역설계 기반의 대형 특수차량용 독깁현가형 액슬 스루드라이브 개발에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

An Independent-Suspension Type Axle is the high valued oligopolistic items from a few advanced industry though the usage is increased at the applied in transportation and special vehicle for work in the road in the mountain and unpaved road in and outside country.
Through-drive, the key component in an Independent-Suspension Type Axle, is equipped with all the heavy duty vehicles and the related technologies can be applied to the various upgradation of the commercial vehicles. Therefore we have to develop out own the design technique, manufacturing technique and the manufactured goods.
However, the detailed techniques on the through drive such as designing, manufacturing and the testing methods are still on the veil. To carry out some test for setting up the standard of designing needs some experiments with the target vehicles the equipped with the prototype for years. Therefore it is desirable to find out the way of save the cost in the development of the product.
The study on the designing methods and procedures with little data and researches related with the development of inter-axle in the heavy duty vehicles was applied to the development through-drive. Additionally this research produced the details of designing and the evaluation criteria for the test with the reverse-engineering of the products used in the similar situations.
The designing of basic concept was prepared with the analyzing the requests and the function request of customers on the inter-axle on the heavy duty vehicles. Finally, the prototype was produced with the detailed design and the testing the detailed design. The summary of the content and result of the research is like the following,
1) Through-drive, the core accessary for inter-axle on the heavy duty vehicles was developed. This developed inter-axle through-drive as all wheel drive type independent suspension axle secures the safety and credibility for the special duties in special areas.
2) The proposed reverse-engineering methods and the efficiency of the procedure was confirmed. The independent-suspension type axle for special heavy duty vehicles was developed with only the proposed designing method and procedures without the data of designing, manufacturing and testing of it. The standard of designing and testing for evaluation, the core part was produced, which shorten the manufacturing period and cut off the cost.
3) The core technology of the independent suspension type axle on the special heavy duty vehicles was developed. The research result in the core techniques needed for the independent suspension type axle for special heavy duty vehicles such as the techniques of designing and manufacturing, the method and standard of designing, the method and the standard of testing in evaluation, and the methods and procedures of the development of special products.

국문 초록 (Abstract)

