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HEXAGONHEXAGONHEXAGONHEXAGONMachine Design Software for Design Engineers

A li ti E l f ZAR1+ WL1+ WN1Application Example for ZAR1+,WL1+,WN1

헬리컬 기어박스 설계

○ 기어설계(ZAR1 )○ 기어설계(ZAR1+)

○ 축설계(WL1+)

○ 압력끼워맞춤(WN1)

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차량용 기어박스 개요차량용 기어박스 개요

Calculation of the Gear (ZAR1+)

그림과 같은 조건의

- 한 쌍의 외접기어(ZAR1+)

- 피니언축(여기서는 Gear2가 피니언. WL1+)

- 압력 끼워맞춤(WN1)- 압력 끼워맞춤(WN1)

설계과정을 따라 해볼 수 있도록 입력화면 위주로 소개합니다.

Pinion Shaft Calculation (WL1+)

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Shrink Fit Calculation of the Gear (WN1)

2

1 ZAR1+에 의한 기어설계1. ZAR1+에 의한 기어설계

설계에 따른 Tooth Contact Drawing

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1 ZAR1+에 의한 기어설계1.ZAR1+에 의한 기어설계

EDiT -> Cutting Tool : 치 형상 정의. 기어 치 형상과 대응되는 가공공구 정의(사출/소결 기어인 경우도 같은 방법으로 정의)

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1 ZAR1+에 의한 기어설계

EDiT -> Dimensions : 기어 형상 정의. 보통은 Gear1 이 피니언(작은 기어). 내접기어는 Gear2 의 잇수 앞에 – 부호를 붙임!

1.ZAR1+에 의한 기어설계

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EDiT -> Quality : DIN 기어등급 및 공차정의. 백래쉬 결정

독일표준(DIN)에 따른 공차적용이 아닌경우는(KS/JIS…)

Tsn 콤보박스 맨 끝의 “ ”를 선택하여 Asne Asni 값을 직접입력Tsn 콤보박스 맨 끝의 .. 를 선택하여 Asne, Asni 값을 직접입력

중심거리 공차도 콤보박스 맨 끝의 “..”선택하여 직접 입력 가능

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EDiT -> Measurement : 측정 잇수 및 각각의 볼/롤러직경의 입력에 따른 치폭과 오버 핀/볼 치수 연산.

“DIN3960 표준규정에 따른 제안”

버튼(“<“)을 클릭!

고객 자체규정에 따른

볼/핀 직경 값으로 입력!

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Geometry 출력 및 결과 검토 : View , CAD 메뉴

View->Error messages 에서 Geometry 연산에서의

에러 유무와 그에 따른 적절한 조치방법을 제시하며..

해당메뉴로 가서 바르게 수정합니다.

에러가 없고 결과가 만족스러우면, EDIT메뉴에서

DIN3990/ISO6336에 따른 강도연산을 수행합니다.

Geometry연산에 따른 결과출력으로는…

텍스트로 모든 입 출력데이터 주요데이터 발췌 제조시트텍스트로 모든 입.출력데이터, 주요데이터 발췌, 제조시트,

이 접촉도,치형도,기어도,커터도,산품도,치형/측정/공차에

대한 테이블도,이 맞물림 애니메이션 .. 등

모든 형상정의 관련한 텍스트 및 그래픽 자료를

화면 프린터 DXF/IGES E l 등의 다양한 매체로화면,프린터,DXF/IGES,Excel…등의 다양한 매체로

출력합니다.

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1 ZAR1+에 의한 기어설계1.ZAR1+에 의한 기어설계

EDiT -> Power , Material : 동력조건은 회전속력, 토오크, 정격동력 중 두 가지만 알면 나머지는 공식에 의해 연산됨.

소재에서 가장 중요한 것은 열처리속성 SigmaFE, Sigma-Hlim, HB 값임

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EDiT -> Strength : ISO6336/DIN3990에 따른 강도연산 수행.

