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
- 2,3 반면, 소형 기계장치에서는 유체식 동력전달장치를 적용하기에는 어려움이 있기 때문에 기계식 동력전달장치가 많이 사용되고 있지만 기계식 동력전달장치에 대한 연구는 유체식 동력전달장치와 다르게 많이 진행되고 있지 않다. 본 연구에서는 기계식 동력전달장치의 종류중의 하나인 고정밀 플렉시블 디스크 커플링에 대해서 연구를 진행하고자 한다. 4,5
- 본 연구에서는 디스크 커플링에 대해서 연구를 수행하였다. 디스크 커플링 성능에 영향을 끼치는 인자들을 파악하기 위하여 유한요소해석을 수행하였으며 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다.
- 3절의 해석 결과를 통해서 경량화된 사각 디스크가 원형디스크보다 성능이 좋게 평가되었다. 본 절에서는 디스크의 형상에 따른 디스크의 회전 강성과 굽힘강성을 해석을 통해서 분석했다. 또한 편각과 축변위 비정렬이 회전 강성에 미치는 영향을 분석하였다.
- 연구에서는 축의 정렬이 어긋난 경우의 커플링 동력전달 성능의 변화에 대해서 분석하였다. 디스크 커플링 구조해석 모델을 구성하였고, 편각 및 축변위 정렬 오차에 따른 응력을 관찰하여 동력전달 능력을 간접적으로 분석하였다.
제안 방법
- (1) 전체 모델에 대한 해석과 판 디스크와 컬러만의 단순화한 모델에 대한 해석을 수행하여 그 차이를 비교하였다.
- Fig. 3(a)의 왼쪽 허브의 축 연결부분을 강체로 묶고 (Rigid tie), 축을 기준으로 A 부분에 강제회전 변위 조건을 적용하였다. 반대편의 오른쪽 허브의 축 연결부분 B에는 x, y, z 방향의 모든 변위를 구속하였다.
- 각종 장비의 고속화에 따른 관성 및 진동 그리고 정렬이 되지 않은 축을 연결할 경우에 발생하는 편각을 고려하여 디스크 커플링 해석을 수행했다. 편각 및 축변위 해석은 Fig.
- 플렉서블 디스크 커플링의 성능은 축의 비정렬규격 한도 내에서 피로파괴 없이 얼마의 토크를 전달할 수 있는가로 판단한다. 그렇기 때문에, 규정된 최대 편각과 축변위의 비정렬 상태에서 정격토크가 가해졌을 때 최대응력을 계산하는 방법으로 판 디스크의 안정성을 분석하였다.
- 디스크 커플링 구조해석 모델을 구성하였고, 편각 및 축변위 정렬 오차에 따른 응력을 관찰하여 동력전달 능력을 간접적으로 분석하였다. 그리고 적용이 검토되고 있는 두 가지 디스크 형상에 대해 해석을 수행하여 우수성을 비교하였다. 원형 디스크는 기존에 사용하던 모델이고, 사각형 디스크는 경량화와 함께 향후 적용이 검토되고 있는 모델이다.
- 연구에서는 축의 정렬이 어긋난 경우의 커플링 동력전달 성능의 변화에 대해서 분석하였다. 디스크 커플링 구조해석 모델을 구성하였고, 편각 및 축변위 정렬 오차에 따른 응력을 관찰하여 동력전달 능력을 간접적으로 분석하였다. 그리고 적용이 검토되고 있는 두 가지 디스크 형상에 대해 해석을 수행하여 우수성을 비교하였다.
- 본 연구에서는 디스크 커플링에 대해서 연구를 수행하였다. 디스크 커플링 성능에 영향을 끼치는 인자들을 파악하기 위하여 유한요소해석을 수행하였으며 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다.
- 디스크 커플링의 물성은 현재 생산되고 있는 판스프링의 소재에 대해 인장시험을 수행하여 구하였다. 각 소재별로 3번의 시험결과를 통해 소재들의 항복강도와 인장강도의 평균값을 이용하였다.
- 본 절에서는 디스크의 형상에 따른 디스크의 회전 강성과 굽힘강성을 해석을 통해서 분석했다. 또한 편각과 축변위 비정렬이 회전 강성에 미치는 영향을 분석하였다.
