전위계수가 헬리컬 기어의 성능에 미치는 영향 분석

기어는 대표적인 동력전달장치 중 하나로써 포장도로에서 운용되는 차량뿐만 아니라 노외차량의 변속기에서도 중요한 역할을 한다. 기어의 설계 단계에서 중요시되는 성능 지표로는 접촉 강도, 굽힘 강도, 효율, 전달 오차(transmission error) 등이 있다. 접촉 강도, 굽힘 강도, 효율 등은 평가하기 위한 국제 표준이 존재하는 반면에, 전달 오차를 계산하는 데는 다양한 방법들이 존재한다. 본 연구에서는 ISO 6336:2006을 사용하여 강도 평가를 수행하였고, ISO 14179-1과 14179-2를 사용하여 효율을 계산하였다. 기어 소음 및 진동의 주된 원인으로 여겨지는 전달 오차는 Wang과 Zhang(2017)의 논문에 기반하여 계산하였다. 기어의 간섭(interference)은 기어쌍에서 한쪽의 이끝이 다른 한쪽의 이뿌리 부분과 접촉할 때 발생한다. 이의 간섭을 피하기 위해서는 적절한 전위계수(profile shift coefficient)를 사용하여야 한다. 전위계수에 따라 이의 인볼루트 곡선 길이가 달라지므로, 치형도 바뀌게 된다. 치형 생성 후 가공 단계를 거침에 따라 백래시(backlash)가 생긴다. 백래시는 기존의 전위계수를 제작 전위계수(manufacturing profile shift coefficient)로 감소시키고, 이는 이두께와 기어 치저경(root diameter)를 감소시킨다. 기어의 성능(강도, 효율, 전달 오차 등)은 치형과 치두께에 따라 변하므로 전위계수와 백래시에 영향을 받는다. 하지만, 전위계수와 백래시에 따라 기어의 성능 평가를 수행한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 고정된 기어 매크로 지오메트리(macro geometry)에서 전위계수와 백래시 변화에 따른 기어의 강도, 효율, 전달 오차 등의 차이를 확인하였다.