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유전 알고리즘을 이용한 풍력발전기용 피치감속기의 최적 설계
Optimum Design of Pitch Reducer for Wind Turbine Using Genetic Algorithm 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.2, 2014년, pp.185 - 192  

김정길 (한국기계연구원 시스템신뢰성연구실) ,  박영준 (한국기계연구원 시스템신뢰성연구실) ,  이근호 (한국기계연구원 시스템신뢰성연구실) ,  남용윤 (한국기계연구원 시스템신뢰성연구실) ,  양우열 (효성 기어솔루션기술개발팀)

초록
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유성기어의 설계는 모듈 등의 이산변수, 잇수 등의 정수 변수, 치폭, 종횡비 등의 연속 변수가 혼재된 복잡한 문제로 이를 해결하기 위해서는 최적 설계 기법이 적용되어야 한다. 본 연구에서는 유전 알고리즘(Genetic algorithm)을 이용한 최적 설계를 유성기어 설계에 적용하였다. 유성기어 설계시 기본이 되는 기어 잇수, 모듈, 압력각, 치폭 등과 같은 매크로 지오메트리(Macro-geometry)를 이용하여 이뿌리/치면 강도에 대한 강도 평가를 수행하였으며, 상용 프로그램과의 비교를 통해 검증하였다. 유전 알고리즘을 이용하여 기어의 체적을 최소화하기 위한 최적 설계를 수행하였으며, 이를 통하여 설계자는 초기 설계시 시행착오를 줄여 설계 시간을 단축시킬 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Planetary gear design is complex because it involves a combination of discrete variables such as module, integer variables such as the number of teeth, and continuous variables such as face width and aspect ratio. Thus, an optimum design technique is needed. In this study, we applied a genetic algor...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 모듈 등의 이산변수, 잇수 등의 정수 변수, 치폭, 종횡비 등의 연속 변수가 혼재된 복잡한 설계 문제 중의 하나인 유성기어의 설계 문제에 유전 알고리즘(Genetic algorithm)을 이용한 최적 설계를 수행하였다. 유성기어 설계시 기본이 되는 기어 잇수, 모듈, 압력각, 치폭 등과 같은 매크로 지오메트리(Macro-geometry)를 이용하여 기어의 이뿌리/치면 강도에 대한 강도 평가를 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였으며, 풍력용 증속기 설계 인증시 사용하는 상용 프로그램을 이용하여 개발된 프로그램을 검증하였다.
  • 본 연구는 풍력발전기용 피치감속기 설계시, 기어의 체적과 중량을 최소화하기 위하여 유전 알고리즘을 이용한 최적 설계가 목적이며, 그 결론은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
피치감속기가 유성기어로 구성되어 있는 이유는 무엇인가? 풍력발전기를 구성하는 여러 요소들 중에서 피치감속기는 풍력발전기의 출력 제어를 위해 피치시스템에서 블레이드를 회전시켜주는 역할을 한다. 피치감속기는 대부분 유성기어로 구성되어 있으며, 그 이유는 풍력발전기용 기어트레인이 요구하는 20년 이상의 수명, 소형화 및 경량화 등의 성능에 가장 잘 부합하기 때문이다.(2)
풍력발전기에서 피치감속기의 역할은 무엇인가 풍력발전기를 구성하는 여러 요소들 중에서 피치감속기는 풍력발전기의 출력 제어를 위해 피치시스템에서 블레이드를 회전시켜주는 역할을 한다. 피치감속기는 대부분 유성기어로 구성되어 있으며, 그 이유는 풍력발전기용 기어트레인이 요구하는 20년 이상의 수명, 소형화 및 경량화 등의 성능에 가장 잘 부합하기 때문이다.
풍력발전기용 피치감속기는 유성기어 구조인데, 유성기어는 무엇으로 구성되어 있는가 풍력발전기용 피치감속기는 유성기어 구조이며 유성기어는 원통기어에 비해 크기가 작고 큰 동력을 전달할 수 있다. 유성기어는 선기어, 유성기어, 링기어, 캐리어(Carrier)로 구성된다.
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참고문헌 (14)

  1. Hwang B. S., 2010, "Understanding of the Latest Wind Turbine," A-Jin, pp. 73-113. 

  2. Park, Y. J., Lee, G. H., Kim, J. G., Song, J. S., and Park S. H., 2011, "Analysis of Load Distribution and Sharing on the Planetary Reducer for Wind Turbines," Transactions of the Koean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 20, No. 6, pp. 830-836. 

  3. Goldberg, 1989, "Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learning," Addison Wesley 

  4. Bae, I. H. and Chong, T. H., 2002, "New Method to Find the Best Gear Ratio Using the Simulated Annealing Algorithm," Proc. Korean Society of Machine Tool Engineers Spring Conference 2002, pp. 687-692. 

  5. Lee, K. H., Lee, G. H., Bae, I. H. and Chong, T. H., 2007, "Optimum Design of Hypoid Gear Considering the Volume," Proc. Korean Society of Machine Tool Engineers Spring Conference 2007, pp. 495-500. 

  6. Lee, K. H., Lee, G. H., Bae, I. H. and Chong, T. H., 2007, "An Optimum Design Method of Hypoid Gear by Minimizing Volume," Transactions of the Koean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 16, No. 6, pp. 55-61. 

  7. ISO Standard 6336, 2006, "Calculation of Load Capacity of Spur and Helical Gears," International Organization for Standardization. 

  8. ISO Standard 1328, 1995, "ISO System of Accuracy," International Organization for Standardization. 

  9. GL Guideline, 2010, "Guideline for the Certification of Wind Turbines," GL 

  10. Chong, T. H., Lee, K. H., Lee, G. H., Bae, I. H., Park, S. H. and Kim, D. S., 2006, "Parameter Analysis of Hypoid Gear Strength and Durability," Proceedings of KSMTE Spring Conference, pp. 409-414. 

  11. Jung S. P. and Park T. W., 2009, "A Study on the Development of the Gear Profile Design Program," Journal of the Korean Society for Precision Engineering, Vol. 26, No.8 pp. 104-111 

  12. Chong, T. H. and Lee, J. S., 2002, "Optimum Design of Gear Train Systems Using a Genetic Algorithm," Proceedings of KSME Spring Conference, Vol. A, pp. 654-659. 

  13. Choi, W. H., Yang, B. S. and Joo, H. J., 1996, "Optimum Field Balancing of Rotating Machinery Using Genetic Algorithm," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 20, No.6 pp. 1819-1826 

  14. KISSsoft A. G, 2008, "User Manual," Switzerland 

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