차량용은 DIN3990 part41에 따르며, 일반기어는 DIN3990 part1에 따름

블랭크 내경 Di1=60, Di2=51, 거칠기 RzZ,RzY=6

“Aux.Image” 및 추천(“<“)버튼 사용

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강도연산에 따른 출력 및 결과검토 : View , CAD 메뉴

강도연산을 통해 피팅(pitting)에 대한 안전율(Safety) SH와 이뿌리피로파괴에 대한 안전율 SF 를

체크할 수 있으며, 만약 이 값들이 1보다 작은 경우에는 영구파손 혹은 피팅이 발생할 때까지의

예상수명시간을 얻을 수 있습니다.

View->Error messages 에서 강도연산에 따른 에러가 있는 경우 그에 따른 조치방법이 나타나며..View Error messages 에서 강도연산에 따른 에러가 있는 경우 그에 따른 조치방법이 나타나며..

해당메뉴로 가서 수정해주면 됩니다.

강도(Strength)연산에 따른 결과출력으로는…

모든 연산 입 출력 데이터와 주요결과 데이터 발췌모든 연산 입.출력 데이터와 주요결과 데이터 발췌,

토오크에 따른 안전율 선도, 기어등급에 따른 안전율 선도, 영구피로파괴/피팅까지의 수명시간 선도,

Load Spectrum이 정의된 경우에는 그에 따른 선도.. 들을 화면,프린터,DXF/IGES파일 등의

다양한 매체로 출력합니다.

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2 WL1+에 의한 피니언축 설계2. WL1+에 의한 피니언축 설계

피니언 축에 대한 하중, 응력 및 위험속도, DIN743에 따른 안전율(Safety)은 물론 DIN에 따른 롤러베어링 예상수명을 연산합니다.

축은

x=14mm, x=315mm 위치에

레이디얼 드러스트 베어링으로레이디얼 드러스트 베어링으로

지지되고 있으며,

x=197mm 지점에

이뿌리원 직경 df=168mm,

치폭 b=27mm,

질량 5.1kg

의 피니언이 위치.

x=197mm, x=425mm지점에서

857Nm의 토오크가 작용하고

(모든 토오크의 합 = 0),

x=425mm 지점에x 425mm 지점에

27645N의 전단력이 작용

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2 WL1+에 의한 피니언축 설계

EDiT -> Shaft : 표준입력에 의한 축 형상 정의

2. WL1+에 의한 피니언축 설계

일점쇄선 부분은 피니언의 위치를 나타냄

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EDiT -> Material : DB에서 소재선택 혹은 속성값을 직접 입력

주요한 철강소재는 제공되는 데이터베이스 리스트 상에서 찾을 수 있으며,

더 많은 철강 및 비철금속 소재는 WST1 프로그램을 활용할 수 있습니다.

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EDiT -> Bedding : 지지하는 베어링 타입,위치,… 정의

베어링과 하우징의 강성을 고려할 경우는 스프링율 값도 입력합니다.

※ 3개 이상의 베어링으로 지지된다면,

만약 A,B,C,D,E의 5개로 지지 된다면, 그 위치는 …

X 축 상에서 A가 처음이고 B가 마지막이며 나머지는X-축 상에서 A가 처음이고 B가 마지막이며 나머지는

A 와 B 사이에 순서대로 위치! (즉, A-C-D-E-B)

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EDiT -> Load : 축에 작용하는 모든 하중 입력. ZAR1+에서 ZAR1+에서 EDI 로 저장 후, “Import EDI file of ZAR1+” 를 통한

기어 하중 데이터 추출.대입! ( EDIT -> Complex Load,Gear ZAR1+ )( p , )

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EDiT -> Stress concentration zone : 축에 키(key) 홈을 파서 기어를 고정하는 경우에는 응력집중영역에 대한 고찰이 필요함.

노치계수 및 집중영역의 시작과 끝 지점을 설정하며, 직접입력 혹은 DIN743 규정에 따른 선택

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EDiT -> Calculation : 연산옵션 설정

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EDiT -> Roller Bearing : 롤러베어링을 DB에서 선택(SKF 와 INA 자료) 혹은 직접 작동조건 입력

이 적용예제에서는 Groove ball bearing 6310을 선정하였습니다.

