공작기계 베어링 오일에어 윤활 유동해석

국문 초록 (Abstract)

공작기계는 가공을 하기 위해 회전을 하며 때문에 베어링 사용은 불가피 하다. 베어링 윤활 방식의 종류는 다양하며 그 중 오일-에어 윤활의 경우 분사된 윤활유의 배유가 적절히 하지 못하면 베어링의 회전저항 상승 등의 문제가 발생하여 소손되는 경우가 발생한다. 따라서 CFD 를 활용하여 오일에어 윤활과정에서의 유동 형태를 확인하고 개선해야 할 필요성이 있다. 당사가 개발중인 주축 중 오일-에어 윤활방식을 적용한 모델을 선정 후 베어링 전/후로 해석 도메인을 구성하였으며, 자연배유되는 드레인 홀뿐만 아니라 원활할 배유를 위한 강제배유홀(Suction Hole)도 고려하여 Case Study 를 진행하였다. 해석 결과 베어링 볼 공간에는 오일에어 분사 방향을 따라 회전유동이 발생하여 베어링 전/후측 Gap 으로의 유동 토출이 억제되는 것을 확인하였으며, 여러 개의 드레인 홀들의 경우 유로마다 배출유량 차이가 있는 것을 확인하였다. 단순히 드레인 홀의 면적을 2 배 증가 시에는 배유 유량이 약 20% 증가하였으며 강제 배유 시 기존 모델 대비 배유유량이 약 40% 증가하나 드레인 홀을 통해 외기가 유입되는 현상이 발생하여 절삭유/이물질의 침투가 예상됨에 따라 드레이홀을 밀폐해야 한다는 결론을 도출하였다. 향후 윤활 오일의 드레인 효율을 향상시키기 위해 드레인 홀의 위치 및 홀 사이즈 등에 대한 연구를 추가적으로 진행할 계획이다.