농업용 트랙터 PTO 기어 치면 하중 분포 분석

트랙터는 PTO를 이용하여 작업기에 동력을 전달함으로써 농작업을 수행한다. PTO 기어박스는 농작업에 따라 다양한 부하가 발생한다. PTO 기어의 치면 하중 분포는 PTO 기어박스의 요구 수명을 만족시키는 중요한 요소이며, 치면 하중 분포 계수가 작을수록 기어의 접촉 안전율은 증가한다(Peng et al., 2018). 이에 따라 농작업 부하에 따른 기어의 치면 하중 분포에 대한 분석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기어트레인 해석 상용 소프트웨어를 이용하여 농업용 트랙터 PTO 기어박스의 시뮬레이션 모델을 개발하고, 구동기어의 치면 하중 분포를 분석하였다. 본 연구에서는 70 kW급 트랙터 PTO 기어박스를 모델링 하였다. 시뮬레이션 조건은 트랙터 작업별 연간 이용 시간과 내구연한을 고려하여 2,736시간으로 입력하였으며, 엔진의 정격 부하 조건(70 kW@2,500 rpm)에서 실시하였다. 기어 치면의 접촉 패턴 해석은 ISO 6336: method B 규격을 통하여 계산하였다. PTO 1, 2, 3단 구동기어의 단위 길이당 하중의 최댓값은 각각 355 N/mm, 301 N/mm, 300 N/mm, 치면 하중 분포 계수는 각각 1.644, 1.625, 1.344, 접촉 안전율은 각각 1.185, 1.436, 1.458로 나타났다. PTO 1단 구동기어에서 단위 길이당 하중과 치면 하중 분포 계수가 가장 높게 나타났으며, 접촉 안전율은 가장 낮게 나타났다. PTO 단수가 증가함에 따라 단위 길이당 하중과 치면하중 분포 계수는 모두 감소하였으며, 접촉 안전율은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과를 고려하여 구동기어에 Micro-geometry optimization을 수행한다면 치면 하중 분포 개선 및 접촉 안전율 향상을 통해 PTO 기어박스의 원가 절감 및 최적 설계가 가능할 것으로 판단된다.