GearFlexiblePlateAssembly , 최적설계 해석 수명 ... · - 2 - [ 9 ]별지 제 호 서식...

최적설계최적설계최적설계최적설계Gear Flexible Plate Assembly ,Gear Flexible Plate Assembly ,Gear Flexible Plate Assembly ,Gear Flexible Plate Assembly ,

해석 수명시험 및 평가 기술 지원해석 수명시험 및 평가 기술 지원해석 수명시험 및 평가 기술 지원해석 수명시험 및 평가 기술 지원,,,,

2006. 5. 312006. 5. 312006. 5. 312006. 5. 31

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식별지 제 호 서식[ 9 ][ 9 ][ 9 ][ 9 ]

관리번호관리번호관리번호관리번호::::

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명최적설계 해석 수명시험 및 평가 기술Gear Flexible Plate Assembly , ,

지원

지원책임자소속 한 국 기 계 연 구 원:

성명 이 근 호:지원기간

부터2005 . 04. 15 .

까지2006 . 04. 14 .

사업비 규모

총 백만원184

지원기관의

참여연구원

김 도 식

임 종 광정 부 출 연 금 :

기업부담금현금 :

현물 :

백만원92

백만원55.2

백만원36.8

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업18ㆍ

수행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부첨 부 기술지원성과보고서 부: 5: 5: 5: 5

년 월 일년 월 일년 월 일년 월 일2006 04 312006 04 312006 04 312006 04 31

작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자작성자 지 원 책 임 자( ) :( ) :( ) :( ) : 이 근 호이 근 호이 근 호이 근 호

지원기관장 한국기계연구원장지원기관장 한국기계연구원장지원기관장 한국기계연구원장지원기관장 한국기계연구원장( ) :( ) :( ) :( ) : 박 화 영박 화 영박 화 영박 화 영

확인자 지원기업 대표확인자 지원기업 대표확인자 지원기업 대표확인자 지원기업 대표( ) :( ) :( ) :( ) : 김 정 한김 정 한김 정 한김 정 한

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 최적설계 해석 수명시험 및 평가 기“Gear Flexible Plate Assembly , ,

술 지원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제”( : 2005. 4. 15 ~ 2006. 4. 14)

출합니다.

2006. 05. 31.2006. 05. 31.2006. 05. 31.2006. 05. 31.

지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::

대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )

지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주지원기업 벤다 선광 공업 주: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 김 정 한대표자 김 정 한대표자 김 정 한대표자 김 정 한( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 이 근 호이 근 호이 근 호이 근 호::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 김 도 식김 도 식김 도 식김 도 식::::

″″″″ 임 종 광임 종 광임 종 광임 종 광::::

- 4 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 2005. 4. 15 ~ 2006. 4. 14

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명최적설계 해석 수명시험 및 평가 기술Gear Flexible Plate Assembly , ,

지원

지원책임자 이 근 호 지원연구원수

총 명: 2

내부 명: 2

외부 명: 0

총

사업비

정부:

기업:

계:

천원92,000

천원92,000

천원184,000

지원기관명 한국기계연구원 소속부서명 기계시스템 신뢰성 연구센터

지원기업 기업명 벤다 선광공업 주: ( ) 기술책임자 유 범 권:

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수

최적화 설계 기술로 설계변수 최적화 기술을Gear Flexible Plate Assembly Parameter

지원하였고 의 차원 를 이용한 기술과 및, Gear Flexible Plate 3 CAD Modeling Stress

해석기술을 지원하였다 또한 의 성능 및Stiffness FEM . Gear Flexible Plate Assembly

내구 시험 장비 구축 기술로 수명시험 및 평가 기술을 지원하였다.

색 인 어

각 개 이상( 5 )

한 글 플렉시블 플레이트 링기어 설계변수 내구수명1. 2. 3. 4.

영 어1. Flexible Plate 2. Ring Gear 3. Design Parameter 4.

Durability Life

- 5 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

최적설계 해석 수명시험 및 평가 기반의 확보를Gar Flexible Plate Assembly , ,

위한 기슬 지원

최적화 설계 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly•

설계변수 최적화 기술 지원- Parameter

해석 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly FEA•

기술- 3D Modeling

및 해석기술 지원- Stress Stiffness FEM

수명시험 및 평가 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly•

신뢰 수명 추정 기술 지원-

내구 수명 개발 기술 지원- Code

성능 및 내구 시험 장비 구축 기술 지원-

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

최적화 설계 기술o Gear Flexible Plate Assembly ;

경량화 저진동 특성 고려 설계변수 최적화- , Parameter

해석 기술o Gear Flexible Plate Assembly FEA

- 3D Modeling


수명시험 및 평가 기술o Gear Flexible Plate Assembly



성능 및 내구 시험 장비 구축 기술-

- 6 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

평가항목평가기준

비고기술지원前 기술지원後

및 해석Simulation 해외기술 적용 국내기술 확보및 해석Simulation

결과물(KIMM)

정밀도Gear 등급ISO 10 등급ISO 10정밀도측정

성적서발행기관( )

최소 적용 Web

thickness23.5 ㎜ 18 ㎜ Simulation(KIMM)

적용엔진 토크 8.9 kgf.m 11.2 kgf.m 토크측정(KIMM)

최대 적용동력 72 HP 86HP 측정 성적서발행기관(

신뢰수준 미고려 이상90% 시험 계산Code (KIMM)

내구수명엔진 만10 Km

등가

엔진 만16 Km

등가 B10 수명

수명시험방법개발

(KIMM)

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 자동차용: Gear Flexible Plate○

모 델 명 엔진용: Lambda Gear Flexible Plate○

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 100 % 130 % 130 %

경쟁제품 대비 가격 110 % 110 % 110 %

- 7 -

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년5 / ( %)

인건비 절감 백만원 년30 / ( %)

계 백만원 년35 / ( %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수 백만원 년4363 / 백만원 년7419 / 170 %

수 출 천달러 년3195 / 천달러 년3292 / 103 %

계 백만원 년7389 / 백만원 년10538 / 142.6 %

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

의 설계변수 최적화 기술 확보- Gear Flexible Plate Assembly Parameter

및 의 기술 및 해석기술 확- Gear Flexible Plate Assembly 3D Modeling FEM

보

의 내구시험 및 평가 기술 확보- Gear Flexible Plate Assembly

의 성능 및 내구 시험 장비 구축- Gear Flexible Plate Assembly

- 8 -

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

현재 개발된 모델의 설계 및 생산기술 향상을- Gear Flexible Plate Assembly

위한 원천기술 확보

현재 양산 중인 제품의 자체 시험 및 평가 기술 확보-

신규 차량 개발시 적용을 위한 새로운 제품 개발 시 원천 기술로 활용-

신기술을 적용한 원천 기술로 국제 경쟁력을 확보-

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

- 9 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건14 해석 및 강도해석 프로그램 등의 지원FEM ,

시제품제작 건2 플렉스 홀 형상 변경 건2

양산화개발 건1 그랜져 양산모델 적용TG

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건4 의 내구시험Gear Flexible Plate

수출 및 해외바이어발굴 건2 시험 분석 내사 상담SUZUKI , Peugeot

교육훈련 건2 해석FEM

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

지원기업 방문회수 건12해석 협의 및 교육 시험장비Gear flexible Plate ,

협의 및 시운전 관련

기 타 건

종합 의견종합 의견종합 의견종합 의견7.7.7.7.

최적화 설계 기술로 설계변수 최적화Gear Flexible Plate Assembly Parameter

기술을 지원하였고 의 차원 를 이용한 기술, Gear Flexible Plate 3 CAD Modeling

과 및 해석기술을 지원하였다 또한Stress Stiffness FEM . Gear Flexible Plate

의 성능 및 내구 시험 장비 구축 기술로 수명시험 및 평가 기술을 지Assembly

원하였다.

- 10 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

논문게재 세부사항

(9)게재년도

(10)논문명

저자(11)

(12)학술지명

(13)Vol.(No.)

(14)국내외구분

(15)SCI구분

주저자 교신 저자 공동 저자

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우○

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

등록된 특허의 경우○

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

- 11 -

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

사업화 세부사항

사업화(9)

명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11) (12)

기 매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액 합계

백만원( )업체명 대표자 종업원수

사업화

형태

스즈키 개발 청도벤다야시로

유끼오170 상품화 0

람다 양산 벤다선광 김정한 150 상품화 0 7389 7389

고용창출효과고용창출효과고용창출효과고용창출효과□□□□

고용창출 세부사항

(9)

창업

명( )

(10)

사업체 확장

명( )

(11)

합계

명( )

연구소 9 10

- 12 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 121. : 121. : 121. : 12

No 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005/07/21 설계 협의Gear Flexible Plate FEM

출장 목록 참조

2 2005/09/13및 해석Gear Flexible Plate FEM modeling

기술 교육 지원

3 2005/10/18 해석 협의Gear Flexible Plate FEM

4 2005/11/03 작동 해석 협의Gear Flexible Plate

5 2005/11/11람다엔진 드라이브 플레이트 해석 및FEM

형상 특성화 협의

6 2005/12/12 착화시험기 시운전 시험

7 2005/12/20 착화시험기 시운전 관련

8 2006/01/05 착화시험기 시운전 시험

9 2006/02/14 드라이브플레이트 복합시험기 회로검토

10 2006/03/02드라이브 플레이트 해석 및 형상특성FEM

협의

11 2006/03/28착화시험기 고정 수정설계 및 제작Fixture

협의

12 2006/04/27 시험 및 보고서 관련Gear Flexible Plate

- 13 -

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건2. : 142. : 142. : 142. : 14

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005.08.08 피로시험 관련 기술정보 제공

송수신E-mail

목록 참조

2 2005.09.08 기존 해석 결과 판독 기술FEM

3 2005.09.13및Gear Flexible Plate FEM modeling

해석 기술 교육 지원

4 2005.09.22 엔진용 해석Lambda Gear Flexible Plate

5 2005.10.05 엔진용 해석SUZUKI Gear Flexible Plate

6 2005.10.19 형상변경 모델 해석 지원

7 2005.10.27 엔진 착화시험 제어용 프로그램 지원

8 2005.11.11엔진용 해석Lambda Gear Flexible Plate

교육

9 2005.12.12 차 해석 기술 정보 제공1 FEM

10 2005.12.13 기어 강도 해석 프로그램 제공

11 2006.02.20 기어 및 피니언 강도 해석

12 2006.02.27 엔진부하 산출 적용식 제공

13 2005.03.24 차 해석 툴 사용법 교육2 FEM

14 2006.05.30 시험기 제어용 프로그램 보완 업그레이드

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건3. : 23. : 23. : 23. : 2


1 06.1.10 플렉스 홀 형상 변경 장 절 항 참조3 1 3

2 06.1.20 플렉스 홀 형상 변경 장 절 항 참조3 1 3

- 14 -

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건4. : 44. : 44. : 44. : 4


1 월 일2 4 스핀 버스트 시험 부록 참조0

2 월 일2 14 로타리벤딩 시험 부록 참조0

3 월 일3 11 엑시얼 토션 시험& 부록 참조0

4 월 일3 18 착화시험 부록 참조0

기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건기술지원실적 업로드 건5. :5. :5. :5. :


- 15 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

최적화 설계 기술최적화 설계 기술최적화 설계 기술최적화 설계 기술1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly

의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술2. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 3

의 해석 기술의 해석 기술의 해석 기술의 해석 기술3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM

수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술4.4.4.4.

