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승용차 기어 화인 소음 저감법 : 기어 제원 최적화 설계
A Method of Reducing Gear Whine Noise in Passenger Car Through Optimizing Gear Design 원문보기

한국음향학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집 제20권 2호, 2001 Fall, 2001년, pp.383 - 386  

권영일 (현대 기아 연구개발본부 소음진동팀)

초록
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최근 선진 자동차 회사에서는 변속기 개발 단계에서 기어 소음 문제를 해결하고 차량의 소음 품질을 향상시키기 위하여 많은 연구가 수행되고 있다. 그러나, 설계 단계에서 기어 소음을 고려한 기어 제원 결정이 불가능하여, 설계 완료 후 개발 단계에서 기어 소음 문제를 해결하는 것이 매우 어려운 일이었고, 설사 가능하여도 시간적, 성능적인 한계가 있었다. 기어 소음은 크게 Source 와 전달경로의 문제로 나누어지고, 본 연구는 주로 전자에 중점을 둘 것이며, 기어 화인 소음의 주 요인으로 알려져 있는 기어의 전달 오차를 최소화하는 것이다. 그 방법으로 기어 설계의 선진 핵심 기술인 기어 해석을 통한 기어 화인 소음을 최소화하는 최적 기어 설계 제원 결정이다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 기어 선택의 마지막 단계로서, 최종 1 개의 제원을 결정하기 위해 Robustness 해석을 수행한다. 종합적으로 볼 때, 최종 선정된 최적의 기어는 전달으차가 낮은 값을 가지고, 낮은 강도 값 그리고, 맞물리는 기어의 강도가 비슷한 제원임을 알 수 있다.
  • 그리고, 이 모든 기어들에 대하여 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력 등을 계산하고, 이때, 허용 굽힘응력, 허용 접촉응력, 수명 등의 조건을 미리 입력하여 그 조건을 만족하는 설계 후보 제원들만 저장한다. 다음으로, 이들 지원들에 대하여 해석 수행 결과로 얻어진 해석 결과들을 정렬하여 전달 오차가 적고, 두 기어의 강도가 비슷하뎌, 굽힘응력 값이 적은 조건들을 고루 만족하는 제원들을 다수개 선택 한다. 최종적으로 Robustness 해석을 통해 생산 편차에 영향을 덜 받고, 해석 결과의 평균값이 우수한 제원 하나를 최종 선택한다.
  • 그리고, 이 모든 기어들에 대하여 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력 등을 계산하고, 이때, 허용 굽힘응력, 허용 접촉응력, 수명 등의 조건을 미리 입력하여 그 조건을 만족하는 설계 후보 제원들만 저장한다. 다음으로, 이들 지원들에 대하여 해석 수행 결과로 얻어진 해석 결과들을 정렬하여 전달 오차가 적고, 두 기어의 강도가 비슷하뎌, 굽힘응력 값이 적은 조건들을 고루 만족하는 제원들을 다수개 선택 한다. 최종적으로 Robustness 해석을 통해 생산 편차에 영향을 덜 받고, 해석 결과의 평균값이 우수한 제원 하나를 최종 선택한다.
  • 기어 소음 성능을 최적화하기 위한 설계 방법은 전체적으로 아래 그림 1 과 같다. 먼저 중심거리, 기어비, 잇수, 비틀림 각, 압력 각, 치폭 등 기어 설계 Parameter 들의 범위와 레벨을 입력하여, 이들 Parameter 들의 조합으로 생성 가능한 모든 설계 후보 (Candidate Design) 기어들의 제원을 생성하여 저장한다. 그리고, 이 모든 기어들에 대하여 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력 등을 계산하고, 이때, 허용 굽힘응력, 허용 접촉응력, 수명 등의 조건을 미리 입력하여 그 조건을 만족하는 설계 후보 제원들만 저장한다.
  • 기어 소음 성능을 최적화하기 위한 설계 방법은 전체적으로 아래 그림 1 과 같다. 먼저 중심거리, 기어비, 잇수, 비틀림 각, 압력 각, 치폭 등 기어 설계 Parameter 들의 범위와 레벨을 입력하여, 이들 Parameter 들의 조합으로 생성 가능한 모든 설계 후보 (Candidate Design) 기어들의 제원을 생성하여 저장한다. 그리고, 이 모든 기어들에 대하여 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력 등을 계산하고, 이때, 허용 굽힘응력, 허용 접촉응력, 수명 등의 조건을 미리 입력하여 그 조건을 만족하는 설계 후보 제원들만 저장한다.
  • 본 연구에서는 위의 방법을 이용하여 소형 자동변속기 트랜스퍼 기어 한 쌍을 예로 들어 기어 소음 성능을 최적화 한 기어를 새로 설계 하였다. 먼서 제원 생성을 위한 기어 Parameter 들의 범위는 다음 표 1 과 같다.
  • 설계자는 앞서 생성된 설계 제원들을 각각 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력, 접촉응력 동을 계산한다. 물론, 이때, 위의 강도 조건을 만족하지 못하는 제원들은 제외시킨다.
  • 설계자는 앞서 생성된 설계 제원들을 각각 해석을 수행하여 전달오차, 굽힘응력, 접촉응력 등을 계산한다.
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