자동차 자동 변속기용 유성 기어 트레인의 합성

이 글에서는 자동차 자동 변속기용 유성 기어 트레인의 합성, 적용 분야 및 비용에 대해 논의합니다. 이 글을 읽으신 후에는 해당 기술에 대해 직접 더 자세히 알아보고 싶으실 수도 있습니다. 다음은 이 주제에 대한 추가 자료를 제공하는 링크입니다. 이 링크에는 하이브리드 자동차 변속기에 적용되는 사례도 포함되어 있습니다. 먼저 유성 기어 트레인의 기본 개념을 살펴보겠습니다. 유성 기어 트레인은 효율이 매우 높으며 기존 기어 시스템의 유망한 대안으로 주목받고 있습니다.

자동차 자동 변속기용 유성 기어 트레인의 합성

자동차 자동변속기의 주요 목적은 엔진과 구동 휠 사이의 균형을 유지하는 것입니다. 유성 기어 트레인(EGT)의 운동학적 구조는 이러한 기어 트레인의 그래프 표현으로부터 도출됩니다. 합성 과정은 최대 10개의 링크를 가진 허용 가능한 유성 기어 트레인을 생성하는 알고리즘을 기반으로 합니다. 이 알고리즘을 통해 설계자는 더 높은 성능과 향상된 엔진-구동 휠 균형을 갖춘 자동변속기를 설계할 수 있습니다.
본 논문에서는 유성 기어 변속 메커니즘의 기어비를 결정하기 위한 MATLAB 최적화 기법을 제시합니다. 또한 모든 기어의 톱니 수를 열거합니다. 그런 다음, 얻어진 유성 기어 트레인(EGT)의 전체 속도비를 추정합니다. 마지막으로, 제안된 유성 기어 트레인의 구조적 특성을 비교하여 자동차 자동 변속기에 적용 가능성을 분석합니다.
다음 기능도는 6링크 유성 기어 트레인을 나타냅니다. 각 링크는 이중 색상 그래프로 표시되며, 그래프의 숫자는 해당 링크를 나타냅니다. 각 링크는 여러 개의 조인트를 가지고 있어 사용자가 각 유성 기어 트레인(EGT)에 대해 다양한 구성을 생성할 수 있습니다. 각 그래프의 숫자는 서로 다른 의미를 가지며, 이중 색상 그래프 또한 마찬가지입니다.
이 글의 다음 장에서는 자동차 자동 변속기용 유성 기어 트레인의 합성에 대해 논의합니다. SAE International은 항공우주 및 자동차 분야의 핵심 역량을 갖춘 엔지니어 및 기술 전문가로 구성된 국제 조직입니다. 산하 자선 단체인 SAE 재단은 다양한 프로그램과 사업을 지원합니다. 여기에는 Collegiate Design Series, A World In Motion(r) 및 SAE 재단의 A World in Motion(r) 상이 포함됩니다.

응용 프로그램

유성 기어 시스템은 유성 기어 트레인의 일종입니다. 작은 공간에서 큰 감속비를 구현할 수 있습니다. 자동차에서는 자동 변속기에 유성 기어 트레인이 흔히 사용됩니다. 또한 호이스트나 풀리 블록에도 유용하게 사용됩니다. 기계 및 전기 공학 분야에서 다양한 용도로 활용되며, 고속 변속에 적합하고 다른 유형의 기어 트레인보다 공간을 적게 차지합니다.
유성 기어 트레인의 장점으로는 소형 구조, 경량성, 높은 동력 밀도 등이 있습니다. 하지만 단점도 존재합니다. 유성 기어 트레인에서 발생하는 기어 손실은 기어 톱니 표면 간의 마찰, 윤활유의 교반, 축 지지 베어링과 스프로킷 사이의 마찰로 인해 발생합니다. 이러한 동력 손실을 잠재 동력이라고 하며, 기존 연구에 따르면 이 손실은 매우 큽니다.
유성 기어 트레인은 고속 변속에 흔히 사용되지만, 크기가 작아 다양한 용도에 적합합니다. 속도 조절 장치의 차동 기어, 보빈 구동 장치, 직기의 로퍼 포지티브 레트오프 장치 등에 사용됩니다. 또한 제작이 용이하여 다양한 산업 현장에서 탁월한 선택입니다.
유성 기어 트레인의 또 다른 예로는 유성 기어 트레인이 있습니다. 이는 가운데 링과 바깥쪽 링에 태양 기어가 있는 두 개의 기어로 구성됩니다. 각 기어는 중심이 다른 기어의 링을 중심으로 회전하도록 장착됩니다. 유성 기어와 태양 기어는 피치 원이 미끄러지지 않고 동기화되도록 설계되었습니다. 유성 기어는 피치 원 상의 한 점이 에피사이클로이드 곡선을 따라 움직입니다.
이 기어 시스템은 다른 유형의 유성 기어보다 평균 수리 시간(MTTR)이 짧습니다. 하지만 이러한 기어 세트의 주요 단점은 구동에 필요한 베어링 수가 많다는 것입니다. 또한 유성 기어는 평행축 기어보다 유지보수가 더 까다롭습니다. 따라서 점검 및 수리가 더 어렵습니다. 평균 수리 시간(MTTR) 역시 평행축 기어에 비해 짧습니다. 또한 축이 약간 어긋나면 정렬 불량이나 효율 저하가 발생할 수 있습니다.
유성 기어 트레인의 또 다른 예로는 자동차의 차동 기어박스가 있습니다. 이러한 기어는 손목시계, 선반 기계, 자동차에서 동력을 전달하는 데 사용됩니다. 또한 항공기를 비롯한 다양한 분야에 사용됩니다. 조용하고 내구성이 뛰어나 여러 용도에 적합한 선택입니다. 변속기, 섬유 기계, 심지어 항공우주 분야에도 사용됩니다. 피치 포인트는 기어 세트에서 두 톱니 사이의 경로를 나타냅니다. 한 기어의 축 피치는 베이스 서클을 증가시켜 늘릴 수 있습니다.
유성 기어는 인벌류트 기어라고도 합니다. 각 기어의 톱니 수는 회전 속도를 결정합니다. 24개의 톱니를 가진 선 기어는 3/2의 기어비를 가진 N개의 톱니를 가진 유성 기어를 생성합니다. 즉, 24개의 톱니를 가진 선 기어는 -3/2의 유성 기어비와 같습니다. 따라서 유성 기어 시스템은 구동 바퀴에 높은 토크를 제공합니다. 그러나 이 기어 트레인은 차량에 널리 사용되지는 않습니다.