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원 일정기술지원 일정기술지원 일정기술지원 일정1.1.1.1.

기술지원 활동기술지원 활동기술지원 활동기술지원 활동2.2.2.2.

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

- 16 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

기술지원 요청기업인 벤다선광공업에서는 의 구성요소인 와Flywheel Ring Gear

를 생산하고 있다 와Flexible Plate Assembly . Ring Gear Flexible Plate Assembly

는 완성된 차량마다 개씩 장착된 기능 부품으로서 시동 모터에 의해 엔진을 시동1

하는 역할과 엔진의 회전속도 로부터 연료 분사시기를 조정하는(RPM) CPS Wheel

로 구성되어 있으며 와 를Ring Gear Flexible Plate CO2용접하는 방법 일체형 단조,

에 의해 제작 생산되고 있다 현재 생산중인 제품은 기존 생산 공법에 따라, . Ring

와 를Gear Flexible Plate CO2용접하여 생산하고 있으나 이러한 기존 공법은 이미

중국에서 양산을 시작하였고 국제적인 경쟁력을 갖기 위해서는 최적설계 및,

등 생산 공정 개선에 의한 신규 공법으로 전환하는 신기술의 축적이 절실Forming

히 요구되고 있다.

이에 따른 원척설계의 기반이 되는 설계에 대한 최적화 및 해석 그리고 시험 및 평

가 기술의 적용이 요구되나 중소기업인 당사에서는 외국회사 및 완성차업체에 전적

으로 의존하는 실정이므로 기술 기반 구축을 통한 독립을 위하여 기술지원이 필요

하다.

- 17 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

최적설계 해석 수명시험 및 평가 기반의 확보를Gear Flexible Plate Assembly , ,

위한 기술 지원 목표는

최적화 설계 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly•

설계변수 최적화 기술 지원- Parameter

해석 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly FEA•

기술- 3D Modeling


수명시험 및 평가 기술 지원Gear Flexible Plate Assembly•



성능 및 내구 시험 장비 구축 기술 지원-

등으로 의 최적화 설계 기술과 해석 기술 수명Gear Flexible Plate Assembly FEA ,

시험 및 평가 등의 기술의 지원을 목표로 한다.

- 18 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

기술 선진국의 의 전문생산업체는 각 나라별로 전문Gear Flexible Plate Assembly

화되어 완성차량 업체에 부품을 독점적으로 공급하고 있는데 영국의 로이드사 프,

랑스의 드포르네사 및 일본의 벤다사 등의 유명업체가 있다 국내에서는 대략 개. 3

사 정도가 를 제조 양산하고 있는데 이중 한 개 회사Gear Flexible Plate Assembly

는 최근에 도산하였고 다른 한 회사는 만성 적자에 인수 합병이 이루어졌다 또한.

중국과 인도에서도 저가형 제품을 생산하고 있어 가격경쟁에 있어서 국내에 비해

유리한 조건을 갖고 있다.

선진업체에서는 관련 핵심부품의 최적화 설계는 물론 내구수명을 확보하기 위한 각

종 시험 및 해석을 수행하여 신뢰도 높은 제품을 개발 판매하고 있으며 필수적으로

수행되는 해석으로는 및 해석 등이 있으며 각종 시험3D Modeling, FEM Dynamic

평가를 수행하여 수명추정을 통한 높은 수준의 성능 및 내구수명을 보장 하고 있

다 따라서 가격 경쟁 보다는 기술력을 확보하는 것이 세계적인 추세이다. .

- 19 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행1111

최적화 설계 기술최적화 설계 기술최적화 설계 기술최적화 설계 기술1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly1. Gear Flexible Plate Assembly

가 평기어 기준 최적 설계 등급 기준가 평기어 기준 최적 설계 등급 기준가 평기어 기준 최적 설계 등급 기준가 평기어 기준 최적 설계 등급 기준. : ISO6336 (ISO12 ). : ISO6336 (ISO12 ). : ISO6336 (ISO12 ). : ISO6336 (ISO12 )

에 의한 강도계산에 의한 강도계산에 의한 강도계산에 의한 강도계산(1) ISO 6336(1) ISO 6336(1) ISO 6336(1) ISO 6336

동력 전달용 기어의 강도설계는 이뿌리의 굽힘 강도 이 접촉면의 피로 강도, (tooth)

등에 대하여 검토한다 검토 항목에 대한 계산결과 중 최소의 허용하중으로 전달마.

력을 결정한다 초기의 기어 강도계산은 제대로 확립된 규격이 없었기 때문에 기어.

분야의 전문가들에 의하여 개념이 확립된 기어 강도에 대한 공식에 주로 의지하였

다 이러한 공식에는 식 식 등이 있다 식은 전달 토크에. Lewis , Niemann . Lewis

의한 모든 하중이 이 끝에 작용한다고 가정한다면 식은 수직응력과 동시, Niemann

에 전단응력도 고려하여야 한다고 가정한 식이다 이러한 식들은 현재 많이 사용되.

고 있는 각종의 규격의 기본이 되었다 스퍼기어와 헬리컬기어 강도 설계와 관련하.

여 일반적으로 많이 쓰이는 규격에는 AGMA 2001, DIN 3990, BS 436, JGMA 401

등이 있으며 그 외에 의 분과 위원회에서 제정되어 년에 정식 표ISO TC 60 1996

준으로 공표 된 규격이 있다ISO 6336 .

의 스퍼기어 및 헬리컬 기어의 강도계산을 위한 규격인ISO ISO 6336 (Calculation

은 일반 산업용 고속기어 자동차용of load capacity of spur and helical gears) , ,

기어와 선박용기어 등의 산업전반에 걸쳐 여러 응용분야에 사용되는 기어에 대한

강도계산이 가능하다 또한 굽힘강도와 면압강도를 평가하기 위한 규격식은. ISO

에 정의된 기준 랙에 의해 창성되는 내접 외접 원통치차에 대해 적용이 가ISO 53 ,

능하며 다른 형태의 랙에 대하여는 정면 물림률 이 이(transverse contact ratio) 2.5

하일 때에만 적용이 가능하다 다음은 의 개의 파트를 나타낸다. ISO 6336 5 .

- 20 -

Part 1: Basic principles, introduction and general influence factors

Part 2: Calculation of surface durability(Pitting)

Part 3: Calculation of tooth bending strength

Part 4: Strength and quality of materials

Part 5: Calculation of service life under variable load

에 의한 기어의 굽힘강도계산을 위한 공칭 이뿌리응력ISO6336 (σ FO Nominal tooth

과 허용굽힘응력root stress) (σ FP 그리고 최대굽힘Permissible tooth root stress) ,

응력(σ F 과 허용굽힘응력의 관계는 식 으로 표시된Tooth root stress) (1), (2), (3)

다.

Ft : Nominal tangential load

b : Facewidth

mn : Normal module

YF : Tooth form factor

YS : Stress correction factor

Yβ : Helix angle factor

- 21 -

σFlim : Nominal stress number

YST : Stress correction factor

YNT : Life factor

SFlim : Safety factor

Y relTδ : relative notch sensitivity factor

YRrelT : relative surface factor

YX : Size factor

KA : Application factor

KV : Dynamic factor

KFβ : Face load factor

KFα : Transverse load factor

을 사용하여 기어의 접촉응력계산을 위한 물림피치원주상의 공칭접촉응력ISO6336

(σHO 과 허용접촉응력, Nominal contact stress) (σHP 그, Allowable contact stress),

리고 최대접촉응력(σH 과 허용접촉응력의 관계는 식, Contact stress) (4), (5), (6)

으로 표시된다.

- 22 -

ZH : Zone factor for contact stress

ZE : Elasticity factor for contact stress

Zε : Contact ratio factor for contact stress

Zβ: Helix angle factor for contact stress

dl : Reference diameter of pinion or gear

u : Gear ratio

σHlim : Allowable contact stress number

ZNT : Life factor for contact stress

SHlim : Safety factor for contact stress

ZL : Lubricant factor for contact stress

ZR Roughness factor for contact stress

ZW : Work hardening factor for contact stress

ZX : Size factor for contact stress

ZB : Single pair tooth contact factor

KA : Application factor

KV : Dynamic factor

KFβ : Face load factor

- 23 -

KFα : Transverse load factor

위의 을 이용하여 계산하기 위한 기어의 제원은 에서 설명하ISO 6336 Table. 1.1.1

고 있다 계산에 사용된 감속기는 단 기어열로서 단에서는 약 의 감속비를. 1 1 13.3:1

가진다.

