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- 저자 : 손관희(Gwan-Hee Son) (검색결과 8 건)
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주파수 응답 해석을 이용한 전동식 지게차 기어박스 하우징의 진동저감 방안 연구
손관희 ( Gwan-hee Son ),조승제 ( Seung-je Cho ),이기훈 ( Ki-hun Lee ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
엔진식 차량은 엔진이 주된 소음원인 것과 비교하여 전동식 차량은 모터의 구동 소음이 주된 소음원으로 작용한다. 구동축 하우징의 경우 차량의 중량을 지지해야하는 구조물이면서 동시에 모터를 감싸는 하우징의 역할도 해야 한다. 그로 인하여 충분한 하중을 지지할 수 있어야 하고 구동축으로부터 발생하는 진동 및 소음을 감소시킬 수 있도록 강성 설계되어야 한다. 설계 변경 이전에 하우징의 형상에 따른 시스템의 강성 특성을 확보하기 위해서는 해석을 통한 시스템의 진동 및 소음을 예측하는 과정이 필요하다. 검증된 해석 모델은 관심 주파수 영역에서 시스템의 동특성을 정확하게 반영한다. 실험적으로 모드 해석을 진행하여 관심 주파수 영역(0~3200Hz)에서의 주파수 응답 함수를 얻고 고유주파수, 모드 형상, 모달 댐핑과 같은 모달 파라미터를 추출하였다. 이를 바탕으로 시험 결과와 해석 결과의 상관관계 분석을 통해 해석 모델을 검증하였다. 신뢰성이 확보된 모델에서 조화 해석을 진행하여 가속도에 대한 주파수 응답 함수를 분석하였다. 이를 바탕으로 강성 취약부의 보강설계를 진행하였고 설계 변경 후 진동 수준의 감소를 확인할 수 있었다.
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국부 강성 평가를 이용한 전동식 지게차 기어박스 하우징의 진동 저감
손관희 ( Gwan-hee Son ),조승제 ( Seung-je Cho ),안다빈 ( Da-vin Ahn ),이기훈 ( Ki-hun Lee ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
배기가스 저감을 위한 노력의 일환으로 농업기계 분야에서도 전동식 차량의 사용이 증가하고 있다. 농업 생산물의 운반을 위해 사용되는 지게차 또한 환경오염 해결과 농업 생산물의 보호를 목적으로 엔진식에서 전동식으로 대체되고 있다. 엔진이 주된 소음원이었던 엔진 구동 차량과 달리 전동식 차량은 전동기 구동으로 인한 전동기 및 기어박스의 소음이 주된 소음원으로 작용한다. 따라서 기어박스 하우징에 대한 강성 설계를 적용하여 하우징으로 전달되는 진동을 감소시키면 전동식 지게차에서 발생하는 소음을 효과적으로 저감할 수 있다. 하우징 강성 설계의 경우 작동 상태에서 변형이 심한 부분에 리브(rib) 설계를 하거나 두께를 증가시켜 강성을 개선한다. 이러한 강성 설계는 설계자의 경험에 의존적이어서 형상 수정의 방향과 정도를 정량화하는 작업이 필요하다. 본 연구에서는 구동점 주파수 응답 함수를 이용하여 위치에 따른 하우징 표면의 국부 강성을 평가하였으며 이를 통해 강성 취약부를 선정하였다. 하우징의 강성 설계 수행 전모달 테스트를 통해 관심 주파수 영역(0~3200Hz)에서의 주파수 응답 함수를 분석하고 고유 진동수와 모드 형상, 감쇠와 같은 시스템의 동특성을 파악하였다. 강성 취약부와 시스템의 동특성을 분석하여 형상 수정을 진행하고 형상 수정 전/후 국부 강성의 변화를 정량적으로 나타내었으며 형상 수정 이후 진동 수준이 개선되었음을 확인하였다.
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위상 최적화를 이용한 농업용 전기차 기어박스 하우징의 방사 소음 저감
손관희 ( Gwan-hee Son ),조승제 ( Seung-je Cho ),김범수 ( Beom-soo Kim ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2
차량의 동력원이 엔진보다 높은 속도에서 구동되는 전기모터로 변경됨에 따라 전동식 차량의 소음은 고주파 영역에서 순음(pure noise)으로 발생하며, 특히 기어박스가 장착된 차량에서는 기어 물림으로 인한 와인 소음(whine noise)이 주 소음원으로 작용한다. 따라서, 농업용 전기차의 소음·진동 문제를 해결하기 위해서는 고주파 특성의 가진원을 고려한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 기어 물림에 의한 가진력이 하우징으로 전달됨에 따라 발생하는 기어박스 하우징의 방사 소음을 저감하기 위하여 하우징의 저소음 설계를 수행하였다. 하우징 모델은 전체 형상을 유한 요소(finite elements)로, 기어, 축, 베이링과 같은 내부 요소모델은 축약 요소(super elements)로 모델링하여 모델의 크기를 감소시켰고, 주파수에 따른 기어 가진력과 하모닉(harmonic) 성분들을 하중 조건으로 설정하였다. 기어박스의 소음은 기어박스로부터 1 m 떨어진 위치에서의 음압 레벨(sound pressure level)에 대해 해석적으로 평가하였다. 위상 최적화는 형상 밀도를 설계 변수로 하는 최적 설계 기법으로 컨셉(concept) 설계 단계에서 이용할 수 있다. 최적화의 목적함수는 음향 파워(sound power)를 근거로 하우징 요소의 주파수 응답 속도의 최소화로 설정하였으며, 기존 하우징에서 설계 가능 영역까지 확장시킨 요소를 설계 변수로 설정하였다. 또한, 최적화 전후의 해석 결과를 비교·분석하여 수정된 하우징에서의 소음 저감 수준을 확인하였다.
