평행축 기어의 재질 변화에 따른 소음 변화 평가

Abstract

기어장치(Gear Unit)는 동력전달, 속도 변환 및 운동 방향 전환 등의 역할을 하는 기계적 구동 장치의 핵심 모듈이다. 최근 들어, 전기차(Eletric Car), 드론 (Drone), 로봇(Robot) 등 첨단 자동화 기계 장치에서 각종 기어의 급격한 사용 량 증가와 함께 고부하·고속 동작으로 인해 유발되는 기어 소음을 낮추기 위 한 노력이 점차 중요해지고 있다. 일반적으로, 기어 소음은 기어 간의 불안전 한 운동과 동력전달에 따른 전달 오차로 인해 야기되거나 재질에 따라 소음 정도가 다를 수 있으며, 본 논문은 기어 재질이 소음에 미치는 영향에 주목 한다. 본 연구는 평행축 기어(Parallel-axis Gear)에 대한 재질 변화에 따른 소음 정 도를 평가하였고, 이때 대표적인 평행축 기어로 헬리컬 기어(Helical Gear), 평 기어(Spur Gear)를 고려하였다. 실험 평가를 위한 구체적인 연구방법으로, 우선 평행축 기어의 재질로 S45C(금속)와 MC901(비금속)을 선택하였으며, 소음 측정을 위한 평행축 기어 장치로 2개의 부속 기어가 맞물려서 회전하는 기구를 제작하였다. 다음으로, 각 부속 기어의 재질과 형태에 따라 총 6가지의 기어를 제작하였다. 실험 평 가에 사용된 평행축 기어는 평기어(S45C+S45C), 평기어(S45C+MC901), 평기 어(MC901+ MC901) 등 평기어 3종류와 헬리컬 기어(S45C+S45C), 헬리컬 기 어(S45C+MC901), 헬리컬 기어(MC901+ MC901) 등 헬리컬 기어 3종류이다. 아울러, 0~240 RPM(Revolutions Per Minute) 구간에서 각 평행축 기어에 대한 재질에 따른 소음을 측정 및 비교 분석하였다. 실험결과에 대한 요약은 다음과 같다. 첫째, 평기어(S45C+S45C)와 헬리컬 기어(S45C+S45C)는 금속 재질 간에 높 은 마찰음으로 인해 RPM에 따른 소음 증가가 가장 크게 나타났다. 둘째, 평기어(S45C+MC901)와 헬리컬 기어(S45C+MC901)는 재질간의 경도 차이로 인해 RPM에 따른 소음 증가가 작게 나타났다. 셋째, 전체 평행축 기어에 대한 소음 비교 분석 결과, RPM 150 이상 구간 에서 평기어(S45C+S45C), 헬리컬 기어(S45C+S45C), 평기어(MC901+MC901), 평기어(S45C+MC901),헬리컬 기어(MC901+MC901), 헬리컬 기어(S45C+MC901) 의 소음이 순차적으로 높게 나타났다. 마지막으로 본 연구를 통하여 자동화 장비 분야에서 기어 제작시 가장 많 이 쓰이는 재질을 사용 하여 소음을 측정하고, 측정된 데이터에 관한 평가를 기반으로 재질 변경 시 기어 감압 효과를 예측할 수 있는 자료를 제공하고자 한다.