실용적인 수준으로 낮출 수 있는 기어 강성 모듈을 제안하고 그 유용성을 검증하였다.
가설 설정
- 기어중심은 기어회전만 발생하고 기어치 형상이 완벽한 인벌류트 곡선(Involute curve)이면서 기어변형이 없다고 가정하면 마주하는 기어는 기어비에 따른 속도비가 일정하게 유지될 것이다. 그러나 치변형, 축변형, 피치오차, 동하중 등이 회전각에 따라 변화하게 되어 전달오차가 발생하게 되며 진동 및 소음과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다(4).
- 그러나 이뿌리점의 병진변형은 다른 변형성분에 비해 작을 것이고 기어치 간에 접촉이 발생하는 위치가 일반적으로 이뿌리에서 일정 거리만큼 떨어져 있기 때문에 그 영향이 크지 않을 것으로 예측되는데 비해 모델링의 자유도를 증가시켜 해석시간 증가의 원인이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기어치-몸체 연결요소는 회전강성만으로 정의하도록 하였다. 이렇게 하면, 해석모델의 자유도는 추가되는 강성요소만큼 다소 증가하게 되지만 유한요소를 사용하는 경우에 비해서는 현저히 감소하게 된다.
- 한편, 전달오차 등과 같은 기어의 주요 특성은 기어치쌍의 강성에 좌우되며 접촉하는 기어치쌍은 한 쪽이 치뿌리 위치일 경우 다른 한 쪽은 치끝 위치가 되므로 기어치쌍의 강성은 단일 기어치의 강성변화보다 작아질 것으로 기대할 수 있다. 또한 전달오차 등의 주요원인은 기어물림의 변화에 따른 강성변화가 지배적이며 단일 기어치의 강성변화 영향은 상대적으로 작을 것이다. 따라서, 본 연구에서는 기어 강성 모듈의 회전강성을 다음과 같이 일정한 값으로 모델링 하는 방법을 적용하였다.
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