[논문]자동차용 엔진베어링의 최적설계에 관한 해석적 연구

김청균; 김한구

doi:10.9725/kstle.2009.25.1.001

문제 정의

결과적으로 가혹한 운전조건에서 베어링의 성능과 내 구성을 확보하기 위해서는 공급된 엔진오일에 의한 최 소유막두께와 유막압력분포에 대한 엄밀한 수치해석과 최적설계를 통해 엔진베어링 설계에서 중요한 오일공급그루브, 오일구멍, 오일 공급압력 (oil supply pressure)에대한 설계 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 최적설계법으로 많이 사용하고 있는 다구찌의 설 계방법을 사용하여 엔진베어링의 최적설계 인자로 고려 되는 주요한 설계 파라메타에 대해 고찰하고자 한다.
본 논문에서는 엔진의 동적거동 하중지지와 내구성 확보를 위해 사용하는 엔진베어링과 엔진오일에 관련된 설계요소를 다구찌의 설계기법으로 최소유막두께와 최대유막압력에 대해 고찰하였다.

제안 방법

Fig. 1은 4기통 디젤엔진의 흡입, 압축, 팽창, 배기의 4행정과정에서 발생하는 연소실의 압력분포를 제시한 것으로, 본 해석에서는 엔진베어링에 작용하는 연소실 의 연소압력을 경계조건으로 사용하였다.
엔진베어링에. 걸리는 윤활유막의 압력분포에 베어링 의 설계인자가 어떠한 영향을 미치겠는가를 해석하기 위해 레이놀즈 방정식과 운동 방정식을 연계하였다. 엔 진베어링에 작용하는 유막두께와 압력분포는 운동 방 정식에서 계산된 하중으로부터 엔진베어링의 유한요소 해석모델에 대한 탄성변형 거동량을 구하고, 이것을 엔 진베어링에 적용한 탄성변형거동 유막의 압력분포를 계산하였다.
엔진베 어링에서 발생하는 최소유막두께가 두꺼울수록 베어링 의 마찰손실 안정성에 유리하기 때문에 앞에서 언급한 망대특성을 이용하여 SN비를 계산하게 된다. 또한, 하 중지지 측면에서 베어링의 안전성에 유리한 최대유막 압력은 망소특성을 이용하여 SN비를 계산하여 비교하였다.
본 논문에서는 SN값을 사용하여 엔진베어링 설계의 핵심인자인 오일공급 그루브, 오일구멍, 오일공급압력 과 같은 파라메터를 고려한 최적의 설계조건에 대한 성 능평가는 간이분석법을 통하여 고찰하였고, 각각의 설 계인자들이 특성값에 미치는 기여율을 계산하였다[7, 8].
걸리는 윤활유막의 압력분포에 베어링 의 설계인자가 어떠한 영향을 미치겠는가를 해석하기 위해 레이놀즈 방정식과 운동 방정식을 연계하였다. 엔 진베어링에 작용하는 유막두께와 압력분포는 운동 방 정식에서 계산된 하중으로부터 엔진베어링의 유한요소 해석모델에 대한 탄성변형 거동량을 구하고, 이것을 엔 진베어링에 적용한 탄성변형거동 유막의 압력분포를 계산하였다. 이때 엔진베어링에서 발생한 유막의 압력 분포를 적분하여 얻은 하중값과 운동 방정식으로부터 계산한 하중값을 서로 비교하여 이들의 계산치가 허용 가능한 오차범위 이내에서 수렴하게 되면 이때를 기준으로 엔진베어링의 유막두께와 유막압력분포 결과를 각각 구하였다.
엔진베어링의 최적설계를 위해 고려해야 하는 핵심 적인 설계요소는 오일 그루브의 폭, 오일구멍의 직경, 오일 공급구의 위치, 오일의 공급압력 등 4가지이고, 이들을 복합적으로 고려하여 9개의 해석모델을 구성하였다. 이들 해석모델에 대한 유막거동 안전성 평가는 주어진 하중조건에 의해 발생하는 최소유막두께와 최 대유막압력에 망대특성과 망소특성을 적용하여 각각의 설계인자에 대한 기여도를 함께 판단하였다. 해석결과 에서 고려한 4가지의 설계인자 중에서 오일 그루브의 폭은 주어진 하중조건에 대해 발생하는 최소유막두께 와 최대유막압력에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
엔 진베어링에 작용하는 유막두께와 압력분포는 운동 방 정식에서 계산된 하중으로부터 엔진베어링의 유한요소 해석모델에 대한 탄성변형 거동량을 구하고, 이것을 엔 진베어링에 적용한 탄성변형거동 유막의 압력분포를 계산하였다. 이때 엔진베어링에서 발생한 유막의 압력 분포를 적분하여 얻은 하중값과 운동 방정식으로부터 계산한 하중값을 서로 비교하여 이들의 계산치가 허용 가능한 오차범위 이내에서 수렴하게 되면 이때를 기준으로 엔진베어링의 유막두께와 유막압력분포 결과를 각각 구하였다.