실제기어의 제원실제기어의 제원실제기어의 제원실제기어의 제원Table. 1.1.1Table. 1.1.1Table. 1.1.1Table. 1.1.1

기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발(2)(2)(2)(2)

의 중요한 기능중의 하나를 수행하는 는Gear Flexible Plate Ring Gear Start motor

의 피니언과 맞물려 시동을 걸도록 크랭크샤프트를 회전시켜준다 이때. Ring Gear

의 이는 정밀하지는 않으나 강한 강도와 내구를 요구한다 따라서 이를 설계하기.

위한 프로그램을 만들어 효율적인 의 최적설계를 할 수 있도록 지원하였Ring Gear

다.

의 강도 계산을 위해서 규격의 설계이론을 근간으로 이용한다Ring Gear ISO 6336 .

규격을 이용하여 강도계산을 할 때에는 여러 가지 계수를 고려하여 사용ISO 6336

한다 여러 계수들은 모듈 압력각 물림율과 같은 기어의 기본 제원 뿐만 아니라. , , ,

기어의 정밀도와 물림오차 치면의 가공 상태에 따라 결정된다.

- 24 -

계수는 계산식에 의해 계산되거나 그래프를 읽음으로서 결정할 수 있다 그러나 결.

정시 여러 운전조건이나 하중조건에 따라 그 계산식은 달라지고 또 매우 복잡하게,

구성되어 있다 따라서 기어의 강도 계산은 시간이 많이 걸리고 정확히 계산하는데.

어려움이 있다 이러한 이유에서 프로그램을 개발하여 효율적인 기어의 설계를 하.

고자 하였다 기어의 강도 계산을 위한 알고리즘은 와 같다. Fig. 1.1.1 .

계산 알고리즘계산 알고리즘계산 알고리즘계산 알고리즘Fig. 1.1.1 ISO 6336Fig. 1.1.1 ISO 6336Fig. 1.1.1 ISO 6336Fig. 1.1.1 ISO 6336

기어 강도 계산 프로그램에 입력되는 값들은 기어의 치형을 만들 수 있는 기어의

잇수 모듈 압력각 치폭 중심거리 그리고 전위계수 등이 입력된다 전위 계수의, , , , , .

입력은 감속 및 증속 기어쌍에 대한 원통기어 이의 전위계수에 대한 규격인 ISO

에 의해 이루어진다 또한 치면 거칠기와 원통기어의 정밀도에 관한 규격TR 4467 .

인 에 준하여 기어의 정밀도 등급을 결정한다ISO 1328 .

정밀도 등급은 잇줄오차와 피치오차 등에 의해 결정된다 초기 등가 편차는 피니언.

과 기어의 변위 및 제조오차와 변형량의 합의 절대값을 고려한다 기어의 재질은.

대한 정보는 에 준하여 결정이 되고 재질은 특성은 경도와 열처리 조ISO 6336-5 ,

건을 고려한다 윤활유에 대한 정보는 섭씨 도에서의 점도를 고려한다. 50 .

- 25 -

사용조건에 대한 입력값은 하중 싸이클 동력 및 회전속도 그리고 운전 조건을 입, ,

력한다 하중 싸이클은 사용 수명에 대하여 고려하는 것이고 동력 및 회전 속도는. ,

기어박스의 전달 동력에 대한 정보를 입력하게 된다 운전 조건은 피니언과 기어의.

맞물릴 때의 상태를 고려한다 입력값을 나타내는 창은 에 보인다. Fig. 1.1.2 .

초기 입력 창초기 입력 창초기 입력 창초기 입력 창Fig. 1.1.2Fig. 1.1.2Fig. 1.1.2Fig. 1.1.2

초기 입력 창은 잇수와 모듈과 같은 기어의 기본 데이터와 회전속도와 동력과 같은

사용 조건에 관한 데이터를 입력한다 여러 계수들의 계산을 위한 입력값에 대한.

창은 과 같다Fig. 1.1.3 .

계수 계산을 위한 입력 창에서는 전위 계수 운전 조건 초기 등가 편차 치면 거칠, , ,

기 정보 재질의 종류 및 경도를 입력한다 중심거리는 전위계수를 입력하게, Rack , .

되면 자동으로 계산된다 운전 조건은 피니언과 기어를 구분하여 입력하고 초기 등. ,

가편차의 입력을 통해서 치형 오차 및 피치 오차를 계산하게 된다 치면의 거칠기.

는 에 준하여 입력한다 정보는 언더컷의 유무에 의해 서로 다른 계ISO 468 . Rack

산식에 의해 계산된다 또한 재질의 선택을 통해서 표면 경도 및 면압강도와 굽힘.

강도에 대한 허용 응력을 결정한다.

- 26 -

여러 계수들의 결정을 위한 입력 창여러 계수들의 결정을 위한 입력 창여러 계수들의 결정을 위한 입력 창여러 계수들의 결정을 위한 입력 창Fig. 1.1.3Fig. 1.1.3Fig. 1.1.3Fig. 1.1.3

에 의한 전위 계수의 결정은 잇수에 따른 적절한 값을 알려주고 동일한 굽ISO ,λ

힘응력에 대한 전위계수 동일한 마모에 의한 전위계수 그리고 일정한 물림율에 의, ,

한 전위계수를 선택할 수 있다 전위계수를 미리 알고 있거나 방법이 외의 경. , ISO

우에 대해서도 입력할 수 있다 전위계수의 입력 창은 와 같다. Fig. 1.1.4 .

- 27 -

전위 계수 입력 창전위 계수 입력 창전위 계수 입력 창전위 계수 입력 창Fig. 1.1.4Fig. 1.1.4Fig. 1.1.4Fig. 1.1.4

정보에 관한 입력은 언더컷이 없는 경우 원통 기어의 기준 디덴덤과 기Rack Rack

준 이뿌리 반경에 대해 입력한다 운전 조건에 대한 입력은 구동 기어와 피동Rack .

기어사이의 관계에 의해서 결정되고 재질의 종류는 합금강 주철 탄소강 등을 결, , ,

정할 수 있다 는 운전조건 입력 창을 은 정보 입력창을. Fig. 1.1.5 , Fig. 1.1.6 Rack ,

은 재질의 종류 입력 창을 각각 나타낸다Fig. 1.1.7 .

운전조건 입력 창운전조건 입력 창운전조건 입력 창운전조건 입력 창Fig. 1.1.5Fig. 1.1.5Fig. 1.1.5Fig. 1.1.5

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정보 입력 창정보 입력 창정보 입력 창정보 입력 창Fig. 1.1.6 RackFig. 1.1.6 RackFig. 1.1.6 RackFig. 1.1.6 Rack

재질의 종류 입력 창재질의 종류 입력 창재질의 종류 입력 창재질의 종류 입력 창Fig. 1.1.7Fig. 1.1.7Fig. 1.1.7Fig. 1.1.7

여러 계수들의 계산결과는 에 나타난다 굽힘강도와 면압강도에 대해서Fig. 1.1.8 .

모두 고려되는 과부하 계수 동적 계수 계수 계수를, , face load , Transverse load

계산결과를 보여준다 또한 굽힘강도의 평가를 위한 치형 계수 응력 집중 계수 헬. , ,

릭스 각 계수 수명 계수 상대 노치 민감도 계수 상대 치면 계수 크기 계수를 결, , , ,

정하고 면압강도의 평가를 위한 계수 접촉 계수 탄성 계수 물림율 계, zone , STP , ,

수 헬릭스 각 계수 수명 계수 윤활 계수 속도 계수 거칠기 계수 경도 계수 그, , , , , , ,

리고 크기 계수를 결정한다.

- 29 -

여기서 헬릭스 각 계수 수명계수 그리고 크기 계수는 면압강도와 굽힘강도에서 모, ,

두 고려하지만 기어의 회전수와 크기에 따라 달라지므로 서로 다른 값으로 계산되

어 진다.

의 계산 결과의 계산 결과의 계산 결과의 계산 결과Fig. 1.1.8 Derating factorFig. 1.1.8 Derating factorFig. 1.1.8 Derating factorFig. 1.1.8 Derating factor

마지막으로 결과는 기어와 피니언에 대해서 면압강도와 굽힘강도에 대한 안전계수

를 계산한다 이 결과로부터 설계된 기어가 운전 조건하에서 문제가 없는지를 판단.

하게 된다 또한 피치원 직경 이뿌리원 직경 기초원 직경 이끝원 직경 등 기어의. , , ,

제원에 관한 결과를 얻을 수 있다 모든 계산 결과는 로 저장된다. Excel . Fig. 1.1.9

는 최종 계산 결과를 보여준다.

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계산 결과 창계산 결과 창계산 결과 창계산 결과 창Fig. 1.1.9Fig. 1.1.9Fig. 1.1.9Fig. 1.1.9

기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발기어 강도 계산 프로그램 개발(3)(3)(3)(3)

앞서 언급한 기어 제원을 적용하여 를 통해 기어 이의 강도평가를 하였다CADOR .

는 을 기반으로 기어 이의 설계와 피팅 및 굽힘에 대한 강도 계산CADOR ISO6336

을 위한 상용 소프트웨어이다 먼저 위의 제원을 가지고 를 이용하여 치형. CADOR

을 생성하였다 기어 이를 생성할 때 기어 재료의 열처리 조건과 가공방법을 함께.

입력한다 치형의 생성은 에서 보여주고 있다. Fig. 1.1.10 .

- 31 -

에 의해 생성된 기어 치형에 의해 생성된 기어 치형에 의해 생성된 기어 치형에 의해 생성된 기어 치형Fig. 1.1.10 CADORFig. 1.1.10 CADORFig. 1.1.10 CADORFig. 1.1.10 CADOR

과 같이 생성된 피니언과 기어에 대한 개의 치형을 기어물림을 통해서Fig. 1.1.10 2

작동 조건에서 피팅 및 굽힘에 대한 강도를 계산한다 이 과정에서 피니언과 기어.

사이의 중심거리가 계산된다 그러나 피니언의 잇수가 매우 작기 때문에 언더컷의.

영향이 있을수 있으므로 중심거리를 증가시켜 계산한다 에서 요구하는 강, . ISO6336

도계수의 결정을 통해서 피팅 및 굽힘강도를 계산하다 피팅 및 굽힘 강도는 작동.

조건에 따라 안전계수를 결정해 준다 작동 조건을 입력하여 계산된 기어쌍의 형태.

