전자식 변속 액추에이터 웜-헬리컬 감속기의 치면 최적설계를 통한 방사소음 저감 해석 연구

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확장요약문

전자식 변속 액추에이터는 모터와 2 단 웜 감속기로 변속축을 구동하며, 엔진 소음의 차폐가 작은 운전 조건에서는 작동음이 상대적으로 드러날 수 있다. 기어 물림 소음의 주요 가진원으로 알려진 전달오차 (transmission error, TE)를 치형 설계로 줄이면 전달경로를 바꾸지 않고 가진을 낮출 수 있다. 본 연구는 출력단의 금속 웜-플라스틱 헬리컬 휠 쌍을 대상으로 하중 TE 의 최대-최소 차(PPTE)를 최소화하는 치면 설계 절차를 구성하고 해석으로 평가하였다. 압력각, 전위계수, 치끝 수정량 등 6 개 설계변수로부터 휠과 공액 ZI 웜의 치면을 계산해 하중 치면 접촉해석(LTCA) 모델을 자동 생성하며, 절차는 ① 휠에 공액인 웜 파생, ② 다구치 L18 직교배열로 주요 인자 선별, ③ 가우스 과정(GP) 대리모델 기반 순차 탐색과 라틴 하이퍼큐브 보강 뒤 가정 가공 공차 안의 최악 PPTE 가 가장 작은 설계 선정으로 이루어진다.

최종안의 PPTE는 기존 쌍 대비 85 % 이상 작았으며, 감소의 대부분은 ①단계에서, 나머지의 절반 이상은 ②·③단계에서 얻었다(Fig. 1). 가정 공차의 최악 조건에서도 기존 쌍 대비 50 % 이상 작았고, 부하 토크와 해석 조건을 바꾸어도 같은 결과를 얻었다. 하중 TE로 계산한 하우징 등가 방사 파워(ERP)도 크게 감소하였다. 본 연구는 실제 소음 평가에 앞서 가진원을 줄이는 치면 설계 방법론을 제시하였다는 데 의의가 있으며, 향후 목업 소음 측정으로 효과를 확인할 예정이다.