Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.556-563
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2003
This paper presents a method to investigate the characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor due to elevated temperature considering the variation of the clearance as well as the lubricant viscosity. Iterative finite element analysis of the heat conduction and the thermal deformation is performed to determine the viscosity and clearance of a hydrodynamic bearing due to elevated temperature until the temperature of the bearing area converges. Proposed method is verified by comparing the calculated temperature with the measured one in elevated surrounding temperature as well as in room temperature. This research shows that elevated temperature changes the clearance as well as the lubricant viscosity of the hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor. Once the viscosity and clearance of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor are determined, finite element analysis of the Reynolds equation is performed to investigate the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor due to elevated temperature. It also shows that the variation of clearance due to elevated temperature is another important design consideration to affect the static and dynamic characteristics of a hydrodynamic bearing of a HDD spindle motor.
Fluid film bearings are among the best devices used for overcoming friction and reducing wear. Surface texturing is a new surface treatment technique used for processing grooves and dimples on the lubricated surface, and it helps to minimize friction further and improve the wear resistance. In several studies, parallel surfaces, such as thrust bearings and mechanical face seals, have been investigated, but most sliding bearings have a convergent film shape. This paper presents the third part of a recent study and focuses on the effect of the groove shape on the lubrication performance of inclined slider bearings, following the two previous papers on the effects of the groove position and depth. We adopted the continuity and Navier - Stokes equations to conduct numerical analyses using FLUENT, which is a commercial computational fluid dynamics code. The groove shape adopted in the numerical analysis is rectangular and triangular, and its depth is varied. The results show that the streamlines, pressure distributions, and groove shape significantly influence the lubrication performance of the inclined slider bearing. For both shapes, the load-carrying capacity (LCC) is maximum near the groove depth, where vortices occur. In the shallow grooves, the LCC of the rectangular shape is higher, but in deeper grooves, that of the triangular shape is higher. The deeper the rectangular groove, the higher the decrease in the frictional force. The results of this study can be used as design data for various sliding bearings.
The paper presents extensive survey and review of experimental and analytical researches on fluid film bearings and squeeze film dampers (SFDs) for turbomachinery available in open literature (major archival international journals) published recently (2018 and 2019 only). Over 60 published research works are reviewed based on the research topics and objectives, the types of bearings, size of bearings, and main design parameters with a brief summary of experiments and/or predictions in each work. Some important findings and general observations about the experimental and/or predictive data are also presented. There are several major trends observed throughout the survey. A large portion of the papers focuses on bearing surface textures and effect of operating and assembly conditions on static and/or dynamic forced performances, as well as bearing surface roughness and wear patterns. Researches on geometry of orifices and recesses in hydrostatic (or hybrid) bearings, as well as bearing system stability predictions using thermohydrodynamic analysis and computational fluid dynamics (CFD), are considered as significant topics. Studies on SFDs mainly focus on experimental identification of force coefficients for various SFD geometries and sealing conditions. Reliable experiments of fluid film bearings and SFDs along with the development of experimentally benchmarked predictive tools enable reinforcement of the path for reliable implementations of the bearing components into high performance rotating machinery operating at extreme and harsh conditions. The extensive list of sources of recent experiments in the available open literature is a welcome addition to the analytical community to gauge the accuracy of predictive tools.
In sliding bearings, viscous friction due to high shear acting on the bearing surface raises the oil temperature. One of the mechanisms responsible for generating the load-carrying capacity in parallel surfaces is known as the viscosity wedge effect. In this paper, we investigate the effect of film-temperature boundary conditions on the thermohydrodynamic (THD) lubrication of parallel slider bearings. For this purpose, the continuity equation, Navier-Stokes equation, and the energy equation with temperature-viscosity-density relations are numerically analyzed using the commercial computational fluid dynamics (CFD) code FLUENT. Two different film-temperature boundary conditions are adopted to investigate the pressure generation mechanism. The temperature and viscosity distributions in the film thickness and flow directions were obtained, and the factors related to the pressure generation in the equation of motion were examined in detail. It was confirmed that the temperature gradients in the film and flow directions contribute heavily to the thermal wedge effect, due to which parallel slider bearing can not only support a considerable load but also reduce the frictional force, and its effect is significantly changed with the film-temperature boundary conditions. The present results can be used as basic data for THD analysis of surface-textured sliding bearings; however, further studies on various film-temperature boundary conditions are required.
