하이포이드 기어의 국산화 개발을 위한 기어 신뢰성에 대한 실험적 연구

국문 초록 (Abstract)

기어는 동력을 전달 및 변속장치로서 거의 모든 산업 분야에 걸쳐 사용되고 있는 필수적인 기계장치이다. 현재 하이포이드 기어는 서로 맞물리는 기어의 중심축이 교차하는 교차축 기어 즉, 피니언과 기어의 Shaft Angle이 90˚이므로, 직각으로 동력 전달이 필요한 기계장치에 많이 활용된다. 스파이럴 베벨기어도 동일한 교차축 기어이지만, 하이포이드 기어의 편심적용으로 인하여 피니언의 중심이 낮아졌기 때문에 스파이럴 베벨기어보다 외형상 축소가 가능하여 공간상의 이점을 볼 수 있다. 이러한 이점으로 인하여 기계 및 자동차 산업에 많이 활용되고 있지만, 현재 국내에 하이포이드 기어를 전문적으로 제작하는 업체가 거의 없어 국내 제작에 어려움이 많은 실정이다. 하지만 최근에 하이포이드 기어의 제작 필요성이 대두되면서 기어 치형 설계에 대한 여러 연구가 이루어지고 있다. 많은 연구에도 불구하고 아직은 하이포이드 기어에 대한 국내의 설계 및 제작 기술력은 세계시장을 주도하는 미국의 “GAM”, 일본의 “스미토모”, “닛세이”, “쯔바키”, 독일의 “REXROTH”에 비하여 많이 취약한 실정이다. 따라서 하이포이드 기어 수명에 대한 신뢰성 또한 많이 뒤떨어지는 실정이다.
본 연구는 일본의 “스미토모”, “닛세이”의 하이포이드 기어를 신뢰성 시험 장치를 활용하여 정격 토르크에서의 내구성 시험 결과인 신뢰성 수명과 국산화 하이포이드 기어의 신뢰성 수명을 파악하여 비교 정리한 후, 정리한 내용을 시뮬레이션 프로그램인 KISSSOFT과 비교하여 하이포이드 기어 설계 시 수명에 대한 안전률 기준을 세운다. 또한, 하이포이드 기어를 연속으로 정, 역회전시키며 기동/정지 시에 모터에서 발생하는 정격 토르크 보다 높은 기동 토르크로 인한 충격하중을 활용하여 일본의 “스미토모”와 국산화 제품을 비교 테스트하여 파손 횟수를 정리하여, 그 시점을 비교, 분석하였다. 분석을 통하여 원인을 파악하며, 기어 작동 시 발생되는 문제점에 대한 해결방안을 제시한다.
본 연구의 내용을 통해서 하이포이드 기어를 현재의 국내 제작 상황에 맞게 적용하여 제작하면서, 현 시장을 주도하는 미국의 “GAM”, 일본의 “스미토모”, "닛세이", "쯔바키" 독일의 의 “REXROTH” 하이포이드 기어와 대등한 수명에
대한 신뢰성 확보에 유용하게 활용될 것을 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 4
• 1.3 연구 내용 5
• 제 2 장 이론적 배경 6
• 2.1 하이포이드 기어의 강도 6
• 2.1.1 면압 강도 8
• 2.1.2 굽힘 강도 11
• 2.2 침탄 열처리 13
• 2.2.1 고체 침탄 14
• 2.2.2 액체 침탄 15
• 2.2.3 가스 침탄 15
• 2.2.4 침탄 후의 열처리 17
• 2.3 경도 18
• 제 3 장 시험장비 & 시뮬레이션 프로그램 및 시험방법 20
• 3.1 시험장비 20
• 3.2 시뮬레이션 프로그램 26
• 3.3 시험 방법 28
• 3.3.1 신뢰성 시험방법 28
• 3.3.2 시뮬레이션 & 현품에 대한 기어 Data 비교 30
• 3.3.3 열처리 경도 측정 방법 33
• 제 4 장 시험 및 시험 결과 35
• 4.1 내구성 시험 35
• 4.2 기어 충격 시험 38
• 4.3 시험 결과 44
• 4.3.1 내구성 시험 결과 44
• 4.3.2 기어 충격 시험 결과 46
• 제 5 장 결론 53
• 참고 문헌 54