본 연구에서는 강도의 측면에서 인벌류트 원통치차의 설계 및 성능평가를 돕 기위하여 퍼스널컴퓨터 상에서 간편히 수행할 수 있는 치차의 강도평가 시스템을 개발 한다.즉, 원통치차의 굽힘강도 및 면압강도와 이들과 관련하여 기하학적인 형상, 재질, 운전상태, 신뢰성, 안전계수 등 강도에 영향을 미치는 거의 모든 인자를 일목요 연하게 평가하고 이들이 강도에 미치는 영향을 판단할 수 있는 치차의 강도평가 과정 을 하나의 시스템으로 구성함으로써 설계현장 등에서 간편히 이용할 수 있도록 하고 최종적으로 설계의 자동화를 이룰 수 있도록 한다.
본 연구에서는 두 치차사이의 접촉 문제를 해석하기 위하여 마찰을 고려한 수직 하중과 접선 하중이 동시에 작용하는 경우에서의 접촉 문제를 수식화하였다. 그리고 두개의 원통의 접촉으로 가정함이 없이 실제적인 인벌루우트 곡면간의 접촉 문제를 해석하기 위하여 유한 요소법을 사용하였으며 비선형 연립 방정식으로 수식화된 된 접촉 문제를 효과적으로 풀기 위하여 최적화 기법을 이용한 산법을 제시하였다. 이때 마찰을 고려한 치차의 접촉 문제 해석에 필요한 수직 압력 분포는 이 등에 의하여 이루어진 결과를 이용하였다. 제시한 산법에 의하여 마찰을 고려한 두 치차의 접촉 문제를 해석하여 치차 손상의 중요한 원인중의 하나인 피팅(pitting) 현상을 유발하는 실제적인 조건을 고려함으로써 자동화 및 정밀화 되어가는 기계의 중요한 부품으로서 치차의 정밀 설계를 하기 위한 정확한 자료를 제시하였다.
본 연구에서는 동력전달용 치차설계 전문가 시스템을 구축하기 위한 일단의 연구로서 먼저 동력전달용 치차의 치차파손의 원인과 대책의 진단을 위한 전문가 시스 템을 개발하였으며, 본 논문에서는 치차의 강도를 기준으로 삼아 원통치차를 설계할 수 있는 강도 기준 치차설계 전문가 시스템을 개발한다. 즉, 전문가 시스템은 치차 설계에 필요한 지식을 체계적으로 지식 베이스에 구축하며, 이를 이용하여 새로운 설 계안을 도출해 낼수 있는 추론엔진을 구성하고, 설계광정중에 변화하는 설계의 중간결 과 등을 저장하기 위한 임시작업영역을 기본요소로 구축한다. 또한 과거의 설계예를 데이터 베이스로 구축하여 설계시에 참조 할 수 있도록 하며, 새로운 치차의 설계뿐아 니라 설계되어 있는 치차의 강도평가도 할 수 있도록 한다. 전문가 시스템에 사용자 인터페이스, 설명기능, 지식획득기능 등을 추가함으로써 치차분야에 초심자라 할지라 도 개발된 전문가 시스템과의 문답식 대화를 통하여 손쉽게 치차를 설계할 수 있도록 한다.전문가 시스템을 기술하는 프로그램 언어는 PROLOG를 사용하여 퍼스널컴퓨 상 에서 구동될 수 있도록 하며, 강도평가시 많은 수치계산이 필요한 부분은 FORTRAN언어 를 사용하여 기술한 후 PROLOG와 연결(interface)함으로써 전체 전문가 시스템을 구축 한다.
본 연구에서는 동력전달용 인벌류우트 원통치차(스퍼어 및 헬리컬 기어)의 강 도 및 각종 영향인자를 충분히 고려하면서 크기를 최소로 하는 치차장치의 설계법을 개발하고, 이 설계법을 기본으로 하여 퍼스널 컴퓨터 상에서 누구나 손쉽게 설계에 이 용할 수 있는 설계 시스템을 개발하여 그 평가를 수행한다.
