카본/에폭시 복합재로 제작된 수송기계용 추진축의 진동특성에 관한 연구

A study on the vibration characteristics of carbon/epoxy propeller shaft

복합재료로 제작이 되는 수송기계용 추진축은 진동, 소음, 중량 등을 감소시킬 수 있는 장점을 가진다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 카본/에폭시 복합재료로 구성된 추진축을 설계하였으며 필라멘트 와인딩 방법을 사용하여 시험용 시편을 제작하였다. 유한요소법을 이용한 추진축의 설계 방법의 정확성을 확인하고자 FFT 해석기와 충격해머를 이용한 고유진동수 측정시험과 임계회전속도 측정 실험 장비를 이용한 임계회전속도 측정시험을 수행하였다. 해석결과와 시험결과를 비교하였을 때 오차율은 3.4%이하로 해석결과의 신뢰성을 확인하였다. 이러한 FEM 설계방법을 이용하여 추진 축의 진동 및 강도특성에 영향을 미치는 요인들에 대한 연구를 수행하였다 여러 요인들 중 중량의 증가 없이 고유진동수 변화에 가장 큰 영향을 미치는 것은 와인딩 각도임을 확인하였다.

Composite propeller shafts for a vehicle have major advantages such as reduction of vibration, noise, and weight. A propeller shaft was designed with a carbon/epoxy composite material using the finite element method(FEM), and prototype shafts for tests were manufactured by the filament winding manufacturing process. In order to verify the design procedure by FEM, Two kinds of experimental tests were carried out using a FFT analyzer with impact hammers and a critical speed measuring apparatus for measurement of natural frequencies and critical speeds. The difference between the FEM analysis result and the test result was less than 3.4%, showing FEM analysis results to be acceptable. The parametric study was focused on determining the factor affecting the vibration and strength characteristics of the propeller shaft based on FEM. In investigation of the change in natural frequency without an increase in propeller shaft weight, it was found that the winding angle is the most significant factor affecting the vibration and strength characteristics.