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자전거 구동계 모델 생성 자동화 및 해석

제품. 가정용 냉장고용 압축기

해석 목적. 시뮬레이션 결과와 시험 결과 간의 튜닝 자동화를 통한 신뢰성 있는 가상 모델의 생성

자전거 변속기 성능은 2가지 측면에서 평가할 수 있다. 하나는 변속이 얼마나 부드러우면서도 정확하게 이루어지느냐와 같은 감성적인 측면이다. 다른 하나는 변속에 사람의 힘이 얼마나 덜 필요하고, 변속 과정에서 발생하는 손실이 적은 지와 같은 에너지 측면이다. 자전거 구동계는 사용하는 체인 링크의 수가 많고 특히 체인링크와 스프로켓 사이의 접촉을 세밀하게 계산해야 한다. 이 때, 체인 링크의 형상이 변경될 경우 매번 새롭게 모델을 다시 만드는 것은 많은 공수가 많이 소요된다. 특히 해석 시간을 줄이기 위해 체인 링크에 대한 정교한 접촉 정의가 필요한 데 이 역시 시간이 많이 소요되는 작업이다. 본 사례에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 RecurDyn과 C#을 이용하여 자동화 프로그램을 작성함으로써 모델 링에 필요한 사용자의 노력을 대폭 줄일 수 있었으며, 해석 속도도 충분히 만족스러웠다. 이렇게 완성된 자동화 프로그램을 이용하여 체인링크의 가공 형상, 스프로켓의 설치 각도, 체인 롤러와 핀의 공차를 다르게 하면서 그 효과를 분석할 수 있었다.

◆ 주요 작업 프로세스

① 체인 및 여러 부품의 CAD 파일을 Import하여 강체 바디 생성

② ProcessNet (C#)을 이용하여 109개의 체인 링크에 부싱 정의, 접촉면 결정, 스프로켓과의 접촉 정의 등을 자동화

③ 카세트 스프로켓의 설치 각도를 변경해 가며 성능 평가

④ 가공면 형상이 다른 체인 링크로 교체해 가며 성능 평가

◆ 주요 해석 기술

• 수많은 강체와 접촉을 포함한 다자유도 다접촉 모델을 해석할 수 있는 MBD 기술 및 접촉 알고리즘 (체인 링크 109개, 접촉 648개)
• 수많은 동역학 요소의 생성 및 수정과 같은 반복된 작업을 C# 으로 자동화할 수 있는 커스터마이즈 환경
• 체인의 특성을 적절하게 표현할 수 있는 bushing parameter 추정 기술
• 고속 시뮬레이션을 위한 SMP 기술

◆ 관련 제품

• RecurDyn/Professional
• RecurDyn/ProcessNet

◆ 고객에게 주어진 과제 및 이슈

• 부품의 형상이 변경될 때마다 효과분석을 위해 시제품을 제작하기 어려움
• 시제품을 이용한 시험으로는 계측하기 어려운 데이터 존재
• 체인링크나 스프로켓의 형상이 변경될 때마다 모델링을 처음부터 다시 반복해야 함
• 링크링크와 접촉의 수가 많아서 시뮬레이션을 통한 계산 시간이 오래 소요

◆ 해결

• ProcesseNet (C#)을 이용하여 체인링크 및 스프로켓 형상이 변경될 때마다 반복해야 하는 작업을 자동화
• 전체 바디가 아닌 접촉이 발생하는 부분만을 계산에 사용함으로써 계산 시간 단축
• SMP를 사용하여 시뮬레이션 소요 시간을 단축 (8코어 사용)

◆ 성과

• 자동화 프로그램을 이용하여 자전거 구동계 모델을 빠르게 생성
• 드레일러 위치, 스프로켓 설치 각도, 체인링크 가공 형상과 변속 완료 시간 간의 관계 확인 •체인 이탈 발생 용이성 확인
• 체인 링크와 다른 부품 간에 발생하는 접촉력 확인
• 변속 동작에 작용하는 힘과 토크의 크기 확인

◆ 활용 및 해석사례

• 자전거 변속기에 의한 체인의 변속 과정 시뮬레이션  
• 리커다인을 이용한 자전거 시뮬레이션