[논문]하이포이드 회전감속기의 가속 수명시험 방법에 관한 연구

윤상환; 백권인; 김현경; 류성기

doi:10.14775/ksmpe.2017.16.3.063

하이포이드 회전감속기의 가속 수명시험 방법에 관한 연구
A Study on Accelerated Life Test of Hypoid Gear Rotary Reducer 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.16 no.3, 2017년, pp.63 - 68

윤상환 (창원대학교 산학협력단) , 백권인 (경상대학교 대학원 기계항공공학부, 항공연) , 김현경 (경상대학교 대학원 기계항공공학부, 항공연) , 류성기 (경상대학교 대학원 기계항공공학부, 항공연)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to process more complicated and higher-precision parts, generally, an additional axis for a machine tool is needed which was an approach to minimize the cost of tool modification. A table with a rotary reducer that can rotate through the axis of the gear system was employed to a machine tool to achieve the purpose of adding an extra motion axis. In general, the motion of the rotary reducer is driven by a worm/wheel or helical gear system, which is different from the hypoid helical gear structure that used in this research. Reliability of guarantee of high accurancy throughout the whole life cycle is on of the critical factors to evaluate a rotary reducer in this field. In this paper, in order to evaluate life-time of rotary reducer, a low-cost accelerated life test was developed to satisfy the demands of clients.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 로터리 감속기 테이블을 개발할 때 시장에서 요구하는 내구성에 대한 검증 방법으로 시간과 비용을 절감할 수 있도록 부가 축용 하이포이드 회전감속기의 가속 수명시험 방법을 연구하고자 한다.

제안 방법

그러나 현실적으로 개발 중인 로타리 감속기 테이블의 실작동 부하를 측정하는 것이 어려운 관계로 로터리 감속기가 대체하고자 하는 직교축 웜 감속기의 실제 사용 조건에서의 부하를 측정하여 평균 등가부하를 추정하였다. 평균 등가부하에 대한 등가토크 T_min은 아래식을 이용하여 얻을 수 있다.
시험방법으로 가속시험에서는 시험시간이나 시료수의 감소를 위해 사용조건보다 가혹한 조건을 부과함으로써 고장 메커니즘을 촉진시키는 방법을 주로 사용한다 사용목적에 따라 정성적 가속시험(qualitative accelerated tests)과 정량적 가속시험(quantitative accelerated tests)으로 구분되는데, 로터리 테이블은 고장율에 대한 신뢰성이 우선시 되므로 정량적 가속시험 방법을 선택하였다.
산출된 가속수명 시간과 시험방법을 기준으로 새로 개발될 로터리 테이블에 적용하여 다양한 시험결과를 얻었다. 일자별 시험결과를 정리하였고 시험 기간 동안 주변 시험환경온도, 테이블의 표면 온도 변화, 위치 및 반복정밀도, 클램프력 등을 측정하여 그 결과를 정리하였다.

대상 데이터

고정밀 절삭가공용으로 사용하는 로터리 감속기의 테이블 회전구조는 웜과 웜휠 또는 헬리컬 기어를 사용하는데 본 연구에서 시험한 구조는 하이포이드 헬리컬 기어를 사용한 구조로서 회전 감속비는 1/30이다. 로터리 감속기 테이블은 수명이 다할 때 까지 고정밀도를 유지할 수 있는 신뢰성 확보가 매우 중요한 개발요소가 되고 있다.
절삭시험 (2)는 직경이 150 mm인 SNCM8(Hrc20 이하) 소재를 사용하고 공구는 직경이 10 mm인 엔드밀/3날/측면가공용/초경합금(비코팅)을 사용한다. 이때 절삭조건은 절입깊이 15 mm, 절입폭5mm, 절삭유는 습식, 작업시간은 30분 동안 실시한다.
절삭시험(1)은 직경이 150 mm인 SM45C(Hrc 20 이하)소재를 사용하고, 공구는 직경이 10 mm인 엔드밀/3날 측면가공용/초경합금(비코팅)을 사용하며 절삭조건은 절입깊이 15 mm, 절입폭5 mm, 절삭유는 습식, 작업시간은 30분 동안 실시한다.

이론/모형

또한 로터리 테이블은 주로 절삭가공용으로 사용되고 현장의 사용조건에 따라 절삭조건의 차이가 크므로 사용조건보다 높은 스트레스를 가하는 방법인 고 스트레스(over stress)가속방법을 선택하였다. 고 스트레스 가속방법은 가속인자로서 온도 습도 전압 진동 부하 등을 사용하므로 로터리 테이블의 사용조건과 유사하다.

성능/효과

1. 무고장 가속 수명을 위한 시험시간은 지금까지 알려진 고장 원인을 분석을 바탕으로 와이블 분포를 적용한 결과 355시간으로 산출되었다.
2. 가속수명 시험을 위한 가장 적합한 시험 방법은 스트레스 가속방법으로 고스트레스(over stress) 가속방법을 적용하였고 시험 결과 시료 분해를 통한 각부의 마모나 변형, 파손 등을 육안 확인 결과 미세한 수준의 마찰흔, 기어 물림 자국 등이 나타났으나 심각한 수준의 표면 손상 및 변형 파손은 없는 것을 확인하였다.
3. 가속 수명 시험을 위한 가속 인자로서는 절삭력, 테이블의 회전속도, 테이블 위의 하중 편심량에 따라서 매우 큰 영향을 받는 다는 것을 알았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	잠재적인 로터리 테이블의 고장형태는 어떻게 구분되는가?	1에 나타냈다. 잠재적인 로터리 테이블의 고장형태는 헬리컬기어 마모 브레이크 마모, 베어링 마모, 발열, 오일 링(oil ring) 의 파손에 의한 누유, 윤활부족, 조립상태 불량 등 그 형태는 여러 가지로 구분할 수 있다. 이러한 고장 요소들은 최종적으로 로터리 테이블의 가장 중요한 성능요소인 위치 및 반복정밀도를 나쁘게 하여 신뢰성을 낮추는 원인이 된다.
	로터리 감속기 테이블의 개발에서 중요한 요소는 무엇인가?	고정밀 절삭가공용으로 사용하는 로터리 감속기의 테이블 회전구조는 웜과 웜휠 또는 헬리컬 기어를 사용하는데 본 연구에서 시험한 구조는 하이포이드 헬리컬 기어를 사용한 구조로서 회전 감속비는 1/30이다. 로터리 감속기 테이블은 수명이 다할 때 까지 고정밀도를 유지할 수 있는 신뢰성 확보가 매우 중요한 개발요소가 되고 있다. 즉 폐기 되기 전까지는 정밀도를 유지하고 내환경성과 내구성 등을 갖추어야 한다.
	잠재적인 로터리 테이블의 고장형태의 요소들이 일으키는 것은 무엇인가?	잠재적인 로터리 테이블의 고장형태는 헬리컬기어 마모 브레이크 마모, 베어링 마모, 발열, 오일 링(oil ring) 의 파손에 의한 누유, 윤활부족, 조립상태 불량 등 그 형태는 여러 가지로 구분할 수 있다. 이러한 고장 요소들은 최종적으로 로터리 테이블의 가장 중요한 성능요소인 위치 및 반복정밀도를 나쁘게 하여 신뢰성을 낮추는 원인이 된다.

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