본 논문에서는 최근의 진화적 구조최적화(ESO) 전략을 회전축의 형상최적화에 적용하였으며, 각 계산 스텝마다 단위 유한요소의 크기를 변경함으로써 기존의 방법보다 빠르고 정확한 최적형상에 수렴하는 새로운 방법을 제시하였다. 축요소의 직경을 시스템 설계변수로 하였으며, 축중량의 감소, 공진배율(Q-factor)의 감소 및 충분한 위험속도의 분리여유를 갖도록 목적함수를 설정하였다. 불평형응답 및 굽힙응력의 구속조건을 부가하였으며, 목적함수에 대한 설계변수의 감도해석을 수행하였다. 전동기축계에 대한 적용 결과로부터 주파수와 동적 구속조건하의 로터베어링 시스템에 대한 축 형상 최적화에 ESO법이 효과적으로 이용될 수 있음을 확인하였다.
축정렬이 불량한 경우 축진동이 과도하게 발생하여 출력이 감소하고 소음이 발생하며, 심한 경우 회전체의 파손과 같은 손실을 입을 수 있다. 특히 축 정렬불량으로 인한 진동은 교정이 안되는 것이 특징이므로 근본적으로 진동 을 해결하기 위해서는 축 정렬을 다시 시행해야 한다. 그러나 터빈은 다른 기계 구조물과 달리 분해 점검에 많은 시간과 경비가 요구되므로 축 정렬시 정확한 작업이 요구된다. 본 연구에서는 터빈계통의 축정렬을 수행하는 절차 와 방법에 대해서 검토하였다. 이를 위해 축정렬이 입력데이터로 쓰일 수 있 는 상태측정방법중 커플링 원주와 커플링 면 측정방법이 설명되었으며, 측정 값으로부터 축정렬을 수행하기 위해, 베어링의 이동량 계산과정과 쉼 가감량 의 계산방법을 기술하였다. 축정렬의 원리와 방법의 적용과정을 실제로 알아 보기 위해 평택화력 1,2호기에 대한 축정렬이 수행되었다. 1,2호기는 고압터 빈, 2단계의 저압터빈 및 발전기로 구성되어 있는 다축 시스템으로서, 제작 사측에서 요구하는 정렬 기준값을 감안하여 축정렬에 필요한 베어링 조정량 을 계산하였다. 계산과정은 기준로터로 지정된 저압터빈에서부터 축정렬상태 도를 작성하여 가면서 단계적으로 설명되었으며, 최종적으로 쉼의 가감량까 지를 보여줌으로서 축정렬과정을 완료하였다.
A rotordynamic analysis is performed with a centrifuge rotor-bearing system for the raing speed of 100,000 rpm. The system is composed of a centrifuge rotor(or simply the rotor), flexible shaft, motor rotor and shaft, and two support rolling element bearings of the motor shaft. Design goals are to achieve wide separation margins of critical speeds and favorable unbalance responses of the rotor at the associated critical speeds. The latter requirements are especially important as the system crosses multiple numbers of critical speeds and as the system may not have enough separaton margins around the rating speed. As the system adopts an extra-flexible shaft, it is shown that the rotor has satisfactory small unbalance responses over higher criticals while having an unsatisfactory large one at the first critical. To supress this a bumper ring or guide bearing needs to be installed at a suitable location of the flexible shaft. It is also shown that even with the flexible shaft the dynamics of the motor must be incoporated into the full system model to accurately identify the fourth critical speed, which is close to the rating speed, and higher ones. The analysis is based on the finite element method.
로터크래프트의 동력전달장치용 기어박스는 엔진에서 생성된 동력을 승하강 및 전진 비행을 위한 팬 및 푸셔로 전달하며, 사용목적에 따라 메인기어박스, 보조기어박스로 구분된다. 로터크래프트 동력전달장치용 기어박스의 주 설계 목표는 주어진 요구사항(전달동력, 장착공간 등)을 모두 만족시키는 범위에서 가능한 경량화 설계를 하는 것이다. 특히 기어박스는 같은 기능을 하더라도 시스템 구성에 따라 전체 중량이 크게 달라질 수 있기 때문에 경량화를 위해서는 초기 개념 설계가 매우 중요하다. 본 연구에서는 엔진의 장착 위치에 따른 기어박스의 다양한 개념 설계를 수행하였다. 또한 각 개념 설계에 따른 기어, 베어링 등의 요소부품 설계를 수행하여 시스템 구성에 따른 예상 중량을 비교 검토하였다.
