본 논문은 엔진 베어링에서 크랭크샤프트의 경사도를 고려했을 때와 고려하지 않았을 때 유막 동적거동을 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 해석하였다. 본 해석은 탄성유체윤활 이론을 바탕으로 하여 최소유막의 동적특성을 수치적으로 해석하였다. 유막설계에 매우 중요한 인자인 크랭크샤프트 경사도를 고려하기 위하여 크랭크샤프트와 엔진베어링을 탄성체로 모델링 하였다. 유막거동해석을 위한 경계조건으로는 엔진 베어링에서 발생하는 비선형 구속력과 굽힘 모멘트를 고려하였고 이에 따른 크랭크샤프트의 경사도 영향을 고려함으로써 좀 더 실제 현상과 유사한 모델링을 수행하였다. 해석결과 엔진 베어링의 성능에 가장 큰 영향을 미치는 최소유막두께가 크랭크샤프트의 경사도를 고려하지 않았을 때보다 고려하였을 때 16%에서 24%정도 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 해석결과에서와 같이 크랭크샤프트 경사도 증가는 최소유막두께의 감소를 유발하고 이에 따른 베어링 파손을 예측할 수 있었다. 따라서 본 논문의 해석결과가 자동차 엔진 베어링 설계 시 매우 유용한 자료로 사용될 것으로 사료된다.
얇은 유막위의 타이어 변형해석이나, 압착막댐퍼 설계등의 해석에 응용되는 변동 하중하의 탄성 경계상 유체 압착막의 해석을 Newton-Raphson 반복법을 사용하여 하였다. 유막두께의 계산은 등계수 요소를 사용하여 정확한 계산을 하였고 슬라이더의 궤적은 강쇄진동의 응답곡선과 유사함을 알 수 있었다. 특히 본 연구에서는 미끄럼 속도의 영향을 고려하였으며 유체가 베어링내에 생긴 포켓에 정체하고 있어서 미끄럼의 영향은 속도가 클때를 제외하고는 큰 영향을 미치지 못함을 알 수 있었다.
The interferometer method with nano-scale spatial resolution has been developed in this study. To enhance the accuracy of the previous developed method, the 14 bit cooled CCD camera with 1280 by 980 spatial resolution was applied to the measurement. And optical alignment has been carried out on the highly accurate position sensors with 500nm resolution so as to be able to calibrate the detected interference image with the field of view. Also the measurements were applied to the ultra thin oil film between the Al coated cylinder mirror with 38.1mm radius and 0.5mm cover glass to verify the developed method. The measured result showed the good agreement with the used cylinder curvature with ${\pm}$5.18run uncertainty.
The tribological properties of eight different liquid crystals were investigated in a concentrated point contact device and a ball-on-flat contact. For comparison, the same tests were also performed with commercial greases and the corresponding base oils. Under the fully flooded conditions studied, liquid crystals in a concentrated point contact showed lower friction than commercial greases and greater film thickness dependence on rolling speed than grease base oils or greases. Test results also showed that the film thickness and friction were little influenced by the composition of the examined liquid crystals.
유량 보존 경계 조건을 적용하여 커넥팅 로드 베어링의 성능 해석을 수행하였다. 레이놀즈 경계 조건을 적용하는 경우에 비하여 최소 유막 두께, 동력 손실율과 축방향 유량은 더 작게, 최대 유막 압력은 더 크게 예측되었다. 유량 보존 경계 조건을 적용한 경우 축 방향으로의 공급 유량과 방출 유량이 거의 균형을 이루었다. 물리적으로 타당한 유량 보존 경계 조건을 적용한 커넥팅 로드 베어링의 성능 해석으로 얻어진 동력 손실율과 축 방향 유량을 이용하면, 윤활제의 온도 상승과 그에 따른 점도 변화를 좀 더 정확하게 예측 할 수 있을 것으로 기대된다.
The tilting pad journal bearing has widely used to support high pressure/high rotating turbine rotors owing to their inherent dynamic stability characteristics. However, fatigue damages in the upper unlcaded pads and the break of locking pins etc. by pad spragging were continuously taken place in the actual steam turbines. The purpose of this paper is to develope a new bearing model that can prevent bearing damage problem effectively by pad spragging in a tilting pad journal bearing. A new bearing model which has a wedged groove is suggested from the studies of spragging mechanism performed by previously research works. The spragging characteristics of the upper unloaded pad are studied experimentally in order to verify the reliability of a new bearing model. It can be known that the phenomenon of pad spragging nearly does not occur in the new bearing model under the various experimental conditions. And it is observed that any kinds of bearing failures by pad spragging does not detect in the application of actual steam turbines.
Many research of elastohydrodynamic lubrication (EHL) has been performed under the condition of steady state loading. However, mechanical elements undergo severe high loads that are in the fluctuating modes of frequency and amplitude. Conventional numerical method for the circular contact of EHL study has the difficulty in making the film thickness and pressure of EHL converged in high loads of steady state as well as fluctuating loading conditions. In this work, multigrid multilevel method are used for the stable convergence of film pressure and thickness under the conditions of high as well as varying loads, and very stable solutions of film behaviors with elastic deformation are obtained. Several results of dynamic loading condition are shown and compared with those of steady state condition in the aspects of circular EHL film thickness and pressure.
안정성과 진동억제 특성이 요구되는 터어빈이나 모터등의 고속 회전기계에서는 틸팅-패드 저어널 베어링이 많이 사용되고 있다. 이는 틸팅-패드 저어널 베어링에서는 패드가 피봇이나 로울러로 지지되어 있으므로 윤활유막에서 발생하는 압력의 합력중심이 항상 이 지지점을 지나게 되어 베어링의 안정특성이 향상되기 때문이다. 틸팅-패드 저어널 베어링은 추력 베어링과 같이 불연속적인 윤활면을 갖는다. 그러므로 베어링의 입구부 선단에서 공급되는 윤활유의 충돌로 인한 압력격변이 일어나는데 이때 패드 입구부에서 발생하는 압력을 선단압력이라 한다. 이러한 선단압력으로 인한 베어링의 성능변화에 관한 연구는 주로 추력 베어링에 대하여 이론 및 실험적으로 수행 되어져 왔으며 그 결과들은 선단압력이 베어링의 성능에 미치는 영향을 무시할 수 없음을 보여주고 있다. 그러나 아직도 선단압력의 영향이 제대로 파악되고 있지 못하며, 특히 틸팅-패드 저어널 베어링에서 선단압력의 영향을 조사한 연구는 많이 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 유한폭 틸팅-패드 저어널 베어링을 모델화한 실험장치를 설계 제작하여 선단압력을 포함한 유막내의 압력분포 및 유막두께를 연속적으로 측정함으로써 틸팅-패드 저어널 베어링의 성능에 미치는 선단압력의 영향을 실험적으로 조사하기로 한다.
본 연구에서는 완전히 불균일한 격자계를 사용하여 프로파일링을 한 원통형로 울러의 프로파일링 시작점 부근에서의 압력분포 및 유막형상과 함께 무차원변수의 변 화에 따른 최소유막의 거동을 상세히 조사하고자 한다. 이 결과에서 실제 로울리 베 어링의 로울러 프로파일의 설계시에 적용할 수 있는 새로운 기준을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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