Optimal Design of Two-Stage Planetary Gearbox for Special-purpose Industrial Machinery

국문 초록 (Abstract)

기어 박스는 다양한 분야에서 광범위하게 사용됨을 알고 있다. 수년 동안 기어 고장 및 기어 소음 방지에 대한 많은 연구가 이루어졌다. 최적의 디자인을 고안하는 것은 새로운 기어 박스를 개발할 때 가장 중요한 단계로 간주된다. 다른 용도에 따라 다양한 요구 사항이 필요한 것처럼 기어 박스 설계 최적화의 방향과 방법도 다양하다. 일반적으로 기어 지오메트리 최적화는 강도 및 전달 오차에 큰 영향을 미치며 이는 소음 및 진동에 영향을 미치는 인자이다. 본 논문의 목적은 유성 기어 박스의 지오메트리 최적화 방법을 연구하는 것이다.
본 연구에서는 기계 설계 및 해석에 사용되는 고급 CAE 소프트웨어인 RomaxDESIGNER를 사용하여 3D 모델링하고 다양한 해석을 수행했다. 매크로 지오메트리 최적 설계 방법과 마이크로 지오메트리 수정 방법은 특수 산업 기계용 2단 유성 기어박스를 기반으로 수행된다. 최적의 매크로 지오메트리 파라미터는 기어 트레인의 각 기어를 계산하여 검증하였으며, 마이크로 지오메트리 형상 수정의 영향은 하중 분포 및 전달 오차 분석에도 반영되었다. 동력 전달의 중요한 평가 지표인 기계적 전달 효율은 ISO 국제표준을 기반으로 계산되었다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Gearboxes find extensive use in a wide variety of fields. Over the years, a great deal of research has been devoted to prevention of gear failures and gear noise. Devising an optimal design is often considered as the most important stage in the development of a new gearbox. Similar to the varying requirements of different applications, the directions and method of gearbox design optimization are also varied. Usually, gear geometry optimization has a great influence on the strength and transmission error which is the excitation factor that affects the noise level. The main objective of this article is to study the geometry optimization methodologies of planetary gearbox.
In this study, RomaxDESIGNER which is advanced CAE software used for the design and analysis of mechanical was used to generate 3D models and calculate various of analysis. Macro geometry optimal design method and micro geometry modification method are carried out based on a two-stage planetary gearbox for special-purpose industrial machinery. The optimal macro geometry parameter was verified by calculations of each gear in gear train, and the effect of micro geometry modification was also reflected in the analysis of load distribution and transmission error. As an important evaluation index of power transmission, the mechanical efficiency was calculated based on ISO standard.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1 Background 1
• 1.2 Research objective 2
• 2. Macro geometry optimal design 3
• 2.1 Macro geometry design 3
• 2.1.1 Concept design 3
• 2.1.2 Definition of teeth number 5
• 2.1.3 Specific sliding analysis and profile shift modification 7
• 2.1.4 Macro geometry design parameters 7
• 2.1.5 3D modeling and static analysis 8
• 2.2 Strength evaluation 8
• 2.3 Bearing life calculation 13
• 3. Design optimization by micro geometry modification 14
• 3.1 Description of micro geometry modification method 14
• 3.2 Micro geometry optimal design and results comparison 16
• 3.2.1 Micro geometry modifier of two stage gears 16
• 3.2.2 Results comparison of load distribution 19
• 3.2.3 Results comparison of transmission error 24
• 4. Efficiency analysis of gearbox 29
• 4.1 Efficiency calculating method and loss models 29
• 4.2 Efficiency analysis result comparison 30
• Conclusions 34
• References 35