[논문]헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝기어 개발

김건우; 이재욱; 장진석; 최창영; 홍종해; 이강재

doi:10.14775/ksmpe.2020.19.10.036

문제 정의

유림공업( 주) 는 선박용 터닝 기어를 주요 생산품으로 하고 있으며, 국내 H사, S사 그리고 해외 M사등에 해당 제품을 판매하고 있다 . 연구개발 , 기술 체계화 및 고도화를 통하여 독자적 기술력을 확보함으로써 고객사에 우수 제품을 납품하고 , 터닝기어 시장을 선도하며 , 국내를 넘어 해외시장에서의 점유율을 높이는 것을 목표로 한다. .
. 위 목표를 달성하기 위해 기존 스퍼 유성 감속기 기반 선박용 터닝기어보다 물림률 (contact ratio ), 면압강도 (surface durability) 와 굽힘 강도(root bending strength)가 향상된 헬리컬 유성 감속기 기반 선박용 터닝기어를 개발하고자 하였다. 비틀림 각(helix angle) 이 0 이 아닌 헬리컬기어 (helical gear) 는 잇수 (number of teeth ), 모듈 (module), 압력각(pressure angle ), 전위계수 (profile shift coefficient) 가 결정되면 주요 기하학적 설계치가 결정된다 .
유림공업 ( 주) 는 연구개발 , 기술 체계화 및 고도화를 통해 고객사에 우수 제품을 납품하고 , 터닝기어 시장을 선도하며 , 국내를 넘어 해외시장에서의 점유율을 높이는 것을 목표로 한다.

제안 방법

공학적 설계를 기반으로 제작된 헬리컬 유성 감속기 기반 선박용 터닝기어에 대한 신뢰성 평가를 수행하였다 . 신뢰성 평가 시험은 독일 MAN社 FTA 기준에 의해 실시하였으며 , 그 시험방법은 Table 10 에 나타내었다 .
이를 통해 면압강도 및 굽힘강도 그리고 물림률이 향상된 설계치를 도출하였다 . 또한 축방향 하중을 상쇄시키기 위하여 1, 2 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 좌측으로 , 3 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 우측으로 설정함으로써 기존 베어링을 그대로 활용하는 방안을 강구하였다 . 이를 토대로 응력분석을 실시하였으며 , S45C 로 제작되는 축의 최 대응력이 약 259.
축에 치형이 창성되는 1 단 감속 부의선 기어 및 1, 2, 3 단 감속부의 아이들 기어는 호빙 (hobbing) 을 통해 제작하였다 . 또한 캐리어와 일체형인 2, 3 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속 부의 링기어는 셰이핑 (shaping) 을 통해 제작하였다 . 셰이핑에는 헬리컬 가이드가 필요하며 , 헬리컬 기어의 비틀림 각과 모듈 , 피니언 커터의 잇수를 고려하여 헬리컬 가이드를 선정하였다 .
본 논문의 2 장에서는 기존 스퍼 유성감속기 기반 선박용 터닝기어를 분석한다. .
본 연구에서는 Fig. 3과 같이 1, 2 단 감속부의링기어 비틀림 방향은 우측 , 3 단 감속부의 링 기어 비틀림 방향은 좌측으로 결정함으로써 기존 베어링을 그대로 활용할 수 있는 방안을 강구하였다. 키스시스 (KISSsys) 를 활용하면 Fig.
본 연구에서는 백래쉬와 치형수정을 고려하지 않은 경우에 대해 전체 물림률이 정수 2 가 되도록 비틀림 각을 결정하였으며 , 변경된 설계치를 Table based on helical planetary reducer5에 나타내었다 . 백래쉬와 치형수정에 의한 가공성을 고려한다면 전체 물림률을 정수보다 조금 더 크게 선정해야 되며 이는 실험적 방법 혹은 경험에 의해 결정되어야 한다.
또한 캐리어와 일체형인 2, 3 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속 부의 링기어는 셰이핑 (shaping) 을 통해 제작하였다 . 셰이핑에는 헬리컬 가이드가 필요하며 , 헬리컬 기어의 비틀림 각과 모듈 , 피니언 커터의 잇수를 고려하여 헬리컬 가이드를 선정하였다 . Fig.
스퍼 유성감속기 기반 선박용 터닝기어의 설계분석을 통하여 헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝 기어를 개발하였다 . 이 과정에서 순차적 맞물림 조건에 위배되지 않도록 잇수를 조정하였다 .
이 과정에서 순차적 맞물림 조건에 위배되지 않도록 잇수를 조정하였다 . 이를 통해 면압강도 및 굽힘강도 그리고 물림률이 향상된 설계치를 도출하였다 . 또한 축방향 하중을 상쇄시키기 위하여 1, 2 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 좌측으로 , 3 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 우측으로 설정함으로써 기존 베어링을 그대로 활용하는 방안을 강구하였다 .
. 축에 치형이 창성되는 1 단 감속 부의선 기어 및 1, 2, 3 단 감속부의 아이들 기어는 호빙 (hobbing) 을 통해 제작하였다 . 또한 캐리어와 일체형인 2, 3 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속 부의 링기어는 셰이핑 (shaping) 을 통해 제작하였다 .
1 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속 부의 아이들 기어는 호빙을 통해 제작하였다 또. 한 캐리어와 일체형인 2, 3 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속부의 링기어는 셰이핑을 통해 제작하였다 . 개발된 헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝 기어는 MAN FTA 기준으로 신뢰성 평가를 수행하였으며, 3, 000~5,000 시간의 수명을 보증할 수 있음을 검증하였다 .
5MPa 로 항복응력을 넘지 않음을 확인하였다 . 헬리컬 기어 설계 값을 토대로 기어류를 제작하였다. 1 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속 부의 아이들 기어는 호빙을 통해 제작하였다 또.
헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝기어에서 선 기어와 아이들기어 간의 물림률을 정수로 고려하기 위해 비선형 수치해석을 수행한다. .

