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문제 정의
- 유한요소 해석모델에서는 구동 전달 요소인 기어, 체인과 로터를 엔진에 고정시키는 하우징은 배제하고 구동요소인 밸런스샤프트를 단순 모델로 구성하였으며, 각 모델의 밸런스샤프트 불평형 질량의 양은 동일하게 구성하였다. 또한 밸런스샤프트 모듈에서 샤프트의 모멘트에 의한 하중을 1차적으로 받는 베어링을 하우징의 개념으로 구성함으로써 샤프트의 모멘트에 의해 발생하는 하중에 의한 변형을 베어링에서 측정하고자 하였다.
- 본 연구에서는 밸런스샤프트 요소단품 설계과정에서 중요 설계인자인 베어링의 위치선정과 불평형 질량의 위치선정을 수행하기 위하여 앞서 선행 되었던 수학적 최적화 모델에 대하여 상용 해석프로그램을 이용하여 해석 모델을 구성하고 구조해석을 진행하여, 밸런스샤프트의 베어링위치와 질량의 최적의 위치에 대한 검증 해석을 진행하였으며, 앞서 수행한 수학적 최적화 모델에 대한 이론을 검증하였다. 검증해석을 진행한 결과 베어링의 위치와 불평형의 위치는 수학적 모델에서와 마찬가지로 베어링의 위치가 20%와 80%근방에 위치하였을 때 샤프트의 모멘트, 굽힘 변형율이 가장 적게 발생 되는 것을 알 수 있었다.
- 이로 인해 베어링과 하우징에 지속적인 하중을 가하게 되며, 모멘트 성분이 크게 작용하거나, 굽힘 변형이 크게 일어날 경우 베어링, 하우징에 손상을 일으키게 된다. 본 연구에서는 불평형 질량에 의해서 발생되는 모멘트 성분을 최소화시키기 위하여 수학적 모델을 구성하여 최적의 베어링 위치와 불평형 위치를 선정 하였으며 이를 검증하기 위해 유한 요소 모델을 생성하여 수학적 모델에 대한 검증을 수행하였다.
- 본 연구에서는 선행 연구내용에서 도시한 바와 같이 밸런스 의 베어링의 위치와 질량의 위치가 각각 20% 및 80%근방에 존재해야 로터의 굽힘 변형과 모멘트 성분이 적게 작용 한다는 이론을 검증하이 위하여 앞서 선행 연구과정에서 Fig.1과 같은 이론적 모델에 대하여 Fig.2부터 Fig.4와 같이 해석 모델을 구성하여 수학적으로 도출된 최적위치에 대한 검증 해석을 수행 하였다.
- 특히 밸런스 샤프트의 경우 과도한 불평형량에 의한 굽힘 변형 및 모멘트 성분의 발생으로 모듈 자체의 안정성에 심각한 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 저자가 특허(1)출원한 수학적 해석 모델에 대하여 서로 다른 3가지 모델을 구성한 다음, 샤프트의 굽힘 변형과 모멘트 성분에 대해 비교 평가함으로써 제안된 최적설계 방안에 대해 검증하고자 한다.
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