KR20060091490A

KR20060091490A - 기어의 미스얼라인먼트 측정방법

Info

Publication number: KR20060091490A
Application number: KR1020050012388A
Authority: KR
Inventors: 최진호; 성윤석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2006-08-21

Abstract

본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법은, 서로 맞물린 제1 및 제2기어에 대해 축방향으로 설치된 미소변위측정장치를 이용하여 축방향 변위값을 측정하는 단계와; 상기 제1기어의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제2기어의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제1기어의 X방향 경사량과 제2기어의 X방향 경사량의 차로부터 슬로프(slope)를 구하는 단계와; 상기 제1기어의 Y방향 경사량과 제2기어의 Y방향 경사량의 합으로부터 스큐(skew)를 구하는 단계를 포함하여 구성되어, 부하 운전 영역에서의 기어간의 미스얼라인먼트를 정량적으로 측정하고 그 적절성을 평가함으로써 최적 설계가 가능해지며, 특정 운전 영역에서 발생하는 기어간의 미스얼라인먼트를 스큐(skew)와 슬로프(slope)로 구분 계측하고 그 오차를 보정함으로써 기어의 내구성 및 소음 등의 성능 향상을 꾀할 수 있다.

Description

기어의 미스얼라인먼트 측정방법{Gear misalignment detecting method}

도 1은 본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법을 설명하기 위한 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법을 설명하기 위한 개념도,

도 3은 본 발명에서 기어의 평면간 상대각도를 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1기어 11, 12, 13 : 미소변위측정장치

20 : 제2기어 21, 22, 23 : 미소변위측정장치

본 발명은 기어의 미스얼라인먼트 측정방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 기어 회전축이 경사지게 되어 발생되는 편접촉을 파악하기 위해 사용하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기계의 기어 동력전달장치에서 기어는 동력전달 과정 중 축, 케이스 등의 변형으로 기어 회전축이 경사지게 되면 미스얼라인먼트가 발생하여 기어 편접촉 발생으로 응력이 집중되어 기어 내구성이 악화되게 된다.

상기와 같은 기어의 미스얼라인먼트를 확인하는 방법으로서 기어면에 광명단 등을 도포하여 접촉에 의해 벗겨진 형상을 확인함으로써 기어의 편접촉 유무를 확인할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 방법은 부하가 미소하거나 없는 상태에서 기어의 편 접촉 상태를 파악하는데 적합하기는 하지만, 미스얼라인먼트량을 정량적으로 평가할 수 없다.

또한, 하중이 많이 작용하는 전면 접촉으로 나타나므로 이러한 하중 하에서의 기어 미스얼라인먼트 및 편접촉 여부를 알 수 없다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 기어의 축방향에 미소변위측정장치를 설치하고 이 측정장치를 이용하여 부하 운전 영역에서의 기어간의 미스얼라인먼트를 정량적으로 측정하고 그 적절성을 평가함으로써 최적 설계가 가능해지며, 특정 운전 영역에서 발생하는 기어간의 미스얼라인먼트를 스큐(skew)와 슬로프(slope)로 구분 계측하고 그 오차를 보정함으로써 기어의 내구성 및 소음 등의 성능 향상을 꾀할 수 있는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법은, 서로 맞물린 제1 및 제2기어에 대해 축방향으로 설치된 미소변위측정장치를 이용하여 축방향 변위값을 측정하는 단계와; 상기 제1기어의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제2기어의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제1기어의 X방향 경사량과 제2기어의 X방향 경사량의 차로부터 슬로프(slope)를 구하는 단계와; 상기 제1기어의 Y방향 경사량과 제2기어의 Y방향 경사량의 합으로부터 스큐(skew)를 구하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기어의 미스얼라인먼트 측정방법을 설명하기 위한 개념도이며, 도 3은 본 발명에서 기어의 평면간 상대각도를 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기어 미스얼라인먼트 측정방법은, 단계(S1)에서 서로 맞물린 제1 및 제2기어(10, 20)에 대해 축방향으로 설치된 미소변위측정장치(11~13, 21~23)를 이용하여 기어의 축방향 변위값을 측정한다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1기어(10; output shaft gear)에는 축방향으로 3개의 미소변위측정장치(11, 12, 13)가 설치되어 있어, 각 미소변위측정장치(11, 12, 13)가 제1기어(10)의 외경에 존재하는 OP1, OP2, OP3점의 축방향 변위값 을 측정하여 미도시된 제어기로 입력한다.

또한, 제2기어(20; differential ring gear)에는 축방향으로 3개의 미소변위측정장치(21, 22, 23)가 설치되어 있어, 각 미소변위측정장치(21, 22, 23)가 제2기어(20)의 측면에 존재하는 DP1, DP2, DP3점의 축방향 변위값을 측정하여 미도시된 제어기로 입력한다.

그리고, 단계(S2)에서는 상기 제어기가 상기 제1기어(10)의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어(10)의 X방향 경사량(θox)을 구한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 기어에 부하를 준 후 기어 평면이 점선의 평면에서 실선의 평면으로 기울어지면서 이동하면 OP1, OP2, OP3의 좌표는 다음과 같다.

OP1 = (0, -r, d1)

OP2 = (r, 0, d2)

OP3 = (0, r, d3)

상기에서 r은 출력축 프론트 베어링의 내륜 반경(제1기어의 반경), d1은 OP1점의 부하에 의한 축방향의 변위, d2는 OP2 점의 부하에 의한 축방향 변위, d3는 OP3 점의 부하에 의한 축방향의 변위이다.

