• Composites Research
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• 제29권3호
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• pp.111-116
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• 2016

터보/컴프레셔(Turbo compressor)용 틸팅 패드 저널 베어링(Tilting pad journal bearing)은 고속, 고하중의 주축(Rotor)을 지지하는 역할을 하며, 화이트 메탈(White metal)이 대표적인 소재로 널리 사용되어왔다. 그러나 예기치 않은 윤활유 공급 중단 상황(Oil cut situation) 또는 베어링과 주축 사이에 유막(Oil film)이 제대로 형성되지 않을 경우, 기존의 화이트 메탈 베어링은 융착(Seizure) 현상에 의해 바로 정지하게 되고 주축에 심각한 손상을 유발한다. 이러한 융착 문제를 해결하기 위해 기존의 화이트 메탈에 비해 높은 비강성, 비강도 그리고 뛰어난 마찰 특성(Tribological characteristic)을 가지는 탄소섬유 강화 복합재료(Carbon fiber reinforced composite)가 틸팅 패드 저널 베어링에 사용될 수 있다. 본 연구에서는 고 내열성 탄소섬유/에폭시 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링의 오일공급 중단 상황에서의 내구성에 대한 연구를 진행하였다. 이를 위해 상온 및 오일공급 중단상황의 고온에서 인장, 압축, 전단 등의 기초적인 복합재료 물성 실험을 진행하였고, 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링에 있어 가장 중요한 물성인 층간 계면 강도를 측정하기 위해 Short Beam Shear 실험을 진행 하였다. 오일 공급 중단 상황에서 복합재료 틸팅 패드 저널 베어링의 파손(Failure) 가능성을 알아보기 위해 유한 요소 해석(Finite element analysis)을 진행함으로써 베어링 표면에 가해지는 최대 응력을 도출하였고, 해석 결과와 물성 시험으로부터 측정된 강도 값을 이용하여 Tsai-Wu Failure index를 계산하였다. 해석 결과를 검증하기 위해 산업용 테스트 벤치를 이용하여 탄소섬유/에폭시 복합재료로 제조된 틸팅 패드 저널 베어링의 오일 공급 중단 실험을 진행하였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2004년도 춘계학술대회 논문요약집
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• pp.185-185
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• 2004

최근 고속 회전기계에 사용되고 있는 공기호일 베어링은 동압형 기체 베어링으로 매우 안정적이고, 보통의 저널 베어링에서 발생할 수 있는 불안정한 진동을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 높은 안정성 및 축 자체에 자동 조절 기능을 가지고 있어서 극저온 기계 및 고속 회전기계에 널리 사용되고 있다. 이러한 고속 회전기계는 축의 기동 및 정지 시, 위험속도를 안전하게 통과하기 위해 위험속도에서의 진동을 억제하여야 하고, 운전 가능한 회전수를 증가시키기 위해서 로터 시스템의 동적 해석이 필요하다.(중략)

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 춘계학술대회논문집
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• pp.478-483
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• 2005

This paper presents the comparison analysis of a Journal and thrust FDB (fluid dynamic bearing) and a conical FDB in a HDD spindle motor. The Reynolds equation is appropriately transformed to describe journal, thrust and conical bearing. Finite element method is applied to analyze the FDB by satisfying the continuity of mass and pressure at the interface between the hearings. The pressure field of the bearings is numerically approximated by applying the Reynolds boundary condition. The load and friction torque are obtained by integrating the pressure and the velocity gradient along the fluid film. The flying height of the spindle motor is measured to verify the proposed analytical result. This research shows that the conical bearing generates bigger load capacity and less friction torque than the journal and thrust bearing in a HDD spindle motor.

• 기계저널
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• 제28권6호
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• pp.556-562
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• 1988

기계나 구조물의 수명을 결정하는 마멸은 물체간의 접촉으로 인한 것이고 마멸을 줄이기 위해 윤활이 발달되어 왔다. 여러 형태의 마멸을 해석하기 위해서 접촉역학의 이해는 필수적이라 할 수 있다. 하중과 운동 조건에 의한 다양한 접촉문제를 일반적으로 다루기 위해 접촉면을 중심 으로 한 접근 방법을 소개하였으며, 접촉문제의 특이성을 보이기 위해 마찰접촉문제 해석을 위한 한기법을 간단히 기술하였다. 고속 볼 베어링의 특성 해석과 접촉형상 최적설계를 통하여 광 범위한 접촉 역학의 적용의 일부를 소개하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제16권7호
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• pp.746-753
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• 2006

