[논문]1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 강도 평가

남석주; 배명호; 조연상

doi:10.9725/kts.2022.38.1.22

1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 강도 평가
Strength Evaluation of Complex Planetary Gear Train of Traveling Reducer for 1.7-Ton Grade Small Excavator 원문보기

한국트라이볼로지학회지 = Tribology and lubricants, v.38 no.1, 2022년, pp.22 - 26

남석주 ((주)델릭스) , 배명호 (창원문성대학교 항공정비학부) , 조연상 (동아대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A 1.7-ton grade small excavator is a construction equipment that can perform various functions in limited spaces where heavy equipment cannot enter easily. Owing to the recent acceleration of urbanization, it has been used increasingly in drainage and gas pipes, as well as for road repair works in urban areas. The power train of a traveling reducer for a 1.7-ton grade small excavator utilizes a complex planetary gear system. Complex planetary gears are vital to the power train of a traveling reducer as it mitigates the fatigue strength problem. In the present study, the specifications of a complex planetary gear train are calculated; furthermore, the gear bending and compressive stresses of the complex planetary gears are analyzed to achieve an optimal design of the latter in terms of cost and reliability. In this study, the actual gear bending and compressive stresses of a planetary gear system are analyzed using a self-developed gear design program based on the Lewes and Hertz equation. Subsequently, the calculated specifications of the complex planetary gears are verified by evaluating the results with the data of allowable bending and compressive stress based on curves of stress vs. number of cycles of the gears.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Photograph of travelling reducer assembly and schematic diagram of complex planetary gears.
표 Table 1. Specifications of the travelling reducer
그림 Fig. 3 Number of cycles and compressive stress of the planetary gears.
그림 Fig. 2 Number of cycles and bending stress of the planetary gears.
표 Table 2. Specifications of the planetary gears
표 Table 3. Torque and number of rotation (N · m/rpm)

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 총 감속비가 36.964이고, 최대 출력 토크가 1682 N·m인 2열의 복합 유성기어로 구성된 1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 국산화 개발과 관련하여 핵심 구성 부품인 복합 유성기 어류에 대한 극한 조건에서의 요구 수명을 만족시키는 피로 내구 강도해석을 수행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 1.7톤급 소형 굴삭기용 주행 감속기의 핵심 동력전달 구성 부품인 복합 유성기어류의 선 기어류, 피니언 기어류 및 링 기어류에 대한 굽힘 및 면압 응력을 계산하고, S/N 곡선에서 산출된 각 유성기어별 허용 굽힘 및 면압 응력을 고려한 안전율을 산출한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
요구수명이 1000시간인 1.7톤급 소형 굴삭기용 주행 감속기의 복합 유성기어류의 굽힘 및 면압 응력 안전율은 S/N 곡선에서 산출된 유성기어류의 허용 굽힘 및 면압 응력을 실제 굽힘 및 면압 응력으로 나누어 산출한다. Fig.

이론/모형

Dudly[1]의 Gear Handbook을 근거로 복합 유성기어류 제원 계산 프로그램[3]을 개발하고, 1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 제원을 산출한 뒤, Lewes[2] & Hertz equation[1]을 근거로 개발한 기어 강도 해석 프로그램[3] 을 활용하여 복합 유성기어류의 강도를 해석하였다.

성능/효과

W. Dudly[1]의 Gear Handbook을 근거로 복합 유성기어류 제원 계산 프로그램[3]을 개발하고, 1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 제원을 산출한 뒤, Lewes[2] & Hertz equation[1]을 근거로 개발한 기어 강도 해석 프로그램[3] 을 활용하여 복합 유성기어류의 강도를 해석하였다.
2-1. 주행감속기의 복합 유성기어
2. 2열 유성기어류인 D, E, C의 굽힘 응력 안전율은 1.152~1.334, 면압 응력 안전율은 1.005~2.372로 산출되었다.
W. Dudly[1]의 Gear Handbook을 근거로 복합 유성기어류 제원 계산 프로그램[3]을 개발하고, 1.7톤급 소형 굴착기용 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 제원을 산출한 뒤, Lewes[2] & Hertz equation[1]을 근거로 개발한 기어 강도 해석 프로그램[3] 을 활용하여 복합 유성기어류의 강도를 해석하였다.
3. 건설기계 제조 산업체인 국내 D사의 요구 조건을 고려할 때, 1.7톤급 소형 굴삭기용 주행 감속기의 핵심구성 부품인 복합 유성기어류의 피로 내구 강도는 안전하다고 판단된다.
1. 주행 감속기의 복합 유성기어류에 대한 강도 해석 결과, 1열 유성기어류인 A, B, C의 굽힘 응력 안전율은 1.276~3.425, 면압 응력 안전율은 1.020~4.168 산출 되었다.

참고문헌 (5)

Dudley, D. W, The Handbook of Practical Gear Design, 2nd Edition, Mcgraw-Hill, pp.1.27-1.32, 2.1-2.12, 3.1-3.45, 3.78-3.112, 1984.
Wilfred, L., "Investigation of Strength of Gear Teeth", Proc. Eng. Club, Philadelphia, pp.38-55, 1893.
Kim, K. M., Bae, M. H., Cho, Y. S., "Fatugue Strength Analysis of Complex Planetary Gear Train of the Pitch Drive System for Wind Turbines", Tribol. Lubr., Vol.37, No.2, pp.48-53, 2021, https://doi.org/10.9725/kts.2021.37.2.48

원문보기 상세보기
Bae, M. H., Jang, S. K., Lee, S. Y., Automotive & Continuously Variable Transmission, 2nd Edition, Sun-Hak publication, pp.37-44, 2009.
Bae, T. Y., Bae, M. H., Park, J. L., Lee, S. S., "The Bending Stress Analysis of Planetary Gears of Two Speed Reducer for Rotator System with Hybrid Function of the Piling Construction Work", Journal of the Korean Society of Creative Engineers, Vol.49, pp.25-32, April 2016.

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