는 에서 보여주고 있다Fig. 1.1.11 .

- 32 -

감속기 기어열의 단에서의 물림 해석감속기 기어열의 단에서의 물림 해석감속기 기어열의 단에서의 물림 해석감속기 기어열의 단에서의 물림 해석Fig. 1.1.11 1Fig. 1.1.11 1Fig. 1.1.11 1Fig. 1.1.11 1

에서 지원하는 결과 시트를 통해서 입력된 기어 제원과 전달된 토크 및 축CADOR

하중과 접선하중을 확일할 수 있다 그리고 동력 관점에서의 안전계수와 응력관점.

에서의 안전계수 역시 확인할 수 있다 와 은 결과 시트를. Fig. 1.1.12 Fig. 1.1.13

보여주는 것이다.

- 33 -

에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트Fig. 1.1.12 CADOR (1)Fig. 1.1.12 CADOR (1)Fig. 1.1.12 CADOR (1)Fig. 1.1.12 CADOR (1)

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에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트에서 지원하는 결과 시트Fig. 1.1.13 CADOR (2)Fig. 1.1.13 CADOR (2)Fig. 1.1.13 CADOR (2)Fig. 1.1.13 CADOR (2)

로부터 얻어진 결과의 정리로부터 얻어진 결과의 정리로부터 얻어진 결과의 정리로부터 얻어진 결과의 정리Table. 1.1.2 CADORTable. 1.1.2 CADORTable. 1.1.2 CADORTable. 1.1.2 CADOR

결과 시트에 표시되어 있는 부분은 로 계산하여 얻은 안전계수의 값을 표시CADOR

하고 있는 것이다 을 기준으로 로부터 얻어진 기어 이의 굽힘강도. 1506336 CADOR

및 면압강도에 대한 결과를 정리하면 와 같다Table. 1.1.2 .

- 35 -

위의 표는 동력이 이고 회전속도가 에서 얻어진 값이다 재질은1.61HP 2000rpm .

로 하였다 축방향 힘과 접선방향 힘을 확인할 수 있으며 굽힘강도와 면압강S45C . ,

도에 대하여 전달된 동력 및 토크와 동력과 응력에 대한 안전계수를 확인할 수 있

다 기어의 사용빈도가 적으므로 면압강도는 거의 고려하지 않는다. , .

의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술의 차원 모델링 기술2. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 32. Gear Flexible Plate Assembly 3

컴퓨터를 이용한 하드웨어제품 및 장치의 설계를 효율적으로 행하는 것은 제품의

성능 생산원가 개발기간 등에 지대한 영향을 미치는 핵심작업으로서 기업의 경쟁, ,

력을 좌우하는 주요 업무이다 따라서 설계 작업을 효율적으로 하기 위해서. CAD

가 개발되어 왔으며 최근의 비약적인 성능의 향상에 발맞춰 도S/W , PC CAD S/W

발전해왔다 가장 두드러진 발전 방향은 이전의 가 차원 도면을 바탕으로 한. CAD 2

설계기법을 이용한 반면 최근의 는 차원 모델링 기법을 바탕으로 하는 것이CAD 3

다.

차원 모델링 기법을 바탕으로 하는 의 가장 큰 장점은 제품의 형상을 실제의3 CAD

형상을 보듯이 관찰하면서 설계를 할 수 있다는 것이며 이를 바탕으로 차원 도면, 2

을 쉽고 빠르게 그릴 수 있기 때문에 제품 형상의 수정이 요구되는 경우에도 기존

의 차원적인 설계에 비해 극히 적은 노력과 시간만 든다 그리고 다수의 부품으로2 .

이루어져 있는 복잡한 장치의 경우 부품이 조립되어 있는 상태와 분해된 상태를 자

유롭게 관찰할 수 있으며 부품이 조립될 때 부품간의 간섭에 의한 문제점을 자동,

적으로 찾아주는 기능도 매우 유익한 기능이다 차원적인 복잡한 형상을 차원 도. 3 2

면으로 나타냈을 경우 비록 설계와 도면 읽기에 능숙한 설계자라 하더라도 도면 작

성 시 실수가 빈번히 발생하며 설계자와 제품과 관계되는 설계 비전문가와 의견,

교환 시 설계 비전문가가 복잡한 차원 도면을 보고 형상을 정확히 파악하여 개선2

점을 찾아 설계에 반영하기는 매우 어렵다 그러나 차원적인 모델링에 의한 형상. 3

을 보면서 의견 교환을 할 경우 설계 비전문가라 하더라도 쉽게 이해할 수 있기 때

문에 개선점 찾기에 용이하다.

- 36 -

이러한 장점 때문에 선진 기업들은 차원 모델링 기법을 이용한 를 이미 적용3 CAD

하여 생산성을 높이고 있으나 그렇지 않은 업체들은 아직 차원 에 의존하고2 CAD

있고 기성 설계 전문가들은 차원 에 익숙해 있기 때문에 차원 모델링 기법, 2 CAD 3

을 이용한 의 도입에 소극적이다CAD .

의 경우는 적용 되는 차종과 엔진의 배기량 회전속Gear Flexible Plate Assembly ,

도 등의 여러 조건에 따라 크기와 형상이 모두 다르다 또한 크기 및 질량이 제한.

되어있고 특히 의 크기 및 형상에 따라 제품의 강성 수명에 민감한 영향Flex Hole ,

을 미치게 된다 따라서 최적의 설계를 선정하기 위하여 여러 가지 형태의 모델링.

을 하고 해석 등을 통해 강도 및 응력을 검증하고 그중 가장 가볍고 튼튼한 설FEM

계를 찾는 것이 필수적인 과정이라 할 수 있다 이에 차원 모델링으로 부터의 형. 3

상변경은 시간적 경제적 측면에서 매우 효율적인 방법이라 할 수 있다, .

차원 모델링은 를 이용하였고 그래픽 정보교환 표준언 를 이용3 Pro-Engineer , SAT

하여 을 수행하였다FEM .

다음 그림은 기술 지원 과정에서 를 이용하여 모델링한 것이다Pro-Engineer .

엔진용엔진용엔진용엔진용Fig. 1.2.1 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.2.1 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.2.1 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.2.1 Lambda Gear Flexible Plate

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모델모델모델모델Fig. 1.2.2 SUZUKI Gear Flexible Plate 1Fig. 1.2.2 SUZUKI Gear Flexible Plate 1Fig. 1.2.2 SUZUKI Gear Flexible Plate 1Fig. 1.2.2 SUZUKI Gear Flexible Plate 1


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- 39 -



- 40 -

의 해석 기술의 해석 기술의 해석 기술의 해석 기술3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM3. Gear Flexible Plate Assembly FEM

가 유한요소 해석 의 개요가 유한요소 해석 의 개요가 유한요소 해석 의 개요가 유한요소 해석 의 개요. (FEA : Finite Element Analysis). (FEA : Finite Element Analysis). (FEA : Finite Element Analysis). (FEA : Finite Element Analysis)

유한요소법 은 년대에 개발된 이론을 사용하여(Finite Element Method) 1930 Matrix

연대에 영국과 미국에서 개발되어 이론화 및 상용화가 이루어진 것은 컴퓨터1960

의 발전이 이루어진 년대 이후이다 이러한 유한요소법은 공학과 물리학에서1970 .

많이 사용되었으며 컴퓨터 하드웨어의 발전과 더불어 급속히 발전하였다 유한요소.

법은 초기에는 복잡한 구조물의 응력해석을 위해 개발되었으나 그 후 발전을 거듭,

하여 연속체 역학 분야 등 광범위한 분야에서 사용되고 있(Continuum Mechanics)

다 구조물에 대해 요소의 공통되는 점 선 및 면 등에서 여러 가지 경계조건을 사. ,

용하여 수식을 만들고 이를 이용해 구조물 전체에 대한 연립 대수 방정식을 만들,

어 해를 구한다 공통되는 점이나 선 면이 많아질수록 연립방정식이 커지게 되어. , ,

해를 구하는데 많은 계산이 필요하게 되었고 이러한 특징으로 인하여 유한요소법,

은 컴퓨터의 발전 속도와 비례하여 발전하였다.

물리계의 운동을 지배하는 대다수의 법칙은 보통 미분 방정식으로 기술되어 있는

데 유한요소법은 이와 같은 미분 방정식을 푸는 수치적인 근사해법을 볼 수 있다, .

다시 말하면 일반적으로 공학 문제는 물리적인 현상에 대한 수학적인 모델이다 수.

학적인 모델은 경계 조건 과 초기 조건 을 가(boundary condition) (initial condition)

지는 미분 방정식으로 주어진다 구조물을 유한개의 절점 으로 가정한 후 각. (node) ,

절점들 사이에 서로 유기적인 관계를 맺어주는 요소 를 구성하여 전체 구(element)

조물을 절점들의 변위를 미지수로 하는 연립방정식으로 나타낼 수 있다 그리고 이.

를 수학적으로 계산하여 외력에 의한 각 절점에서의 변위를 구함으로써 변위 변형,

률 응력 등의 결과 값을 수치적인 근사 해법으로 구하는 것이 유한요소 해석이다, .

유한요소 해석의 장단점유한요소 해석의 장단점유한요소 해석의 장단점유한요소 해석의 장단점(1)(1)(1)(1)

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유한요소 해석의 장점으로는 불규칙적으로 생긴 물체도 쉽게 모델링 할 수 있고 여

러 가지 종류의 하중조건을 쉽게 다룰 수 있으며 각각의 요소에 대해 서로 다른 방

정식으로 문제를 풀기 때문에 다른 물질로 구성된 물체를 모델링하기 편리하다 또.

한 경계조건의 종류 개수에 제한이 없고 필요에 따라 특정부위의 요소크기를 더,

작게 혹은 크게 하는 등 요소의 크기 조절이 자유롭다 유한요소 모델을 비교적 쉽, .

게 그리고 싸게 바꿀 수 있고 동역학적 효과도 포함하며 대변형을 수반하는 비선형

물체의 비선형 거동도 다룰 수 있다는 장점이 있다 단점으로는 초보자가 사용하지.

