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특수 목적 차량의 수상 추진체용 카단 샤프트의 유니버셜 조인트에 대한 응력 및 수명 평가
Stress and Life Evaluation of Universal Joint of Cardan Shaft for Waterjet System of Special-Purpose Vehicle 원문보기

한국트라이볼로지학회지 = Tribology and lubricants, v.36 no.1, 2020년, pp.34 - 38  

배명호 (창원문성대학교 항공정비과) ,  이태영 (카템) ,  조연상 (동아대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The powertrain of the waterjet system of a special-purpose vehicle makes use of the cardan shaft, which is composed of universal joints and shafts. These universal joints, composed of spiders and needle roller bearings, have to be designed with consideration for the bending and compressive stresses ...

주제어

#유니버셜 조인트   #스파이더   #니들 롤러 베어링   #굽힘응력   #면압응력   #정격수명  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 특수목적차량의 수상 추진체 구 동용 동력전달 카단 샤프트의 핵심 구성 부품인 유니버셜 조인트의 스파이더 및 니들 롤러 베어링을 제작하기 위하여 부가되는 하중을 산출하였고, 니들 롤러 베어링의 사양에 따른 스파이더의 굽힘응력을 분석하였다. 그리고 니들 롤러 베어링의 사양에 따른 베어링 캡과 스파이더에 걸리는 면압응력 및 베어링의 수명을 예측함으로써 유니버셜 조인트의 설계 및 제작에 활용하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 특수목적차량의 수상 추진체 구 동용 동력전달 카단 샤프트의 핵심 구성 부품인 유니버셜 조인트의 스파이더 및 니들 롤러 베어링을 제작하기 위하여 부가되는 하중을 산출하였고, 니들 롤러 베어링의 사양에 따른 스파이더의 굽힘응력을 분석하였다. 그리고 니들 롤러 베어링의 사양에 따른 베어링 캡과 스파이더에 걸리는 면압응력 및 베어링의 수명을 예측함으로써 유니버셜 조인트의 설계 및 제작에 활용하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
카단 샤프트의 내구성을 결정하는 핵심 구성 부품은? 특수 목적 차량의 후방 좌, 우에 장착되는 수상 추진체(Water Jet) 구동용 동력전달 카단 샤프트(Cardan shaft)는 하천 도하 시 엔진의 동력을 수상 추진체에 전달하여 차량을 수중에서 전진하게 하는 핵심기능을 하는 것으로 고장 시 승무원의 안전과 직결되는 고 신뢰성이 요구되는 부품이다. 특히 유니버셜 조인트(universal joint)[1-8]의 스파이더(spider)와 니들 롤러 베어링(needle roller bearing)은 카단 샤프트의 내구성을 결정하는 핵심 구성 부품이다.
수상 추진체(Water Jet) 구동용 동력전달 카단 샤프트는 어디에 장착하는가? 특수 목적 차량의 후방 좌, 우에 장착되는 수상 추진체(Water Jet) 구동용 동력전달 카단 샤프트(Cardan shaft)는 하천 도하 시 엔진의 동력을 수상 추진체에 전달하여 차량을 수중에서 전진하게 하는 핵심기능을 하는 것으로 고장 시 승무원의 안전과 직결되는 고 신뢰성이 요구되는 부품이다. 특히 유니버셜 조인트(universal joint)[1-8]의 스파이더(spider)와 니들 롤러 베어링(needle roller bearing)은 카단 샤프트의 내구성을 결정하는 핵심 구성 부품이다.
특수목적차량의 카단 샤프트의 핵심 구성 부품에 부가되는 하중을 산출하고 스파이더의 굽힘 응력과 베어링 캡과 스파이더에 걸리는 면압응력 및 베어리으이 수명을 검토한 결과는? 1) 스파이더의 굽힘 응력 검토한 결과에서 스파이더의 재질을 크롬몰리브덴강인 SCM440을 사용하였을 때, 롤 러의 지름은 φ2.5 mm 이하가 되어야 한다. 2) 스파이더와 니들 롤러 사이의 면압응력은 롤러의 지름에 상관없이 모두 2,410 MPa 이하의 조건을 만족하고 있다. 3) 요구되는 기본 정격 수명이 200시간 이상이므로 니들 베어링의 롤러 지름은 φ2 mm 이상이 적당하다. 4) 이를 종합해 볼 때, 니들 롤러 베어링의 롤러 지름은 φ2 mm 또는 φ2.5 mm가 되어야 하며 스파이더의 재질은 열처리한 SCM440을 사용하는 것이 적당하다.
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참고문헌 (11)

  1. Macielinski, J. W., "The Design and Selection of Universal Joints", The Journal of Automotive Engineering, Vol.1, No.3, pp.14-18, 1970. 

  2. Evernden, H. I. F., "The Propeller Shaft or Hooke's Coupling and the Cardan Joint", Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, pp.100-110, October 1949. 

  3. Dudley, D. W., How to Design Involute Splines, Product Engineering, pp.75-80, Involute Splines, ASA B5.15, 1957. 

  4. Dodge, A. Y., Bearing Loads Due to Universal Joint Action, Automotive Industries, pp.636-639, Chilton Company, December 1940. 

  5. Heldt, R. M., Propeller Shafts and Universal Joints, Chapter, pp.140-169, 1948. 

  6. Sheu, P. P., Chieng, W. H., Lee, A. C., "Modeling and Analysis of the Intermediate Shaft Between Two Universal Joints", J. Vib. Acoust. Jan 1996, https://doi.org/10.1115/1.2889640 

  7. Kim, T. W., Moon, S. M., Koo, Y. P. and Cho, Y. J., "Finite Element Analysis for Performance Evaluation of the Seal in a Universal Joint Bearing", J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol.18, No.9, pp.140-146, 2001. 

  8. Crouse, W. H., Automotive Mechanics, 4th Edition, Chap. 27, pp.583-590, McGraw-Hill Book co. Inc., New York, 1960. 

  9. Darisuren, S., Amanov, A. and Pyun, Y. S., "Improvement in Fatigue Life of Needle Roller Bearing", Tribol. Lubr., 2019. https://doi.org/10.9725/kts.2019.35.4.237 

  10. KS B 2019, "Rolling bearings - Dynamic load ratingsand rating life", Korean Standard Association, 2016. 

  11. IKO Needle Roller Bearing Series General Catalog, NIPPON THOMPSON CO., LTD., CAT-1577E, 2018, https://ikowb01.ikont.co.jp/technicalservice/ikoc0130.php?langen&fromhtml 

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