하모닉 감속기의 진동 저감에 영향을 미치는 웨이브 제너레이터 베어링의 설계 변수 분석

Abstract

본 논문에서는 하모닉 감속기 구동 중 발생하는 진동을 저감하기 위한 웨이브 제너레이터 베어링의 주요 설계 변수를 찾는 연구를 수행하였다. 하모닉 감속기 구동 중 발생하는 진동 분석을 위해서 모드 실험을 통해 하모닉 감속기 부품의 고유 모드와 이에 해당하는 고유 진동수를 획득하였다. 모드 실험 결과로 하모닉 감속기 부품 별 물성치를 획득하였으며, 실제 하모닉 감속기의 조립 조건을 반영한 하모닉 감속기 유연다물체동역학 해석 모델을 제시하였다. 구축한 해석 모델이 실제 하모닉 감속기의 진동 특성을 잘 반영하는지 확인하기 위해 실제 하모닉 감속기 구동 시 발생하는 진동신호를 측정하였다. 그 후 해석 모델을 사용하여 얻은 주요 가진 주파수 성분과 실험을 통해 얻은 주요 가진 주파수 성분의 비교를 통해 해석 모델이 실제 하모닉 감속기의 진동 특성을 잘 반영하는지 검증하였다. 검증된 해석 모델을 사용하여 웨이브 제너레이터 베어링의 설계 변수를 볼 크기, 외륜 폭, 볼 개수, 외륜 두께로 선정하였다. 각 설계 변수 별 Parametric Study를 통해 볼 크기, 외륜 폭, 볼 개수, 그리고 외륜 두께가 증가할수록 하모닉 감속기의 진동이 저감되는 것을 확인하였다. 추가적으로 직교배열법을 사용하여 실험계획을 세웠으며 실험 결과를 바탕으로 한 민감도 분석을 통해 외륜 폭이 하모닉 감속기의 진동에 영향을 많이 주는 웨이브 제너레이터 베어링의 주요 설계 변수임을 확인하였다. 선정한 설계 변수를 사용하여 하모닉 감속기의 진동을 최소화한 경우 기존과 비교 시 9.49% 감소함을 확인하였다.