대체 기술은 무엇인가

‘기어를 대체할 기술은 무엇인가.’

기어는 톱니 바퀴의 조합에 따라 속도나 방향을 바꾸는 장치이다. 기어의 기능, 기어 설계의 변천사 등을 통해 앞으로 기어는 어디로 진화 발전시켜야 하는지를 생각해 보자. 기어를 설계하는 엔지니어의 바램은 차량 수명과 같은 내구력을 가지며, 소음이 없는 조용한 기어를 설계 하는 것이다. 하지만 국내 차량이나 글로벌 자동차 회사의 차량을 시험 주행해 보면 일부 영역에서 화인 소음을 들을 수있다. 왜 기어 화인 소음이 들리는가? 과거 차량은 차량의 전체 소음 레벨이 높기 때문에 기어 화인 소음은 잘 들리지 않았다. 하지만 업체 간 경쟁이 심해지면서 차량의 실내 소음 수준이 개선되어 차량 전체 소음 레벨이 낮아진 것이다. 이로 인해 들리지 않았던 기어 화인 소음이 들리기 시작했다.

창과 방패처럼 기어 설계 방법 및 가공 수준도 지속적으로 개선되고 있다. 기어 화인 소음의 물리적 의미는 무엇인가? 기어 화인 소음은 진동을 일으키는 힘, 즉 기진력이다. 기어의 열처리 변형, 구동할 때의 기어 치형의 변형 등으로 인해 기어 화인 소음이 발생한다. 기어 설계의 변천사를 되돌아 보고 앞으로 나가야 할 방향을 함께 예측해 보자.

• 기술 도입 단계 – 1990년 까지는 해외 자동차회사와의 기술제휴로 생산을 했다. 자체 설계 능력이 부족했던 시절이었기 때문에 새로운 기어를 하나 추가 하려고 해도 해외업체로부터 기술 지원을 받아야 했다.

• 독자 설계 단계 – 외국 전문가로부터 기술을 습득하고 기어관련 서적을 통해 기술 습득을했다. 독자 개발한 기어 설계 프로그램을 활용하여 설계를 하게 되었다. 최종 기어의 선정은 설계자의 판단으로 결정된다. 신입사원으로 사양을 결정하는 경우에는 설계 품질은 한계가 있다. 따라서 선배 엔지니어의 코칭이 필요하다.

앞으로 기어 설계를 할 때 우리가 해야 할 일은 무엇인가?

• 차량의 실내 소음이 개선되고 있으므로 과거 차량에 기어 화인 소음이 없다고 방심 해서는 안 된다. 암소음 레벨이 낮아지면, 즉 차량이 조용해지면 들리지 않던 소음이 들리기 시작한다

• 경쟁 차량의 수준 및 생산 기술 동향을 지속적으로 파악하고, 해석 방법도 업데이트 해야 한다.

• 기어 설계에 있어 기준은 회사의 대상 및 실차 내구 시험이다. 변속기 기어가 필드에서 파손되는 문제는 거의 없다. 내구력은 차량 수명과 같이 해야 하지만, 원가, 중량 및INTRTIA, 변속 성능 등 OVER DESIGN을 하게 되는 근본 원인이 될 수 있다. 그동안의 필드 데이터를 기초로 하여 내구시험 CODE의 보완을 지속적으로 해야 한다.

• 기어는 설계와 생산의 조화로 만들어진 부품이다. 따라서 생산 품질 산포를 줄일 수 있는 호닝, 그라인딩의 적용을 확대 해야 한다.

• 시작품과 양산품의 공법이 다른 경우에는 양산 산포를 고려하여 개발해야 한다.

• 기어소음을 측정할 때는 진동과 소음 SPEC 2가지를 사용한다. 고체 전달의 영향이 클 때는 진동 SPEC, 공기 전달의 영향이 클 때는 소음 SPEC이 잘 맞는다. 소음 측정 기법을 연구하여 최적의 SPEC을 개발 해야 한다.

기어와 같은 기능을 하는 요소 기술은 벨트, 체인 등이 있다. 하지만 변속기에서는 아직 까지는 기어가 가장 경제적이다.

세계 최초로 기어를 대체할 멋진 기술은 없을까? 여러분이 만들어 낼 것으로 믿는다