Investigating a Classic Car Gearshift Mechanism

자동차는 자동 혹은 수동 작동방식의 기어박스를 가지고 있습니다. 수동 기어박스에서, 여러분은 차를 운행하는 중에 빈번히 기어 스틱을 사용하지만, 정작 작동방식에 대해서는 거의 생각을 하지 않습니다. 이 시점에서, 이에 대한 작동원리와 일상 작동 중 작용하는 하중에 대해서 COMSOL Multiphysics Dynamics 모델을 통하여 고찰하고자 합니다.

Restoring a Classic Car

구형 자동차의 복원은 우리에게 기어시프트가 어떻게 작동하는지에 대한 동기 유발을 제공합니다. 수동 기어박스가 장착된 자동차를 합리적으로 설계하는 방법은 바닥에서 구멍을 통해 스틱이 나오게 하거나 중앙 콘솔에 위치한 기어시프트 레버가 기어박스의 상단에 위치하도록 하는 것입니다. 그러나, 과거에는 기어시프트 레버가 핸들 측면에 붙어 있는 것이 편리하다고 여겨졌습니다. 그래서 좌석 앞쪽에 세 명이 앉는 것이 가능 했습니다.

기어시프트 레버가 핸들에 부착되어 있는 것에 대해 몇 가지 시도가 있었습니다. 그것은 핸들로부터 기어시프트를 멀리 떨어뜨려도 작동할 수 있도록 하는 것인데, 문제는 기어박스의 레버를 아래로 움직이게 하는 것입니다.

Modeling the Gearshift Mechanism Using COMSOL Software

개별 부품 간에 작용하는 힘들이 얼마나 되는지 알기 위하여, 부품들에 포함되는 다양한 조인트 유형을 제공하는 Multibody Dynamics Module과 Structural Mechanics Module을 살펴 보겠습니다. Multibody Dynamics Module 은 사용자가 COMSOL Multiphysics 및 Structural Mechanics Module 의 성능을 확장하여 기계 조립품을 모델링 하는데 도움을 줍니다.

Multibody Dynamics Module에서 제공하고 있는 조인트 조건 11가지 중 기어박스의 거동 해석을 하기 위해, 사용된 조인트는 ball, cylindrical, hinge joint 입니다. 또한, 접촉면(contact surface)을 이용하여 모델링 합니다.

구성부품들은 모두 탄성체로 정의하여 structural mechanics를 사용한 각개 부품들의 변형을 연산 하였습니다. 한편으로, 임의의 부품들은 강체 모델링(rigid modeling)도 가능합니다. 마지막으로, 1단 변속에 대한 해석구현을 위해 스틱 시프트가 후방으로 움직인 후 상방으로 움직입니다.

Flexible Multibody Analysis

기어 시프트 메커니즘의 움직임을 나타내는 작동 상태를 고찰하기 위해, 과도해석을 수행합니다. 기어시프트의 2초간 움직임을 고찰하였으며, 차량 수명에 적절합니다.

특히, 작동 중에 각 부품들에 작용하는 힘의 크기를 보겠습니다. 과도한 접촉력(contact force)은 과도한 마모를 유발할 수 있습니다. 힌지(hinge) 혹은 링크(linkages)들에 과도한 하중이 걸리지 않는 것을 규명하고, 힌지 그 이하 부품에서는 보는 바와 같이 최대값이 수 뉴톤에 불과함을 알 수 있습니다.