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이중 회전 관성을 고려한 트랙터 변속기 싱크로나이저의 동기화 시간 예측
한현우 ( Hyun-woo Han ),한중수 ( Jung-su Han ),김지태 ( Ji-tae Kim ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
농작업과 축산 작업에서 발생하는 잦은 변동 부하로 인하여 농업용 트랙터의 운전자는 빈번한 변속을 수행해야만 한다. 따라서 농작업의 효율 증대, 편의성, 정숙성에 대한 요구와 더불어 자동 변속 기능을 갖춘 트랙터에 대한 수요가 증가하고 있다. 농업용 트랙터의 자동변속기는 유압식 클러치와 싱크로나이저를 이용하여 다양한 변속을 수행한다. 이 중 싱크로 나이저는 마찰 토크를 발생시켜 입력축과 출력축의 회전 속도를 동일하게 하는 동기 장치로서, 주행 중 변속이 가능하게 해준다. 자동변속기에서 싱크로나이저에 작용하는 변속력은 회전 속도의 동기화 시간을 결정하며, 이 동기화 시간은 싱크로나이저를 변속기에 적용함에 있어 중요한 설계변수로서 전체 변속 시간에 큰 영향을 미친다. 기존의 동기화 시간 예측식은 주로 매우 큰 주행 관성이 작용하는 자동차 변속기를 대상으로 개발되었으며, 두 개의 회전 관성 중 하나를 무한 관성으로 가정하고 있다, 이러한 가정은 자동차 변속기에는 적합하지만, 싱크로나이저 양단에 유압식 클러치가 장착되어 두 회전 관성의 차이가 크지 않은 트랙터 파워시프트 변속기에는 부적합하다. 따라서 본 연구에서는 다물체 동역학 시뮬레이션을 이용하여 두 개의 회전 관성을 모두 고려한 트랙터 파워시프트 변속기의 변속력을 예측하였다. 시뮬레이션 모델은 실제 차량의 변속력을 측정한 시험과 검증되었으며, 기존의 동기화 시간 예측식은 두 개의 회전 관성을 모두 고려할 수 있도록 수정되었다. 또한, 하나의 회전체를 무한 관성으로 가정하였을 때의 결과와 두 회전 관성을 모두 고려하였을 때의 결과를 비교하여 동기화 시간의 큰 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
다물체동역학 시뮬레이션을 이용한 트랙터 변속기용 싱크로나이저의 특성 분석
한현우 ( Hyun-woo Han ),조승제 ( Seung-je Cho ),한중수 ( Jung-su Han ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
논, 밭 작업 및 축산 작업은 부하 변동이 매우 크므로 빈번한 변속이 요구되며 그로 인하여 자동변속 기능을 갖춘 트랙터의 수요가 급증하고 있다. 싱크로나이저는 유압식 클러치에 비해 낮은 단가와 크기로 동력을 전달할 수 있어 트랙터 변속기에 자주 활용된다. 자동차와 달리 큰 회전관성과 저항 부하(Drag torque)를 가진 트랙터 변속기의 특성을 고려한 싱크로나이저의 연구가 필요하나 관련된 연구는 미비한 실정이다. 본 연구의 목적은 트랙터 변속기에 사용되는 싱크로나이저의 특성을 분석하는 것으로, 구체적으로는 접촉력(Contact force), 슬리브의 변위(Sleeve travel), 축 방향 하중(Axial force) 등의 특성을 구해내는 것이다. 다물체동역학 해석 소프트웨어(Recurdyn)를 이용해 싱크로나이저와 기어를 3D 모델링 하였으며, 각 변속 단수의 등가 회전 관성을 적용하였다. 시뮬레이션 결과, 시간에 따른 특성들을 예측할 수 있었으며, 싱크로나이저의 설계 및 제어에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.