- 비정렬 조건에 대한 해석은 편각과 축변위에 대해서 단순모델로 수행하였다. 편각은 축이 일직선으로 만나지 않고 기울어져 만날 때, 일직선에서 벗어난 각도를 의미하고, 축변위는 두 축이 조립되었을 때 축방향으로 힘이 가해져 있어서 커플링이 축방향으로 변형이 있는 상태를 의미한다.
- 전체모델과 단순모델의 해석결과를 비교한 결과 단순모델의 최대응력이 전체모델의 최대응력보다 약 10 Mpa 높게 나왔다. 이 결과 단순모델이 전체모델에 비해 악조건이며, 자유도가 높은 전체 모델로 해석을 하는 것보다 해석효율을 위해 단순 모델로 연구를 진행해도 문제없다고 판단되어 이후 비정렬 조건 해석에은 단순모델로 수행하였다.
- 컬러 접촉부는 원주 방향으로 40개의 요소를 사용하였고, 판디스크는 굽힘을 고려하기 위해 두께방향으로 4개의 요소를 이용하였다. 이것보다 2배 많은 요소로 격자를 생성하여 해석한 결과와 비교하여 차이가 매우 작음을 확인하였고, 해석 효율성을 위해 보다 적은 수의 요소를 이용하여 모든 해석을 수행하였다.
- 13과같이 모델을 구성하고 해석을 수행하였다. 이웃한 두 개의 컬러 부분은 고정하고 나머지 두 개의 컬러에 그림과 같이 변위를 주어 굽힘 변형을 주었고 반력을 측정하여 강성을 평가하였다. Fig.
- 해석은 범용 해석프로그램인 Abaqus8를 이용하여 정적 내연적(Static Implicit)으로 수행하였고, 다수의 부품을 조립하여 접촉을 고려하여 수행하였다. 정적 해석을 수행했으며, 다수의 접촉면의 접촉으로 인한 수렴성 문제를 해결하기 위해 Stabilize기능을 적용하였다.
- 플렉시블 디스크 커플링의 주요 부품인 디스크를 디스크 형상에 따라 성능 차이를 확인하기 위해서 최대토크를 가한 상태에 대해 유한요소해석을 수행했다. 첫째로 디스크 커플링 전체모델에 대해 수행했다. 예상했던 것처럼 디스크에서 응력이 집중되는 것을 확인했으며, 동력을 전달할 경우 디스크 커플링의 디스크가 중요한 역할을 하고 디스크의 설계에 따라 디스크 커플링의 성능이 좌우된다고 판단된다.
- 3(b)는 단순모델로 해석하기 위한 경계조건이다. 첫째로, 디스크의 중앙에 생성한 가상의 노드와 컬러 ①, ②부분의 모든 절점을 강체로 묶고, 기준점으로 생성한 가상의 중앙 절점에 화살표방향으로 회전하도록 강제회전 변위조건을 적용하였다. 그리고, 컬러 ③, ④부분의 모든 절점은 모든 변위를 구속하였다.
- 허브는 응력 집중이 크지 않아 비교적 큰 요소로 이산화 하였고, 응력집중이 발생하고 주 관심 부분인 컬러 접촉부와 판 디스크는 충분히 작은 요소로 이산화하였다. 컬러 접촉부는 원주 방향으로 40개의 요소를 사용하였고, 판디스크는 굽힘을 고려하기 위해 두께방향으로 4개의 요소를 이용하였다. 이것보다 2배 많은 요소로 격자를 생성하여 해석한 결과와 비교하여 차이가 매우 작음을 확인하였고, 해석 효율성을 위해 보다 적은 수의 요소를 이용하여 모든 해석을 수행하였다.
- 4는 편각과 축변위를 부여하는 경계조건을 보여준다. 편각과 축변위에 대한 해석은 단순모델에 편각과 축 변위를 토크를 가하기 전에 각각 추가적으로 부여하여 해석을 수행했다. 편각 경계조건 (Fig.