쉽지만 결과의 신뢰성 평가는 경험이 필요하며 국부 응력 해석 시에는 일반적으로,

모델링이 어렵고 실제 구조물을 유한요소 모델로 이상화시키기 위해서는 많은 경험

과 지식이 필요하다는 단점이 있다.

구조해석분야에서 설계자는 유한요소법을 사용하여 설계과정에서 응력과 진동 열,

문제를 예측할 수 있고 제작 가능한 모형을 만들기 전에 설계변경을 미리 계산할,

수 있다 그러므로 적합한 모형을 결정하기가 좀 더 쉬워진다 또한 유한요소법을. .

적절히 사용한다면 만들어야 할 모형의 개수도 줄일 수 있다.

유한요소법은 구조해석문제를 다루기 위해 처음 사용되었지만 다른 공학과 수리,

물리학 분야 예로 유체유동 열전달 전자기 포텐셜 토양역학 그리고 음향학 등, , , , ,

많은 분야에서도 적용되고 있다.

유한요소 해석의 기본 단계유한요소 해석의 기본 단계유한요소 해석의 기본 단계유한요소 해석의 기본 단계(2)(2)(2)(2)

유한요소 해석의 기본 단계는 크게 전처리 단계 해 단계 후처리 단례의 단계로, , 3

구분할 수 있고 각 단계의 특징은 다음과 같다.

가 전처리 단계가 전처리 단계가 전처리 단계가 전처리 단계( )( )( )( )

해의 영역을 유한요소로 만들어 이산화한다 즉 절점과 요소로 문제를 분할한다- . , .

형상함수 가 요소의 물리적 거동을 표현한다고 가정한다 즉 근- (Shape function) . ,

사 연속함수는 요소의 해를 표현한다고 가정한다.

- 42 -

요소에 대한 방정식을 만든다- .

전체 문제를 풀기 위해 요소를 조합하여 전체 강성행렬을 만든다- .

경계조건 초기 조건 하중을 부과한다- , , .

나 해 단계나 해 단계나 해 단계나 해 단계( )( )( )( )

절점에서 변위 값이나 열전도 문제의 절점 온도 값처럼 절점에서의 결과를 얻기-

위해 선형 또는 비선형 연립 대수 방정식으로 푼다.

다 후처리 단계다 후처리 단계다 후처리 단계다 후처리 단계( )( )( )( )

유한요소법을 통하여 얻어진 응력 열 유속과 같은 구조물의 해석 결과 얻는다- , .

나 등과 같은 상용 유한요소 해석 코드를 사용할 경우 위의 단계ANSYS ABAQUS

보다 더욱 간단해진다 즉 사용자는 전처리 단계에서는 해석하고자 하는 대상의 구.

현 그리고 정확한 곙계 조건 및 하중 조건의 적용만 하면 된다.

해석 결과의 검증해석 결과의 검증해석 결과의 검증해석 결과의 검증(3)(3)(3)(3)

유한요소 해석을 하다 보면 잘못된 해석 결과를 얻는 경우가 많으며 다음과 같은

검증을 꾸준히 하여야 한다.

재료의 물성치와 치수와 같은 입력 데이터의 입력 오류-

부적절한 요소의 종류의 선택-

생성된 요소의 부절한 형상과 크기-

잘못된 경계 조건과 하중 조건의 부과-

- 43 -

나 유한요소 해석의 적용나 유한요소 해석의 적용나 유한요소 해석의 적용나 유한요소 해석의 적용....

엔진용 의 해석엔진용 의 해석엔진용 의 해석엔진용 의 해석(1) Lambda Gear Flexible Plate FEM(1) Lambda Gear Flexible Plate FEM(1) Lambda Gear Flexible Plate FEM(1) Lambda Gear Flexible Plate FEM

가 해석의 개요가 해석의 개요가 해석의 개요가 해석의 개요( )( )( )( )

해석을 이용하여 시험 전 전반적인 취약부와 응력집중 등을 알아보았다 해석FEM .

에는 차원 인 에서 모델링을 하고 그래픽 정보교환 표준인 를 이용3 CAD Pro-E SAT

하여 범용 유한요소 해석 프로그램인 을 이용하여 을 수행하였다ANSYS 9.0 FEM .

는 에서 모델링한 엔진용 이고 이를 효Fig. 2.8 Pro-E Lambda Gear Flexible Plate

율적인 해석을 위해 질량이 유지되는 수준에서 해석에서 필요치 않은 부분을FEM

없애고 단순화한 것이 이다Fig. 1.3.1 .

엔진용 의 차원 모델엔진용 의 차원 모델엔진용 의 차원 모델엔진용 의 차원 모델Fig. 1.3.1 Lambda Gear Flexible Plate 3Fig. 1.3.1 Lambda Gear Flexible Plate 3Fig. 1.3.1 Lambda Gear Flexible Plate 3Fig. 1.3.1 Lambda Gear Flexible Plate 3

는 에서 시험항목에서 하중에 직접 영향을 받지 않는 링기어와Fig. 1.3.2 Fig. 1.3.1

의 요철 그리고 연결용 리벳을 제거하여 단순화 하였다CPS Wheel , .

- 44 -

단순화한 엔진용 모델단순화한 엔진용 모델단순화한 엔진용 모델단순화한 엔진용 모델Fig. 1.3.2 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.3.2 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.3.2 Lambda Gear Flexible PlateFig. 1.3.2 Lambda Gear Flexible Plate

해석에서 경계조건 및 하중조건의 적용을 용이하게 하기위하여 모델의 표면을 분할

하는 경우가 있는데 이 경우에도 토크 컨버터에 고정되는 볼트의 머리 직경만큼의

표면을 분할하여 해석에서 실제와 동일하게 경계조건을 적용할 수 있도록 하였다.

은 경계조건이 적용될 부분을 분할한 모습이다Fig. 1.3.3 .

경계조건이 적용될 표면 분할경계조건이 적용될 표면 분할경계조건이 적용될 표면 분할경계조건이 적용될 표면 분할Fig. 1.3.3Fig. 1.3.3Fig. 1.3.3Fig. 1.3.3

차원 에서 모델수정을 마치고 그래픽 정보교환 표준인 로 변환하여3 CAD SAT

에서 이를 불러들인 것이 이다ANSYS Fig. 1.3.4 .

- 45 -

에서 불러들인 모델에서 불러들인 모델에서 불러들인 모델에서 불러들인 모델Fig. 1.3.4 ANSYS SATFig. 1.3.4 ANSYS SATFig. 1.3.4 ANSYS SATFig. 1.3.4 ANSYS SAT

을 이용하여 차원 절점 사면체요소인 요소를 사용하여 총ANSYS 9.0 3 10 SOLID187

개의 요소로 모델링하였다 원래의 재질은 부분과 부분36432 . Ring Gear Flex Plate

이 다른 재질로 이루어져 있으나 시험 항목별 하중에 의한 실제 응력과 변위가 발

생하는 부분은 부분이므로 전체 재료 물성치를 의 재질인Flex Plate Flex Plate

으로 가정하였다 이에 의해 사용된 재료 물성치는SPFH 590 . Young's

이다Modulus(E)= 210 , Poison Ratio( )=0.3 .㎬ υ

경계조건은 가장자리 부분의 볼트머리 여섯 곳을 규격에 의한 볼트 머리 치수KS

만큼의 면적을 세 방향 모두 구속하였다.

하중조건은 전체 좌표계의 원점에 집중질량요소 를 모델링하고 강체 구속(MASS21)

방정식에 의해 중심부분의 크랭크샤프트가 닿는 부분에 해당하는 모든 절점을 연결

시킨 후 시험항목별 하중을 적용하였다 는 를 이용한. Fig. 1.3.5 ANSYS Gear

의 유한요소모델을 나타낸 것이고 은 집중질량요소에 구속Flexible Plate Fig 1.3.6

방정식을 이용하여 하중 적용부분을 연결한 것과 경계조건을 적용한 그림이다.

- 46 -

요소를 이용한 유한요소 모델요소를 이용한 유한요소 모델요소를 이용한 유한요소 모델요소를 이용한 유한요소 모델Fig. 1.3.5 SOLID187Fig. 1.3.5 SOLID187Fig. 1.3.5 SOLID187Fig. 1.3.5 SOLID187

집중질량요소 및 경계조건 적용집중질량요소 및 경계조건 적용집중질량요소 및 경계조건 적용집중질량요소 및 경계조건 적용Fig. 1.3.6Fig. 1.3.6Fig. 1.3.6Fig. 1.3.6

나 축방향 강성나 축방향 강성나 축방향 강성나 축방향 강성( ) (Axial Stiffness)( ) (Axial Stiffness)( ) (Axial Stiffness)( ) (Axial Stiffness)

축방향 강성 해석은 집중질량요소에 의 하중을 주어 해석 후 집중 질량요소1000N

의 변위를 구하여 축방향으로의 강성을 구한다.

해석에 대한 결과를 에 최대변위를 에 응력 분포를Fig. 1.3.7 Fig. 1.3.8 Von Mises

나타내었다 응력은 크랭크샤프트 접촉면에서 가 시작되는 부분과. Spoke Flex Hole

의 양쪽 귀 부분에서 응력이 크게 나타났다 변위는 집중질량요소의 변위가 하중방.

향으로 으로 가장 큰 변위를 보였고 집중질량요소의 변위는 강체 구속 방정0.142㎜

식에 의해 크랭크샤프트의 축방향 변위와 같다 계산 결과 의 하중이 적용된. 1000N

집중질량요소의 변위는 로 축방향 강성은 다음과 같이 구할 수 있다0.142 .ξ

- 47 -

Fig. 1.3.7 DisplacementFig. 1.3.7 DisplacementFig. 1.3.7 DisplacementFig. 1.3.7 Displacement

- 48 -

Fig. 1.3.8 Von Mises StressFig. 1.3.8 Von Mises StressFig. 1.3.8 Von Mises StressFig. 1.3.8 Von Mises Stress

다 축방향 응력다 축방향 응력다 축방향 응력다 축방향 응력( ) (Axial Stress)( ) (Axial Stress)( ) (Axial Stress)( ) (Axial Stress)

축방향 응력 해석은 축방향 강성 해석과 달리 집중질량요소에 만큼의 변위를±7㎜

입력한 후 해석결과를 본다 방향과 방향으로 각각 만큼 변위를 입력한 후. + - 0.7㎜

해석한 결과 응력 분포와 값이 모두 같은 결과를 보였고 최대응력이 발생하는 부분

은 축방향 강성해석의 경우와 유사한 과 사이의 귀부분이다Flex hole Flex hole .