데이터처리

한 캐리어와 일체형인 2, 3 단 감속부의 선기어 및 1, 2, 3 단 감속부의 링기어는 셰이핑을 통해 제작하였다 . 개발된 헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝 기어는 MAN FTA 기준으로 신뢰성 평가를 수행하였으며, 3, 000~5,000 시간의 수명을 보증할 수 있음을 검증하였다 . 선박용 터닝기어에 대한 고객사의 최대토크 요구 사항은 105kNm이며 , 최대토크의 평균값은 105.

이론/모형

(American Gear Manufactures Association) 규격 등이 포함되어 있으며, 본 연구에서는 ISO 규격을 활용하였으며 , 식 (4) 는 면압강도 ^[5], 식 (5) 는 굽힘강도 [6] 계산식을 의미한다. .
계. 산은 상용소프트웨어인 키스소프트(KISSsoft)^[4]를 활용하여 수행하였으며 , 그 결과가 Table 3에 제시되어 있다. 키스소프트에는 강도계산을 위한 ISO(International Organization for Standardization), DIN(German Institute for Standardization), AGMA
. 신뢰성 평가 시험은 독일 MAN社 FTA 기준에 의해 실시하였으며 , 그 시험방법은 Table 10 에 나타내었다 . Fig.

성능/효과

설계 변경된 조건을 바탕으로면압강도 및 굽힘강도에 대한 안전율을 Table 7에 나타내었다. 1 단 감속부의 선기어 잇수가 감소함에 따라서 감속비가 커지고 토크가 증가함에 따라면압강도에 대한 안전율은 0.04, 굽힘강도에 대한안전율은 0.37 감소한 것을 확인할 수 있다. 2 단감 속 부의 선기어를 보면 면압강도에 대한 안전율은 동일하나 굽힘강도에 대한 안전율은 0.
37 감소한 것을 확인할 수 있다. 2 단감 속 부의 선기어를 보면 면압강도에 대한 안전율은 동일하나 굽힘강도에 대한 안전율은 0.14 감소한 것을 확인할 수 있다. 3 단 감속부 선기어의 면압강도에 대한 안전율은 0.
14 감소한 것을 확인할 수 있다. 3 단 감속부 선기어의 면압강도에 대한 안전율은 0.14, 굽힘강도에 대한 안전율은 0.34 증가한 것을 확인할 수 있다. 3 단 감속 부에서 가장 큰 토크가 발생함에 따라 파손이 가장 먼저 발생하게 된다.
공압 브레이크 장치를 통하여 출력축의 토크를 생성할 수 있으며, 입력축과 축력 축의 각속도와 토크를 계측하여 각각의 동력을 계산하고 효율을 계측하는 장치이다 . 개발된 선박용 터닝 기어는 해당 시험을 통과하였으며 3, 000 ~ 5,000 시간의 수명을 보증할 수 있음을 검증하였다 . 선박용 터닝 기어에 대한 고객사의 최대토크 요구 사항은 105kNm이며, Fig.
이론상 언더컷이 발생하지 않도록 1 단 선기어의 잇수는 2 개 줄였으며 , 3 단 선기어의 잇수를 3개 증가시켰다 . 따라서 감속비는 1/1125.8 로 감소하였고 , 출력각속도는 1.02rpm 으로 증가하였으나 , 이는 고객사의 요구에 부합하는 수치이다 . 또한 잇수 변경을 통해 Table 6 에서 보는 바와 같이 모든 감속부에서 순차적 맞물림 조건을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