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Calculation Results … View , CAD 메뉴에서 텍스트,그래픽,각종 선도… 등 다양한 출력 :

텍스트로 전체 및 중요 결과출력, 특정단면(x축 위치)에서의 하중.응력..상태출력,

3D단면도, 다양한 치수기입방법에 따른 축 도면 및 산품도, 공진곡선, 베어링도면, …

평가를 위한 각종 선도(diagrams)들을 출력

… 레이디얼하중, 굽힘모멘트.굽힘각.굽힘선, 굽힘응력, 전단변형율, 인장응력/압력,

기준응력 토션 토오크 다이나믹 굽힘선도기준응력, 토션, 토오크, 다이나믹 굽힘선도,

데이터표 출력, …

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3 WN1에 의한 압력끼워맞춤3. WN1에 의한 압력끼워맞춤

DIN7190에 따른 원통형,원추형,테이퍼형 압력끼워맞춤 연산. 축과 피니언의 끼워맞춤 적용을 연산합니다.

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EDiT ->Dimensions : 10 세그먼트까지의 계단식허브 정의가능

DF : 축외경=기어휠의 홀직경 (=51mm)

DiI : 축내경(=30mm)

DeA : 바깥부분 외경

기어 이뿌리 직경(tooth root diameter)

IF : 유효 심길이(추천 lF= 0.5~1.5 x DF)IF 유 심길이(추천 lF 0.5 1.5 x F)

기어 폭(gear width)

예제의 경우에 있어서,

lF=60mm (축으로부터)lF=60mm (축으로부터)

안전이유로: lF= 1.5*DF

경제적 이유로: lF = 0.5*DF

절충이 됩니다.

대개, lF는

축 혹은 허브치수에

의해 주어집니다.

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EDiT -> Material : 안 부분(축)과 바깥 부분(허브)의 심(seam)소재를 DB에서 선택 혹은 직접 입력

하부 항복점(ReL), 탄성계수(E), 프와송비(mue), 길이팽창계수, 허용 심온도(Tperm), 밀도(rho)하부 항복점(Re ), 탄성계수( ), 와송비(mue), 길이팽창계수, 허용 심온 (Tperm), 밀 (rho)

※ WN1으로 탄성( l ti ) 소성( l ti ) 압력끼워맞춤 연산을 위해서는 E d l 와 프와송비가 같아야 합니다

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※ WN1으로 탄성(elastic)-소성(plastic) 압력끼워맞춤 연산을 위해서는 E modulus와 프와송비가 같아야 합니다.


EDIT -> Friction : seaming 과정과 소재 관련 세로/원주 방향에서의 헐거움과 미끄럼에 대한 마찰계수 직접 입력, 혹은, DIN7190에 따른 선택

EDiT -> Temperature : 온도조건 입력

DIN7190 테이블은

심 프로세스(seam process)에 따라 세로방향 끼워맞춤과 원주방향 끼워맞춤(radial interference fit)으로,

세로방향 끼워맞춤(longitudinal press fit)은 건조(dry) 및 윤활(lubricated)상태에 따른 계수 값들을 규정합니다.

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EDiT -> Dimensioning : 바로 확인 가능한 온라인 기능. EDIT 메뉴 Text ~ Temperature 까지의 입력과정을 마치면, 여기서

ISO-A 에 "H6“ 혹은 "H7“을 입력하게 되면, WN1은 축의 요구되어지는 ISO 공차 ISO-I 를 연산해줌,

또 다른 온라인 기능으로...

Pre-Dimensioning(예비연산)과

Re-Calculation(재검토) 기능을

적용목적에 따라 적절히 활용

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WN1에 의한 압력끼워맞춤WN1에 의한 압력끼워맞춤

Calculation result : 기술시트(표준 및 발췌), 주요항목표, 응력스펙트럼도, ISO_fit도면, 허브도면, Drawing 테이블,

기타 DIN/EN 규정에 따른 시험인증서(test certificate)… 출력/ ( )

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