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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 심규호
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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본 연구에서는 기존의 가스 포일 베어링 (Gas foil bearing)의 베어링 간극 및 기계적 예압 조절에 있어서 많은 베어링 가공 비용과 시간이 소비되는 제한사항을 극복하기 위해서 압전 구조를 갖는 가스 포일 베어링 (Piezo-electric gas foil bearing, PGFB)을 제시하였다. PGFB의 구조는 범프 포일 구조와 압전소자 구조로 구성되어 있으며, 압전소자 구조는 범프 포일 구조와 베어링 하우징 사이에 삽입되었다. 특히 압전소자의 입력 전압을 제어하여 원하는 베어링 간극과 기계적 예압을 간단하게 구현 가능하다. 압전소자 입력 전압 제어를 통해 다른 베어링 간극과 기계적 예압을 갖는 네 가지 베어링 조건을 제시하였으며, 이 베어링에 대해서 윤활 해석과 회전체 동역학 해석을 수행하였다.
PGFB의 윤활 해석을 통해서 베어링 간극을 작게 설계할 경우 윤활막 압력이 발생하는 구간이 증가하며, 기계적 예압을 크게 설계할 경우 윤활막 압력의 최대값이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한 윤활막의 직렬 강성에는 기계적 예압보다 베어링 간극이 크게 영향을 끼치며, 베어링 간극을 작게 할수록 윤활막 직렬 강성이 증가하는 경향을 보였다. 그리고 기계적 예압을 부여하면 윤활막 교차 강성에 큰 변화가 생기며, 윤활막 교차 강성의 차이가 감소한다.
회전체 동역학 해석을 통해서 회전체 베어링 시스템의 고유진동수는 윤활막 직렬 강성에 크게 지배된다는 것을 알 수 있었다. 그리고 베어링 간극을 감소시키면 원통형 모드에서는 안정성이 향상되지만, 반대로 원뿔형 모드에서는 안정성이 저하되는 결과를 얻었다. 반면에 기계적 예압을 부여하면 원뿔형 모드와 원통형 모드에 대해서 모두 안정성이 향상되는 효과를 볼 수 있으며, 특히 위험속도에서의 회전체 동기 진폭이 감소하여 위험속도를 안정적으로 통과할 수 있을 것으로 판단된다.
결과적으로 압전소자의 입력 전압 제어를 통해 베어링 간극과 기계적 예압을 조절함으로써 회전체 동역학적 안정성을 향상시킬 수 있으나 회전체 베어링 시스템의 조건과 요구에 따라서 최적의 베어링 간극과 기계적 예압을 갖도록 베어링을 설계하는 것이 바람직하다.
PGFB의 윤활 해석을 통해서 베어링 간극을 작게 설계할 경우 윤활막 압력이 발생하는 구간이 증가하며, 기계적 예압을 크게 설계할 경우 윤활막 압력의 최대값이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한 윤활막의 직렬 강성에는 기계적 예압보다 베어링 간극이 크게 영향을 끼치며, 베어링 간극을 작게 할수록 윤활막 직렬 강성이 증가하는 경향을 보였다. 그리고 기계적 예압을 부여하면 윤활막 교차 강성에 큰 변화가 생기며, 윤활막 교차 강성의 차이가 감소한다.
회전체 동역학 해석을 통해서 회전체 베어링 시스템의 고유진동수는 윤활막 직렬 강성에 크게 지배된다는 것을 알 수 있었다. 그리고 베어링 간극을 감소시키면 원통형 모드에서는 안정성이 향상되지만, 반대로 원뿔형 모드에서는 안정성이 저하되는 결과를 얻었다. 반면에 기계적 예압을 부여하면 원뿔형 모드와 원통형 모드에 대해서 모두 안정성이 향상되는 효과를 볼 수 있으며, 특히 위험속도에서의 회전체 동기 진폭이 감소하여 위험속도를 안정적으로 통과할 수 있을 것으로 판단된다.
결과적으로 압전소자의 입력 전압 제어를 통해 베어링 간극과 기계적 예압을 조절함으로써 회전체 동역학적 안정성을 향상시킬 수 있으나 회전체 베어링 시스템의 조건과 요구에 따라서 최적의 베어링 간극과 기계적 예압을 갖도록 베어링을 설계하는 것이 바람직하다.
목차
I. 서 론 11. 연구의 배경 12. 연구 대상 소개 4II. 성능 해석 이론 51. 정적 윤활 해석 52. 동적 윤활 해석 113. 수치해석 16III. 성능 해석 결과 221. 해석 조건 및 베어링 구조 222. 정적 윤활 해석 263. 동적 윤활 해석 304. 회전체 동역학 해석 34IV. 결론 41향후 계획 42부록 46참고문헌 49영문초록(Abstract) 52
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