[논문]롤러 프로파일에 따른 항공용 기어박스 원통 롤러 베어링의 응력 및 수명 평가

김재현; 한현우; 임동우; 박정호; 김수철; 박영준

doi:10.20910/jase.2022.16.6.35

롤러 프로파일에 따른 항공용 기어박스 원통 롤러 베어링의 응력 및 수명 평가
Stress & Life Evaluation of Cylindrical Roller Bearing for Aircraft Gearbox according to Roller Profile Shape 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.16 no.6, 2022년, pp.35 - 44

김재현 (서울대학교 바이오시스템공학과) , 한현우 (서울대학교 바이오시스템공학과) , 임동우 (서울대학교 바이오시스템공학과) , 박정호 (서울대학교 바이오시스템공학과) , 김수철 (한국기계연구원 스마트산업기계연구실) , 박영준 (서울대학교 바이오시스템공학과)

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 항공용 기어박스에 사용되는 원통 롤러 베어링의 응력과 수명을 평가하고, 베어링 롤러와 전동륜 사이에 작용하는 접촉 응력을 최소화하는 롤러 프로파일을 선정하는 것이다. 원통 롤러 베어링이 모든 반경 방향 하중을 지지하도록 4점 접촉 볼 베어링의 설치 간극을 결정하였고, 베어링의 수명을 최대화하는 베어링 설치 위치를 결정하였다. 또한, 항공용 기어박스의 작동 조건을 기반으로 결정된 하중 스펙트럼을 이용하여 베어링의 정적 안전 계수와 동적 수명을 각각 ISO 76과 ISO/TS 16281로 예측하였다. 추가로, 롤러 프로파일 형상에 따른 접촉 응력을 해석하여 최적의 롤러 프로파일을 선정하였고, 롤러의 안정성을 평가하였다. 그 결과, 요구되는 안전 계수와 수명을 모두 만족하였으며, Johns Gohar 롤러 프로파일이 최적의 롤러 프로파일임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to evaluate the stress and life of cylindrical roller bearings used in aircraft gearboxes, and to select a roller profile that minimises the contact stress between bearing rollers and raceways. The mounting clearance of four points contact ball bearing was determined, so that cylindrical roller bearings support all radial loads, and the bearing mounting position was determined to maximise the bearing lives. In addition, the static safety factor and dynamic life of bearing were predicted according to ISO 76 & ISO/TS 16281 using the load spectrum determined based on the operating load cases of aircraft gearboxes. Furthermore, the optimal roller profile was selected by analysing the contact stress according to the roller profile shape, and the safety of each roller was evaluated. The results stated that the required safety factor and lifetime were satisfied, and Johns Gohar roller profile was optimal.

주제어

표/그림 (24)

그림 Fig. 1 2D diagram of gearbox simulation model
그림 Fig. 2 Model of input shaft in main gearbox
그림 Fig. 3 Bearing radial mounting clearance
그림 Fig. 4 Variation of radial & axial force of B1, B2 & B3 according to radial mounting clearance of B3
그림 Fig. 5 Offset of CRB B2
그림 Fig. 6 Damage of B1, B2 & B3 according to B2 offset using ISO 281 & ISO/TS 16281
표 Table 1 Load spectrum of aircraft gearbox
그림 Fig. 7 Radial force and moment acting on cylindrical roller bearings
표 Table 2 Load spectrum of CRB B1 & B2
표 Table 3 Results of dynamic load rating for CRB B2
그림 Fig. 8 Model of cylindrical roller bearing
그림 Fig. 9 Deviation of roller and raceway of linear roller profile
그림 Fig. 10 Deviation of roller and raceway of crowned roller profile
그림 Fig. 11 Deviation of roller and raceway of Lundberg roller profile
그림 Fig. 12 Deviation of roller and raceway of Din Lundberg roller profile
그림 Fig. 13 Deviation of roller and raceway of Johns Gohar profile
그림 Fig. 14 Contact stress distribution in case of linear roller profile
그림 Fig. 15 Contact stress distribution in case of crowned roller profile
표 Table 4 Maximum contact stress according to roller profile shape
그림 Fig. 16 Contact stress distribution in case of Lundberg roller profile
그림 Fig. 17 Contact stress distribution in case of Din Lundberg roller profile
그림 Fig. 18 Contact stress distribution in case of Johns Gohar roller profile
그림 Fig. 19 Maximum normal stress and normal load acting on rollers according to roller angle position
표 Table 5 Maximum normal stress and normal load acting on rollers according to roller angle position

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