Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권9호
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pp.895-902
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2015
본 연구에서는 사이클로이드기어시스템 1단, 한 쌍의 평기어시스템, 입력 축, 출력 축, 하우징으로 구성되어 있는 2MW급 풍력발전기용 사이클로이드 피치감속기에 대해 유한요소해석을 통한 안정성평가를 수행하였다. 또한 평기어에 대해서는 ISO 6336에 의한 기어강도해석을 통하여 안정성 여부를 평가하였다. 2MW급 풍력발전기용 사이클로이드 감속기의 고유진동 특성 해석을 수행하였고, 입력축 질량불평형, 출력축 질량불평형, 평기어 치합전달오차, 사이클로이드기어 치합전달오차 등에 발생하는 가진원에 대해 위험속도 분석을 하였다.
기어는 기계시스템에서 동력전달 및 운동전환을 담당하는 기본 요소로 공작기계, 건설기계, 농업기계 등의 산업기계와 항공기, 자동차, 선박등의 운송분야, 사무용 및 계측기기 등 산업전반에 걸쳐 사용되고 있으며, 최근에는 로보트를 위시한 자동화 장치의 구동 및 동력전달 장치로 사용되고 있다. 최근의 기어시스템은 기계류의 일반적인 경향인 고속, 고부하, 결량화 추세에 따라 고정밀, 소형화되어 가고 있으며 부하한계에 가깝도록 큰 하중에 견딜것이 요구되고 있다. 따라서 기어의 설계 및 제작시, 여유있는 설계가 허용되지 않으며 정밀성을 높이기 위한 설계로, 설계인자의 세분화가 요구되어지고 있다. 국제적으로 통용되고 있는 강도설계 규격에서 면압강도시 표면상태계수(Surface condition factor)를 정의하고 있다. 본 연구에서는 동력순환식 기어 시험장치를 이용하여 표면처리 상태가 다른 3종류(열처리를 하지 않은 기어, 침탄 및 고주파 표면 열처리한 기어)의 스퍼어 기어를 이요하여 회전수별 표면거칠기의 변화 상태를 고찰하고, 변수를 응용하여 물리적 의미를 파아갛고, 윤활해석을 통한 윤활조건과 치면상태와의 상호 관계에 대하여 고찰해 보고자 한다.
본 연구에서는 인벌류트 치형을 갖는 헬리컬 기어압출에 있어서 실제 치형형 상인 인벌류트 곡선을 다이의 형상으로 하여 비대칭 형상의 다이를 몇 개의 대칭영역 으로 분할하고 각 영역에 대하여 각각의 동적가용 속도장을 구한 후 전체 형상으로 확 장시켜 상계해석 하였다. 해석결과의 계산은 위의 동적가용속도장으로 헬리컬 또는 평기어 압출을 해석하는 수치해석 프로그램을 개발하여 수행하였다. 상계해석에서는 기초원 이하의 필렛부분과 이 뿌리 틈새등은 그 형상이 매우 복잡하므로 해석의 간략 화를 위하여 기초원까지만 변형되는 것으로 가정하였으나 실제의 기어압출실험에서는 기어의 모든 조건이 고려되었다. 압출실험은 전기동으로 전극봉을 제조하고, 전극설 계시에 금형과 소재의 탄성변형량, 방전가공시의 과방전량 그리고 래핑 가공여유등을 고려하여 설계한 후 호빙 및 셰이빙가공하여 실제 제조하려는 기어와 유사하게 기어전 극을 제조한 후, 이를 금현본체와 조립하여 3축제어 방전가공기로 금형을 제작하였다.
The gear in various mechanical components easily occurs at damages by the external torque. The main failure modes of the gear are surface pitting with the tooth surface and breakage with tooth root by caused fatigue. Therefore, the gear is very important role in the reliability research since it may cause fatal damage of entire system such as the gear box in automobile transmission. In this study, the failure mode of the gear was analyzed and accelerated durability analysis was employed for the life estimation of spur gears. In the case of assumed load spectrums, the reliability of spur gears was evaluated by inverse power law-Weibull accelerated life test model with cumulative damage exposure.
The conventional closed-die forging processes had been applied to forging of the spur gears. But this type process requires high pressure. The commercial finite element analysis code ANSYS for the stress and elastic deformation of non-axisymmetric die was adopted in this study. In the non-axisymmetric die such as gear forging, maximum stresses were imposed on the tip of the gear tooth. When the stress exceeds yield strength of insert die, many approaches were attemped to prevent the die failure. Good shaped products are forged successfully. This type process could by used as an advanced technique to replace conventional hobbing process of gear.
Gears, which rotate and transmit power by interlocking two cogwheels, were invented in BC. They have been used in various systems, including industrial machinery, transportation devices, and living facilities, through the industrial revolution. Regardless of how they are used, gears are a major source of noise and vibration. Many effective measures are being taken to reduce the radiation noise generated from gears, most commonly by lubrication. Lubrication in gear units reduces friction on interlocking gear surfaces, dampening radioactive noise. This can be very useful for quiet gear design if these lubricating damping effects can be reflected in the analytical phase for gear design. This study experimentally confirms the properties of lubricated and non-lubricated radioactive noise by designing a decelerator gearbox and analyzing the radioactive noise characteristics by torque, rotation, and the number of gears using computer analysis.
In this paper, elastic deformations of several gear teeth are analyzed. The contact between a gear and pinion is modeled as a contact problem. The deformation overlap, which is defined as the interference due to deformation of gear teeth, is defined to represent the deformation characteristics of profile shifted spur sear system. The calculated deformation overlap shows teeth interference in the deformed state of a Rear system.
The purpose of this paper is to develop a profile modification technique of spur gears and its computer program for the prevention of gear tooth overlap. In the gear system, tooth overlap produces an impact at the initial contact of some tooth pairs. In this analysis, contact surface was assumed to be unbonded and frictionless under small deformation and stain. The problem is formulated by a variational statement with inequality constraint. Tooth load sharing is obtained by the application of contact theory, and overlap is known by the analysis of deformation. After carrying out the profile modification of gear tooth, we verified the reasonable results.
In order to improve fatigue life of transmission gear carburizing is normally used. Carburizing is a very good process to achieve low cost and high performance. The machined gears are heated up to carburizing temperature and then cooled rapidly in an oil bath to produce high surface hardness. The gears may undergo excessive thermal distortion during heating and rapid cooling. In order to predict the distortion during heating and rapid cooling, a coupled thermo-mechanical simulation is needed. In the current research, the simulation of heating and cooling was performed. The results show that the thermal distortion and the residual stresses are well predicted by the coupled simulation. In addition, induction heating and rapid cooling simulation is carried out to predict the thermal distortion. The amount of distortion is compared. It is shown that induction heating is very effective to reduce thermal distortion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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