When designing a gear, designers determine basic dimensions of a gear with transmitted power considering strength, interference and so on. But, designers can not easily obtain the tooth profile generated by dimensions as well as the geometry of generating hob for cutting the tooth profile. In order to resolve these problems, an automatic design system creating not only the solid model of a gear but also that of the generating hob using the design parameters of dimensions is developed. Through the developed system, designers system, designers can improve the efficiency of design and satisfy the variable requirements of design as well. In this research, the three-dimensional solid models for spur and helical gears are generated considering the design parameters. Besides, those for generating hob regarding the design parameters of hob is created automatically. The system is developed by using Visual Basic and its three-dimensional geometric modeling module is constructed by using SolidWorks.
When designing a gear drive, designers should specify tolerances reasonably considering accuracy, cost, and manufacturing capability. In field design, however, designers mostly assign adequate tolerance without correlations between parts and assembly, resulting in iterative design dependent on experts know-how. In order to resolve this, the tolerance design system for a cylindrical gear drive is developed both to support tolerance design automation and to synthesize design processes of part and assembly tolerances. In this research, part tolerances are designed with the databases constructed by ISO, Ks, JIS and bearing catalogue, Assemble tolerance, that is, backlash tolerance is designed by synthesizing part design tolerances stochastically using the formulated assembly relations. This system can include part tolerance and fitting accuracy of shaft adn bearing in practical design. In addition, this system provides field-designers with a synthetic guideline for tolerance design of a gear drive.
관절 로보트를 위시한 각종 매니퓨레이터 장치의 관절 구동부는 모터와 감속기의 조합으로 구성되어 있다. 최근에는 감속기를 내재하지 않는, 직접구동 방식이 연구중이지만 모터는 고속회전율 시키는 것이 동력밀도가 크기 때문에 대부분 감속기를 사용하여 회전속도를 감속하고 토오크를 증대하여 매니퓨레이터를 구동시키고 있다. 본 연구에서는 내접 유성식 감속기의 국산화를 도모하기 위하여 원통형 핀을 내치차 치형으로 사용한 내접 유성식 감속기의 설계 기술을 개발하였다. 치형 수정계수를 도입하여 수정계수 변화에 대한 치형의 변화와 접촉 하중 및 응력의 변화를 검토하고 로오크 전달시 기구에 작용되는 하중을 해석하여 내접 유성식 감속기의 설계 기법을 제시하였다.
터빈 익렬, 펌프 익차, 원형 냉각탑, 치차 등과 같이 동일한 형상이 원주 방향으로 반복되어 있는 순환 대칭 구조물의 진동특성을 유한 요소법을 사용하여 해석하는 경우에 전체구조를 모델링하는 대신에 구조물을 동일한 형상의 부분구조로 분할하여 부분구조 한개만을 모델링하고 분할된 경계에서 적절한 경계조건을 부과하여 진동해석을 수행함으로서 컴퓨터 기억용량을 절감시키고 계산시간을 단축할 수 있는 방법이 널리 사용되고 있다. Orris and Petyt[1]는 부분구조의 양쪽 분할 경계면, 즉 연결 경계상에 있는 절점변위의 상관관계를 복소파동전파식을 이용해서 구하여 부분구조의 감소된 복소강성행렬 및 질량행렬을 만들고 실수부와 허수부를 분리하여 유한요소해석을 수행하는 방법을 제안하였다. 유한요소 프로그램 ANSYS[2]에서는 이와 같은 방법을 사용하고 있다. Thomas[3]는 순회 정규모드를 이용하였고, 참고문헌[4]에서는 순회행렬을 이용하였다. 또한 유한요소 프로그램 MSC/NASTRAN[5]에서는 푸리에 급수를 이용하고 유한요소 절점의 위치 및 변위를 원통 좌표계를 표현하여 순환대칭구조물의 유한요소해석을 수행할 수 있도록 되어있다. 본 논문에서는 순환 대칭구조물의 형상의 주기성과 순환성을 고려하여 이산퓨리에 변환을 이용함으로써 순환대칭구조물의 유한요소진동해석을 체계적으로 저용량의 컴퓨터에서 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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