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공기윤활 빗살무늬 저널베어링의 특성에 대한 유한요소해석
박신욱 Graduate School, Yonsei University 2001 국내석사
빗살무늬 저널베어링(Herringbone Groove Journal Bearing : HGJB)은 동심상태에서도 베어링 표면에 가공돼 있는 그루브에 의해 윤활제가 펌핑되면서 발생하는 압력으로 인해 강성이 개선되고, 플레인 저널베어링(Plain Journal Bearing : PJB)보다 안정성이 개선된다. 기존의 빗살무늬 저널베어링에 대한 해석은 그루브가 무한히 많다고 가정하는 협곡이론(Narrow Groove Theory : NGT)에 의해 이루어졌으나, 베어링이 소형화 되고, 하드디스크 등에 적용되는 추세이므로, 적음 홈 수의 HGJB에 대한 해석이 필요하다. 본 연구는 유한개의 그루브를 갖는 공기윤활 빗살무늬 저널베어링의 특성에 대한 수치 해석적 연구로, 압축성 유체에 대한 레이놀즈 방정식을 유한요소법과 섭동법을 이용하여서 공기막의 부하특성과 강성계수, 감쇠계수를 계산하였고 이로부터 안정 영역도 제시하였다. 그리고 지배방정식의 비선형성은 뉴튼-랩슨법을 이용하여 다뤘고, 기존에 발표되었던 가스 플레인 저널베어링의 해와 비교하여 타당성을 검증하였다. 빗살무늬 저널베어링은 각 형상 변수에 따라 그 특성이 변하게 되는데, 형상변수로는 그루브 꺽임각, 그루브 폭비, 그루브 깊이비, 베어링 길이대 지름비, 그루브 비대칭비가 있다. 플레인 저널베어링과 비교하여 빗살무늬 저널베어링이 더 안정적임을 확인하였고, 각 형상 변수에 따른 특성 변화를 고찰하여 동심부근에서의 안정성을 기준으로 한 최적형상변수 값을 제시하였다. The herringbone groove journal bearing (HGJB) is that grooves scribed on stationary member of the bearing pump the lubricant inward so that they generate the pressure to increase radial stiffness and improve its dynamic stability comparing to the plain journal bearing (PJB) when the bearing operates near concentric condition. The narrow groove theory, traditionally adopted to model the concentric operation of these bearings, is limited to bearings with a large number of grooves. A numerical study of air-lubricated HGJB is presented for small number of grooves. The compressible isothermal Reynolds equation is solved by use of Finite Element Method together with the Newton-Raphson iterative procedure and perturbation method. The solutions render the static and dynamic performance of HGJB. Comparison of present result with a PJB validates previously published finite difference solution. The HGJB’s geometric parameters influence its static and dynamic characteristics. The optimum geometric parameters are presented.
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