고정밀 공작기계용 기어 구동 유닛 설계에 관한 연구 = A Study on the Gear Drive Unit Design for High-precision Machine Tool

국문 초록 (Abstract)

가공기계는 금속이나 다른 재료를 가공하여 원하는 모양을 얻기 위한 공구를 말하며, 주로 모양을 만들고 갈거나 절단하거나 다른 형태의 변형을 구현합니다. 과학기술의 발전으로 가공기계도 크게 발전했습니다. 또한 항공우주, 정밀측정, 군수산업, 신에너지 자동차 등 중요한 분야에서 기계의 제조 정확성에 대한 요구사항이 높아졌습니다. 높은 정밀도의 제조기술은 한 국가의 제조업 수준을 평가하는 중요한 요소입니다. 공작기계의 가공 정확성은 가공부품의 정확성을 직접적으로 결정하고 기계의 정확성에 영향을 미칩니다. 기어는 산업계에서 안정적인 속도비로 동력을 전달하기 위해 널리 사용됩니다. 기어열의 종류에 따라 다른 특성이 있습니다. 따라서 다른 요구사항을 충족시키기 위해 다른 기어 종류가 사용됩니다. 가장 널리 사용되는 기어 종류인 스퍼 기어는 전달 효율이 높고, 제조 및 조립이 용이합니다. 베벨 기어는 평행축 전달뿐만 아니라 교차축이나 스큐축에도 적합한 특수한 종류의 일반 공간 기어입니다. 나선형 베벨 기어는 소음이 적고 강도가 높은 특성도 가지고 있습니다.
이 연구의 목적은 고속 회전 운전을 수행하면서 높은 신뢰성과 우수한 NVH 성능을 요구하는 고정밀 공작기계용 키 기어 변속기 유닛을 개발하는 것이었습니다. 작은 패키지 크기도 필요한 설계 제약 조건이었습니다. 위에서 설명한 바와 같이 코어 유닛의 요구되는 변속기 특성을 고려하여 스퍼 기어와 스파이럴 기어 각각 1세트로 구성된 기어 트레인이 새로운 설계에 사용되었습니다. 기어 기술은 오랜 역사를 가지고 있지만 기어 고장과 기어 소음은 여전히 설계자에게 과제로 남아 있습니다. 최근 수십 년 동안 기어 트레인의 최적 설계에 대한 많은 연구가 보고되었습니다. 그러나 다양한 기어박스의 설계 간에 많은 지식 크로스오버가 없습니다. 본 연구에서는 값이 비싸고 테스트 시간이 오래 걸릴 수 있는 전통적인 실험 방법을 포기하고 수치 해석을 사용하는 방법을 선호했습니다.
연구 목적을 달성하기 위해 기하학 설계 방법을 사용하고 일련의 평가 분석을 수행했습니다. 기하학 수정은 수정된 객체에 따라 매크로 기하학과 마이크로 기하학의 두 가지로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 기어의 강도는 주로 기어 톱니 수, 모듈, 톱니 폭, 압력각, 나선각, 수정 계수, 기어 재료 등의 정의로 구성되는 매크로 기하학 설계에 크게 의존합니다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 국내외 연구동향 4
• 1.3 연구 목표 13
• 제 2 장 고정밀 선회가공 유닛의 설계 및 검증 14
• 2.1 공작기계용 선회가공 유닛 소개 14
• 2.2 Macro geometry 설계 및 강도 평가 16
• 2.3 Micro geometry 최적 설계 25
• 2.4 결언 33
• 제 3 장 고정밀 Cross drilling/milling 유닛의 설계 및 검증 34
• 3.1 공작기계용 Cross drilling/milling 유닛 소개 34
• 3.2 Macro geometry 설계 및 강도 평가 37
• 3.3 Micro geometry 최적 설계 44
• 3.4 결언 55
• 제 4 장 정밀도 측정 및 성능평가 56
• 4.1 선회가공 유닛 구동 성능시험 56
• 4.2 Cross drilling/milling unit 구동 성능시험 75
• 제 5 장 결 론 98
• Reference 100

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