다물체 동역학을 이용한 기어트레인 전달오차 해석 연구

Abstract

최근의 상용 다물체 동역학 프로그램들은 형상을 직접 따라가면서 접촉을 계산하고 유연체 특성도 고려할 수 있는 수준에 이르렀다. 따라서, 기어트레인에 대해서도 기어 치를 포함한 일정 범위를 유연체 요소로 모델링하고 기어 치 형상을 따라 접촉을 계산하는 다물체 동역학 해석을 수행할 수 있다. 다만, 기어의 유연체 특성과 안정적인 접촉 계산을 위해서 기어 치 하나에 대해서도 상당한 수준의 유한요소를 필요로 하게 된다. 특히, 유성기어트레인과 같이 다수의 기어로 구성된 경우 계산시간 증가 때문에 실용적 관점에서의 해석은 불가능해진다. 또한, 시간을 줄이기 위하여 강체 모델로 해석하게 되면 기어 치의 변형이 없기 때문에 전달오차를 해석할 수 없게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 “다물체 동역학 해석을 위한 기어 강성 모듈 개발” 논문에서는 강체 모델의 기어 치를 기어몸체에서 분리한 후 기어 치와 기어몸체를 강성요소로 연결하여 전달오차 해석이 가능한 기어 강성 모듈을 제안하였다. 그리고 기어 강성 모듈과 유한요소 모델의 전달오차 비교를 통하여 해석적 유용성을 평가 하였다. 이 논문에 제안된 방법으로 회전강성 값을 계산하고, 회전강성 값을 기어 강성 모듈에 적용한 결과 유한요소 모델과 기어 강성 모듈간의 전달오차 차이가 나타났다. 본 연구에서는 균일 회전 강성 값을 적용한 기어 강성 모듈과 유한요소 모델과의 전달오차 차이의 원인을 분석하였다. 이를 위해 기어 강성 모듈을 구성하여 유한요소 모델과 비교해 보았다. 또한, 기어 강성 모듈의 동적 효과를 알아보기 위하여 베어링 간극(clearance) 요소를 추가하였으며, 이것으로 기어 강성 모듈의 동적 효과가 전달오차에 미치는 영향에 대하여 연구 하였다