대형 특수차량용 독립현가형 액슬은 산악지형 및 비포장 험로에서의 화물수송용 및 작업용 특수차량에 적용이 증가하는 추세에도 불구하고 높은 내구성과 신뢰성 요구로 인하여 전 세계적으로 소수의 선진업체에서 독과점형태로 생산하는 고부가가치 제품이다. 특히, 대형 특수차량용 독립현가형 액슬을 구성하는 부품 중 스루드라이브는 엔진의 구동력을 다음번 액슬에 전달하는 독립현가형 총륜구동 차량의 핵심부품으로서 고유 설계기술 및 제작기술은 물론 상용제품 확보가 시급하다.
그러나 기존에 유사한 환경 및 용도로 사용되는 유사제품은 있으나 이와 관련된 공개 기술자료는 부족하고 표준규격도 없으며 제품개발을 위한 설계 및 제작 노하우 축적도 미흡한 상황에서 선진업체로부터의 관련제품 개발을 위한 설계, 제작, 시험평가 등 세부기술도 제공되지 않고 있다.
또한 제품개발을 위한 설계기준 설정을 위한 각종 시험평가를 수행하기 위해서는 시제품을 실제 적용할 개발차량에 탑재하여 수년 이상의 필드 테스트가 필수적으로 수행되어야 하기 때문에 제품 개발기간을 단축하고 비용을 절감할 수 있는 유용한 개발방법 및 절차 개발이 필요한 실정이다.
이에 따라 대형 특수차량용 독립현가형 액슬 개발에 유용한 설계방법 및 절차를 연구하고, 습득 가능한 공개 기술자료 분석과 유사한 환경에서 유사한 용도로 사용되는 유사제품에 대한 역설계를 통해 설계사양을 도출하고 시험평가기준을 마련하였다.
또한, 대형 특수차량용 액슬에 대한 고객요구사항(CRs) 및 기능요구사항(FRs)을 선정하고 부품배치 형식에 따른 개념설계 대안을 도출하여 장단점 비교 및 다른 부품과의 미스매칭 여부를 확인하여 개념설계안을 확정하였으며 이에 대한 상세설계 및 설계검증을 통해 시제품을 제작하였다. 연구내용 및 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 대형 특수차량용 액슬의 핵심부품인 스루드라이브를 개발하였으며 개발된 스루드라이브는 차량 총하중 28톤급의 총륜구동 방식의 독립현가형 고하중용 액슬로서 산악, 해안 등 특수지형에서 특수임무 수행을 위한 높은 안전성과 신뢰성을 확보하고 있다.
둘째, 대형 특수차량용 독립현가형 액슬에 대한 기술자료 분석, 유사제품에 대한 제품 성능 및 시험평가 기준에 분석을 통해 액슬 설계기술, 제작기술, 시험평가 방법 및 기준 등 관련 핵심기술을 확보하였다.
셋째, 제안된 역설계방법과 절차에 의해 설계, 제작, 시험평가 등 세부자료가 공개되지 않는 대형 특수차량용 독립현가형 액슬 개발의 핵심자료인 설계기준과 시험평가기준을 도출하였으며 이를 통해 액슬 개발 기간단축 및 비용절감을 통해 그 효용성을 확인하였다.
본 연구를 통해 확보된 대형 특수차량용 독립현가형 액슬 설계, 제작 및 시험평가기술에 기초한 고유의 상용제품을 확보하고 이에 따른 수입대체가 촉진될 것으로 전망되며 제안된 특수제품 개발 방법 및 절차에 기초한 특수차량 동력전달계통의 부품개발이 촉진됨으로써 특수차량용 부품생산 경쟁력이 제고될 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 그림 목차 ⅴ
• 표 목차 ⅷ
• 국문 초록 ⅹ
• 제1장 서론 1
• 1.1 연구의 필요성 및 배경 1
• 1.2 연구 내용 및 논문의 구성 6
• 1.2.1 연구 내용 6
• 1.2.2 논문의 구성 8
• 제2장 개발절차 11
• 2.1 서론 11
• 2.2 기존의 설계절차 11
• 2.2.1 기계설계 직무과정 11
• 2.2.2 기계설계 직무의 분류 12
• 2.2.3 설계절차 14
• 2.3 기계시스템의 설계기준 16
• 2.3.1 설계기준 선정 시 고려사항 16
• 2.3.2 기계설계의 기준 17
• 2.3.3 설계기준에 따른 설계변수 결정 18
• 2.4 설계방법론 고찰 18
• 2.4.1 주요 설계방법론 18
• 2.4.2 개발여건 분석 21
• 2.4.3 역설계 24
• 2.4.4 관련 연구현황 28
• 2.5 개발절차 제안 30
• 2.5.1 설계절차 30
• 2.5.2 IDEF0에 의한 스루드라이브 개발절차 36
• 제3장 개발문제 정의 41
• 3.1 서론 41
• 3.2 기존 기술자료 분석 41
• 3.2.1 차량의 분류 42
• 3.2.2 액슬 및 현가장치 43
• 3.2.3 스루드라이브 45
• 3.3 작동환경 분석 49
• 3.4 고객 요구사항 분석 50
• 3.5 개발문제 정의 52
• 3.6 결론 52
• 제4장 유사제품 분석 54
• 4.1 유사제품 분석절차 54
• 4.2 제품 유형분석 54
• 4.3 기존제품 결함사례 분석 55
• 4.3.1 파손유형 분석 55
• 4.3.2 윤활 57
• 4.3.3 소음 57
• 4.4 역설계 항목 선정 59
• 4.5 작동 메커니즘 분석 60
• 4.6 치수형상 측정 및 재질분석 61
• 4.7 부하조건 분석 63
• 4.8 부품강도 산출 67
• 4.8.1 차량수명 67
• 4.8.2 피로안전계수 산출 68
• 4.9 결론 72
• 제5장 설계사양 및 시험평가기준 개발 74
• 5.1 서론 74
• 5.2 설계사양 선정 74
• 5.3 유사 시험평가기준 검토 76
• 5.3.1 특수차량용 구동차축 신뢰성 평가기준 77
• 5.3.2 미 군용트럭 설계사양 78
• 5.4 시험평가기준 제안 80
• 제6장 개념설계 83
• 6.1 개념설계 절차 83
• 6.2 CRs 및 FRs 선정 84
• 6.3 개념설계안 도출 84
• 6.4 개념설계안 평가 88
• 6.5 개념설계안 미스매칭 검토 91
• 6.5.1 동력전달 경로 92
• 6.5.2 베어링 및 저널 배치 93
• 6.5.3 도그클러치 시프트 배치 및 하우징 구성 94
• 6.5.4 조립 94
• 6.6 결론 95
• 제7장 상세설계 97
• 7.1 서론 97
• 7.2 주요부품 치수결정 97
• 7.2.1 인풋샤프트 98
• 7.2.2 아웃풋샤프트 98
• 7.2.3 디퍼런셜 베벨기어 99
• 7.2.4 파워디바이더 100
• 7.3 CAD 모델링 100
• 7.4 설계검증(FEA) 102
• 7.4.1 인풋샤프트 103
• 7.4.2 아웃풋샤프트 104
• 7.4.3 디퍼런셜 로크 104
• 7.4.4 스파이더 106
• 7.4.5 상세설계 검증결과 분석 107
• 7.5 결론 108
• 제8장 시제작 및 시험평가 109
• 8.1 서론 109
• 8.2 제작도 작성 109
• 8.3 시제작 110
• 8.4 시험평가 111
• 8.5 결론 112
• 제9장 결론 113
• 9.1 연구내용 및 결과 113
• 9.2 기대효과 114
• 9.3 향후 연구과제 115
• 참 고 문 헌 116
• Abstract 122