공 학 석 사 학 위 논 문

모듈의 대표적인 부품으로는 엔진, 변속기, 배선, ECU(Electronic Control Unit), 스위치 등이 있습니다. 공업용 플라스틱은 금속재료의 약 15%를 차지하므로 경량화의 장점이 매우 크다.

서 론

연구 배경

전기 자동차는 생산 비용이 비싸기 때문에 고급 자동차를 중심으로 시장이 형성됩니다. 레일 기어박스는 경량화, 품질, 원가 경쟁력이 있다면 글로벌 완성차 OEM의 수주 가능성을 높일 수 있는 기회가 될 것으로 기대된다.

연구 목적

논문의 구성

이론적 고찰

레일 기어박스 작동원리 및 특징

파워 시트 시스템
레일 구조 및 작동원리
기어박스 구조 및 작동원리

레일 기어박스의 요구성능

기어박스 하우징 소재 금속에서 엔지니어링 플라스틱으로 변경 시 모든 성능이 기존 제품과 같거나 더 좋아야 합니다. 필요한 강도는 정하중 강도 및 안전벨트 고정 테스트(1)를 충족해야 합니다. 신뢰성 시험 항목으로 동작내구시험(2), 반복피로내구시험(3), 환경시험(4)은 기존 기어박스와 거의 동일한 구조로 기본 특성을 유지하고 있기 때문에 본 논문에서는 신뢰성 시험에서 제외하였다. 가장 기본적인 요구 강도의 유효성을 확인하고 검증을 푸시하고자 합니다.

부품 중량 감소를 위한 급격한 구조 변경이나 재료 변경 없이 일반적으로 10%. 중량감소는 불가능하다고 판단됩니다. 따라서 보다 근본적인 대안으로 비중이 낮은 소재로 변경하여 경량화를 실현하고자 합니다.

하우징 소재를 엔지니어링 플라스틱 소재로 적용하여 부품을 제거하여 내부마찰을 줄이고 구조를 단순화하여 반자동 조립 구조에서 자동 조립 구조에 유용한 구조로 연구 및 수정을 진행합니다. 기어박스 모듈은 기어박스, 리드스크류, 마운팅 브라켓으로 구성되어 있으나 [표 2-2]와 같이 기어박스만 경량화 대상으로 정하였다. 1) 안전벨트 고정 시험 : 정면충돌 조건을 가정하여 정하중을 가하여 안전벨트가 끊어질 때까지 가해지는 관성하중의 정도를 확인하는 시험방법.

경량화 연구를 위한 이론적 과제

기어박스 설계

하우징 강도영향 원리실험
마운팅 브라켓 보강
플라스틱 소재 선정
기어박스 디자인 컨셉

플라스틱 하우징의 강도가 감소함에 따라 하우징을 고정하는 브라켓의 강성을 증가시킬 필요성에 대한 결론은 본 시험 결과의 분석에서 확인할 수 있다. 먼저 플라스틱 하우징의 강성을 어느 정도 보상할 수 있는지에 대한 기초 실험을 진행하였다. 하우징의 초기 파손에 대한 항복강도 해석은 하우징 재질 선정 후 검증이 필요합니다.

기어박스에 적용되는 플라스틱 소재는 사출 후 치수 정확도와 기계적 물성이 중요한 요소입니다. 대표적인 엔지니어링 플라스틱인 POM과 PA66에 유리섬유와 광물성 필러를 첨가하여 기계적 강도, 사출치수안정성, 고유동성, 도장성을 목적으로 개발되고 있습니다. 그리고 기어박스 하우징에 요구되는 특성은 강도, 사출 성형 시 치수 안정성 및 마찰 계수 측면에서 매우 중요합니다.

기어박스 하우징 재질을 기존 사출성형 방식의 메탈 재질에서 엔지니어링 플라스틱 재질로 변경 가능성에 대한 원리 실험 결과, 하우징의 강도가 감소하더라도 기어박스 하우징에 필요한 강도는 하우징을 확정하는 브라켓 구조를 보완하여 기어박스를 충분히 유지할 수 있습니다. 하우징을 엔지니어링 플라스틱 사출 소재로 변경하면 부품을 단순화하고 제조 공정을 단순화할 수 있어 제조 비용이 훨씬 더 유리합니다.

시험 및 분석

강도 해석(FEA)

기어박스 추력 검증

마찰손실을 고려하여 웜기어의 원주에 수직한 방향의 하중은 66.6kgf의 결과를 얻었다. 시트가 요구하는 최소 80kgf의 추력을 충족하는 수준은 이론적으로 입증되었습니다. 또한 각 핵심인자의 추력에 영향을 미치는 민감도에 대한 핵심인자를 분석하였다.

감도는 설계 단계에서 변수로 변경할 수 있는 변수입니다. 기어 재질과 윤활 그리스 성능이 최적화된다면 같은 엔진의 성능으로 추력 감도와 작동 소음을 훨씬 더 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

정하중 강도시험

두 번째 테스트는 기어박스가 작동되기 직전에 항복점 하중을 찾는 것입니다. 이는 충돌 후 승객이 탈출할 수 있도록 강도 테스트 후 차량 작동에 대한 요구 사항을 확인하기 위한 것입니다. 이후 기어박스 내부의 웜기어 변형으로 인해 작동이 되지 않고 2000kgf 이상의 임계하중으로 테스트가 진행되었다.

[그림 4-7] (b)시험 결과 최대 임계강도는 2,464kgf로 목표강도를 만 족하는 결과가 나타났다. 그래프에 나타난 것처럼 1차 변곡점 즉 항복강 도가 기존제품 대비 낮은 1,200kgf 수준이다.

시트벨트 앵커리지 시험

안전벨트 고정장치 시험의 안전규격시험 결과 요구강도와 강도시험 후 원활하게 기능하기 위한 요건을 모두 만족하였다.

결 론

그리고 기존 기어박스와의 비교 테스트에서도 비슷한 수준의 파단강도를 달성함을 확인하였다. 본 연구에서는 엔지니어링 플라스틱을 적용하여 시트레일 기어박스 중량을 30% 감소시켰으며, 기어박스의 성능 및 강도 요구사항을 모두 만족하는 결과를 검증하여 유효성을 검증하였다. 대부분의 모듈 부품은 여러 모델에 적용되는 경우가 많기 때문에 자동화된 생산 공정으로 제작됩니다.

Automatic production lines have high costs of facility investment, but they are highly competitive in manufacturing costs due to stable quality and mass production.