무소음 변속기 설계

무소음 변속기 설계

1, 기어 변속기의 구조특성

1) 변속기는 1개의 축에 다수의 기어가 장착되어 서로 다른 진동각속도를 갖는 기어가 동시에 진동함으로 각각의 진동이 합성되어 진폭이 변조되고 증폭된다.

2) 기어의 선속도가 빠름으로 치차가 상대치차를 타격하는 효과가 있다 (이론상으로는 는 구름 접촉하는 구조임)

2, 변속기의 소음 발생과정

변속기의 소음은 "치차소음"과 "베어링소음"으로 구분할 수 있다.

1) 치차소음은 치차가 상대치차를 타격할 때 진동음이 발생한다.

치차의 형상이 원판에 돌출돌기가 붙어있는 형상임으로 진동음의 발생효율이 크다. /유선형물체는 진동에 의한 진동음 발생효율이 낮다.

2) 기어의 치열이 수학적인 동심원이 될 수 없다.

타원의 치열을 갖는 기어가 고속회전하면 소음발생이 불가피하다.

3) 기어의 치형면이 수학적인 Involute곡면이 될 수 없다.

치형을 정밀가공한다는 것은 수학적인 Involute곡면에 가깝게 가공하는 것이다. 따라서 2개의 치형이 맞물려 회전하면 마찰이 발생되고 이때 소음이 발생된다. 출력축에 부하가 커지면 소음은 증가한다.

4) 베어링소음 : 치차에서 발생된 진동이 Frame(Case)로 전달되는 과정에서 베어링이 진동으로부터 가장 취약한부분임으로 진동이 발생한다. 구체적으로 설명하면 베어링의 내륜은 축에 부착되어있고, 외륜은 Frame에 부착되어있다. 축과 Frame이 별개로 진동함으로 내륜과 외륜도 별개로 진동한다. 이때 내륜과 외륜사이에 끼어있는 베어링볼은 내륜과 외륜에 의하여 압축을 받기도하고, 허공에 떠 있기도 한다. 이와 같은 2가지 작용이 고속으로 반복되면 베어링볼을 Hammer로 타격하는 것과 같은 효과가 있다. 베어링볼을 Hammer로 타격함으로 소음이 발생되는 것이다.

3, 변속기의 소음 대책

1) 베어링 소음 : 방진베어링을 장착하면 베어링소음은 없어진다.

베어링의 외륜이 탄성지지 되어 있음으로 외륜은 내륜과 같은 파형으로 진동한다. 따라서 베어링볼은 상시 같은 조건에서 외륜과 내륜사이를 구르게 된다. 따라서 베어링소음은 없어진다.

2) 치차소음 : 방진베어링을 사용하면 치차소음도 감소되는 효과는 있으나 치차소음을 더욱 저감하기위하여 치차에 탄성죤을 삽입하여 탄성치차를 개발하면 치차소음을 완벽하게 줄일 수 있다.

치차가 탄성이 있으면 치형 정밀도로 인한 소음문제는 완전히 없어지고, 치차를 타격하는데 따른 소음도 공진효과가 없어짐으로 치차 타격소음을 70%이상 줄일 수 있다. (잔류소음은 30% 이하)

※ 변속기용 탄성치차의 성능특성 : 회전방향과 축방향은 탄성이 없고, 법선방향으로만 탄성이 있는 치차.

4, 변속기의 기타 소음대책

1) Casing을 주철로 제작하면 소음저감 효과가 있다. ※AL합금강은 Casing내부에서 발생된 소음의 차폐효과가 없다.

2) 기어의 재질을 표면조도가 서로 다른 재질을 사용하면 소음저감 효과가 있고, 내마모 효과도 있다. 예) 주강과 단조강 사용

3) Casing의 내압이 증가하면 기어나 베어링에서 발생된 소음을 Casing으로 전달하는 효율이 증가하여 Casing외부에서의 가청소음이 증가한다. → 내압 저감대책 마련