[논문]CRG 시스템의 접촉 피로수명

남형철; 김창현; 권순만

doi:10.3795/ksme-a.2012.36.11.1391

[국내논문] CRG 시스템의 접촉 피로수명
Contact Fatigue Life for CRG System 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.11, 2012년, pp.1391 - 1397

남형철 (창원대학교 기계설계공학과) , 김창현 (창원대학교 기계설계공학과) , 권순만 (창원대학교 기계설계공학과)

초록
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하이포 트로코이드 기반의 CRG(Cam ring gear) 시스템은 핀 또는 롤러 치형을 가지는 기어와 공액인 캠 링기어로 구성된 내접기어 시스템이다. 본 논문에서는 CRG 시스템의 엄밀 치형설계를 바탕으로 기어 치면에서의 접촉특성을 분석하였으며 형상설계변수인 치형수정계수에 따른 기어의 내구수명을 검토하였다. 결과적으로 치형수정계수의 증가를 통해 기 설계된 CRG 시스템에 영향을 미치지 않으면서 기어의 접촉 피로수명을 향상시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A cam ring gear (CRG) system based on a hypotrochoid curve consists of a pinion with roller teeth and its conjugated internal CRG. In this study, we investigated contact forces, contact stresses, and load stress factors to predict the surface pitting life using an exact CRG profile by introducing the profile modification coefficient. The results show that the pitting life can be extended significantly by increasing the profile modification coefficient without any other change of parameters in the CRG system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 논문에서는 RRG시스템과는 달리 피니언 기어를 롤러로 대체한 CRG(cam ring gear)시스템의 엄밀 치형 설계법을 제시하고자 한다. 또한 제시한 CRG 엄밀 설계 치형을 기반으로 접촉력 및 접촉응력의 특성을 검토하고, Morrison⁽⁸⁾의 하중응력계수(load stress factor)를 이용하여 기어 치면에서의 반복적인 하중조건에 의한 CRG시스템의 피팅수명(pitting life)^(9,10)을 검토하고자 한다.
또한 형상을 결정하는 설계변수의 변경이 접촉특성에 미치는 영향을 검토하고자 하였으며, 이를 통해 CRG 시스템의 내구성 향상에 기여하고자 한다.
본 논문에서는 CRG 시스템의 접촉 피로수명을 평가하기 위해 엄밀 치형설계 및 면압강도 해석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
이에 본 논문에서는 RRG시스템과는 달리 피니언 기어를 롤러로 대체한 CRG(cam ring gear)시스템의 엄밀 치형 설계법을 제시하고자 한다. 또한 제시한 CRG 엄밀 설계 치형을 기반으로 접촉력 및 접촉응력의 특성을 검토하고, Morrison⁽⁸⁾의 하중응력계수(load stress factor)를 이용하여 기어 치면에서의 반복적인 하중조건에 의한 CRG시스템의 피팅수명(pitting life)^(9,10)을 검토하고자 한다.

제안 방법

(1) CRG 시스템의 설계 가능한 두 가지 타입에 대해 캠 링기어의 엄밀 치형 설계식을 제시하였으며, 각 타입에 관한 기하학적 형상의 차이를 검토하였다.
내접기어인 CRG 시스템의 접촉특성을 분석하기 위해 Table 1과 같이 CRG 시스템의 치형 설계변수를 고려하였다. 설계변수는 각 타입에 동일하게 적용하였으며, 3 가지의 치형수정계수를 통해 형상의 변화와 접촉특성을 분석하고자 하였다.
5와 6에 도시하였다. 먼저 그 특성을 분석하기 위해 접촉구간을 3구간(Ⅰ~Ⅲ)으로 구분하였다. Ⅰ과 Ⅲ구간은 유효접촉을 시작한 롤러와 유효접촉이 끝나가는 롤러가 하중을 분담하는 구간이며, Ⅱ구간은 하나의 롤러와 링기어가 전체의 접촉하중을 담당하는 하중 전담구간이다.
내접기어인 CRG 시스템의 접촉특성을 분석하기 위해 Table 1과 같이 CRG 시스템의 치형 설계변수를 고려하였다. 설계변수는 각 타입에 동일하게 적용하였으며, 3 가지의 치형수정계수를 통해 형상의 변화와 접촉특성을 분석하고자 하였다. 또한 접촉력 및 접촉응력 해석을 위한 구동 토크 및 재료물성치를 Table 2에 정리하였다.

이론/모형

대부분 기어 치면에서의 압축 피로한도는 인장하중과 달리 접촉응력만으로 규정할 수 없기 때문에 다양한 접근을 통해 그 연구가 현재까지도 활발히 진행되었으나, 명확한 이론이 존재하지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 24년간의 풍부한 실험결과를 바탕으로 Morrison⁽⁸⁾이 제시한 다음의 표면피로 S-N 선도 식으로 피팅수명을 평가하였다.

