미끄럼 마찰에 의한 기어의 열 변형과 진동
Vibration and Thermal Deformation of Gears due to Sliding Friction
- 저자식별ID AuthorId:Kim. Ji Hoon
- 주제(키워드) 도움말 스퍼기어(Spur Gears) , 헬리컬기어(Helical Gears) , 유한요소해석(FEM) , 열 해석(Thermal analysis) , 변형 해석 (Deformation analysis) , 진동(Vibration)
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 박찬일
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 정밀기계공학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000011423
- UCI I804:42001-000000011423
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
기어는 많은 기계 시스템의 성능에 직결된 중요한 동력 전달 요소 중 하나이다. 그러나 기어의 맞물림 과정에서 미끄럼 마찰이 발생하여 기어 표면에 열을 발생시킨다. 이 마찰열이 과도하게 유지되면 기어의 마모 및 파손을 일으켜 시스템 전체의 효율 저하 및 소음 진동 증가의 원인이 된다. 이러한 기어의 마찰로 인한 온도상승을 예측하여 마모와 파손을 예방하는 것은 시스템 효율과 수명향상을 위한 중요한 과제이다. 그러므로 이 연구에서는 스퍼기어와 헬리컬 기어의 열 해석을 수행하고 열에 의한 변형 해석과 진동 해석을 수행한다. 이를 위해 스퍼기어와 헬리컬기어가 맞물리는 접촉선을 계산하고, 접촉선에 따른 전달 토크의 변화를 해석하여 전달 하중과 마찰 열 유속을 계산하였다. 계산된 마찰 열 유속으로 기어의 열 해석을 위한 유한요소 모델을 구축하고 경계조건을 확립하고, 유한요소 상용 프로그램으로 정상상태 열 해석을 하여 기어 치의 혼합 평균 온도를 해석하였고, 스퍼기어 보다 헬리컬기어의 혼합 평균온도가 더 높은 것을 확인하였다. 또한 열 해석을 통해 얻어진 혼합 평균 온도를 검증하기 위해 실험 장치를 구축하였으며, 실험을 통해 열 해석의 타당함을 입증하였다. 검증된 혼합 평균 온도를 기반으로 열 변형을 해석하였고 맞물림 면의 변형 분포를 해석하였다. 또한 기어 시스템의 동적 모델링을 통한 1자유도계 운동 방정식을 수치적인 방법으로 풀어 진동을 해석하였고, 동적 하중 대비 정적 하중 비가 1.07배가 됨을 확인하였다.
more목차 도움말
Abstract ⅰ
초 록 ⅱ
LIST OF TABLE ⅲ
LIST OF FIGURES ⅳ
NOMENCLATURE ⅵ
1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 2
1.3 연구 내용 3
2. 스퍼기어 해석 4
2.1 곡률반경 및 접촉선 계산 4
2.2 미끄럼 속도 및 전달 하중 계산 8
2.3 최대 압력 및 평균압력 계산 11
2.4 마찰 열 유속 계산 12
3. 헬리컬기어 해석 16
3.1 곡률반경 및 접촉선 계산 17
3.2 미끄럼 속도와 전달 하중 계산 19
3.3 최대 압력 및 평균압력 계산 23
3.4 마찰 열 유속 계산 24
4. 유한요소 열 해석과 변형 해석 26
4.1 기어 유한요소모델링 26
4.2 기어 열 해석 이론 29
4.3 기어 유한요소 해석 34
5. 기어의 동적 거동 해석 38
5.1 기어의 동역학적 모델링 38
5.2 동적 거동 해석 40
6. 기어박스 검증 실험 48
6.1 기어박스 실험 장치 구성 48
6.2 기어박스 설계 49
6.3 열 해석 검증 51
7. 결 론 60
참 고 문 헌 62
APPENDIX 65
감사의 말 74