상기한 새로운 평면이 정의되기 위한 법선벡터

는 벡터

와

를 하기의 수학식1과 같이 외적하면 구해진다.

이 법선벡터는 부하에 의해 새로 이동하여 생긴 평면의 법선 벡터가 되고, 제1기어(10)의 X방향 경사량(θox)은 수학식1의

벡터의 XZ평면 정사형과 Z방향 단위벡터

(0, 0, 1)의 사잇각이 되므로, NORM의 XZ 정사형 벡터 = -r(2d2-d1-d3)i+2r²k, (Y성분 0)=

이라고 할때, 벡터 내적의 정의를 이용하면 아래의 수학식2 및 3과 같이 표현된다.

또한, 단계(S3)에서는 미도시된 상기 제1기어(10)의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어(10)의 Y방향 경사량(θoy)을 구한다.

즉, 제1기어(10)의 Y방향 경사량(θoy)은 수학식1의

벡터의 YZ평면 정사형과 Z방향 단위벡터

(0, 0, 1)의 사잇각이 되므로, NORM의 YZ 정사형 벡터 = r(d1-d3)j+2r²k, (X성분 0)=

이라고 할때, 벡터 내적의 정의를 이용하면 아래의 수학식 4 및 5과 같이 표현된다.

이어서, 단계(S4)에서는 미도시된 제어기가 상기 제2기어(20)의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어(20)의 X방향 경사량(θdx)을 구한다.

즉, 상기 제2기어의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어가 부하에 의해 새로 이동하여 생긴 평면의 법선벡터를 구하고, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 XZ평면 정사형과 Z방향 단위 벡터의 사잇각(θdx)을 산출하는 것이다.

예를 들어, 제2기어(20)상의 3점 DF1, DF2, DF3의 변형 위치의 좌표를 DF1 = ( 0, -R, D1), DF2 = (-R, 0, D2), DF3 = ( 0, R, D3) 라고 정의하고, 제2기어(20)의 반경을 R이라고 정의하면 상기 제1기어에서 사용한 방법을 사용하여 제2기어(20)의 X방향 경사량(θdx)을 하기의 수학식 6으로부터 구할 수 있다.

또한, 단계(S5)에서는 미도시된 상기 제2기어(20)의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어(20)의 Y방향 경사량제 경사량(θdy)을 구한다.

즉, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 YZ평면 정사형과 Z방향 단위 벡터의 사잇각(θdy)을 산출하는데, 이는 하기의 수학식 7에 의해 구해진다.

그리고, 단계(S6)에서는 제어기가 상기 제1기어의 X방향 경사량(θox)과 제2기어의 X방향 경사량(θdx)의 차(θox - θdx)에 의해 슬로프(slope)를 구한다. 이 슬로프는 기어의 프로파일성분 오차를 유발한다.

또한, 단계(S7)에서는 제어기가 상기 제1기어의 Y방향 경사량(θoy)과 제2기어의 Y방향 경사량(θdy)의 합(θoy + θdy)에 의해 스큐(skew)를 구한다. 이 스큐는 기어의 리드 방향 오차를 유발한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기어의 축방향에 미소변위측정장치를 설치하고 이 측정장치를 이용하여 부하 운전 영역에서의 기어간의 미스얼라인먼트를 정량적으로 측정하고 그 적절성을 평가함으로써 최적 설계가 가능해지며, 특정 운전 영역에서 발생하는 기어간의 미스얼라인먼트를 스큐(skew)와 슬로프(slope)로 구분 계측하고 그 오차를 보정함으로써 기어의 내구성 및 소음 등의 성능 향상을 꾀할 수 있는 효과가 있다.

Claims

서로 맞물린 제1 및 제2기어에 대해 축방향으로 설치된 미소변위측정장치를 이용하여 축방향 변위값을 측정하는 단계와; 상기 제1기어의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제2기어의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어의 X방향 경사량 및 Y방향 경사량을 구하는 단계와; 상기 제1기어의 X방향 경사량과 제2기어의 X방향 경사량의 차로부터 슬로프(slope)를 구하는 단계와; 상기 제1기어의 Y방향 경사량과 제2기어의 Y방향 경사량의 합으로부터 스큐(skew)를 구하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법.
제 1 항에 있어서, 제1기어의 X방향 경사량은, 상기 제1기어의 축방향 변위값을 이용하여 제1기어가 부하에 의해 새로 이동하여 생긴 평면의 법선벡터를 구하고, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 XZ평면 정사형과 Z방향 단위벡터의 사잇각(θox)을 산출함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법.
제 2 항에 있어서, 상기 제1기어의 Y방향 경사량은, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 YZ평면 정사형과 Z방향 단위 벡터의 사잇각(θoy)을 산출함으로서 얻어지는 것을 특징으로 하는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법.
제 1 항에 있어서, 제2기어의 X방향 경사량은, 상기 제2기어의 축방향 변위값을 이용하여 제2기어가 부하에 의해 새로 이동하여 생긴 평면의 법선벡터를 구하고, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 XZ평면 정사형과 Z방향 단위 벡터의 사잇각(θdx)을 산출함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제2기어의 Y방향 경사량은, 벡터 내적의 정의를 이용하여 법선벡터의 YZ평면 정사형과 Z방향 단위 벡터의 사잇각(θdy)을 산출함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 기어의 미스얼라인먼트 측정방법.