[논문]타원접촉의 탄성유체윤활 : 제2보 - 스핀운동의 영향

박태조

doi:10.9725/kstle.2007.23.2.049

타원접촉의 탄성유체윤활 : 제2보 - 스핀운동의 영향
An Elastohydrodynamic Lubrication of Elliptical Contacts : Part II - The Effect of Spin Motion 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.23 no.2, 2007년, pp.49 - 55

Abstract ▼ AI-Helper

A numerical analysis of elastohydrodynamic lubrication of elliptical contacts with both rolling and spinning has been carried out. A finite difference method with non-uniform grid systems and the Newton-Raphson method are applied to solve the problems. The velocity vectors resulting from combined spinning and rolling/sliding motion lead to asymmetric pressure distributions and film shapes. Pressure distributions, film contours and variations of the minimum and central film thicknesses are compared with various spin-roll ratios. Reduction of the minimum film thickness under spinning is remarkable whereas the central film thickness is relatively less. The spin motion have large effect on variations of the minimum film thickness with load parameter which are small in pure rolling/sliding cases. Therefore present numerical scheme can be used in the analysis of general elliptical contact EHL problems and further studies are required.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 일반적인 타원접촉 EHL문제에 대한 정확한 유막두께식을 제시하기 위한 연구의 일환으로 타원체가 구름운동과 동시에 스핀운동을 하는 경우의 EHL특성을 수치해석적으로 조사하고자. 한다.

제안 방법

본 논문에서는 고속 앵귤러 컨택트 볼 베어링과 토로이드형 트랙션 드라이브 등에서와 같이 타원체가 구름 운동과 함께 스핀운동을 하는 경우의 EHL문제를 유한차분법과 뉴우튼-랍슨 방법을 적용하여 기존의 연구에서보다 한층 가혹한 운전조건에 대하여 성공적으로 수치 해석하였다. 이 결과, 스핀운동은 최소유막 두께를 크게 감소시키지만 접촉중앙부 유막두께의 감소는 상대적으로 작았다.

데이터처리

한다. 이를 위하여 참고문헌[11-13]에서와 동일하게 수치해석과정이 체계적이고 물리적으로 타당한 결과를 제시한다고 알려진 유한차분법과 뉴우튼-랍슨(Newton-Raphson) 방법을 적용하였으며, 해석결과의 정확성과 수렴성은 참고문헌[기과 비교하였다.

이론/모형

타원체가 구름운동과 스핀운동을 동시에 하는 경우의 EHL문제를 참고문헌[11-13]에서와 같이 유한차분법과 뉴우튼-랍슨 방법을 적용하여 수치해석하고자 한다. 불균일한 격자계를 사용할 경우, 식 (9)의 유한 차분 형태는 참고문헌[11-12]과 거의 유사하게 다음식과 같이 표현된다.

성능/효과

8에는 지금까지의 스핀운동을 고려한 타원접촉 EHL해석중에서 대표적인 연구로 알려져 있는 Dowson 등[7]기의 k=2와 k=6인 경우에 대한 결과와 각각 비교하여 나타내었다. 스핀/구름 속도비 B의 변화에 따른 과 R의 변화경향은 서로 거의 유사하지만 본 논문의 유막두께가 전체적으로 약간 크게 나타나고 있다. 이는 참고문헌[11-13]에서 고찰한 것과 같이 이들의 수치해석영역이 상대적으로 좁아서 수치해석시에 윤활유 충분조건(Flooded condition)을 충족시키지못했기 때문인 것으로 추정된다.
이 결과, 스핀운동은 최소유막 두께를 크게 감소시키지만 접촉중앙부 유막두께의 감소는 상대적으로 작았다. 특히, 스핀속도가 증가할수록 최소유막 두께의 '감소에 미치는 하중의 영향은 아주 크게 나타났으며, 이는 기존의 유막두께식으로는 예측이 어려운-실정이다.
여기서, 타원 체는 반시계방향으로 회전하므로 구름 방향 속도는 접촉중앙부에서 멀어질수록 +Y영역에서는 느려지고 반대편에서는 빨라진다. 이 결과, 스핀운동이 빠를수록 +Y영역에서는 상대적으로 낮은 압력발생과 이로 인한 작은 탄성변형의 결과로 유막두께는 감소한다. 하지만 -Y영역에서는 결과가 이와는 반대로 되며, 전체적으로는 접촉타원의 단축에 대하여 발생압력과 유막 형상이 비대칭적으로 분포하게 된다.
이상의 결과에서, 구름속도가 동일한 경우 일지라도 스핀 속도에 따라서 최소유막두께의 크기는 접촉중앙부 결과와는 달리 아주 크게 감소하였다. 특히, 스핀 운동을 하는 경우에는 최소유막두께에 하중의 영향이 아주 크게 작용하므로 기존의 최소유막두께식으로는 이의 크기를 정확하게 예측하기가 어려운 실정이다.
이는 참고문헌[11-13]에서 고찰한 것과 같이 이들의 수치해석영역이 상대적으로 좁아서 수치해석시에 윤활유 충분조건(Flooded condition)을 충족시키지못했기 때문인 것으로 추정된다. 한편, 본 논문에서의 해석조건이 참고문헌[기의 경우보다 가혹한 조건임에도 불구하고 성공적으로 수렴해를 구하였다. 즉, Fig.

후속연구

특히, 스핀 운동을 하는 경우에는 최소유막두께에 하중의 영향이 아주 크게 작용하므로 기존의 최소유막두께식으로는 이의 크기를 정확하게 예측하기가 어려운 실정이다. 따라서, 고속 앵귤러 컨택트 볼베어링 등에서와 같이 타원체가 스핀 운동을 하는 경우에 적용할 수 있는 정확한 최소유막 두께 식을 구하기 위해서는 추가적인 연구가 요구되며, 본 논문에서 사용한 수치해석방법이 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이 결과, 스핀운동은 최소유막 두께를 크게 감소시키지만 접촉중앙부 유막두께의 감소는 상대적으로 작았다. 특히, 스핀속도가 증가할수록 최소유막 두께의 '감소에 미치는 하중의 영향은 아주 크게 나타났으며, 이는 기존의 유막두께식으로는 예측이 어려운-실정이다. 따라서, 가장 일반적인 타웍접족 RHL문제에 적용할 수' 있는 정확한 최소유막두께식으 구하기 위해서는 추가적인 연구가 요구되며, 본 논문에서 사용한 수치해석 방법과 결과가 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (15)

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