Gearwheels & Bearings

일반적인 수명예측은 winLIFE BASIC 으로 가능하며 다충성 하중이 작용하는 구조물 및 기어 / 베어링의 피로해석을 위한 모듈을 추가적으로 보유하고 있습니다 .

winLIFE Gearwheels & Bearings (German)

기어와 베이링의 수명 예측을 위해 추가된 모듈


winLIFE GEAR WHEELS & BEARINGS 는 기어 및 베어링의 피로수명 해석을 위한 전문 모듈로써 winLIFE BASIC 에 추가된 모듈이다 .

- Gear wheels의 피로 수명기어는 Gear tooth base(bending fatigue) 와 flank(pittings) 에 작용하는 bending 에 의해 피로가 발생하게 되며 어느 요소가 제품손상에 더 큰 작용을 하는지 알 수 없으므로 이 두가지의 damage mechanism 에 의한 손상의 가능성을 모두 검토할 필요가 있다 . 이 두 요소는 항상 동시에 작용하며 재료의 성질 및 구조에 좌우된다.


 - Gear tooth base의 피로 (bending fatigue) 


Gear tooth base 의 피로 는 dynamic bending 에 의해 발생하게 되는데 , 이는 표면에 균열을 발생시키며 최종적으로 파단현상을 일으킬 수 있다 .

기어휠의 파단현상은 notch factor 및 표면의 거침 정도 , 응력 크기 등에 크게 영향을 받는다 .

WinLIFE-module 은 Gear wheels 의 피로수명 해석을 위한 S-N Curve 를 표준 기준 ( 또는 학계의 연구 결과에 의한 기준 ) 에 따라 생성시킨다 .

 

< Figure 1 : 톱니에 작용하는 힘과 톱니 아래부분에 발생하는 bending stress >

 - Tooth flank의 피로 (pittings)


프로그램 및 모듈


톱니 사이의 미끄러짐이 없이 압력만이 가해지는 normal force 가 작용하는 범위에서는 Hertz Pressing 이 발생하며 , 이는 pitting 의 형태로 제품에 피로현상을 일으키게 된다. 피로수명은 S-N Curve를 통해 예측 가능하다.

< Figure 2 : 톱니 부위에작용하는 힘(왼쪽 그림)과 그에 의해 발생하는 응력 분표(오늘쪽 그림) >


< Figure 3 : Antifriction bearing >

 베어링의 피로수명

베어링에서 발생하는 피로는 tooth flank 의 pittings 와 유사하게 국부적으로 작용하는 Hertz Pressung 에 원인이 있다 .

베어링의 피로현상은 S-N Curve 와 유사하게 나타나는 exponential equations 로 설명할 수 있다.


< Figure 4 : S-N curves and their modifications >

S-N Curves

기어의 피로수명 예측은 S-N Curves 또는 그와 유사한 방법을 통해 가능하다.


Gear wheels 에 대한 S-N Curve 는 DIN standards 또는 FVA guidelines 를 근거로

하여 winLIFE 내 S-N Curve generator 에 의해 생성된다.

Figure 5는 S-N Curve 를 생성하기 위한 winLIFE input dialog 다.


< Figure 6 : Input dialog for the dwelling time matrix >

Input for load spectrums

기어의 수명은 회전수와 그에 의한 하중 (torque 또는 bearing force)에 큰 영향을 받는다.

피로수명 예측을 위한 하중에 대한 데이터는 chart 에 작성하거나 dwelling time matrix graph 에 대화형 방식으로 입력해 줄 수 있다.



< Figure 7: Time proportions from the dwelling time of gear wheel rmp and torque >

     < Figure 8: Torque over rmp for a gear wheel >

Speed-torque matrix 의 각 요소의 time period 가 주어져야 한다.

대부분의 경우 한 메트릭스 내에 수백개의 요소를 포함하고 있으므로 time matrices를 직접 입력하는 것 보다 측정값 또는 simulation caculations 로부터 유추해서 사용한다.

Figure 7은 winEVA System 에서 얻은 dwelling time matrix 으로써 , winLIFE 의 interface 가 잘 제공됨에 따라 다른 시스템들과의 link 가 용이하다 .

Dwelling time matrix는 자동으로 speed-torque matrix로 자동 전환된다.(Figure 8)


피로수명 해석

피로수명 해석은 linear fatigue damage accumulation hypothesis 에 따라 winLIFE BASIC 에서 수행되며 , 자세한 해석결과는 protocol file 에 기록으로 남아 저장된다 .


User Interface

Gear wheels 나 bearings 의 피로수명 예측은 다른 일반 구조물과 비슷하므로 , winLIFE BASIC 모듈과 비슷한 과정을 통해 수행된다 .

그렇기 때문에 winLIFE BASIC 의 사용자는 프로그램 구조가 비슷한 winLIFE GEARWHEELS&BEARINS 의 사용 또한 쉽게 습득할 수 있다 . winLIFE 3.0 은 기존의 버전과도 interface 가 가능하다 .