대상 데이터

엔진베어 링에 대한 최소유막두께와 유막압력분포에 관련된 유한요소해석 및 최적설계를 위해 사용한 직렬4기통 디젤엔진의 행정은 85.6 mm, 보어는 86.2 mm이다. 이때 사용한 엔진베어링의 직경은 58mm, 폭은17.
엔진베어링을 설계하는 과정에서 고려해야할 설계인 자인 오일공급 그루부의 폭 A 오일구멍의 직경 <p, 오 일구멍의 설치위치 0, 오일의 공급압력 p을 최적설계 의 주요 파라메터로 사용하였다.
엔진베어링의 최적설계를 위해 고려해야 하는 핵심 적인 설계요소는 오일 그루브의 폭, 오일구멍의 직경, 오일 공급구의 위치, 오일의 공급압력 등 4가지이고, 이들을 복합적으로 고려하여 9개의 해석모델을 구성하였다. 이들 해석모델에 대한 유막거동 안전성 평가는 주어진 하중조건에 의해 발생하는 최소유막두께와 최 대유막압력에 망대특성과 망소특성을 적용하여 각각의 설계인자에 대한 기여도를 함께 판단하였다.

이론/모형

유막두께와 유막압력에 관련된 레이놀즈 방정식을 해석하기 위해 2차 후방 차분법으로 이상화하여 가우 스-자이델(Gauss-Seidel) 방법을 사용하였고, 운동 방정 식에 대한 해석은 뉴톤-랩슨(Newton-Raphson) 방법을 사용하여 윤활유막의 거동특성을 고찰하였다[6].

성능/효과

2는 엔진베어링에 적합한 설계조건을 찾기 위해 고려한 9개의 해석모델에 대한 최소유막두께 해석 결과를 제시하고 있다. Fig. 2의 해석결과에 의하면, 전체적으로 오일공급 그루브의 폭과 오일구멍의 직경 이 큰 설계모델 7번, 8번, 9번과 3번에서 상대적으로 두꺼운 최소유막두께를 유지하는 것으로 나타났다. 해 석모델에서 가장 작은 오일공급 그루브의 폭과 오일구 멍의 직경을 가진 해석모델 1번은 가장 얇은 최소유막 두께를 나타내고 있다.
결과적으로 엔진베어링 설계에서 가장 중요하게 고 려되어야할 설계인자는 오일공급 그루브의 폭과 오일 구멍의 직경이라 할 수 있다. 따라서 이들의 최적설계 해석요소는 엔진의 출력, 회전수, 형상설계 조건에 적합한 엔진베어링을 설계할 수 있도록 다구찌의 설계법 을 이용한 설계 데이터를 검토하는 것이 중요하다.
따라서, 엔진베어링의 유막거동 안전성에 가장 큰 영향을 미치는 최소유막두께를 안정적으로 유지하기 위해서는 2,000 rpm에서 작동하는 4기통 디젤엔진 베어 링의 오일 그루브와 오일구멍의 최적설계 조건으로 제 시할 수 있는 8 mm 정도를 유지하는 것이 바람직하다.
22%色 가장 높아, 베어링 설계에서 중요 하게 고려해야 한다. 또한, 설계인자에 대한 최적설계 해석에서 오일 그루브의 폭 다음으로 오일구멍의 직경 이 최소유막두께와 최대유막압력에 미치는 영향이33.08%와 31.53%로 높게 나타났다.
이들 해석모델에 대한 유막거동 안전성 평가는 주어진 하중조건에 의해 발생하는 최소유막두께와 최 대유막압력에 망대특성과 망소특성을 적용하여 각각의 설계인자에 대한 기여도를 함께 판단하였다. 해석결과 에서 고려한 4가지의 설계인자 중에서 오일 그루브의 폭은 주어진 하중조건에 대해 발생하는 최소유막두께 와 최대유막압력에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서, 엔진베어링 설계에서 엔진의 동적거동 안전성을 고려한 최적의 설계조건을 찾기 위해서는 여러 가지의 설계인자 중에서 특히 오일 그루브의 폭을 우선적으로 고려하고, 그 다음으로 오일구멍의 직경을 핵심적인 설계인자로 반영하는 것이 적절한 설계방법 이라 생각된다.

후속연구

결과적으로 가혹한 운전조건에서 베어링의 성능과 내 구성을 확보하기 위해서는 공급된 엔진오일에 의한 최 소유막두께와 유막압력분포에 대한 엄밀한 수치해석과 최적설계를 통해 엔진베어링 설계에서 중요한 오일공급그루브, 오일구멍, 오일 공급압력 (oil supply pressure)에대한 설계 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 최적설계법으로 많이 사용하고 있는 다구찌의 설 계방법을 사용하여 엔진베어링의 최적설계 인자로 고려 되는 주요한 설계 파라메타에 대해 고찰하고자 한다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

자동차용 엔진베어링의 최적설계에 관한 해석적 연구
Analytical Study on the Optimized Design of Engine Bearings for a Passenger Car 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

자동차용 엔진베어링의 최적설계에 관한 해석적 연구 Analytical Study on the Optimized Design of Engine Bearings for a Passenger Car 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김청균 (189) 김한구 (9)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

자동차용 엔진베어링의 최적설계에 관한 해석적 연구
Analytical Study on the Optimized Design of Engine Bearings for a Passenger Car 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper