변속기 메커니즘으로서 유성 기어는 기어 감속기, 크레인, 유성 기어 감속기 등과 같은 다양한 엔지니어링 실습에 널리 사용됩니다. 유성 기어 감속기의 경우 고정 축 기어 트레인의 변속기 메커니즘을 대체할 수 있는 경우가 많습니다.기어 전달 과정은 선 접촉이기 때문에 오랜 시간 맞물림이 발생하면 기어 고장이 발생하므로 강도를 시뮬레이션해야 합니다.Li Hongliet al.자동 맞물림 방법을 사용하여 유성 기어를 맞물렸고 토크와 최대 응력이 선형이라는 것을 얻었습니다.Wang Yanjunet al.또한 자동 생성 방식을 통해 유성기어를 맞물리고 유성기어의 정역학 및 모달 시뮬레이션을 시뮬레이션했습니다.본 논문에서는 메쉬를 분할하기 위해 사면체와 육면체 요소를 주로 사용하고, 최종 결과를 분석하여 강도 조건을 만족하는지 확인한다.

1. 모델 수립 및 결과 분석

유성기어의 3차원 모델링

유성기어주로 링기어, 선기어, 유성기어로 구성됩니다.본 논문에서 선택한 주요 매개변수는 내부 기어 링의 잇수 66개, 태양 기어의 잇수 36개, 유성 기어의 잇수 15개, 내부 기어의 외경입니다. 링은 150mm, 모듈러스는 2mm, 압력 각도는 20°, 톱니 폭은 20mm, 부록 높이 계수는 1, 백래시 계수는 0.25, 3개의 유성 기어가 있습니다.

유성기어의 정적 시뮬레이션 분석

재료 특성 정의: UG 소프트웨어에서 그린 3차원 유성 기어 시스템을 ANSYS로 가져오고 아래 표 1과 같이 재료 매개변수를 설정합니다.

메싱(Meshing) : 유한요소 메쉬는 사면체와 육면체로 나누어지며, 요소의 기본 크기는 5mm입니다.이후유성기어, 선기어와 내부기어링이 접촉되어 맞물려있으며, 접촉부와 맞물림 부분의 메시가 치밀화되어 있으며, 크기는 2mm입니다.먼저 그림 1과 같이 사면체 그리드를 사용합니다. 총 105906개의 요소와 177893개의 노드가 생성됩니다.그러면 그림 2와 같이 육면체 그리드가 채택되어 총 26957개의 셀과 140560개의 노드가 생성됩니다.

하중 적용 및 경계 조건: 감속기의 유성 기어의 작동 특성에 따라 선 기어는 구동 기어이고 유성 기어는 피동 기어이며 최종 출력은 유성 캐리어를 통해 이루어집니다.그림 3과 같이 ANSYS 내부 기어링을 고정하고 선기어에 500N·m의 토크를 가합니다.

후처리 및 결과 분석: 두 개의 그리드 분할로부터 얻은 정적 해석의 변위 네포그램과 등가 응력 네포그램을 아래와 같이 제시하고 비교 분석한다.두 종류의 그리드의 변위 네포그램으로부터 태양기어가 유성기어와 맞물리지 않는 위치에서 최대 변위가 발생하고, 기어 맞물림의 뿌리에서 최대 응력이 발생하는 것을 알 수 있다.사면체 그리드의 최대 응력은 378MPa이고, 육면체 그리드의 최대 응력은 412MPa입니다.재료의 항복한계는 785MPa이고 안전율은 1.5이므로 허용응력은 523MPa이다.두 결과의 최대응력은 허용응력보다 작으며, 둘 다 강도조건을 만족합니다.

2. 결론

유성기어의 유한요소 시뮬레이션을 통해 기어 시스템의 변위 변형 네포그램과 등가 응력 네포그램을 구하고, 이로부터 최대값과 최소값 데이터 및 분포유성기어모델을 찾을 수 있습니다.최대 등가응력이 발생하는 위치는 기어 치형이 파손될 가능성이 가장 높은 위치이기도 하므로 설계나 제작 시 특별한 주의가 필요합니다.유성기어 전체 시스템의 해석을 통해 하나의 기어 치형만을 해석함으로써 발생하는 오류를 극복합니다.