는 정면에서 보는 응력의 분포이고 은 등각면Fig. 1.3.9 Yon Mises Fig. 1.3.10

에서 보는 응력으로 크랭크샤프트 접촉면이 움직(Isometric View) Yon Mises 0.7㎜

였을 때 최대응력은 이다386.3 .㎫

- 49 -

Fig. 1.3.9 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.9 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.9 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.9 Von Mises Stress Front View

Fig. 1.3.10 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.10 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.10 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.10 Von Mises Stress Isometric View

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라 비틀림 응력라 비틀림 응력라 비틀림 응력라 비틀림 응력( ) (Torsion Stress)( ) (Torsion Stress)( ) (Torsion Stress)( ) (Torsion Stress)

비틀림 응력해석은 토크컨버터의 볼트 고정부분을 각방향으로 구속시키고 크랭크샤

프트 접촉면에 연결된 집중질량요소에 의 하중을 단위로 환산하여 적1500N/m ㎜

용하였다.

해석 결과는 두 사이에서 최대응력이 발생하였으나 축방향 응력 해석결과Flex Hole

에서 나타난 최대응력 발생부분 보다는 약간 아래쪽이며 최대응력 값은 로142.3 ㎫

축방향 최대응력보다 작은 값으로 나타났다.

은 정면에서 보는 응력의 분포이고 는 등각면Fig. 1.3.11 Von Mises Fig. 1.3.12

에서 보는 응력이다(Isometric View) Von Mises .

Fig. 1.3.11 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.11 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.11 Von Mises Stress Front ViewFig. 1.3.11 Von Mises Stress Front View

- 51 -

Fig. 1.3.12 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.12 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.12 Von Mises Stress Isometric ViewFig. 1.3.12 Von Mises Stress Isometric View

마 모드 해석마 모드 해석마 모드 해석마 모드 해석( ) (Modal Analysis)( ) (Modal Analysis)( ) (Modal Analysis)( ) (Modal Analysis)

는 회전체이므로 공진에 의한 파손이 중요하지 앉을 수 없다Gear Flexible Plate .

의 모양이 대체로 축대칭이라서 회전에 의한 고유진동수는 매우Gear Flexible Plate

높을 것으로 예상되나 모드해석을 제외할 수는 없다 을 이용하여. ANSYS 9.0 Block

법을 이용하여 차 모드까지의 고유진동수를 구하였다Lanczos 6 .

모드해석 결과모드해석 결과모드해석 결과모드해석 결과Table. 1.3.1Table. 1.3.1Table. 1.3.1Table. 1.3.1

- 52 -

은 낮은 고유진동수 순으로 모드해석 결과를 나타낸 것으로 예상대로Table. 1.3.1

매우 높은 고유진동수를 나타내었다 가장 낮은 차 모드의 경우 로서 분당. 1 1401㎐

회전수로 환산하면 으로 자동차 엔진 회전수보다 월등히 높으므로 매우84060 rpm

안정하다고 판단할 수 있다.

에서 은 차부터 차 모드까지의 변위량을 나타낸 것이다Fig. 1.3.13 Fig. 1.3.18 1 6 .

차 모드 에서의 변위량차 모드 에서의 변위량차 모드 에서의 변위량차 모드 에서의 변위량Fig. 1.3.13 1 (1401 )Fig. 1.3.13 1 (1401 )Fig. 1.3.13 1 (1401 )Fig. 1.3.13 1 (1401 )㎐㎐㎐㎐

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엔진용 의 해석엔진용 의 해석엔진용 의 해석엔진용 의 해석(2) SUZUKI Gear Flexible Plate FEM(2) SUZUKI Gear Flexible Plate FEM(2) SUZUKI Gear Flexible Plate FEM(2) SUZUKI Gear Flexible Plate FEM

가 해석의 개요가 해석의 개요가 해석의 개요가 해석의 개요( )( )( )( )

해석 기술 지원 방안의 일환으로 엔진용 를 예제FEM SUZUKI Gear Flexible Plate

로 해석하였다 엔진용 의 경우 총 개의 예비 모델을. SUZUKI Gear Flexible Plate 6

해석하였고 이들의 시험 결과와 선정 결과는 언급하지 않는다.

엔진용 는 의 형상과 크랭크샤프트 접촉면SUZUKI Gear Flexible Plate Flex Hole

주변의 형상 의 굴곡형상 등에 의해 총 가지 모델을 선정하여 이에Flexible Plate 6

대해 비틀림 응력 해석 축방향 강성 해석(Torsion Stress Analysis), (Axial

홀 방향 스포크 방향의 직교방향 강성 해석Stiffness Analysis), , (Orthogonal Axial

을 수행하였다Stiffness Analysis) .

비틀림 응력 해석 은 엔진토크의 배인 의 토(Torsion Stress Analysis) 20 3.4kN mㆍ

크를 크랭크샤프트 접촉면에 적용 하였을 때 자체 허용하중 미만이어야 하고 축방

향 강성 해석 의 경우 크랭크샤프트 접촉면에 의(Axial Stiffness Analysis) 2.45kN

축방향 하중을 적용 하였을 때 하중방향 변위가 이내여야 한다0.2 .㎜

- 56 -

직교방향 강성 해석 은 축방향에 직교인 방향(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)

즉 평면에 평행한 방향으로 크랭크샤프트 접촉면이 하중을 받아 움, Flexible Plate

직였을 경우를 가상으로 하여 홀 방향과 스포크 방향에 대하여 해석을 실시하였다.

방향별로 의 하중을 가하여 하중방향 변위가 이내여야 한다29.4kN 0.2 .㎜

경계조건 및 하중조건은 엔진용 와 마찬가지로 토크 컨Lambda Gear Flexible Plate

버터의 볼트 고정부분을 각 방향으로 구속시키고 크랭크샤프트 접촉면에 연결된 집

중질량요소에 항목별 하중을 적용하였다.

나 모델나 모델나 모델나 모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 1( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 1( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 1( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 1

해석 모델해석 모델해석 모델해석 모델①①①①

Fig. 1.3.19 SUZUKI Gear FlexibleFig. 1.3.19 SUZUKI Gear FlexibleFig. 1.3.19 SUZUKI Gear FlexibleFig. 1.3.19 SUZUKI Gear Flexible

모델 의 차원 모델모델 의 차원 모델모델 의 차원 모델모델 의 차원 모델Plate 1 3Plate 1 3Plate 1 3Plate 1 3

단순화한단순화한단순화한단순화한Fig. 1.3.20 SUZUKI GearFig. 1.3.20 SUZUKI GearFig. 1.3.20 SUZUKI GearFig. 1.3.20 SUZUKI Gear

모델모델모델모델Flexible Plate 1Flexible Plate 1Flexible Plate 1Flexible Plate 1

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비틀림 응력 해석 결과비틀림 응력 해석 결과비틀림 응력 해석 결과비틀림 응력 해석 결과(Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)②②②②

비틀림 응력 해석의 응력 결과비틀림 응력 해석의 응력 결과비틀림 응력 해석의 응력 결과비틀림 응력 해석의 응력 결과Fig. 1.3.21 Von MisesFig. 1.3.21 Von MisesFig. 1.3.21 Von MisesFig. 1.3.21 Von Mises

축방향 강성 해석 결과축방향 강성 해석 결과축방향 강성 해석 결과축방향 강성 해석 결과(Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)③③③③

축방향 강성 해석의 응력 결과축방향 강성 해석의 응력 결과축방향 강성 해석의 응력 결과축방향 강성 해석의 응력 결과Fig. 1.3.22 Von MisesFig. 1.3.22 Von MisesFig. 1.3.22 Von MisesFig. 1.3.22 Von Mises

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직교방향 강성 해석 결과직교방향 강성 해석 결과직교방향 강성 해석 결과직교방향 강성 해석 결과(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)④④④④

홀 방향홀 방향홀 방향홀 방향㉮㉮㉮㉮

직교방향 홀 방향 강성 해석의 응력 결과직교방향 홀 방향 강성 해석의 응력 결과직교방향 홀 방향 강성 해석의 응력 결과직교방향 홀 방향 강성 해석의 응력 결과Fig. 1.3.23 ( ) Von MisesFig. 1.3.23 ( ) Von MisesFig. 1.3.23 ( ) Von MisesFig. 1.3.23 ( ) Von Mises

스포크스포크스포크스포크 방향방향방향방향㉯㉯㉯㉯

직교방향직교방향직교방향직교방향 스포크스포크스포크스포크 방향 강성 해석의 응력 결과방향 강성 해석의 응력 결과방향 강성 해석의 응력 결과방향 강성 해석의 응력 결과Fig. 1.3.24 ( ) Von MisesFig. 1.3.24 ( ) Von MisesFig. 1.3.24 ( ) Von MisesFig. 1.3.24 ( ) Von Mises

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다 모델다 모델다 모델다 모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 2( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 2( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 2( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 2






비틀림 응력 해석비틀림 응력 해석비틀림 응력 해석비틀림 응력 해석 (Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)(Torsion Stress Analysis)②②②②


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축방향 강성 해석축방향 강성 해석축방향 강성 해석축방향 강성 해석 (Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)(Axial Stiffness Analysis)③③③③


직교방향 강성 해석직교방향 강성 해석직교방향 강성 해석직교방향 강성 해석 (Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)(Orthogonal Axial Stiffness Analysis)④④④④



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라 모델라 모델라 모델라 모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 3( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 3( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 3( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 3






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마 모델마 모델마 모델마 모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 4( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 4( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 4( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 4








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바바바바 모델모델모델모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 5( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 5( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 5( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 5






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사 모델사 모델사 모델사 모델( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 6( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 6( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 6( ) SUZUKI Gear Flexible Plate 6








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- 71 -



- 72 -

수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술수명 시험 및 평가 기술4.4.4.4.

