선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 기어박스의 요구 수명을 만족하는 유성기어 베어링을 설계하였다. 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16,281을 이용하였으며, 설계 변수법(parametric method)(6)을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다.
- 본 연구에서는 유성 기어박스의 요구 수명을 만족하는 유성 기어 베어링을 설계하였다. 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16281을 이용하였으며, 설계 변수법을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다.
제안 방법
- 유성기어의 내경과 유성핀의 외경에 의한 베어링의 설치 공간이 매우 협소하여 좁은 공간에서도 큰 하중을 지지할 수 있는 형식의 베어링이 필요하였다. 그래서 유성기어 베어링으로 니들 롤러 베어링을 선정하였다. 또한, 니들 롤러 베어링의 제작과 하중에 관련된 요구조건은 다음과 같다.
- 둘째, 베어링의 설계 요구 조건을 만족하는 6 가지의 설계 제원 중에서 동정격 하중이 가장 큰 2 가지 경우(Case 3 & 6) 를 선정하여 수명 예측을 수행하였다.
- 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16281을 이용하였으며, 설계 변수법을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다. 또한, 베어링에 작용하는 하중을 정확하게 예측하기 위하여 베어링을 포함한 유성 기어박스를 모델링하여 하중 해석을 수행하였다. 설계 및 해석에 의해 도출된 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16,281을 이용하였으며, 설계 변수법(parametric method)(6)을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다. 또한, 베어링에 작용하는 하중을 정확하게 예측하기 위하여 상용 소프트웨어를 이용하여 전체 유성 기어박스를 모델링하여 하중 해석을 수행하였다.
- 레디얼 롤러 베어링의 기본 정격 수명(basic reference rating life)과 보정 정격 수명(modified reference rating life)은 각각 식 (17), (18)과 같으며, 본 연구에서는 보정 정격 수명을 베어링의 피로 수명으로 평가하였다.
- 베어링 수명을 만족하는 최적의 니들 롤러 베어링을 설계하기 위하여 베어링 성능에 영향을 미치는 인자인 롤러 수, 롤러 직경, 롤러 길이를 설계 변수로 선정하였으며, 설계 변수법을 적용하여 Table 3의 형상 설계를 수행하였다. 요구하는 베어링 형식이 풀 컴플리멘트이므로 롤러 수와 직경이 결정되면 베어링의 피치원 직경(pitch circle diameter)과 유성기어의 내경은 자동으로 결정된다.
- 셋째, 출력축 테이퍼 롤러 베어링의 예하중의 변화에 따른 유성기어 베어링의 수명 변화를 예측하였다. 베어링의 롤러 길이에 관계없이 예하중이 증가할수록 유성기어 베어링의 수명이 선형적으로 증가함을 알 수 있다.
- 테이퍼 롤러 베어링에 예하중을 가하게 되면 베어링의 강성(stiffness)이 증가하여 출력축의 변형량이 감소하며, 이로 인하여 유성핀과 유성기어의 미스얼라인먼트를 감소시킬 수 있다 (1,5,10) . 유성 베어링에서의 미스얼라인먼트의 감소는 베어링 수명의 증가를 가져올 수 있으므로 테이퍼 롤러 베어링의 예하중을 변화시키며 유성기어 베어링의 수명 변화를 분석하였다.
대상 데이터
- 레디얼 롤러 베어링에서 전동체의 탄성 변형은 얇은 판(lamina)모델로 설명할 수 있다. 롤러의 탄성 변형을 계산하기 위하여 Fig. 3과 같이 롤러를 동일한 크기의 얇은 판으로 최소 30개 이상 나눈다. j번째 롤러의 k번째 얇은 판에 대하여 하중-변형 방정식은 식 (1)과 같다.
- 유성기어 베어링의 수명 해석을 수행하기 위해서는 가장 먼저 유성기어에 작용하는 하중을 계산해야 한다. 본 연구에서 사용된 유성기어트레인은 선기어를 통하여 입력된 동력이 3개의 유성기어에 의해 하중 분할이 이루어진 후 캐리어를 통하여 출력 동력으로 전달되는 구조로서 구조 분석을 통한 유성기어의 하중은 Fig. 2와 같이 3개의 유성기어에 균등 분할된다고 생각할 수 있다. 그러나 Fig.
- 총 6 가지의 니들 롤러 베어링 중에서 2가지 경우(Case 3 & 6)를 선정하여 분석하였다.
이론/모형
- 베어링 설계 관점에서 일반적으로 사용되는 베어링의 수명 계산식(2,3)은 표면 아래 박리 이론에 근거하고 있다. 따라서 본 연구에서의 베어링 수명에 대한 정의는 표면 아래 피로 파손과 관련된 Lundberg-Palmgren(7)의 피로 수명 이론을 근간으로 하였다.
- 본 연구에서는 기어박스의 요구 수명을 만족하는 유성기어 베어링을 설계하였다. 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16,281을 이용하였으며, 설계 변수법(parametric method)(6)을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다. 또한, 베어링에 작용하는 하중을 정확하게 예측하기 위하여 상용 소프트웨어를 이용하여 전체 유성 기어박스를 모델링하여 하중 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 유성 기어박스의 요구 수명을 만족하는 유성 기어 베어링을 설계하였다. 베어링 수명을 확인하기 위하여 ISO/TS 16281을 이용하였으며, 설계 변수법을 적용하여 베어링의 요구 수명을 만족하도록 설계 변수를 최적화하였다. 또한, 베어링에 작용하는 하중을 정확하게 예측하기 위하여 베어링을 포함한 유성 기어박스를 모델링하여 하중 해석을 수행하였다.
