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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김강민 (조선대학교, 조선대학교 대학원)

지도교수
김창래
발행연도
2022
저작권
조선대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수9

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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Gears have been used as a means of power transmission for a long time as a part of various mechanical devices. In the past, gears made of matal have been mainly used, but now the use of polymer gears is increasing. Polymer gears are lighter in weight than metal gears, have superior operating performance, generate less noise and vibrations, and can be driving no-lubrication, which has numerous mechanical and environmental advantages over metal gears. However, polymer gears have disadvantages in that they have weak mechanical properties and are very weak to heat. Also, polymer gears tend to be easily fractured by frictional heat due to their low thermal conductivity. For this reason, polymer gears are not applied to heavy machine such as automobiles or aircraft, but are used in light-load machine such as office equipment or home appliances. Therefore, there is a need for research to improve the reliability of polymer gears for application to a wide range of industries. The goal of this study is to improve the reliability of polymer gears through tooth shape modification and surface treatment. In this study, a gear was manufactured using 3D printing, and the driving characteristics of the gear according to the tooth shape of the polymer gear were analyzed. And the tribology characteristics according to various materials and surface treatment were analyzed, and the material and surface treatment with the best tribology characterustucs were applied to the polymer gear. The tooth shape design of polymer gears was analyzed for involute gear and cycloid gear, which had not been studies in the polymer gear. Tribology characterization was tested on ABS, PE, PP, and PA materials, and the surface was treated with surface chemical polishing and CNT coating. As a result of the experiment, the cycloid tooth reduced frictional heat by up to 32% compared to the involute tooth. And the efficiency was also the best with the cycloid tooth shape. The material and surface treatment with the best tribology properties are those that are PA material and surface chemical polishing and CNT coating. In a comparison experiment with typical gears, the gears manufactured through this study(Cycloid tooth shape PA material, surface chemical polishing and surface CNT coating) reduced frictional heat by up to 70%, and the wear rate by 60%, and the efficiency increased by up to 10%. This study showed that cycloidal teeth of polymer gears have better operating performance than involute teeth. And materials with good tribological properties also have good gear operating performance, which can be further improved through surface treatment such as surface polishing or CNT coating.

목차

제 1 장 서론 1
제 1 절 연구 배경 및 관련 연구 1
1. 연구 배경 1
2. 관련 연구 3
제 2 절 연구 목적 및 방법 6
1. 연구 목적 6
2. 연구 방법 7
제 2 장 이론적 배경 9
제 1 절 트라이볼로지 이론 및 기어 이론 9
1. 트라이볼로지 9
2. Hertzian contact theory 10
3. 마모 이론 및 메커니즘 11
가.응착마모 12
나.연삭마모 12
다.피로마모 13
라.부식마모 13
4. Gear 14
제 2 절 고분자 재료 표면 특성 개질 16
1. 표면 연마 이론 16
2. 표면 코팅 이론 17
제 3 절 유한요소해석 18
제 3 장 고분자 기어 치형에 따른 신뢰성 평가 19
제 1 절 실험 시편 준비 및 평가 19
1. 시편 준비 및 실험 장비 구축 19
2. 기어 치형에 따른 신뢰성 평가 및 결과 22
제 2 절 유한요소해석 모델 도출 및 결과 해석 30
1. 실험 조건 기입 및 해석 과정 30
2. 기어 치면 접촉압력 분석 및 결과 31
3. 기어 치아 내부 응력 분석 및 결과 34
제 4 장 표면처리에 따른 고분자 평기어의 트라이볼로지 특성 평가 36
제 1 절 실험 시편 준비 및 트라이볼로지 특성 평가 36
1. 시편 준비 및 실험 장비 구축 36
2. 표면 특성 및 마찰?마모계수 측정 및 결과 41
가. 표면특성 측정 및 비교 41
(1) 표면 접촉각, 표면에너지 측정 및 비교 41
(2) 표면 형상, 표면 거칠기 측정 및 비교 44
나. 표면 마찰계수 측정 및 비교 47
다. 마모율 측정 및 비교 50
제 2 절 표면처리 기법에 따른 고분자 기어 평가 및 비교 분석 53
1. 표면처리에 따른 기어 신뢰성 평가 및 결과 53
2. 기어 신뢰성 평가 비교 분석 및 결론 58
가. 1.2Nm 토크 구동환경 59
나. 3.6Nm 토크 구동환경 61
다. 12.0Nm 토크 구동환경 63
라. 기어 신뢰성 평가 결론Ⅰ 65
마. 기어 신뢰성 평가 결론Ⅱ 67
제 5 장 결론 68
제 1 절 연구 결론 68
제 2 절 향후 과제 71
Reference 72

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