한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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pp.255-260
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1998
A detailed rotordynamic design analysis is performed with a turbo-chiller compressor rotor-bearing system. A pinion is machined into a compressor shaft and the pinion is driven by a bull gear to a rated speed of 14,600 rpm. Utilizing a finite element method each bearing loads are calculated considering various gear loadings as well as the rotor weight itself. A Partial bearing and a 3-Lobe bearing are designed as the compressor impeller out-board bearing and in-board bearing, respectively. Finally a complex rotordynamic analysis of the compressor rotor-bearing system is carried out to evaluate the system whirl natural frequencies, stabilities, and unbalance responses.
Presented in this paper is a new method of identifying the critical speed of rotor-bearing systems without actually reaching at the critical speed itself. Using the method, it is not only possible to calculate the critical speed by measuring a series of rotor responses at much lower rotating speeds away from and without reaching at the critical speeds but also the damping ratio and eccentricity of the system can be identified at the same time. Two types of test rotors were tested on the Rotor Dynamics Test Facility at the Rotordyn-amics Lab, KIMM, and the theory has been confirmed experimentally. The method can be adopted to monitor changes of the dynamic characteristics of critical rotating machinery before and after overhauls, repairs, exchanges of various parts, or to detect trends of direction of subtle changes in the dynamic characteristic parameters over a long periods of time.
Structural dynamic characteristics and aeroelastic stability of a small-scale bearingless rotor system have been investigated. A flexbeam is one of the most important component of bearingless hub system. It must have sufficient torsional flexibility as well as baseline stiffness in order to produce feathering motion. In the present paper, a cross-shaped composite flexbeam has been proposed for a guarantee of torsional flexibility and flapwise and lagwise bending stiffness. One dimensional elastic beam model was used for the construction of a structural model. Equivalent isotropic sectional stiffness was used in the blade model, and the flexbeam was regarded as anisotropic; which has ten independent stiffness quantities. CAMRAD II has been used for the analysis of structural dynamic characteristics of the bearingless rotor system. Rotational natural frequencies and aeroelastic stability at hovering have been investigated. Analysis result shows that the cross-shaped flexbeam has the rotational natural frequency tuning capacity.
This paper describes a combinational method to compute the global and local solutions of optimization problems. The present hybrid algorithm uses both a genetic algorithm and a local concentrate search algorithm (e. g simplex method). The hybrid algorithm is not only faster than the standard genetic algorithm but also supplies a more accurate solution. In addition, this algorithm can find the global and local optimum solutions. The present algorithm can be supplied to minimize the resonance response (Q factor) and to yield the critical speeds as far from the operating speed as possible. These factors play very important roles in designing a rotor-bearing system under the dynamic behavior constraint. In the present work, the shaft diameter, the bearing length, and clearance are used as the design variables.
Applying a general coupled lateral and torsional vibration finite element model of gear pair element this paper intends to look into in detail the coupled lateral and torsional vibration characteristics in a turbo-chiller rotor bearing system, having a bull-pinion speed increasing gear. Investigations have been carried out systematically by comparing the uncoupled and coupled analyses natural vibration frequencies and their mode shapes upon varying the gear mesh stiffness, and also by comparing the strain energies of lateral and torsional vibration modes. Results have shown that some modes may have coupled lateral and torsional mode characteristics as the gear mesh stiffness increases over a certain value, and moreover that their associated dominant modes may be different from their initial modes, i.e., the dominant mode changes from an initial torsional one to a lateral one or from an initial lateral one to a torsional one.
In this study, the analytical method to evaluate the response of rotor-bearing system subjected to base excitation was presented. The equations of motion contain speed dependent gyroscopic terms, base rotation dependent parametric terms and several forcing function terms which depend on linear accelerations, rotational accelerations and a combination of linear and rotational combination. The study of rotor-bearing system excited by its base motion is not only able to predict the rotational performance, but provides the fundamental data for vibration isolation. In order to illustrate transient response, transient response analysis of a practical application sample were performed. The transient response was carried out for the given base excitation by using the state-space Newmark method that incorporates the average velocity concept.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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