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헬리컬기어의 동적해석을 통한 전달오차 예측
Prediction of Transmission Error Using Dynamic Analysis of a Helical Gear 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.40 no.12, 2016년, pp.1005 - 1011  

이정석 (인제대학교 기계공학과) ,  윤문영 (인제대학교 기계공학과) ,  부광석 (인제대학교 고안전차량핵심기술연구소) ,  김흥섭 (인제대학교 고안전차량핵심기술연구소)

초록
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기어소음의 근본적인 원인은 전달오차로 인해 발생하게 된다. 전달오차는 기어가 맞물릴 때 발생하는데 크게 정적전달오차와 동적전달오차가 있다. 이러한 오차들은 기어 이빨의 처짐 또는 치면 마찰에 의해 발생하고 이 요인들이 원인이 되어 기어 시스템에 진동이 발생하게 된다. 그리고 이 진동이 기어의 축으로 이동하게 되어 축을 떠받치고 있는 베어링에 전달되고 베어링에 전달된 가진은 최종적으로 기어의 케이싱으로 이동하게 되어 소음을 방출하게 된다. 본 논문에서는 이러한 전달오차에 의해 발생하는 최대 굽힘응력을 가지는 롤각을 찾기 위한 응력해석을 수행되었다. 본 논문에서는 이론적 바탕으로 설계되어 인볼류트 곡선을 가진 기어와 수정된 치형을 가진 기어의 전달오차에 대한 해석을 진행하였다. 또한, 급작스러운 작동이나 큰 백래쉬로 인해 발생하는 충격강도에 대한 영향을 알아보기 위해 유한요소해석을 통해 각각 정적 최대굽힘응력과 동적 최대굽힘응력의 결과를 이용하여 충격인자 값을 예측해 보았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The fundamental reason for gear noise is transmission error. Transmission error occurs because of STE (static transmission error) and DTE (dynamic transmission error), while a pair of gears is meshing. These errors are generated by the deflection of the teeth and the friction on the surface of the t...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 베어링에 전달된 가진력은 최종적으로 기어의 케이싱으로 이동하게 되고 소음을 방출하게 된다.(3,4) 본 연구에서는 자동차 엔진 밸런서 유닛에 들어가는 타켓 기어 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 엔진 밸런서는 엔진의 크랭크샤프트에 부착되어 엔진의 진동 및 소음을 잡아주는 장치이다.
  • 접근각(approach angle)은 접촉이 시작되어 그 접촉점이 피치점에 도달할 때까지 기어의 회전각을 의미하고, 퇴거각(recess angle)은 피치점에서 접촉이 완전히 끝날 때까지 기어의 회전각을 의미한다. 롤각은 이 접근각과 퇴거각의 합을 말하며 본 연구에서는 어떠한 롤각에서 가장 전달오차가 많이 발생하는지에 대한 해석을 진행하였다.(6,7)
  • 본 연구에서는 스퍼어기어와 헬리컬기어에 대한 정적해석 및 동적해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
롤각을 이루는 접근각과 퇴거각의 의미는 무엇인가? 롤각(roll angle)은 기어가 맞물릴 때 접근각과 퇴거각의 합으로 기어의 중심으로부터 물림길이에 대응되는 각을 의미한다. 접근각(approach angle)은 접촉이 시작되어 그 접촉점이 피치점에 도달할 때까지 기어의 회전각을 의미하고, 퇴거각(recess angle)은 피치점에서 접촉이 완전히 끝날 때 까지 기어의 회전각을 의미한다. 롤각은 이 접근각과 퇴거각의 합을 말하며 본 연구에서는 어떠한 롤각에서 가장 전달오차가 많이 발생하는지에 대한 해석을 진행하였다.
기어의 전달오차는 어떻게 발생하는가? 전달오차는 기어치(gear tooth)의 처짐(deflection) 과 치면 손상에 의해 발생하는데 이러한 요인들이 원인이 되어 기어 시스템에 진동이 발생하게 되고 이 진동이 기어 축으로 이동하게 되어 축을 떠받치고 있는 베어링에 전달된다. 베어링에 전달된 가진력은 최종적으로 기어의 케이싱으로 이동하게 되고 소음을 방출하게 된다.
전달오차는 회전속도에 따라 어떻게 구분되는가? 하지만 기어가 토크를 전달할 때 기어 이(tooth)는 피팅(pitting) 및 굽힘파손을 유발 시키는 접촉응력(contact stress)과 굽힘응력(bending stress)을 받아 기어구조의 소음을 발생 시키게 된다. 기어소음의 근본적인 원인은 전달오차(transmission error)로 인해 발생하게 되는데, 이와 같은 전달오차는 기어가 맞물릴 때 발생하며, 회전속도에 따라 정적전달오차(static transmission error, STE)와 동적전달오차(dynamic transmission error, DTE)로 구분한다.(1,2)
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참고문헌 (8)

  1. Akerblom, M., 2001, "Gear Noise and Vibration - Literature Survey," Volvo Construction Equipment Components ABSE-631 85 Eskilstuna. 

  2. Smith, J. D., 2003, Gear Noise and Vibration, CRC Press. 

  3. Park, J. I. and Cho, D. H., 2004, "The Prediction of the Dynamic Transmission Error for the Helical Gear System," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 28, No. 9, pp. 1359-1367. 

  4. Perret-Liaudet, J., Carbonelli, A., Rigaud, E. and Nelain, B., 2014, "Modeling of Gearbox Whining Noise," SAE 2014-01-2090. 

  5. Dassault Systems, 2013, Abaqus Analysis User's Manual. 

  6. Rameshkumar, M., Venkatesan, G. and Sivakumar, P., 2010, "Finite Element Analysis of High Contact Ratio Gear," AGMA Technical Paper 10FTM06. 

  7. Hwang, C. H., Lee, J. H., Lee, D. H., Han, S. H. and Lee, K. H., 2013, "Contact Stress Analysis for a Pair of Mating Gears," Mathematical and Computer Modelling, Vol. 57, pp. 40-49. 

  8. Ramana, V. and Penumatsa, R., 2013, "Study of Impact Loading on Helical Gears using Finite Element Analysis," SAE 2013-01-1773. 

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