성능/효과
- iii) 베어링이 지지해야 할 하중과 회전 속도는 각각 약 170kN과 최대 2.254rpm이다.
- 이상의 결과와 같이 두 경우 모두 베어링의 요구 수명인 15,000 시간을 만족하였다. 그러나 58mm의 롤러를 사용했을 때 28.5 mm의 롤러를 사용했을 때보다 약 1.6배의 수명 증가 효과가 있으며, 상대적으로 균일한 하중 분할을 가지고 있어서 사용하기에 유리할 것으로 판단된다.
- 이상의 결과와 같이 두 경우 모두 베어링의 요구 수명인 15,000 시간을 만족하였다. 그러나 58mm의 롤러를 사용했을 때 28.5 mm의 롤러를 사용했을 때보다 약 1.6배의 수명 증가 효과가 있으며, 상대적으로 균일한 하중 분할을 가지고 있어서 사용하기에 유리할 것으로 판단된다.
- 분석 결과, 각 유성기어에 장착된 2개의 베어링(LH, RH)에 크기가 다른 반경 방향 하중이 작용하는 것이 확인되었으며, 이로 인하여 베어링의 수명이 달라진다. 두 번째 유성기어 베어링의 경우 LSF가 1.12로 다른 유성기어에 비하여 하중 분할이 더 불균일함을 알 수 있다.
- 분석 결과, 각 유성기어에 장착된 4개의 베어링(1, 2, 3, 4)에 크기가 다른 반경 방향 하중이 작용하는 것이 확인되었으며, 이로 인하여 베어링의 수명이 달라진다. 두 번째 유성기어 베어링의 경우 LSF가 1.53으로 베어링에 작용하는 하중 편차가 다른 유성기어에 비하여 높음을 알 수 있다. 또한, 유성기어 베어링으로 4개의 니들 롤러 베어링을 적용하게 되면 유성핀과 유성기어 사이의 미스얼라인먼트의 발생으로 인하여 양쪽 끝에 위치한 베어링에는 응력 집중이 발생하게 되어 가운데 위치한 2개의 베어링(2, 3)에는 작은 하중이 작용하는 반면 양쪽 끝에 위치한 2개의 베어링(1, 4)에는 가운데 베어링에 비하여 약 2.
- 9는 출력축 테이퍼 롤러 베어링의 예하중에 따른 유성기어 베어링의 수명 변화를 나타낸 것이다. 니들 롤러 베어링의 롤러 길이에 관계없이 예하중이 증가할수록 유성기어 베어링의 수명이 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 즉, 유성기어 베어링의 관점에서는 테이퍼 롤러 베어링의 예하중이 크면 클수록 미스얼라인먼트가 작아져서 수명은 계속해서 증가하는 것이다.
- 같은 유성기어에 장착된 베어링의 하중 분할을 분석하기 위하여 각 베어링에 작용하는 하중을 Table 6에 나타냈다. 분석 결과, 각 유성기어에 장착된 2개의 베어링(LH, RH)에 크기가 다른 반경 방향 하중이 작용하는 것이 확인되었으며, 이로 인하여 베어링의 수명이 달라진다. 두 번째 유성기어 베어링의 경우 LSF가 1.
- 같은 유성기어에 장착된 베어링의 하중 분할을 분석하기 위하여 각 베어링에 작용하는 하중을 Table 7에 나타냈다. 분석 결과, 각 유성기어에 장착된 4개의 베어링(1, 2, 3, 4)에 크기가 다른 반경 방향 하중이 작용하는 것이 확인되었으며, 이로 인하여 베어링의 수명이 달라진다. 두 번째 유성기어 베어링의 경우 LSF가 1.
- 10과 같이 분석하였다. 이 그래프를 통해서 예하중이 증가할수록 오른편의 베어링 수명은 감소하는 반면, 왼편의 베어링 수명은 서서히 증가하다가 감소함을 알 수 있다. 베어링 수명과 예하중의 관계, 조립 오차 등을 고려하여 테이퍼 롤러 베어링의 최적 예하중은 300～400㎛로 결정하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
- 이상의 결과와 같이 두 경우 모두 베어링의 요구 수명인 15,000 시간을 만족하였다. 그러나 58mm의 롤러를 사용했을 때 28.
- 1의 기어박스 모델 해석 결과를 보면 선회베어링의 링기어와 출력축 피니언 사이의 상호 작용, 출력축의 테이퍼 롤러 베어링의 특성, 축, 하우징 및 캐리어의 변형(deflection) 등으로 유성기어에 작용하는 하중은 Table 1과 같이 약간의 차이를 나타낸다. 즉, 시스템 해석 결과로부터 유성기어의 위치에 따라 작용하는 하중의 크기가 다르며, 그로 인하여 유성기어 베어링의 수명도 달라질 것으로 예측할 수 있다.
- 첫째, 베어링에 작용하는 하중은 베어링을 포함한 기계시스템 해석을 통하여 결정해야 한다. 유성기어 베어링의 경우, 베어링 하중은 기어에 작용하는 토크 뿐만 아니라 선회베어링의 링기어와 출력축 피니언 사이의 상호 작용, 출력축의 테이퍼 롤러 베어링의 특성 및 축, 하우징, 캐리어의 변형 등에 의해서 영향을 받는다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.