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제조로봇용 하모닉 감속기의 보증수명 검증을 위한 가속수명시험 연구
이주홍(Joo Hong Lee),남태연(Tae Yeon Nam),이승용(Seong Yong Lee),김도식(Do Sik Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
산업 현장에서 사용되는 로봇을 구성하는 구성품 중에서 로봇의 신뢰도와 위치정밀도를 결정짓는데 중요한 역할을 하는 것이 감속기이다. 이처럼 로봇의 성능을 좌우하는 감속기는 소형, 경량이면서 고정밀의 특성을 갖는 하모닉 감속기가 주로 적용되고 있다. 하모닉 감속기는 금속의 탄성역학을 응용하여 동력을 전달하는 치차 감속의 독특한 매커니즘을 이용하므로 매우 정밀하면서도 큰 감속비 구현이 가능하지만 그만큼 제작이 어렵다. 본 연구에서는 최근 국내에서 개발된 하모닉 감속기에 대한 보증수명 검증을 위해 가속수명시험을 수행하였고 정격조건에서의 수명을 추정하였다. 단계별 사전 부하 시험을 통해 가속시험의 최고 부하수준을 결정했으며 교정가속수명시험 방법에 따라 가속시험조건을 설정하였다. 3 수준에서 수행된 하모닉 감속기의 가속수명시험 데이터를 이용하여 정격 사용조건에서 하모닉 감속기의 수명, 형상모수 및 가속지수 등을 추정하였다. Among the components that make up the robot used in the industrial field, the gear reducer plays an important role in determining the reliability and positioning accuracy of the robot. The reducer determines the performance of the robot in this way, and the harmonic reducer, which is small, lightweight, and has high-precision characteristics, is mainly applied. Harmonic reducer uses a unique mechanism of gear reduction that transmits power by applying the elastic mechanics of metal, so it is possible to realize very precise and large reduction ratio, but it is difficult to manufacture as much. In this study, an accelerated life test was performed to verify the guaranteed life of the recently developed harmonic reducer, and the life span under the rated condition was estimated. The maximum load level of the accelerated test was determined through the pre-step stress test, and the accelerated test conditions were set according to the calibration accelerated life test method. Life data at each of the three levels was secured through the acceleration life test of the harmonic reducer, and using this, the life of the harmonic reducer, shape parameter, and acceleration index were estimated under actual use conditions.
열차승강문에 설치되는 링크타입 발판기구의 안전성 설계에 관한 해석적 연구
신정훈(Jung-Hun Shin),김남규(Nam-Kyu Kim),남태연(Tae-Yeon Nam),최병오(Byung-Oh Choi) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.11
This study examined the safety design of a linkage-type footstep mechanism in the railway application. Firstly the design observed the British standard. The FEM analysis was conducted to check maximum weight fulfillment. Several loading conditions were also checked to achieve the endurance limit for more safety design. The smoothness of mechanical operation was investigated using mechanism analysis. It was considered that the velocity and force of start and stop conditions were important. This mechanism analysis led to the derivation of the requirement of operating pneumatic actuator.
고속열차용 트리포드 축의 비틀림 해석 및 파단에 대한 실험적 연구
이주홍(Joo Hong Lee),김도식(Do Sik Kim),남태연(Tae Yeon Nam),이태영(Tae Young Lee),조해용(Hae Yong Cho) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.11
등속조인트의 일종인 트리포드 축은 동력전달용으로 고속열차의 KTX와 KTX-산천에 모두 적용되고 있으며, 동력대차에서 모터 감속장치(MRU)와 차축 감속장치(ARU)를 연결해 고속회전동력을 전달하는 핵심 요소이다. 축 방향의 미끄럼 운동이 가능한 트리포드 축은 열차 구동을 위한 토크를 전달하며, 동력전달 시스템에 과토크 발생 시 축의 퓨즈부가 절단되어 동력을 차단한다. 본 연구에서는 리니어 액추에이터를 이용한 대용량 비틀림 시험장치의 개발과 이를 이용한 트리포드 축의 정적 비틀림 강도와 피로수명을 확인하고자 하였다. 또한 구조해석을 통해 축의 취약부를 파악하고 비틀림 피로해석 결과와 실제 피로시험의 결과를 비교분석하여 비틀림 성능 개선을 위한 설계안을 제시하고자 하였다. 한편 트리포드 축의 피로에 따른 열화를 파악하기 위해 히스테리시스 곡선을 이용하였으며, 히스테리시스 곡선의 기울기 변화를 통해 피로고장 시점을 확인하였다. The tripod shafts of constant-velocity joint are used in both the trains KTX and KTX-sanchon. It is an important component that connects the motor reduction unit and the axle reduction unit in a power bogie. The tripod shaft not only transmits drive and brake torque in the rotational direction, but also slides in the axial direction. If the drive system is loaded with an excessive torque, the fuse part of the shaft will be fractured firstly to protect the other important components. In this study, a rig was developed for conducting torsion tests on the tripod shaft, which is a type of mechanical fuse. The tripod shafts were subjected to torsional fracture test and torsional fatigue test on the rig. The weak zone of the tripod shaft was identified, and its fatigue life was predicted using finite element analysis (FEA). After analyzing the FEA results, design solutions were proposed to improve the strength and fatigue life of the tripod shaft. Furthermore, the deterioration trend and time for failure of the tripod shaft were verified using the hysteresis loops which had been changed with the advancement of the torsional fatigue test.
이주홍(Joo hong Lee),김도식(Do Sik Kim),성백주(Baek Ju Sung),남태연(Tae Yeon Nam) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.12
The reducer for driving the cutter head for Tunnel Boring Machine (TBM) is vulnerable to failure because it is operated under harsh environmental conditions. Once a failure occurs, it will make a great damage, so it is necessary to verify the performance of the product through reliability evaluation. In this paper, the test items and the accelerated life test are designed by analyzing the failure mode, failure mechanism and failure effect of the planetary speed reducer for TBM. In this paper, the reliability of the planetary gear reducer for driving the cutter head is confirmed by performing various environmental test, performance test and acceleration test. Using this, various environmental tests, performance tests and acceleration tests were performed to confirm the reliability of the planetary gear reducer for driving the cutter head of TBM, and suggest improvements.