세계적으로 온실가스 및 대기 오염물질 배출 저감을 위한 환경 규제가 점점 강화되고 있는 가운데, 국내에서도 ‘2030 친환경 관공선 전환 계획’을 수립하여 선박의 온실가스 배출량 저감 기술 개발과 친환경 소형 연안선박 건조 및 실증 사업을 추진하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 연안 선박의 전기복합 추진을 위한 핵심 기자재인 기어박스의 설계에 대한 연구를 수행하였다. ROMAX 소프트웨어를 활용하여 전동기 구동, 엔진 구동, 엔진 구동 발전 등 다양한 운전 모드에서 기어의 강도와 치물림 상태를 확인하고, 치형 수정 최적화를 수행하였다. 또한 위상 최적화 기법을 이용하여 기어박스 하우징의 경량화 및 최적화를 수행하였다.

With the recent development of autonomous driving technology, many researchers have studied autonomous mobile robots. Accordingly, they are developing diverse mobile robot actuators. However, most actuators mainly use reducers made of chains, belts, multi-stage gears, etc. So the volume and size of the actuators increase, and power transmission efficiency tends to be relatively low. Therefore, this study has proposed the reducer of the mobile robot actuator using a complex planetary gear train with small volume and high power transmission efficiency, and has confirmed the stability of the proposed reducer through finite element analysis.

Combining digital automation solutions throughout recent manufacturing process is essential. Advanced robot and mechanical techniques are required for design, manufacture, and distribution process. Manual design of repetitive similar mechanical components during the development phase of these advanced machines and robots can occur wasting time and money. Developed gear design module, which is the power transfer system mechanical component, was programmed in the Visual Basic language in CATIA V5 environment. Automation Process is Based on Parametric Modeling Method. and it was found to be effective in reducing design time compared to designers manual modeling.

최근 공항 콘크리트 포장의 설계법은 경험적 설계법에서 역학적 설계법으로 변하고 있다. 하지만 다양 한 환경조건과 파손의 불확실한 예측 등의 이유 때문에 완벽한 역학적 설계방법은 개발되지 못하였고, 축 적된 경험에 공학적 개념을 결합한 역학적-경험적 설계방법이 개발되고 있다. 최근 미연방항공청(FAA) 에서는 역학적-경험적 설계방법인 FAA-6E를 제시하였지만 이는 각종 항공기의 제원 및 다양한 포장층 의 물성 등 많은 입력 변수가 필요하여 편리성이 떨어지며 환경하중을 고려하지 못하는 치명적인 단점이 있다(FAA, 2009). 따라서 최근 환경하중을 고려하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 특히 국내에서 는 박주영 외(2014)가 국내 기후 조건을 지역별로 고려하여 콘크리트 포장의 환경하중을 정량화하였다. 본 연구에서는 지역별 환경하중과 D (Dual) 기어에 의한 교통하중에 의한 공항 콘크리트 포장의 응력 회귀모형 및 설계방법을 개발하였다. 먼저, 환경하중과 D기어가 동시에 재하 될 때 슬래브에 발생하는 최 대인장응력의 위치와 크기를 확인하기 위해 유한요소해석 프로그램인 FEAFAA 2.0을 사용하여 해석을 실시하였으며, 그 결과 기존 교통하중만으로 해석하였을 때와 큰 차이가 있음을 확인하였다. 응력회귀모 형의 독립변수를 선정하기 위해 가능한 변수에 대한 민감도 분석을 실시하고 통계프로그램인 SPSS를 사 용하여 다중회귀분석을 실시하여 응력회귀모형을 개발하였다. 개발된 응력회귀모형은 환경하중을 고려하 여 응력을 계산하기 때문에 기존의 항공기 하중만으로 계산된 응력과 큰 차이가 있었다. 이러한 차이로 인해 기존의 피로모형을 그대로 이용할 경우 매우 다른 설계수명이 예측되었다. 따라서 미연방항공청 (FAA)에서 최근 개발된 FAA AC 150/5320-6E 설계법 피로모형의 응력보정계수를 Brill(2010)이 제시한 최소제곱법으로 보정한 수정 FAA AC 150/5320-6E 피로모형을 개발하였다. 기존에 FAA AC 150/5320-6D 방법으로 설계된 여수공항의 콘크리트 포장은 본 연구의 결과를 적용할 경우 동일한 줄눈 간격에서는 두께가 감소하고 동일한 두께에서는 줄눈간격이 증가하였다. D 기어로 설계된 외국 콘 크리트 포장의 자료를 추가하여 피로모형을 보정할 경우 더욱 합리적인 설계가 될 것으로 예상된다.

공항 콘크리트 포장 설계법은 경험적설계법에서 역학적설계법으로 변하고 있다. 하지만 다양한 환경조 건과 파손의 불확실한 예측 등의 이유로 완벽한 역학적 설계방법은 아직 개발되지 않았으며 현재는 기존 에 축적된 경험과 공학적 개념을 도입한 역학적-경험적 설계방법이 사용되고 있다. 따라서 미연방항공청 (FAA)에서는 역학적-경험적 설계방법인 FAA-6E를 제시하였지만 이는 각 항공기 제원 및 포장층의 물 성 등 많은 입력 변수가 필요하기 때문에 편리성이 떨어지며 환경하중을 고려하지 못하는 단점이 있다 (FAA, 2009). 따라서 최근 국․내외에서는 환경하중을 고려하기 위한 연구가 활발히 진행되었으며 박주영 외(2014)는 국내 지역의 기후 특성을 고려하여 국내의 지역별 콘크리트 포장의 환경하중을 정량화하였다. 또한 김연태(2014)는 DDT (Double Duals in Tandem) 기어에 의해 설계된 공항 콘크리트 포장의 교통응 력과 환경응력을 고려한 응력회귀식을 개발하였고 산출된 총 응력은 환경하중의 영향이 고려되기 때문에 기존의 경우와 비교하였을 때 응력과 차이가 크게 나타난다. 이러한 차이로 인해 기존의 피로모형을 이용 하여 설계 수명을 예측할 경우 상이한 결과가 도출된다. 따라서 교통 및 환경하중을 적용했을 때 합리적 인 공항 콘크리트 포장의 구조적 수명 예측하기 위해서 적절한 피로모형이 선정이 필요하다.

5MW급 풍력발전용 기어박스의 효율적인 구조해석과 근사모델을 생성하여 경량화를 위한 형상 최적설계를 수행하였다. 풍력발전용 기어박스의 구조는 기어 트레인, 축, 베어링, 하우징과 같이 복잡한 구성요소로 이루어져 있어 구조해석에 많은 요소 수를 요구하고 있다. 본 연구에서는 헬리컬 기어의 치강성 계수를 고려한 효과적인 기어박스의 구조해석 모델을 생성 하였다. 치강성 계수를 사용한 유성 기어열은 상대적으로 적은 요소 수와 해석시간으로도 전체 기어박스 시스템의 구조해 석과 형상 최적화를 가능케 한다. 치강성을 이용한 단순화된 해석모델과 근사모델을 적용하여 하우징 무게에 영향이 큰 부 위의 두께를 설계변수로 설정하여 케이스 최적설계안을 도출하였으며, 최적설계를 위해 사용된 근사모델의 신뢰성과 최적 기어박스 하우징 형상의 수치해석을 통해 타당성을 검증하였다.