5kNm로 계측되었다 . 또한 개발된 선박용 터닝기어의 효율은 Fig. 8에서 보는 바와 같이 평균 87.4% 로 계측되었다 . 일반적으로 헬리컬기어의 효율이 스퍼 기어에 비해 높다고 알려져 있으며 , 스퍼 유성감속기 기반 터닝기어의 효율 82% 보다 향상된 것을 확인하였다^[2].
5kNm로 계측되었다 . 또한 개발된 선박용 터닝기어의 효율은 평균 87.4% 로 계측되었다 .
개발된 헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝 기어는 MAN FTA 기준으로 신뢰성 평가를 수행하였으며, 3, 000~5,000 시간의 수명을 보증할 수 있음을 검증하였다 . 선박용 터닝기어에 대한 고객사의 최대토크 요구 사항은 105kNm이며 , 최대토크의 평균값은 105.5kNm로 계측되었다 . 또한 개발된 선박용 터닝기어의 효율은 평균 87.
Table 5 를 보면 1 단과 3 단감 속 부의 잇수가 변경되었다 . 이론상 언더컷이 발생하지 않도록 1 단 선기어의 잇수는 2 개 줄였으며 , 3 단 선기어의 잇수를 3개 증가시켰다 . 따라서 감속비는 1/1125.
또한 축방향 하중을 상쇄시키기 위하여 1, 2 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 좌측으로 , 3 단 감속부 링기어의 비틀림 방향은 우측으로 설정함으로써 기존 베어링을 그대로 활용하는 방안을 강구하였다 . 이를 토대로 응력분석을 실시하였으며 , S45C 로 제작되는 축의 최 대응력이 약 259.5MPa 로 항복응력을 넘지 않음을 확인하였다 . 헬리컬 기어 설계 값을 토대로 기어류를 제작하였다.
4% 로 계측되었다 . 일반적으로 헬리컬기어의 효율이 스퍼 기어에 비해 높다고 알려져 있으며 , 스퍼 유성감속기 기반 터닝기어의 효율 82% 보다 향상된 것을 확인하였다^[2].
헬리컬 기어로의 변경 및 전위계수를 통하여 3 단감속부 선기어의 면압강도 및 굽힘강도에 대한 안전율을 증가시켰다 . 설계 변경된 조건을 바탕으로면압강도 및 굽힘강도에 대한 안전율을 Table 7에 나타내었다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝기어 개발
Development of Marine Turning Gear Based on Helical Planetary Reducer 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝기어 개발 Development of Marine Turning Gear Based on Helical Planetary Reducer 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김건우 (10) 이재욱 (31) 장진석 (13) 최창영 (5)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

헬리컬 유성감속기 기반 선박용 터닝기어 개발
Development of Marine Turning Gear Based on Helical Planetary Reducer 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper