• Title/Summary/Keyword: 축 피로강도

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Experimental Investigation on Torsional Analysis and Fracture of Tripod Shaft for High-speed Train (고속열차용 트리포드 축의 비틀림 해석 및 파단에 대한 실험적 연구)

  • Lee, Joo Hong;Kim, Do Sik;Nam, Tae Yeon;Lee, Tae Young;Cho, Hae Yong
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.40 no.11
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    • pp.979-986
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    • 2016
  • The tripod shafts of constant-velocity joint are used in both the trains KTX and KTX-sanchon. It is an important component that connects the motor reduction unit and the axle reduction unit in a power bogie. The tripod shaft not only transmits drive and brake torque in the rotational direction, but also slides in the axial direction. If the drive system is loaded with an excessive torque, the fuse part of the shaft will be fractured firstly to protect the other important components. In this study, a rig was developed for conducting torsion tests on the tripod shaft, which is a type of mechanical fuse. The tripod shafts were subjected to torsional fracture test and torsional fatigue test on the rig. The weak zone of the tripod shaft was identified, and its fatigue life was predicted using finite element analysis (FEA). After analyzing the FEA results, design solutions were proposed to improve the strength and fatigue life of the tripod shaft. Furthermore, the deterioration trend and time for failure of the tripod shaft were verified using the hysteresis loops which had been changed with the advancement of the torsional fatigue test.

Evaluation of Stress Distribution and Corrosion Fatigue Strength on Spot Welded Lap Joint of Coated Thin Steel Plate (표면처리 박강판 spot용접 이음재의 응력분포와 부식피로강도 평가)

  • 배동호;임동진
    • Journal of Welding and Joining
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    • v.14 no.2
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    • pp.36-45
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    • 1996
  • Fatigue strength of the spot welded lap joint is considerably influenced by corrosive environments. Particularly, the chloride and the sulfide are most injurious to strength of the spot welded lap joint. Therefore, there is a need to evaluate its effect to corrosion fatigue strength for safe life design of spot welded structures. In order to evaluate their corrosion fatigue strength, corrosion fatigue tests on the spot welded lap joints of the uncoated and the coated high strength steel sheets were conducted in air and in 10% NaCl solution. Corrosion fatigue strength of the uncoated specimens were entirely lower than the coated one in NaCl solution, but those of the coated specimens in NaCl solution were lower than in air. And stress distribution in single spon welded lap joint subjected to tension-shear load was investigated by the finite element method. Using these results, we tried to evaluate corrosion fatgue strength of the various spot welded lap joints with maximum stress $\sigma_{max}$ at edge on loading side of the spot welded lap joint. We could find that corrosion fatigue strength could be quantitatively and systematically rearranged by $\sigma_{max}$.

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Strength Analyses of New 2- and 3-Axis-Type Small Multiplying Gears in Dental Hand-Pieces (치과드릴 구동용 신 소형 2축 및 3축형 증속기어 강도특성 비교)

  • Kim, Cheol;Kim, Ju-Yeong;Lee, Jung-Ho;Kwak, Se-Ho
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.36 no.9
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    • pp.1027-1032
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    • 2012
  • Two types of very small multiplying gears and arrays have been developed for new dental hand-pieces, and the increased speed ratios, modules, number of teeth, gear diameters, and gear types were calculated based on the dynamics of the machinery. The contacting and bending strengths were evaluated for gear teeth with two design concepts using AGMA equations and finite element analyses, and the contacting stresses on teeth with and without DLC (diamond-like-carbon) coating layers were calculated. Fatigue and tension tests were performed to obtain an S-N curve, the Young's modulus, and the strength of the gear material, and these were utilized in the analyses. Slightly larger stresses were found for 2-axis-type gears than for other types of gears, and the S-N curves showed that a gear lifetime of 109 cycles was satisfied. The contacting stresses in gears coated with DLC were reduced by 30%. A new prototype model of a hand-piece with small gears was successfully fabricated and tested.