- 플렉시블 디스크 커플링의 주요 부품인 디스크를 디스크 형상에 따라 성능 차이를 확인하기 위해서 최대토크를 가한 상태에 대해 유한요소해석을 수행했다. 첫째로 디스크 커플링 전체모델에 대해 수행했다.
- 해석의 효율성을 위해 디스크 커플링 전체모델을 단순하게 모델링하여 해석을 수행하였다. 디스크 커플링의 허브와 중간 허브를 제거한 단순화된 모델에 대한 해석 결과는 Fig.
대상 데이터
- 디스크의 재료는 SUS303이고 인장강도는 808 MPa,항복강도는 690 MPa이다.
- 본 연구의 대상 디스크 커플링에서 주요 설계부품은 판 디스크이다. 컬러나 허브와 같은 부품은 디스크에 비해 두껍기 때문에 응력이 크게 걸리지 않고 파손도 되지 않는다.
- 해석 모델로는 현재 국내 기업에서 생산 중이며, 각종 반도체제조업체에서 가장 많이 소요되는 제품 중 하나인 SDWA-31C 모델7을 선정하였다. 해석은 범용 해석프로그램인 Abaqus8를 이용하여 정적 내연적(Static Implicit)으로 수행하였고, 다수의 부품을 조립하여 접촉을 고려하여 수행하였다.
- 2에 해석한 플렉시블 디스크 커플링(SDWA-31C)의 전체적인 형상을 제시하였다. 해석한 커플링은 허브(Hub, ①), 판 디스크 (Plate disk,②), 중간판(Middle Plate, ③), 그리고 컬러(Collar, ④)의 네 가지의 부품으로 구성되어 있다. d1과 d2는 사용자가 원하는 내경으로 가공하여 축에 연결하는 치수이다.
- 각 소재별로 3번의 시험결과를 통해 소재들의 항복강도와 인장강도의 평균값을 이용하였다. 허브는 재료 데이터를 제공하고 있는 MATWEb9에서 조사하여 이용하였다. 허브의 재료는 Al7075이고 인장강도는 524 MPa, 항복강도는 462 MPa이다.
- 허브는 재료 데이터를 제공하고 있는 MATWEb9에서 조사하여 이용하였다. 허브의 재료는 Al7075이고 인장강도는 524 MPa, 항복강도는 462 MPa이다.
데이터처리
- 디스크 커플링의 물성은 현재 생산되고 있는 판스프링의 소재에 대해 인장시험을 수행하여 구하였다. 각 소재별로 3번의 시험결과를 통해 소재들의 항복강도와 인장강도의 평균값을 이용하였다. 허브는 재료 데이터를 제공하고 있는 MATWEb9에서 조사하여 이용하였다.
- 해석 모델로는 현재 국내 기업에서 생산 중이며, 각종 반도체제조업체에서 가장 많이 소요되는 제품 중 하나인 SDWA-31C 모델7을 선정하였다. 해석은 범용 해석프로그램인 Abaqus8를 이용하여 정적 내연적(Static Implicit)으로 수행하였고, 다수의 부품을 조립하여 접촉을 고려하여 수행하였다. 정적 해석을 수행했으며, 다수의 접촉면의 접촉으로 인한 수렴성 문제를 해결하기 위해 Stabilize기능을 적용하였다.
성능/효과
- (1) 플렉시블 디스크 커플링의 전체 모델과 단순화한 모델에 대해 해석한 결과 단순모델에서의 최대응력이 전체모델에서의 최대응력보다 약 10Mpa 높게 나왔고 이는 비슷한 수준으로 판단되었다. 그래서 해석효율을 위해 디스크 커플링 성능평가를 단순모델로 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
- (2) 단순모델 해석 결과가 전체모델 해석 결과와 큰 차이가 없는 것을 확인하고, 단순 모델에 대한 해석을 수행하였다. 이와 같이 하여 판 디스크에 대한 보다 정확한 해석을 수행할 수 있었다.
- (2) 편각이나 축변위 비정렬 오차에 의해서 응력이 크게 증가함을 알 수 있었고, 그렇기 때문에 정렬 오차가 발생할 경우 토크전달 성능이 크게 떨어짐을 알 수 있었다.