가가가가 신뢰신뢰신뢰신뢰수명수명수명수명 추추추추정 기술 지원정 기술 지원정 기술 지원정 기술 지원....

고장원인 분석 및 평가고장원인 분석 및 평가고장원인 분석 및 평가고장원인 분석 및 평가(1)(1)(1)(1)

신뢰수명을 추정하여 내구성을 확보하기 위하여 고장원인을 분석 평가하고 고장ㆍ

발생원인에 따른 파손사례 및 고장형태 분석 (FMEA ; Failure Mode Effective

과 고장 원인의 영향 분석 을 수행한다 또한Analysis) (FTA ; Fault Tree Analysis) . ,

고장 원인의 영향도 및 최적 시험 방안 분석을 를 활용하여 제품의2 Stage QFD

파손 사례 문제점 및 분석 기술을 확보한다 이러한 고장원인에 대한 해결방안을, .

현 생산 제품에 반영함으로써 성능향상 설계 기술을 확보할 수 있었다.

가 분석가 분석가 분석가 분석( ) FMEA(Fail( ) FMEA(Fail( ) FMEA(Fail( ) FMEA(Failuuuure Mode Effectire Mode Effectire Mode Effectire Mode Effectivvvve Analysis)e Analysis)e Analysis)e Analysis)

의 목적은 시스템의 운용시 제품의 고장영향 또는 고장의 결과를 조사하고FMEA

고장의 가혹도 에 따라 잠재적인 고장을 확인하기 위한 것이다 이것은 제(Severity) .

품설계 고정설계 및 조립체설계 등에서 설계의 불완전으로 인한 잠재적 결함을 찾,

아내기 위하여 구성요소의 고장형태와 그 상위 제품에 미치는 영향을 해석함으로써

설계개선으로 연결시키기 위한 기법이다 의 분석방법은 크게. FMEA Hardware

와 로 나누어지며 는 각각의 하드approach Function approach Hardware approach

웨어 아이템을 목록화 하고 가능한 고장모드를 분석하는 이Bottom-up approach

고 는 하드웨어 아이템이 결정되지 않았거나 시스템이 복잡하여Function approach

최종아이템에서부터 하부체계로 분석이 이루어져야 하는 이Top-down approach

다.

의 특징은 다음과 같다FMEA .

표의 형태로 수행하며 원칙적이며 총체적으로 수행됨, ,①

설계평가에 대한 논리적이고 조직적인 적용-

- 73 -

설계자의 노력을 신뢰성 기술자의 작업과 통합하는 체계-

고장이 일어나기 전에 시정조치를 하는 방법-

새로운 시스템의 설계평가에 과거의 경험을 통계적으로 활용하는 방법-

고장의 정성적인 예측 시뮬레이션이라 말함- .

의 작업량 설계 작업량의 약 가 적절함FMEA : 10% .②

고장자료가 충분한 구성품의 경우는 생략하고 해석수준을 높게 하여 작업- ,

실시시기 빠를수록 효과적임: .③

설계검토 시 검토용 자료의 일부로 제공될 수 있음(Design Review) .④

설계변경이 되면 도 변경됨FMEA⑤

단점 작업량 시간 이 많고 단일고장 모드만 고려: ( ) ,⑥

나 분석나 분석나 분석나 분석( ) FTA(Fa( ) FTA(Fa( ) FTA(Fa( ) FTA(Fauuuult Tree Analysis)lt Tree Analysis)lt Tree Analysis)lt Tree Analysis)

기법은 시스템이나 기기의 설계 개발단계에서 품질의 특성인 신뢰성 보전성FTA , , ,

안전성 등에 관한 해석기법으로서 활용되고 있으며 제조 검사 건설 공사 운용의, , , , ,

각 단계에 주어지는 품질관리 및 업무개선 사고대책 등에 폭넓게 활용되고 있다, .

또한 품질보증규격 활동 시 제품품질이나 신뢰성향상을 위해서 기법, ISO9000 FTA

이 사용된다.

는 의 약자이며 고장나무분석이라고도 불려지고 있다 시FTA “Fault Tree Analysis” , .

스템이나 기기 등에 어떠한 원인들로 인하여 시스템이나 주위환경 등에 문제를 발

생시킬 수 있다 이러한 문제점에 대한 원인이 되는 요인을 적출하는 기법이 기. FTA

법이다 이 기법에 의해 제품설계나 품질관리상의 문제점을 적출하여 대책에. FTA ,

대한 해결책을 제시함으로써 신뢰성향상이나 안전성제고 사고방지 품질관리의 개, ,

선 등을 도모할 수가 있다.

기법은 년대에 통신연구소의 에 의해 개발되어 미사일FTA 1960 Bell H.A.Watson ,

제어시스템의 개발에 활용되었으며 사에 의해 정성적 및 정량적 해석 프로그, Boing

램이 개발되어 항공 우주산업 및 원자력 전력 화학공업 등의 신뢰성 안전성 가, , , ,ㆍ

동성의 향상활동에 활용되었다.

- 74 -

의 목적은 다음과 같다FTA .

신제품개발과 설계단계에 주어지는 신뢰성 보전성 안전성 경제성 등의 문제점, , ,①

적출 및 개선

안전성 해석의 활용에서는 시스템의 고장발생 확률의 해석 안전성에 적합한 기,②

능 성능의 개발 및 안전운전의 의사결정을 지원,

제품경쟁력 등의 확보 및 개발기간의 단축③

제조공정에 주어지는 제품품질의 확보와 제조공정의 사고방지④

제조설비의 개발⑤

고장발생시의 조기원인 조사와 대책⑥

신재료의 개발과 적용 및 수명예측⑦

자료Design Review⑧

제품안정의 제조물책임 대책자료PL (Product Liability : )⑨

나 내구 수명 개발 기술 지원나 내구 수명 개발 기술 지원나 내구 수명 개발 기술 지원나 내구 수명 개발 기술 지원. Code. Code. Code. Code

내구수명 는 납품하는 자동차 메이커의 요구사항에 따르고 이를 간단히 정리Code

하면 과 와 같다Table 1.4.1 Table 1.4.2 .

내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건Table 1.4.1 SUZUKITable 1.4.1 SUZUKITable 1.4.1 SUZUKITable 1.4.1 SUZUKI

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내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건내구 수명 시험 조건Table 1.4.2 LambdaTable 1.4.2 LambdaTable 1.4.2 LambdaTable 1.4.2 Lambda

다 시험 개요다 시험 개요다 시험 개요다 시험 개요....

시험은 로타리 벤딩 시험 피로 시험 그리고 피로 시험을 수행하였, Axial , torsion

다.

로타리 벤딩 시험 방법은 의 토크 컨버터 고정 홀을 토크 컨버Gear Flexible Plate

터 모형의 지그와 같이 장착하고 의 크랭크 홀에 긴 막대봉으, Gear Flexible Plate

로 추를 매달아 틸팅 시킨다 의 재료 열처리 상태와 디자인. Gear Flexible Plate , ,

재질 두께 등의 설계변수에 따라 일정한 굽힘각에 대한 회전 하중에 견디는가를,

찾는 시험이다.

로로로로타타타타리 벤리 벤리 벤리 벤팅팅팅팅 시험의 개시험의 개시험의 개시험의 개념념념념도도도도Fig. 1.4.1Fig. 1.4.1Fig. 1.4.1Fig. 1.4.1

- 76 -

은 로타리 벤팅 시험의 개념도를 나타낸 것이다 실패의 판정은 본래 크Fig. 1.4.1 .

랙이 발생되지 않아야하나 시험 중 레인포스에 의해 시험부가 가려져 보이지 않는

다 당사의 기준은 시험이 완료된 후 탈거 후 균열이 이내이어야 한다. 10 .㎜

시험은 의 크랭크홀이 엔진의 크랭크축과 연결되고Axial Gear Flexible Plate , Gear

의 토크 컨버터 홀이 트랜스미션의 토크컨버터와 체결된 상태에서 진Flexible Plate

행된다 의 설계 변수에 대해 하중 또는 변위의 반복적인 피로. Gear Flexible Plate

에 대한 내구성을 입증하는 시험이다 는 피로 시험 및 피. Fig. 1.4.2 Axial Torsion

로 시험의 개념도를 나타낸 것이다 실패의 판정은 시험이 완료된 후 탈거 후 균열.

이 이내이어야 한다10 .㎜

피피피피로 시험 및로 시험 및로 시험 및로 시험 및 피피피피로 시험의 개로 시험의 개로 시험의 개로 시험의 개념념념념도도도도Fig. 1.4.2 Axial TorsionFig. 1.4.2 Axial TorsionFig. 1.4.2 Axial TorsionFig. 1.4.2 Axial Torsion

피로 시험은 의 크랭크 홀을 엔진의 크랭크축과 체결하Torsion Gear Flexible Plate

고 의 토크 컨버터 홀을 트랜스미션의 토크컨버터와 체결된다, Gear Flexible Plate .

의 설계 변수에 따라 축과 및 의 신축성에 의Gear Flexible Plate Flex Hole Spoke

한 의 내구성을 입증하는 찾는 시험이다 실패의 판정은 시험이 완료된 후Torsion .

탈거 후 균열이 이내이어야 한다10 .㎜

- 77 -

시험을 위한 순서도는 과 같다Fig. 1.4.3 .

Fig. 1.4.3 Test FlowFig. 1.4.3 Test FlowFig. 1.4.3 Test FlowFig. 1.4.3 Test Flow

라 시험라 시험라 시험라 시험거거거거의 구성의 구성의 구성의 구성....

는 엔진과 트랜스 미션중간에 위치하고 있어 두개의 위치가 어Gear Flexible Plate

긋날 수 있는 조건을 가지고 있다 따라서 로타리 벤딩 시험을 통해 이러한 미스얼.

라이먼트를 극대화하여 가 편하중에서 회전하면서 얼마만큼 견Gear Flexible Plate

디는지 알아보는 극한 시험이다 은 본 과제 수행과정에서 제작된 로타리. Fig. 1.4.4

벤딩 시험기의 사진이다.