IEC 1400-1 설계표준을 고려한 중형 수평축 풍력발전용 복합재 회전 날개의 설계 개선 연구

  • 정석훈;공창덕;방조혁
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 2000.04a
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    • pp.38-38
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    • 2000
  • 풍력 발전용 회전 날개는 대형화되면서 종래의 목재나 금속재료로는 구조적 강도, 강성 및 피로수명, 경제성 등을 만족하지 못하게 되었고, 이를 보완하기 위해 복합재료의 사용이 불가피하게 되었다. 따라서 본 연구에서는 국내업체에서 생산하여 그 물성이 입증된 E-glass/Epoxy 복합재료를 사용하여 국내 기상조건에 적합한 풍력발전용 회전날개를 개발하였다. 그러나, 개발된 회전날개는 국내 기상조건에 적합하도록 설계된 것으로서 해외로 수출할 경우 국내보다 풍속이 큰 지역에서는 구조적 안정성 및 피로수명을 만족할 수 없게 된다. 즉, 개발된 회전날개의 외국시장 진출을 위해서는 국제규격에 따른 하중의 정의와 구조설계의 개선이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 IEC 1400-1의 국제규격을 검토하여 이를 만족하도록 회전날개의 구조설계를 수행하였다. 그 결과 국제규격에 명시된 강도 및 피로수명을 만족하는 구조설계 결과를 얻을 수 있었다.

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750kW급 대형 수평축 풍력발전용 복합재 회전날개의 경량화 및 설계개선에 관한 연구

  • 공창덕;방조혁;정종철;강병훈;정석훈;김종식;류지윤
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 1999.04a
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    • pp.28-28
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    • 1999
  • 본 연구는 이전 연구에서 500KW급 중형 수평축 발전기를 설계하였던 경험을 토대로 750KW급 대형 수평축 풍력발전용 복합재 회전날개를 개발하기 위해 수행되었다. 회전날개의 대형화에 따른 구조강도 확보 및 경량화 문제를 해결하기 위해 날개의 단면구조를 변경하였고, 주 하중을 받는 스파부분을 보강하였으며, 취급이 어렵고 가격이 비싼 노맥스 허니컴 대신에 폼을 사용한 샌드위치 구조를 적용하였다. 또한 경량화를 위해 금속재 플렌지형 허브부분 접합방식을 삽입볼트 접합방식으로 구조 설계를 변경하였다. 이러한 복합재 회전날개의 구조적 안정성을 확인하기 위해 상용 유한요소 해석 코드인 NISA II를 사용하였으며, 선형정적해석, 고유진동수해석, 국부 좌굴해석 등을 수행하여, 무게의 증가는 최대한 억제하면서 대형화에 따른 구조강도의 확보가 이루어졌음을 확인하였고, 피로수명해석을 통하여 20년 이상의 요구 수명을 만족함을 확인하였다.

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Design of Shear connection in Full-Depth Precast Concrete Deck Bridge (프리캐스트 콘크리트 바닥판 교량의 전단연결부 설계)

  • Chang, Sung Pil;Shim, Chang Su;Kim, Jong Hee;Kim, Young Jin
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.10 no.4 s.37
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    • pp.759-767
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    • 1998
  • Full-depth precast concrete deck bridge has shear pockets for shear connectors that give composite action with steel girder. Strength and shear stiffness of shear connection that is needed to design shear connectors in case that shear pockets are filled with nonshrink mortar are investigated. In case that simple span full-depth precast concrete deck bridge is designed by allowable stress design, distribution of shear connector is suggested and details of precast panel that is placed on the support are proposed. Appropriate distribution of shear connectors in strength design and fatigue design is investigated through parameter analyses using partial interaction theory. The effects of nonshrink mortar strength is studied using the results of experiments and analyses and adequate strength is proposed.

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Development of Lightweight Auger Planting for Strengthen of Screw Shaft (스크류 축이 보강된 경량식혈기 개발)