Surface texturing is the latest technology for processing grooves or dimples on the friction surface of a machine. When appropriately applied, it can reduce friction and significantly increase durability. Despite many studies over the past 20 years, most are isothermal (ISO) analyses in which the viscosity of the lubricant is constant. In practice, the viscosity changes significantly owing to the heat generated by the viscous shear of the lubricant and film-temperature boundary condition (FTBC). Although many thermohydrodynamic (THD) analyses have been performed on various sliding bearings, only few results for surface-textured bearings have been reported. This study investigates the effects of the FTBC and groove number on the THD lubrication characteristics of a surface-textured parallel thrust bearing with multiple rectangular grooves. The continuity, Navier-Stokes, and energy equations with temperature-viscosity-density relations are numerically analyzed using a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT. The results show the pressure and temperature distributions, variations of load-carrying capacity (LCC), and friction force with four FTBCs. The FTBCs greatly influence the lubrication characteristics of surface-textured parallel thrust bearings. A groove number that maximizes the LCC exists, which depends on the FTBC. ISO analysis overestimates the LCC but underestimates friction reduction. Additional analysis of various temperature boundary conditions is required for practical applications.
With the world's fast expanding energy usage comes a slew of new issues. Because one-third of energy is lost in overcoming friction, tremendous effort is being directed into minimizing friction. Surface texturing is the latest surface treatment technology that uses grooves and dimples on the friction surface of the machine to significantly reduce friction and improve wear resistance. Despite the fact that many studies on this issue have been conducted, most of them focused on parallel surfaces, with relatively few cases of converging films, as in most sliding bearings. This study investigated the lubrication performance of surface-textured inclined slider bearings. We analyzed the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT. The results show the pressure and velocity distributions and the lubrication performance according to the number and orientation of rectangular dimples. Partial texturing somewhat improves the lubrication performance of inclined slider bearings. The number of dimples with the maximum load-carrying capacity (LCC) and minimum friction is determined. When the major axis of the dimple is arranged in the sliding direction, the LCC and friction reduction are maximized. However, full texturing significantly reduces the LCC of the slider bearing and increases the flow rate. The results have the potential to improve the lubrication performance of various sliding bearings, but further research is required.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1493-1498
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2010
This paper present the characteristics of micro- and meso-scale milling processes in which compressed cold air, minimum quantity lubrication (MQL) and $MoS_2$ nanofluid MQL are used. For process characterization, the microand meso-scale milling experiments are conducted using desktop meso-scale machine tool system and the surface roughness is measured. The experimental results show that the use of compressed chilly air and nanofluid MQL in the micro- and meso-scale milling processes is effective in improving the surface finish.
Rapid increase of refrigeration and air-conditioning systems 9r & a systems) in modern industries brings attention to the urgency of research & development as a core technology in the area. And it is required to the compatibility problem of r & a systems to alternative refrigerant for the protection of environment. The, it is requested to study the lubrication characteristics of refrigerant compressor which is the core technology in the r & a systems. The study of lubrication characteristics in the critical sliding component is essential for the design of refrigerant compressor. Therefore, theoretical investigation of the lubrication characteristics of rotary compressor for r & a systems is studied. The newton-Raphson method is used for the EHL analysis between vane and rolling piston in the rotary compressor. The results show that the rotational speed of a shaft and the discharge pressure influence significantly the friction force between vane and rolling piston. This results give important basic data for the further lubrication analysis and design of a rotary compressor.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.6
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pp.55-68
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1995
Approximately 30 to 70 % of the mechanical losses in a reciprocating engine are contributed by the friction at the piston ring-cylinder interface. The friction characteristics of the piston ring during engine operation is known to as mixed lubrication experimentally. The mixed lubrication models based on the Average Reynolds Equation have been used by this time in order to study the tribological performance of the ring. However, the Average Reynolds Equation contains the expected value term(${\bar{h}}_r$) of local film thickness as well as nominal film thickness(h), so that the work of numerically solving ${\bar{h}}_r$ must be included to obtain the pressure in the oil film. The process of solving ${\bar{h}}_T$ causes a greater multiplying in the numerical solution. In this paper the mixed lubrication analysis using the Simplified Average Reynolds Equation in the piston ring is presented. This equation has only h as oil film thickness term. Therefore the tedious numerical procedure required to obtain ${\bar{h}}_T$ is not needed, and also, computation time can be reduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.38
no.12
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pp.1035-1042
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2014
Reducing the friction of engine parts is an important issue in engine design. The loss of energy in the piston assembly due to mechanical friction ranges from 40 to 55%, and there is an increase in the total energy of about 5% if the friction of the piston can be removed. In order to reduce the friction loss at the level of each engine part, it is necessary to perform a comparative analysis with other engines to determine the important factors affecting the energy loss. Several studies have been performed to analyze the lubrication based on hydrodynamic modeling, since a piston lubrication system has dimensions in the nanoscale to microscale domain. Therefore, it is necessary to determine the correlations between the molecular and continuum systems. In this study, we investigated the friction changes due to the various interactions between molecules in the wall/fluid interface, where a microscopic movement of the oil film occurs along the cylinder liner of the engine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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