- (3) 디스크 형상에 따라 성능을 비교한 결과 비정렬과 최대토크 조건 모두에서 경량화된 사각디스크가 원형디스크 보다 최대응력이 작고 비틀림 강성이 크기 때문에 성능이 더 좋게 평가되었다. 다만, 굽힘 강성은 사각디스크가 다소 작기 때문에 좌굴 파손에는 다소 불리할 것으로 판단된다.
- 3.1~3.3절의 해석 결과를 통해서 경량화된 사각 디스크가 원형디스크보다 성능이 좋게 평가되었다. 본 절에서는 디스크의 형상에 따른 디스크의 회전 강성과 굽힘강성을 해석을 통해서 분석했다.
- 8(a)에서와 같이 컬러 부분에 큰 응력이 발생했다고 판단할 수 있다. 결과적으로 편각 발생시 응력을 줄이기 위해서는 굽힘 강성을 줄여야 함을 알 수 있다. 또한 좌굴의 경우에는 원형디스크가 사각디스크보다 유리함을 알 수 있다.
- 원형디스크와 사각디스크 모두 최대응력이 걸리는 부분과 디스크의 전체적인 응력분포가 전체모델 결과와 동일한 것을 확인 할 수 있다. 경량화로 인하여 사각디스크의 성능이 저하된다는 예상과 다르게 최대토크 조건에서 원형디스크의 최대응력이 사각디스크보다 약 50 MPa 더 높게 나와 사각디스크의 성능이 더 좋게 평가되었다.
- (1) 플렉시블 디스크 커플링의 전체 모델과 단순화한 모델에 대해 해석한 결과 단순모델에서의 최대응력이 전체모델에서의 최대응력보다 약 10Mpa 높게 나왔고 이는 비슷한 수준으로 판단되었다. 그래서 해석효율을 위해 디스크 커플링 성능평가를 단순모델로 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
- m일 때 사각디스크의 최대응력은 589 MPa이다. 비정렬 조건 중 하나인 편각에 대해서 해석한 결과원형디스크, 사각디스크 모두 편각 조건만으로도 300 MPa 이상의 응력이 걸렸으며, 편각 3o와 최대토크 6 N.m에서 원형디스크가 사각디스크보다 약 40 MPa이 더 걸린다.
- 첫째로 디스크 커플링 전체모델에 대해 수행했다. 예상했던 것처럼 디스크에서 응력이 집중되는 것을 확인했으며, 동력을 전달할 경우 디스크 커플링의 디스크가 중요한 역할을 하고 디스크의 설계에 따라 디스크 커플링의 성능이 좌우된다고 판단된다.
- 전체모델과 단순모델의 해석결과를 비교한 결과 단순모델의 최대응력이 전체모델의 최대응력보다 약 10 Mpa 높게 나왔다. 이 결과 단순모델이 전체모델에 비해 악조건이며, 자유도가 높은 전체 모델로 해석을 하는 것보다 해석효율을 위해 단순 모델로 연구를 진행해도 문제없다고 판단되어 이후 비정렬 조건 해석에은 단순모델로 수행하였다.
- 우 대칭으로 변형되고, 편각 오차의 경우 대칭이 아니기 때문에 회전 토크가 가해졌을 때 변형이 불안정하여 좌굴 변형모드로 변형이 되기 때문으로 사료된다. 최대응력을 비교해 볼 때, 3도 편각이 있는 경우 완전정렬의 경우보다 응력이 약 120 MPa 크게 예측이 되었고, 0.4 mm 축변위가 있는 경우에는 약 140 MPa 크게 예측이 되었다. 편각이나 축변위 오차가 있는 경우 응력이 크게 증가하여 파손이 발생할 가능성이 커짐을 알 수 있다.
- 5(b)의 사각디스크의 경우는 최대응력이 455 MPa이다. 최대토크일 때의 응력값을 비교한 결과 원형디스크를 사용하는 커플링보다 사각디스크를 사용하는 커플링의 최대응력이 작았으며, 최대토크로 운전할 경우 사각디스크 커플링의 성능이 원형디스크 커플링보다 좋은 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.