  • Kim, J.H.;Kim, K.D.
    • Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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    • 2017.04a
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    • pp.62-62
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    • 2017
  • 모터와 스크류를 이용한 경량 식혈기를 처음으로 개발함에 따라 실제 산림의 식재 시험에서 발생될 수 있는 것은 감속기와 스크류의 연결부분의 파괴이다. 이 감속기 축의 파괴는 토양내부의 큰 자갈로 인해 스크류가 낄 경우 식재봉을 좌우로 흔들게 되면 가장 취약한 부분인 스크류와 감속기의 연결부위에 가장 강한 모멘트가 걸리게 된다. 물론 작업자의 부주위가 원인이기도 하지만 감속기(K6G30C. Korea)의 축 지름이 8mm이므로 식재봉을 좌우로 흔들면 굽힘파괴가 일어날 가능성이 높다. 감속기의 축이 파괴가 되지 않게 하는 방법은 재료의 강도가 높은 새로운 감속기를 찾은 일과 기존 감속기의 축을 굽힘응력에 안전하게 대응할 수 있게 설계를 하는 방법이 있다. 본 연구에서는 전자에 대한 조사와 동시에 후자에 대한 설계와 제작을 수행하여 기 제작된 경량식혈기와 비교 분석하였다. 스크류 축의 굽힘응력에 대한 대응 방법으로 감속기 축의 보강방법은 감속기 축에 식재봉으로 부터 굽힘응력이 직접 전달되지 않게 하기 위해 모터 하우징의 하부 위치에 감속기 축을 감싸는 Radial Bearing을 결합하였다. 그리고 스크류의 축은 상단의 지름을 크게 키운 상태로 감속기의 축에 연결하는 방법으로 설계하였다. 이때 식혈봉으로 부터 걸리는 모멘트는 스크류의 상단 지름에 걸리게 되는데 상단부는 모터 하우징의 하단과 단단하게 결합함으로써 감속기 축을 보호하게 되고 또한 감속기 축의 길이에서 Bearing과 스크류 상단부 큰 지름이 각각 반반씩 보호하는 형태로 설계하였다. 이와 같이 감속기의 축을 보강한 경우 종전의 식혈기보다 무게가 무거워지게 된다. 즉, 1차 식혈기 무게는 3.38kgf, 2차 시작기는 3.28kgf, 축 강도가 보강된 3차 시작기는 무게가 3.87kgf로 증가되었다. 따라서 종전보가 약 600g 증가되어 다소 무거운 느낌이 들었다. 여기서 리듐 폴리머 배터리와 가방의 무게 3.23kgf를 부가하면 1차, 2차, 3차 시작기의 무게는 각각 6.61kgf, 6.51kgf, 7.1kgf로 나타났다. 따라서 굽힘응력에 대한 보강의 방안으로 설계된 무게 과다가 현장 시험에서 작업자의 피로도 증가와 작업의 비효율성이 예상되어 포트묘의 현장 식재시에 이에 대한 평가를 수행하여 비교 분석할 예정이다.

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Strength Evaluation for Crankshaft and its Oil Hole of Medium Speed Diesel Engine (중형 디젤 엔진 크랭크축 및 오일 홀에 대한 강도평가)

  • An, Sung-Chan;Son, Jong-Ho;Kim, Byung-Joo;Kim, Jong-Suk
    • Proceedings of the KSME Conference
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    • 2003.11a
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    • pp.1121-1126
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    • 2003
  • Strength evaluation was carried out for the fillet and oil hole of crankshaft of medium speed diesel HiMSEN engine to verify initial concept design. Alternating torque obtained from torsional vibration analysis and radial force due to firing pressure were applied. It was assumed that the maximum alternating torque and radial force occur simultaneously. Weak points in view of fatigue are proceeding fillet and crank pin fillet area and the minimum normalized fatigue safety factor is 1.17 at crank pin fillet. The fatigue strength of the oil hole was evaluated to verify the effect of the surface roughness of the oil hole. As results, the specific level of the inner surface roughness and the polishing depth of the oil hole for sufficient fatigue strength was suggested. The maximum stress value and stress distribution at the inner surface of the oil hole can be easily estimated at initial design stage by the newly developed method.

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Design and evaluation of renovated NSI T/O PC sleeper (개량형 NSI 분기기용 PC침목 설계와 성능평가)

  • Park, Choon-Bok;Kwon, Ho-Jin;Lee, Young-Sou;Yoon, Byung-Hyun;Shin, Won-Sun
    • Proceedings of the KSR Conference
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    • 2007.05a
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    • pp.1129-1137
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    • 2007
  • 50kg NSI PCT(Prestress Concrete Timber, sleeper) is developed for the purpose of low maintenance cost, Extend life cycle, Track stability, Friendly Environment, Good running quality. In this study, as a part of research which is to make renovated NSI turnout, the main objective of this study is the optimization of PC sleeper's section, the number of PS tension wire. For this purpose, the finite element analysis was conducted to evaluate the serviceability and the safety of NSI PC sleeper developed.

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Study on Convergence Technique through Structural Analysis on the Axle of Railway Vehicle (철도 차량의 축에 대한 구조 해석을 통한 융합 기술연구)

  • Cho, Jae-Ung
    • Journal of the Korea Convergence Society
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    • v.6 no.1
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    • pp.93-101
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    • 2015
  • As the axle at the vehicle of railway has the important role for safe running, the strength, and impact-proof, safety factor, stress and deformation must be considered. There are the simulation models of 1 and 2 in this study. These models are investigated by performing the convergence technique through the design, the structural and fatigue analyses with CATIA and ANSYS. As the maximum deformation and equivalent stress of model A are lower than those of model B, model A has more durability than model B. The durability to prevent the damage can be investigated by applying the result of this study into the part design of the vehicle of rail road. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.