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로로로로타타타타리 벤리 벤리 벤리 벤딩딩딩딩 시험기시험기시험기시험기Fig. 1.4.4Fig. 1.4.4Fig. 1.4.4Fig. 1.4.4

내구 시험과 내구 시험은 하나의 시험기에서 동시에 수행된다Axial Torsion . Gear

는 엔진과 트랜스미션 중간에 위치하고 있어 엔진으로 부터 항상 축Flexible Plate

하중을 받는다 따라서 내구 시험은 엔진으로 부터 지속적인 축방향의 변위. , Axial

또는 하중에 재현하여 가 축방향 피로에 대한 내구성을 알아보Gear Flexible Plate

기 위한 시험이고 내구 시험은 트랜스미션 측으로부터 지속적인 회전 방향Torsion

의 변위 또는 하중을 재현하여 회전방향 피로에 대한 내구성을 알아보기 위한 시험

이다 는 및 피로 시험기의 사진이다. Fig. 1.4.5 Axial torsion .

및 내구 시험기및 내구 시험기및 내구 시험기및 내구 시험기Fig. 1.4.5 Axial torsionFig. 1.4.5 Axial torsionFig. 1.4.5 Axial torsionFig. 1.4.5 Axial torsion

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마 내구 시험 프로그램마 내구 시험 프로그램마 내구 시험 프로그램마 내구 시험 프로그램....

시험은 제어 프로그램에 의해 자동 또는 수동으로 조작이 가능하며 시험 중 유사,

시에 비상정지를 할 수 있다 마스터 컴퓨터에 의해 조정되며 원격 제어 기능은 없. ,

다 데이터 수집 장치 채널 정보 자동 시험 모드 설정은 데어터베이스로 저장 또. , ,

는 불러오기가 가능하고 노이즈 처리가 가능하도록 하였다.

시험 방법은 데이터 수집 장치와 채널을 설정한 후 자동시험 및 수동시험이 이루,

어진다 프로그램의 대표적 기능으로서 그래프 디지털 성능 시험 가변적 코드적. , ,

용 에러 리스트 기록 보고서 불러오기 및 출력을 할 수 있다 프로그램의 구성은, , .

과 같다Fig. 1.4.6 .

프로그램 구성프로그램 구성프로그램 구성프로그램 구성Fig. 1.4.6Fig. 1.4.6Fig. 1.4.6Fig. 1.4.6

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의 내구 시험 장치로부터 시간 하중 및 회전속도 등의 데이터Gear Flexible Plate ,

획득 및 실험을 위하여 을 사용하여 프로그램을 제(Data acquisition) Labview 7.0

작하였다 실제 시험 시 시험장비로부터 실시간 전송되는 신호를. DAQ

를 사용하여 데이터를 획득하였다 장치card(NIDAQcard-6036 for PCMCIA) . DAQ

의 설정은 과 같다Fig. 1.4.7 .

장치 설정장치 설정장치 설정장치 설정Fig. 1.4.7 DAFig. 1.4.7 DAFig. 1.4.7 DAFig. 1.4.7 DAQQQQ

착화 내구시험의 전체 수행 순서도는 과 같이 진행된다Fig. 1.4.8 .

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착착착착화 내구시험의 전체 수행 순서도화 내구시험의 전체 수행 순서도화 내구시험의 전체 수행 순서도화 내구시험의 전체 수행 순서도Fig. 1.4.8Fig. 1.4.8Fig. 1.4.8Fig. 1.4.8

수동 시험 내구 시험에 대하여 각각 다른 모듈을 사용하였으며 는 프로, Fig. 1.4.9

그램의 메인 화면을 나타내며 은Fig. 1.4.10, Fig. 1.4.11, Fig. 1.4.12, Fig. 1.4.13

각각 의 환경설정 창 엔진 환경설정 창 성능시험 화면 시험 분석Ai Channel , , , Data

창을 나타낸다.

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프로그램프로그램프로그램프로그램 메메메메인 화면인 화면인 화면인 화면Fig. 1.4.9Fig. 1.4.9Fig. 1.4.9Fig. 1.4.9

의의의의 환환환환경설정 창경설정 창경설정 창경설정 창Fig. 1.4.10 Ai ChannelFig. 1.4.10 Ai ChannelFig. 1.4.10 Ai ChannelFig. 1.4.10 Ai Channel

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의의의의 환환환환경 설정 창경 설정 창경 설정 창경 설정 창Fig. 1.4.11 EngineFig. 1.4.11 EngineFig. 1.4.11 EngineFig. 1.4.11 Engine####1,2,3,41,2,3,41,2,3,41,2,3,4

시험화면 창시험화면 창시험화면 창시험화면 창Fig. 1.4.12Fig. 1.4.12Fig. 1.4.12Fig. 1.4.12

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Fig. 1.4.13Fig. 1.4.13Fig. 1.4.13Fig. 1.4.13 시험 분석 창시험 분석 창시험 분석 창시험 분석 창DataDataDataData

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제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

기술지원 일정기술지원 일정기술지원 일정기술지원 일정1.1.1.1.

기술지원 일정은 연구 지원 내용을 각 항목별로 나누어 각각의 필요한 기간을 산정

한 뒤 순서를 정하여 일정을 계획하였다 은 연구 지원 항목별 추진일. Table 2.1.1

정 및 이에 따른 실행을 나타낸 것이다.

연구 지원연구 지원연구 지원연구 지원 항항항항목별목별목별목별 추추추추진일정 및 실행진일정 및 실행진일정 및 실행진일정 및 실행Table 2.1.1Table 2.1.1Table 2.1.1Table 2.1.1

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기술지원 활동기술지원 활동기술지원 활동기술지원 활동2.2.2.2.

가가가가 컴퓨컴퓨컴퓨컴퓨터 응용 설계 및 에 관한 기술 지원터 응용 설계 및 에 관한 기술 지원터 응용 설계 및 에 관한 기술 지원터 응용 설계 및 에 관한 기술 지원. (CAD) FEM. (CAD) FEM. (CAD) FEM. (CAD) FEM

설계기간과 비용을 절감하기 위하여 컴퓨터를 이용한 설계에 초점을 맞추어 Gear

의 설계에 관한 기술 특히 차원 모델링을 이용하여 각Flexible Plate Assembly , 3

요소 부품들을 가상으로 조립 간섭 및 작동성을 분석하고 이를 이용하여, Gear

의 질량특성 및 관성 등의 정보 를 확보하는 기Flexible Plate Assembly (Mass Data)

술을 지원하였다 또한 규격에 의한 강도 및 진동 계산 방법. ISO , Gear Flexible

의 모델 데이터 베이스화 각 시리즈별 강도 변형 고유진동수해석Plate Assembly , , ,

등에 대한 기술 자료를 제공하였다 설계의 타당성. Gear Flexible Plate Assembly

을 검증하기 위한 에 관한 기술을 이론과 실제 결과FEM(Finite Element Method)

를 통해 전달하였다(Data) .

나 시험 장비 설계 기술 및 평가 기술 지원나 시험 장비 설계 기술 및 평가 기술 지원나 시험 장비 설계 기술 및 평가 기술 지원나 시험 장비 설계 기술 및 평가 기술 지원....

의 성능 검증하고 장수명 보장을 위한 자료를 확보하Gear Flexible Plate Assembly

기 위하여 독자적인 시험 장비의 개발 설계 및 운용하는 기술을 지원하였고 과제, ,

를 수행하는 동안 개발된 자체적인 규격을 이용하여 교반기의 성능을 충분히 입증

할 수 있는 기술을 제공하였다 또한 시험 결과에 의거 이를 판독하고 품질 문제.

발생 시의 대처 기술 시험 결과의 평가 및 활용 방안 등에 대한 기술을 전달하였,

다.

다 기술지원 수행 방다 기술지원 수행 방다 기술지원 수행 방다 기술지원 수행 방법법법법....

기술지원은 개발 및 설계 시험평가 과정에서 을 통하여 수시로 이루어, on-off line

졌으며 이밖에 시험 및 평가과정에서 필요한 및 실험기기 작동 교육도Software

과 주 벤다선광을 오가며 여러 차례에 걸쳐 수행 하였다 아래의KIMM ( ) . Fig. 2.1.1,

은 기술지원 및 자료요청과정에서 업무 담당자와의 자료의Fig. 2.1.2, Fig. 2.1.3

요청 및 발송과정에서 송수신된 의 목록이다E-Mail .

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송송송송수수수수신신신신 목목목목록록록록Fig. 2.1.1 EFig. 2.1.1 EFig. 2.1.1 EFig. 2.1.1 E----mail (1)mail (1)mail (1)mail (1)

송송송송수수수수신신신신 목목목목록록록록Fig. 2.1.2 EFig. 2.1.2 EFig. 2.1.2 EFig. 2.1.2 E----mail (2)mail (2)mail (2)mail (2)

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출장 목출장 목출장 목출장 목록록록록Fig. 2.1.3Fig. 2.1.3Fig. 2.1.3Fig. 2.1.3

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제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

최적화 설계 기술로 설계변수 최적화 기Gear Flexible Plate Assembly Parameter

술을 지원하였고 의 차원 를 이용한 기술과, Gear Flexible Plate 3 CAD Modeling

및 해석기술을 지원하였다 또한Stress Stiffness FEM . Gear Flexible Plate

의 성능 및 내구 시험 장비 구축 기술로 수명시험 및 평가 기술을 지원Assembly

하였다.

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제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

본 기술지원 과제를 통하여 다음과 같은 기술 활용 계획을 수립하였다.

현재 개발된 모델의 설계 변경 및 생산기술 향상- Gear Flexible Plate Assembly

을 위한 원천기술로 활용

현재 양산 중인 제품의 시험 및 평가 기술로 활용-

신규 차량 개발시 적용을 위한 새로운 제품 개발 시 원천 기술로 활용-

신기술을 적용한 국제 경쟁력을 확보하기 위한 원천 기술로 활용-

이에 전반적인 기술향상을 기반으로 신뢰도 높은 제품을 개발함으로서 선진국형 품

질경쟁의 대열에 서는 가능성을 확보하였다.

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