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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김학성
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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최근 수 년 동안 많은 자동차 회사는 자동차의 연비 향상과 더불어 주행 안전성에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 자동차의 연비 향상 및 주행 안전성 확보를 위해서는 자동차 에어컨 압축기(Air-Conditioner compressor)를 포함하는 엔진 출력으로 구동되는 보기류(Engine accessories) 각 부품의 구동 토크 저감(Torque reduction)과 더불어 최적 설계(Optimal design)를 통한 부품들의 신뢰성이 중요하다.
에어컨 압축기용 토크 리미터(Torque limiter)는 엔진의 동력을 압축기로 전달 및 차단하는 역할을 하므로 최적 설계를 통한 주행 안전성 확보가 필요한 부품이다. 토크 리미터는 동력 전달 측면에서는 엔진 토크 변동(Engine torque fluctuation)에 대한 피로 강도(Fatigue strength)를 만족해야 하고, 동력 차단 측면에서는 자동차의 주행 안전 확보를 위해서 파단 강도(Fracture strength)를 동시에 만족해야 한다.
본 연구에서는 서로 상반되는 개념인 피로 강도와 파단 강도를 모두 만족하는 토크 리미터의 최적 형상 설계 및 최적 설계에 대한 검증 방안을 다음과 같은 순서로 연구하였다. 첫째, 선행 연구 결과를 참조하여 피로 특성과 파단 특성을 모두 만족시킬 수 있는 Fe-Cu-C계 소결 재질(Sintered material)을 선정하였으며, 시편을 제작하여 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 둘째, 유한 요소 해석을 통한 토크 리미터 최적 형상을 제시하였고, 최적 형상에 대한 피로 해석 및 시험을 수행하여 최적 형상의 토크 리미터가 피로 강도 측면에서 충분한 내구성을 가진다는 것을 검증하였다. 셋째, 최적 형상의 토크 리미터가 파단 강도 측면에서 만족하는지 여부를 확인하기 위하여 Lock device를 직접 제작 하였고, 엔진 회전수에 따른 디젤(Diesel) 차량과 가솔린(Gasoline) 차량의 파단 토크를 측정하여 토크 리미터가 파단 강도 측면에서 충분히 신뢰성을 가진다는 것을 검증 하였으며, 실험적 방법을 제시하였다.
피로 강도와 파단 강도를 동시에 만족해야 하는 차량용 에어컨 압축기용 토크 리미터의 최적 설계에 관한 본 연구는 엔진의 동력으로 구동되는 여러 보기류 부품의 최적 설계 및 신뢰성 검증에 도움이 될 것이다.
에어컨 압축기용 토크 리미터(Torque limiter)는 엔진의 동력을 압축기로 전달 및 차단하는 역할을 하므로 최적 설계를 통한 주행 안전성 확보가 필요한 부품이다. 토크 리미터는 동력 전달 측면에서는 엔진 토크 변동(Engine torque fluctuation)에 대한 피로 강도(Fatigue strength)를 만족해야 하고, 동력 차단 측면에서는 자동차의 주행 안전 확보를 위해서 파단 강도(Fracture strength)를 동시에 만족해야 한다.
본 연구에서는 서로 상반되는 개념인 피로 강도와 파단 강도를 모두 만족하는 토크 리미터의 최적 형상 설계 및 최적 설계에 대한 검증 방안을 다음과 같은 순서로 연구하였다. 첫째, 선행 연구 결과를 참조하여 피로 특성과 파단 특성을 모두 만족시킬 수 있는 Fe-Cu-C계 소결 재질(Sintered material)을 선정하였으며, 시편을 제작하여 인장 및 피로 시험을 수행하였다. 둘째, 유한 요소 해석을 통한 토크 리미터 최적 형상을 제시하였고, 최적 형상에 대한 피로 해석 및 시험을 수행하여 최적 형상의 토크 리미터가 피로 강도 측면에서 충분한 내구성을 가진다는 것을 검증하였다. 셋째, 최적 형상의 토크 리미터가 파단 강도 측면에서 만족하는지 여부를 확인하기 위하여 Lock device를 직접 제작 하였고, 엔진 회전수에 따른 디젤(Diesel) 차량과 가솔린(Gasoline) 차량의 파단 토크를 측정하여 토크 리미터가 파단 강도 측면에서 충분히 신뢰성을 가진다는 것을 검증 하였으며, 실험적 방법을 제시하였다.
피로 강도와 파단 강도를 동시에 만족해야 하는 차량용 에어컨 압축기용 토크 리미터의 최적 설계에 관한 본 연구는 엔진의 동력으로 구동되는 여러 보기류 부품의 최적 설계 및 신뢰성 검증에 도움이 될 것이다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경 11.2 선행연구 조사 31.3 연구 내용 4제 2 장 자동차 에어컨 압축기용 토크 리미터 62.1 외부 가변 용량 압축기의 적용 목적 62.2 토크 리미터의 적용 목적 및 원리 102.3 토크 리미터의 재질 선정 13제 3 장 유한 요소 해석을 통한 최적 형상 설계 153.1 Fe-Cu-C계 소결 시편 인장 시험 153.1.1 시험 개요 153.1.2 소결 시편의 인장 시험 173.2 Fe-Cu-C계 소결 시편 피로 시험 183.2.1 시험 개요 183.2.2 소결 시편 피로 시험 203.2.3 피로 파괴와 S-N 곡선 223.2.4 평균 응력의 영향 233.3 토크 리미터의 유한 요소 해석 243.3.1 유한 요소 해석 모델 243.3.2 유한 요소 해석 조건 253.3.3 유한 요소 해석을 통한 최적 형상 선정 26제 4 장 토크 리미터 최적 형상에 대한 피로 특성 304.1 최적 형상에 대한 피로 해석 304.1.1 피로 해석 조건 304.1.2 피로 수명 해석 314.1.3 부분 S-N 곡선 334.2 최적 형상에 대한 피로 시험 344.2.1 피로 시험 조건 344.2.2 피로 수명 시험 354.2.3 토크 리미터의 경도 분포 36제 5 장 토크 리미터 실차 파단 특성 검증 375.1 실차 파단 평가를 위한 Lock device 제작 375.1.1 Lock device 작동 원리 375.1.2 Lock device 제작 방법 395.1.3 토크 보정 개요 425.1.4 토크 보정 결과 445.1.5 Lock device 실차 장착 465.2 토크 리미터 실차 파단 특성 485.2.1 실차 파단 시험 개요 485.2.2 디젤 차량의 파단 특성 495.2.3 가솔린 차량의 파단 특성 525.2.4 토크 리미터 파단 범위 55제 6 장 결 론 57참 고 문 헌 59Abstract 61감사의 글 63
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