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고 감속 차동 복합 유성기어 감속 시스템의 구조 안전성 분석
강범준(Beom-jun Kang),유영락(Young-Rak Yoo),박규태(Kyu-Tae Park),김재범(Jae-Beom Kim),정동헌(Dong-Heon Jeong),신슬기(Sul-Gi Shin),이지환(Ji-Hwan Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
해상 물류 시스템 장비, 대형 산업 장비 및 건설 중장비의 높은 초기 기동 토크에 대응하기 위해 유압식 감속 시스템 모듈이 적용되고 있다. 감속 시스템의 구조는 회전력을 발생하는 유압 모터와 회전하는 구동 축을 감속하는 유압 브레이크, 그리고 회전력을 일정한 비율로 감속하고 동력을 전달하는 유성기어 감속기로 구성된다. 본 연구에서는 기존의 다단 유성기어 감속 방식에서 10%이상의 부품 수 감소와 5% 이상의 소형화 및 경량화가 가능한 차동 복합 유성 감속기를 제시하고 있으며 설계 조건으로 DNV Standard 2.22 규격을 적용하였다. 감속 시스템 기어 류에 대해 Lewis 와 Hertz 이론 기반의 굽힘 응력과 면압 응력을 산출하였고 상용 FEM 구조 해석 프로그램을 통해 구조적 안전성을 분석하였다. In order to cope with the high initial starting torque of marine logistics system equipment, large industrial equipment, and heavy construction equipment, hydraulic reduction system modules are being applied. The structure of the reduction system is composed of a hydraulic motor that generates rotational force, a hydraulic brake that decelerates the rotating drive shaft, and a planetary gear reducer that decelerates the rotational force at a constant rate and transmits power. In this study, a differential compound planetary reducer capable of reducing the number of parts by more than 10%, miniaturization and weight reduction by more than 5% in the conventional multi-stage planetary gear reduction method is proposed, and DNV Standard 2.22 standard is applied as a design condition. Bending stress and surface contact stress based on Lewis and Hertz theory were calculated for gears in the reduction system, and structural safety was analyzed through a commercial FEM structural analysis program.
필드작업부하 기반 트랙터용 헬리컬 기어펌프의 가속시험코드 개발
신슬기(Sul-Gi Shin),정동헌(Dong-Heon Jung),김재범(Jae-Bum Kim),김명성(Myung-Sung Kim),김현호(Hyun-Ho Kim),강범준(Beom-Jun Kang) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
유압펌프 중 외접기어 펌프는 사용 가능한 회전속도, 압력, 점도 범위가 넓어 농기계 및 건설, 방산, 특장차 등에 주로 사용되고 있으나, 소음이 심하다는 단점을 가지고 있다. 트랙터는 동력 취출, 견인 등 다양한 농업 환경에서 경운, 정지, 운반 등을 수행하는 기어펌프가 적용된 대표적인 농기계이다. 트랙터는 최근 배기 가스 규제 등 환경 문제와 농촌 고령화 문제로 작업 효율의 증가와 진동/소음에 대한 개선을 지속적으로 요구하고 있다. 기존의 기어펌프는 가공성과 내구성이 우수한 평기어 방식으로 주로 제작이 되어 고압조건에서 폐입현상 등으로 인해 소음과 진동이 매우 크게 나타났었다. 이를 개선하기 위해 연속 원호 1 점 접촉 방식의 헬리컬 기어를 개발하여 높은 회전속도, 고압조건에서 저소음, 저진동 실현이 가능한 기어펌프를 개발하였다. 트랙터는 논, 밭 등 주로 비포장 노면에서 사용됨에 따라 높은 신뢰성이 요구됨으로 이를 반영한 시험코드 개발이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 트랙터용 헬리컬 기어펌프의 내구수명 등 신뢰성 검증 시험코드 개발을 위해, 건설기계부품연구원 실차시험장을 활용하여 기어펌프의 필드 작업 부하를 측정하였다. 필드 작업 부하 측정 시 실사용 조건을 고려하여 작업모드를 정의하고 작업비율을 선정하였다. 정의한 작업모드를 활용하여 기어펌프 사용 부하를 측정하고 DB 화 하였으며, 구축된 부하 DB는 수명 계산 기법과 작업비율을 활용하여 정량화된 부하 조건으로 변환하였다. 시험 장비 적용을 위한 시험코드는 기존 기어펌프의 FMEA, 고장모드를 기반으로 시험 프로파일을 설계하여 필드 부하와 비교를 통해 개발제품의 신뢰성 보증을 위한 가속수명시험법을 개발하였다. Agricultural machinery tractors perform tasks such as loading and traction with power using a hydraulic source generated from an external gear pump. Existing spur gear type hydraulic pumps have the disadvantage of being very noisy. To improve this, a low-noise, low-vibration gear pump was developed by developing a helical gear of a continuous one-point contact method. Due to the characteristics of tractors used in rough terrain, high reliability is required. In this study, field usage condition load was measured to develop reliability verification test codes such as durability life of helical gear pump for tractor. By analyzing this, a test profile for the application of the bench test was designed, and an accelerated life test method was developed to guarantee the reliability of the developed product.