성능/효과

(2) 치형수정계수의 증가를 통해 검토한 접촉력의 변화는 두 타입 모두 비교적 증가하였으나, 접촉 응력 및 하중응력계수는 감소하는 경향을 확인할 수 있었다.
(3) 평가된 표면 피로한도 결과에서 각 타입 모두 치형수정계수의 증가가 피로수명을 향상시키는 요인으로 작용하였으며, 이 중 Type 2가 Type 1과 비교하여 피팅수명이 우수한 것으로 나타났다.
마찬가지로 CRG시스템에서도 Figs. 9와 10에 도시한 곡률반경 결과와 같이 Type 1 및 Type 2에서 치형수정계수의 증가에 따라 곡률반경이 증가하고, 이에 접촉력이 완만히 분산되어 접촉응력이 감소하였음을 알 수 있다.
13에 도시하였다. 동일한 설계조건 하(e=0.420)에서는 Type 1과 비교하여 Type 2가 피팅수명이 약 2.5배 우수한 것으로 나타났다.(Table 4 참조) 따라서 CRG 시스템을 설계함에 있어서 Type 2의 치형 설계방법과 치형수정계수의 증가를 통해 캠 링기어의 접촉 피로수명의 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
26배 피팅수명이 증가하였다. 따라서 CRG 시스템의 두 가지 설계방법 모두 치형수정계수가 증가함에 따라 피팅수명이 증가하였으며, 이 중에서 Type 1이 Type 2에 비해 치형수정계수의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
접촉력 해석결과를 살펴보면 Ⅰ구간에서는 치형수정계수가 증가함에 따라 접촉력이 감소하였으나 Ⅱ와 Ⅲ구간에서는 비교적 증가하는 결과를 나타내었다. 하지만 Figs.
11과 12에 도시하였다. 치형수정계수가 증가함에 따라 하중전담구간(Ⅱ구간)에서 하중응력계수가 감소하는 결과를 나타내었다. 하중응력계수 및 피팅수명의 결과 Table 4에 정리한 바와 같이 하중응력계수의 최대값 결과에서는 Type 1의 경우 치형수정계수가 e=0.
치형수정계수가 증가함에 따라 하중전담구간(Ⅱ구간)에서 하중응력계수가 감소하는 결과를 나타내었다. 하중응력계수 및 피팅수명의 결과 Table 4에 정리한 바와 같이 하중응력계수의 최대값 결과에서는 Type 1의 경우 치형수정계수가 e=0.210에서 0.420으로 2배 증가함에 따라 피팅수명이 1.194E6에서 3.125E6으로 약 2.6배 증가하였으나, Type 2의 경우 치형수정계수가 2배 증가함에 따라 약 1.26배 피팅수명이 증가하였다. 따라서 CRG 시스템의 두 가지 설계방법 모두 치형수정계수가 증가함에 따라 피팅수명이 증가하였으며, 이 중에서 Type 1이 Type 2에 비해 치형수정계수의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.

후속연구

5배 우수한 것으로 나타났다.(Table 4 참조) 따라서 CRG 시스템을 설계함에 있어서 Type 2의 치형 설계방법과 치형수정계수의 증가를 통해 캠 링기어의 접촉 피로수명의 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CRG시스템의 기반은?	하이포 트로코이드 기반의 CRG(Cam ring gear) 시스템은 핀 또는 롤러 치형을 가지는 기어와 공액인 캠 링기어로 구성된 내접기어 시스템이다. 본 논문에서는 CRG 시스템의 엄밀 치형설계를 바탕으로 기어 치면에서의 접촉특성을 분석하였으며 형상설계변수인 치형수정계수에 따른 기어의 내구수명을 검토하였다.
	CRG 시스템이란?	하이포 트로코이드 기반의 CRG(Cam ring gear) 시스템은 핀 또는 롤러 치형을 가지는 기어와 공액인 캠 링기어로 구성된 내접기어 시스템이다. 본 논문에서는 CRG 시스템의 엄밀 치형설계를 바탕으로 기어 치면에서의 접촉특성을 분석하였으며 형상설계변수인 치형수정계수에 따른 기어의 내구수명을 검토하였다.
	본 논문에서 Cam ring gear시스템의 치형수정계수에 따른 기어의 내구수명 검토 결과 도출된 결론은?	본 논문에서는 CRG 시스템의 엄밀 치형설계를 바탕으로 기어 치면에서의 접촉특성을 분석하였으며 형상설계변수인 치형수정계수에 따른 기어의 내구수명을 검토하였다. 결과적으로 치형수정계수의 증가를 통해 기 설계된 CRG 시스템에 영향을 미치지 않으면서 기어의 접촉 피로수명을 향상시킬 수 있다.

참고문헌 (10)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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