스퍼 기어의 마모 모니터링을 위한 맞물림 강성과 전달오차 해석

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확장요약문

스퍼 기어는 맞물림이 진행됨에 따라 피치점에서는 구름운동을 하고 그 밖의 지점에서는 구름과 미끄럼 운동을 한다. 이러한 기어의 구름과 미끄럼 운동 특히 미끄럼마찰과 연계되어 마모를 발생시킨다. 기어의 마모는 기어의 손상으로 가는 중요한 요소 이기 때문에 기어의 상태진단을 위해 반드시 검토되어야 한다. 마모 모니터링을 통해 기어 마모 진행을 파악하는 것은 기어 수명을 연장시키는 데에 도움을 줄 수 있다. 마모를 검토하는 방법으로 기어의 윤활유 안에 있는 부스러기 입자의 수로 파악할 수 있다. 그러나 이러한 기어 오일 분석으로 마모 진행을 검토하는 것은 실시간으로 할 수 없다. 이 연구에서는 실시간으로 마모 진행을 파악하고자, 스퍼 기어의 마모 해석을 통해 마모를 예측하고 이 마모 진행에 따라 전달오차와 강성 변동을 해석하고자 한다.

스퍼 기어의 마모량은 미끄럼 마찰에 의해 수직하중에 비례하고 경도에 반비례하며 미끄럼 길이에 비례한다. 또한 마찰에 의해 열이 발생하므로 이러한 요소가 마모량에 영향을 준다. 이러한 열을 고려하여 치형과 표면조도 특성에 의한 마모를 Fig.1 과 같이 해석하였다. 이러한 마모 예측을 근거로 하여 마모가 진행됨에 따라 모멘트 평형과 마모량을 포함한 하중변형 관계를 연립하여 맞물림 강성과 전달오차를 해석하였다. 이러한 맞물림 강성과 전달오차는 마모 상태 진단을 위한 기어의 진동과 연계된다.