체적을 고려한 하이포이드 기어의 최적 설계

Abstract

기어는 오늘날 기계 구동장치의 대부분을 차지하고 있을 정도로 많이 사용되고 있는 기계요소 중 하나이다. 그 중에서 하이포이드 기어는 두 축이 평행하지도 교차하지도 않는 형태를 가지고 있고 다른 기어장치에 비하여 고감속이 가능하고 여러 좋은 성능을 가진다. 그러나 하이포이드 기어의 설계 및 강도평가는 하이포이드 기어의 특정한 공작기계 생산업체(Gleason Works등)에 의존하고 있는 실정이다. 이는 하이포이드 기어의 설계 및 강도평가가 복잡하고 어렵기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법 중에 하나로 현재의 설계 및 강도평가의 문제점을 보완하고 설계 자동화를 할 수 있는 프로그램의 개발이 필요한 실정이다. 하이포이드 기어장치의 강도를 만족하며 소형화(경량화)하는 설계 프로그램의 개발에 연구의 목적을 둔다. 설계 프로그램은 하이포이드 기어의 제원 설계 및 강도 평가 모듈을 가지며, 최적 설계는 유전 알고리즘을 사용한 최적화 기법을 도입하고, 복잡한 구속조건을 가진 본 문제를 구속조건이 없는 문제로 변환하기 위해 벌칙함수법을 사용하였다. 개발된 설계 프로그램의 평가를 위해 현재 사용하고 있는 중장비용 액슬의 하이포이드 기어장치를 대상으로 선정하여, 최적 설계 결과를 기존의 하이포이드 기어장치와 비교·평가하여 프로그램의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 개발한 하이포이드 기어장치 설계 프로그램은 설계 과정을 자동화하여 상당한 시간과 비용을 줄일 수 있으며 설계자가 요구하는 강도 및 소형화를 만족시키는 하이포이드 기어장치의 설계에 유용하게 사용될 것으로 기대한다.; Nowadays, the gear is one of popular using elements being used in the mechanical driving system. The hypoid gear has a shape that is not parallel and doesn't intersect. Compared with other gear types, the hypoid gear has advantage for the high reduction ratio and compactness. The geometry design and strength evaluation of the hypoid gear depend on the machine tool of specific production companies because the geometry design and strength evaluation of the hypoid gear are complex and difficult. It is necessary to develop the design program for solving the aforementioned problems of hypoid gear train. This dissertation is focused on the development of the design programs to satisfying the geometry and strength of a hypoid gear through optimization technique using the genetic algorithm. The genetic algorithm is designed to optimize a method for minimizing volumes. Also, It is to find the optimum dimension of a hypoid gear using exterior penalty function method to solve the complicated constraints. The existing design of hypoid gear in the forklift truck axle is compared with results of developed optimum design programs. Finally, it is performed by minimizing volumes. From these results, it can be conducted that proposed volumes-objective function can be used very effectively at the preliminary design phase of hypoid gear train and time and cost of the practical design process are reduced considerably. Moreover, optimization programs can be used as a helpful tool to the expert designer and the designer who has insufficient experience for the hypoid gear drive design.