자동차 드라이브 샤프트 고주파 열처리에 따른 비틀림 하중 피로수명 평가 :

김태영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김태영 (동아대학교, 동아대학교 대학원)

지도교수: 한승호

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2017

비틀림 하중을 받는 고주파열처리 드라이브 차축의 피로수명 평가

김태영 , 김태안 , 한승호 대한기계학회 논문집 A권 2017.06 학술저널

자동차 드라이브 샤프트 고주파 열처리에 따른 비틀림 하중 피로수명 평가

김태영 기계공학과 2017.01 학위논문

2016

비틀림 하중을 받는 고주파열처리 드라이브 차축의 피로수명 평가

김태영 , 김태안 , 강효림 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2016.12 학술대회자료

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자동차 부품 중 드라이브 샤프트는 엔진에서 발생하는 토크를 바퀴에 전달하는 동력 전달장치의 핵심 부품이다. 엔진에서 입력되는 비틀림 하중과 주행 중 발생하는 실동하중에 의한 부품의 파손을 방지하기 위해 고주파 열처리가 진행되며, 이를 통해 드라이브 샤프트의 강도 및 피로수명을 개선하고 있다. 일반적으로 드라이브 샤프트는 정적강도 및 강성설계가 이루어진 후 안전율을 고려하여 개발되며 이후 시제품 피로시험을 통해 요구수명의 만족 여부가 평가되고 있어, 제품개발 비용이 증가하고 개발 기간이 길어지게 된다. 또한, 예상치 못한 사용조건에서 피로파손이 발생하여 제품의 리콜 사례가 보고되고 있다. 최근 자동차 제조시장의 신차 개발 기간이 점차 짧아지고 있어, 자동차 부품업체에서는 저비용으로 피로파손이 발생하지 않는 높은 신뢰성을 갖는 제품개발을 위해 고주파 열처리 공정에 따른 소재의 물성값을 반영한 피로수명 평가기법을 실무 설계공정에 적용하려고 시도하고 있다.
본 연구에서는 고주파 열처리에 따른 드라이브 샤프트의 피로수명을 정량적으로 평가할 수 있는 피로수명 평가기법을 구축하였다. 이를 위하여 드라이브 샤프트의 소재인 SAE10B38M2 강재로 제작된 모재 및 경화깊이가 서로 다른 고주파 열처리 시편 두 종을 제작하여 비틀림 하중 하에서의 전단 변형률 제어 피로시험을 진행하였고, 변형률-수명 피로수명 평가방법에 필요한 피로 물성값을 구하였다. 얻어진 피로 물성값을 유한요소 상용해석프로그램인 ANSYS Workbench 및 ANSYS nCode DesignLife에 적용하여, 드라이브 샤프트의 비틀림 구조해석 및 변형률 기반 피로해석을 진행하였다. 얻어진 피로수명 결과를 시제품 피로시험 결과와 비교하여 해석기법의 타당성을 검증하였다.

#엔진 #유한요소 상용해석프로그램 #동력전달장치

Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 피로수명 평가 이론 6
1. 피로파괴 현상 6
2. 피로수명 평가 9
가. 반복 응력-변형률 선도 14
나. 변형률 기반 피로수명 평가방법 20
다. 평균응력 효과 25
라. 노치 효과 27
마. 피로수명 영향 인자 32
바. 선형누적손상법칙 36
3. 유한요소해석을 통한 피로수명 평가 37
Ⅲ. 시편준비 및 시험방법 40
1. 시편 설계 및 제작 40
2. 시편의 변형률 추정방법 42
3. 고주파 열처리 46
가. 고주파 열처리 공정 46
나. 유효 경화깊이 48
4. 비틀림 시험방법 54
Ⅳ. 시험결과 및 피로수명 평가 57
1. 정적 비틀림 시험 57
2. 반복 변형률 제어 증분 단계시험 61
3. 반복 변형률 제어 피로시험 67
4. 드라이브 샤프트 피로수명 평가 75
가. 드라이브 샤프트 75
나. 구조해석 76
다. 피로해석 80
라. 시제품 피로시험 및 고찰 83
Ⅴ. 결론 86
참고문헌 89
Abstract 94

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