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오주선 ( Joo Seon Oh ),손관희 ( Gwan Hee Son ),박성운 ( Seong Un Park ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
농업용 트랙터 실내 온열 환경은 탑승객의 온열 쾌적성 측면에서 매우 중요한 문제로 부각되고 있다. 그러나 트랙터는 캐빈의 구조적 제한성과 사용 환경의 다양성으로 인하여 인체가 느끼는 쾌적한 온열 환경에 대한 정의가 쉽지 않다. 현재 트랙터용 HVAC 시스템의 개발 과정에서 온열 환경 평가는 경험을 바탕으로 만들어진 조건(특정 부위에 목표 시간동안 목표 도달 온도)에 의존하여 이루어지고 있는데 이는 탑승객의 발열량, 복사 온도, 의복량 등의 영향을 고려하지 않은 단순 냉난방 평가 방법으로 보다 쾌적한 온열 환경을 제어하기 위해서는 보다 구체적인 평가 방법이 요구된다. 본 연구에서는 수치 해석을 이용하여 트랙터 실내의 쾌적성 평가를 위해 3차원 열유동 해석의 기본 지배 방정식과 난류 모델을 소개하였다. 또한, 온열 쾌적성 평가를 위해 PMV (predicted mean vote) 평가 방법을 고찰하고, 필요한 변수(인체 대사량, 의복착의량, 복사온도 등)에 대해서 정의하였다. 이를 통해 대상트랙터의 HVAC 풍구를 트랙터 캐빈의 상단, 전면부와 측면부에 위치시킨 세 가지 케이스로 설정하고 시뮬레이션을 진행하였다. 각 케이스 별 PMV 평가 등을 통해 온열 쾌적성을 평가하였을 때 세 가지 케이스 중 풍구 위치가 데시보드에 있을 때 사람에게 가장 쾌적한 열 환경을 제공해 주는 것으로 나타났다.
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안다빈(Da-Vin Ahn),신인경(In-Kyung Shin),한현우(Hyun-Woo Han),손관희(Gwan-Hee Son),박영준(Young-Jun Park) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회지 Vol.18 No.6
In this study, we analyze the rattle noise of a power takeoff (PTO) driveline and develop a PTO driveline resonance model. We measured the rattle noise of the PTO driveline on the output shaft and, by analyzing the rattle noise in the time domain, we determine that the engine expansion stroke period matches the sound pressure of rattle noise. This finding helped us demonstrate that the rattle noise is caused by the collision between the PTO driving gear and the gear driven by the engine expansion stroke; the torsional vibration caused by this collision is affected by the angular velocity fluctuation of the PTO drive shaft. By measuring the angular velocity of the PTO drive shaft, we confirm that the angular velocity fluctuation of the engine flywheel tends to excessively amplify the PTO drive shaft angular velocity fluctuation. We conclude that the resonance, which occurs when the operating frequency of the engine is close to the natural frequency of the tractor power transmission system, causes the excessive angular velocity fluctuation of the PTO drive shaft. We performed a modal analysis of the PTO driveline resonance and, using the characteristic equation, we show that the resonance occurs when the engine rotation speed is close to 850 rpm, which matches the natural frequency of the PTO driveline.
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축소 모델 기법을 이용한 농업용 전동식 동력운반차용 감속기의 진동 분석
김범수 ( Beom-soo Kim ),이준호 ( Jun-ho Lee ),김진균 ( Jin-gyun Kim ),손관희 ( Gwan-hee Son ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1
농업기계를 비롯한 여러 구조물의 강성/강도 및 진동/소음을 예측하기 위하여 유한요소모델이 많이 사용된다. 그러나 전산기술의 발전으로 인한 유한요소모델의 자유도 증가는 해석에 긴 시간과 상당한 수준의 장비성능을 요구하였으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 축소 모델(reduced-order model) 기법들이 개발되었다. 축소 모델 기법은 크게 자유도 기반과 모드 기반 기법으로 분류된다. 시스템의 정적 해석에는 Guyan 이 발표한 자유도 기반의 정적 축소 모델 기법이 주로 사용된다. 자유도 기반 축소 모델 기법은 주 자유도 (master degree of freedom)를 제외한 축약 가능한 내부 자유도 (slave DOFs)를 축소(condensation)하여 본래 유한요소모델에 근사한 축소 모델을 생성한다. 시스템의 동적 해석에서는 모드 기반의 부분구조합성법(component mode synthesis, CMS)이 주로 사용된다. 부분구조합성법은 복잡한 유한요소모델을 여러 개의 하부 구조(sub-structure)로 나누어 고유치 해석을 수행한 뒤 하부 구조 고유 모드를 이용해 원래의 유한요소모델에 근사한 축소 모델을 생성한다. 부분구조합성법에는 다양한 형태의 기법이 존재하며 그 중 Craig-Bampton 기법(CB method)이 보편적으로 사용되고 있다. 본 연구에서는 상용 소프트웨어를 이용하여 축소모델기법 중의 하나인 Craig-Bampton 기법으로 생성된 감속기 하우징의 동적 축소 행렬을 적용한 농업용 전동식 동력운반차용 감속기의 진동 해석을 수행하였다. 강성 취약부에 반응 노드를 생성하여 감속기 내부 헬리컬 기어의 전달 오차 가진에 의한 동적 응답을 확인하였다. 하우징 동적 축소 행렬에 포함되는 모드의 수를 변화시켜가며 시스템의 동적 해석을 진행함으로써 최적의 축소 모델을 구축하기 위해서는 충분한 하부 구조 모드의 선정이 필요함을 확인하였다.
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