비용

유성 기어는 일반 N/C 밀링 머신으로 제조하는 것보다 금형을 사용하여 제작하는 것이 비용이 절감됩니다. 유성 기어 캐리어는 주조 방식으로 제작하고, 여러 개의 절삭날을 동시에 사용할 수 있는 전용 금형 기계를 이용하여 가공해야 합니다. 이러한 방식은 산업 분야, 특히 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 잘 만들어진 유성 기어 변속기는 여러 가지 이점을 제공합니다.
예를 들어, 행성들이 축을 중심으로 회전하면서 태양 주위를 공전하는 유성 기어 배열이 있습니다. 각 기어의 최종 속도는 톱니 수와 캐리어의 회전 속도에 따라 달라집니다. 유성 기어는 태양과 행성의 상대 속도를 계산해야 하므로 상대 속도 계산이 까다롭습니다. 고정된 태양은 맞물림 시 0RPM이 아니므로 상대 속도를 계산해야 합니다.
동력 전달 효율을 결정하기 위해서는 유성 기어가 "유동"할 수 있도록 설계되어야 합니다. 접선 방향 하중이 너무 낮으면 하중 분담이 제대로 이루어지지 않습니다. 따라서 유성 기어는 "유동"이 가능해야 하며, 일정량의 접선 방향 하중과 피치축 회전 속도를 허용해야 합니다. 이러한 요소들이 클수록 기어 세트의 효율이 높아집니다.
유성 기어 트레인은 원주 방향으로 배치된 두 개 이상의 스퍼 기어로 구성됩니다. 이 기어들은 유성 기어가 고정된 바깥쪽 기어 링의 피치 원 안쪽에서 회전하도록 배열됩니다. 이 곡선을 하이포사이클로이드라고 합니다. 유성 기어가 태양 기어와 맞물리는 유성 기어 트레인을 유성 기어 트레인이라고 합니다. 태양 기어는 고정되어 있고, 유성 기어는 구동됩니다.
유성 기어 트레인은 여러 개의 맞물림으로 구성됩니다. 각 기어는 서로 다른 수의 맞물림을 가지며, 이는 회전수(RPM)로 변환됩니다. 유성 기어는 입력 토크를 맞물림에 전달함으로써 부하 적용 빈도를 높일 수 있습니다. 유성 기어 트레인은 태양 기어, 유성 기어, 링 기어의 세 가지 기어로 이루어져 있습니다. 태양 기어는 중심 기어이며, 유성 기어들은 태양 기어를 중심으로 회전합니다. 링 기어는 여러 개의 톱니를 가지고 있어 기어 회전 속도를 증가시킵니다.
유성 기어의 또 다른 유형으로는 유성 기어박스가 있습니다. 이 기어박스는 중앙 축을 중심으로 여러 개의 톱니바퀴가 회전하는 구조입니다. 컴팩트한 설계 덕분에 공간 제약이 있는 용도에 적합합니다. 유성 기어박스는 자동 변속기에 사용되며, 전기 기어 모터를 사용하는 다양한 산업 분야에도 활용됩니다. 어떤 유형의 기어박스를 사용할지는 입력축과 출력축의 속도 및 토크에 따라 결정됩니다.

CX 편집, 2023년 11월 9일