평행도 오차를 고려한 전동차용 헬리컬기어의 면압강도 평가

초록

철도차량 감속기의 피니언 및 기어는 고속 및 고부하를 고려하여 설계, 제작하고 있다. 그러나 설계 또는 제작 시 기어 및 케이스의 가공 오차와 축의 조립 오차로 인하여 기어의 편접촉이 발생하고 감속기의 과도한 진동 또는 기어의 이(齒) 파손, 치면 손상 등이 발생하는 사례가 있다. 따라서 이와 같은 가공 및 조립오차 등 각종 오차를 고려한 기어의 강도 평가는 철도차량 안전 운행을 위해 확보해야 할 중요 기술 중 하나이다. 축의 조립 오차에 대한 기어 응력 및 손상의 영향에 관한 연구는 주로 실험적 연구 및 해석적 연구로 구분할 수 있다. 축의 오차가 헬리컬 기어의 접촉응력에 대한 영향에 대한 많은 연구가 되었지만, 대부분 해석의 타당성을 검증하는 수준이었고 실제 설계에 적용하기 위한 정량적 값을 도출하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 전동차용 헬리컬기어를 대상으로 3차원 유한요소해석 모델을 구축하고, 하중 전달 시 접촉 위치 변화에 따른 기어의 접촉응력 해석 방법을 정립하였고, 기존 강도계산 기준과 비교하여 해석의 타당성을 검증하였다. 국제규격을 이용한 기어의 면압강도 계산에는 하중계수를 적용하는 방법으로 가공 또는 조립오차에 대한 고려를 하고 있지만, 실제 제작 시 오차의 범위를 설정하기 어렵다. 따라서 구축된 모델을 이용하여 가공 및 조립 시 발생하는 오차 중 하나인 축의 평행도 오차 등에 따른 기어의 면압강도 변화를 분석하였다.