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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 염정국
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수23
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유압식 커플링 볼트는 선박 및 발전 분야의 추진축과 회전축 등의 결합에서 중요한 부품으로 사용되고 있지만, 체결 및 분해 과정에서 볼트 고착 및 부품 파손 등의 문제점이 나타나고 있다. 지금까지의 연구들은 기존 유압식 커플링 볼트의 형상 개선을 통한 응력집중 방지, 체결 및 분해 성능 향상에 관한 연구가 주로 진행되었다. 하지만 볼트 및 슬리브의 구조적 안전성에 관한 연구와 볼트 나사부의 전조 가공 공정 설계에 관한 연구는 아직 많이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 유압식 커플링 볼트와 슬리브의 문제점을 개선하기 위해 유한요소법을 이용하여 볼트 및 슬리브의 구조 안전성을 평가하고, 나아가 볼트 나사산의 건전성 확보를 위해 절삭가공 나사를 대체하는 전조 가공 공정의 설계에 관한 연구를 하고자 한다. 먼저 유압식 커플링 볼트 체결 시 가장 큰 하중이 걸리는 2차 체결 하중에 대한 설계를 수행하고 이어서 1차 체결 하중을 결정하였다. 2차 체결 하중의 계산을 위해 최대 허용하중에 응력집중계수 및 안전율을 고려하였고, 후벽 실린더 이론을 적용하여 1차 체결 하중의 상한값과 하한값을 도출하였다. 그리고 볼트 및 슬리브의 구조 안전성을 평가하기 위해 체결 공정에 대한 구조해석을 수행하였다. 또한, 볼트 나사부의 전조 공정 최적화를 위한 공정변수들을 설계하였고 성형 해석을 통해 주요 변수인 압입량에 따른 형상 정밀도, 전조 하중, 유효변형률을 분석하였다. 구조해석을 수행하여 1차 체결 하중이 증가할수록 접촉압력과 응력이 증가하는 것을 확인하였고, 2차 체결 시 볼트가 축 방향으로 신장이 되어 지름이 감소함으로써 1차 체결보다 접촉압력이 감소하는 것을 확인하였다. 이에 슬리브에 접촉압력을 발생시키면서 허용응력을 초과하지 않는 하중을 1차 체결 하중으로 선정하였다. 최종 선정된 1차 및 2차 체결 하중을 토대로 체결 공정이 완료되었을 때, 슬리브의 두께가 증가할수록 접촉압력은 감소하였다. 또한, 성형 해석을 수행하여 금형의 압입량이 증가할수록 나사산 형상 충진율이 향상될 뿐만 아니라 전조 하중 역시 증가함을 확인하였다. 기계설계이론과 유한요소법을 바탕으로 적정 체결 하중을 도출하였고, 체결 공정 후 슬리브의 구조적 안전성이 확보됨을 확인하였다. 또한, 금형의 압입량이 증가할수록 전조 하중이 증가하게 되어 나사산 표면에 결함이 발생할 가능성이 증가함을 확인하였다. 따라서 전조 가공 시 나사산 형상을 만족시키면서 최소의 압입량을 갖도록 전조 공정을 수행하는 것이 바람직하다고 판단된다. 본 연구결과를 바탕으로 국내 조선해양업계에서 요구하는 슬리브 테이퍼 각도에서 최적의 작동성을 만족하는 볼트의 형상 설계가 가능해졌으며, 볼트 나사산에 대한 가공 공정을 소성변형을 이용한 전조 공정으로 대체하여 기존의 절삭 공정 대비 가공시간을 단축할 뿐만 아니라 절삭 칩 발생에 의한 재료의 손실이 줄어들어 높은 수준의 품질을 만족하면서도 낮은 원가의 유압식 커플링 볼트에 대한 제조기술을 확보하게 되었고 이를 바탕으로 고가의 수입산 유압식 커플링 볼트를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
목차
I. 서론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구 동향 및 목적 4Ⅱ. 연구 방법 62.1 실험 방법 62.1.1 인장 실험 62.1.2 가상 플랜지 체결 실험 72.2 수치해석 방법 92.2.1 체결 하중 설계 92.2.2 전조 공정 설계 132.2.3 유한요소해석 모델 및 조건 17Ⅲ. 연구 결과 및 고찰 213.1 실험 결과 및 고찰 213.1.1 인장 실험 결과 213.1.2 가상 플랜지 체결 실험 결과 233.2 수치해석 결과 및 고찰 243.2.1 체결 공정 해석 결과 243.2.2 전조 공정 해석 결과 26Ⅳ. 결론 30참고문헌 32Abstract 34
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