This paper proposes a method to calculate the stiffness and the damping coefficients of the coupled journal and thrust bearings. The Reynolds equations and their perturbation equations are transformed to the finite element equations by considering the continuity of pressure and flow at the interface between bearings. The Reynolds boundary condition is used in the numerical analysis to simulate the cavitation phenomena. The dynamic coefficients of the proposed method are compared with those of the numerical differentiation of the loads with respect to finite displacements and velocities of bearing center. It shows that the proposed method is more accurate and efficient than the differentiation method.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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• pp.666-671
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• 2006

This paper proposes a method to calculate the stiffness and the damping coefficients of the coupled journal and thrust bearings. The Reynolds equations and their perturbation equations are transformed to the finite element equations by considering the continuity of pressure and flow at the interface between bearings. The Reynolds boundary condition is used in the numerical analysis to simulate the cavitation phenomena. The dynamic coefficients of the proposed method are compared with those of the numerical differentiation of the loads with respect to finite displacements and velocities of bearing center. It shows that the proposed method is more accurate and efficient than the differentiation method.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.906-910
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• 2003

This paper numerically analyzes the dynamic characteristics of a spindle system supported by two identical journal bearings considering bearing span that has dynamic load due to its mass unbalance. The Reynolds equation is transformed to solve a herringbone grooved journal bearing. The Reynolds equations are solved using FEM in order to calculate the pressure distribution in a fluid film. Reaction forces and friction torque are obtained by integrating the pressure and shear stress along the fluid film, respectively. Dynamic behaviors, such as whirl radius or angular displacement of a rotor, are determined by solving its nonlinear equations of motion with the Runge-Kutta method. This research shows that the same bearing spans of upper and lower journal bearings produce the minimum runout and friction torque of a spindle system.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권9호
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• pp.779-784
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• 2004

This paper numerically analyzes the dynamic characteristics of a spindle system supported by two identical journal bearingsconsidering bearing span that has dynamic load due to its mass unbalance. The Reynolds equation is transformed to solve a herringbone grooved journal bearing. The Reynolds equations are solved using FEM in order to calculate the pressure distribution in a fluid film. Reaction forces and friction torque are obtained by integrating the pressure and shear stress along the fluid film, respectively. Dynamic behaviors, such as whirl radius or angular displacement of a rotor, are determined by solving its nonlinear equations of motion with the Runge-Kutta method. This research shows that the same bearing spans of upper and lower journal bearings produce the minimum runout and friction torque of a spindle system.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권2호
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• pp.241-248
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• 2013

본 논문에서는 상용 회전체 동역학 해석 툴을 이용하여 경사 운전조건을 고려한 대용량 추진 전동기용 베어링 개발에 상사적 설계 방법과 실험적 방법을 적용하였다. 개발된 베어링은 전기적으로 절연이 되어있으며 각 연결부는 2~4mm 의 에폭시 절연판을 연결하여 낮은 열전도 특성을 가지도록 하였다. 본 연구에서는 기존의 저속운전에서 야기되는 베어링 손상 문제를 해결하기 위해 원활한 유막이 생성될 수 있도록 고안한 정압 윤활장치를 적용하여 우수한 윤활특성을 확보하였다. 또한 대형 중량물에 대한 유지보수를 고려하여 반분할 방식의 조립구조를 적용하였다. 본 논문은 고부하, 저속 운전의 추진 전동기 분야에 사용되는 미끄럼 베어링의 주요 핵심설계요소를 언급하였다. 게다가, 시험벤치상에서 다양한 경사조건을 통해 실링부의 오일누유 현상을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.313-321
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• 1995

The effects of the temperature rise and the turbulence are very important factors to predict the accurate performance of a large tilting pad journal bearing. In this study, the dynamic characteristics of a large tilting pad journal bearing are analyzed, taking into account the three dimensional variation of lubricant viscosity and turbulence. The effects of the temperature rise and the turbulence on the stiffness and damping coefficients are investigated in comparison with the results from the laminar or isothermal theory. The stiffness and damping coefficients increase due to the turbulence but decrease due to the temperature rise. The results show that the effects of both the temperature rise and turbulence must be considered simultaneously in order to predict the dynamic characteristics of a large tilting pad journal bearing more accurately.