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회전체 동역학 및 트라이볼로지 요소의 연구동향 원문보기

유체기계저널 = Journal of fluid machinery, v.14 no.2 = no.65, 2011년, pp.80 - 84  

이용복 (한국과학기술연구원, 에너지메카닉스센터)

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문제 정의

  • 따라서 유체 댐퍼의 제어력을 넓은 주파수 영역에서 정확히 추정할 수 있다면, 댐퍼의 설계에 유용한 자료가 될 것이다. 다양한 댐퍼에 적용이 가능한 단순한 실린더형 유체 댐퍼를 대상으로 일련의 동특성 실험을 수행한 후 실험결과를 바탕으로 유체 댐퍼의 특성을 규명하고자 하였다.(21)
  • 대부분 수입에 의존하고 있는 특수 목적 베어링의 독자 기술을 확보하기 위한 연구를 위해 대용량 추진 모터용 베어링 개발에 대한 연구도 진행되었다.(10) 연구는 회전체 동역학 해석용 상용 프로그램을 통해 베어링 정특성, 정특성 해석 데이터를 개념 설계와 상세 설계에 반영하여 진행되었다.
  • 베어링 결함 감지에 대한 연구뿐만 아니라 베어링의 성능 저하를 감지하기 위한 연구가 진행되었다. 베어링의 경우 결함이 발생하면 파손 시까지 급격히 결함이 진행되기 때문에 결함이 발생하기 이전의 성능의 저하에 따른 신호 변화의 특성을 분석하여 베어링의 수명을 예측하고자 하였다.(14)
  • 본 특집 기사에서는 2010년도 국내의 회전체 동역학 분야 및 회전기 트라이볼로지 요소(베어링/실/댐퍼)의 주요 연구 동향을 요약하여 소개한다. 여기서는 광범위한 회전체 동역학 분야 중 유체기계와 관련된 부분만으로 국한시키고, 이와 관련된 국내에서 발행되었던 논문을 중심으로 분석하였다.
  • 다양한 진동원에 대응하기 위하여 복합 작동기를 이용한 진동 제어 연구의 필요성이 대두되고 있다. 이 연구에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 수동형 공기 스프링, 능동형 전자기 작동기, 반능동형 MR 댐퍼를 통합적으로 연동하여 진동을 방진/제진하는 통합 제진 마운트를 제안하고, 이 중 반능동형 작동기인 MR 댐퍼를 제작하고 실험을 통해 MR 댐퍼의 성능을 검증한다. 이를 위하여 통합 제진 마운트 시스템의 구조 및 특이성을 확인하고 이로부터 통합 제진 마운트에 적합한 형태의 MR 댐퍼를 설계, 제작한다.
  • PTFE composite은 강한 내마모성 등의 장점이 있는 반면, 열전도도, 표면 조도 등의 부분에서 그 취약점이 발견된다. 이러한 취약점을 극복하기 위해 PTFE 에 비해 상대적으로 내부식성, 열전도도 등의 특성에서 강점이 있는 알루미늄 합금이 베어링 표면재로서 주목을 받고 있으며 이 두 표면재 사용 시의 마찰, 윤활 특성을 실험적으로 비교하기 위한 연구가 진행되었다.(9) 같은 하중 조건에서 PTFE 표면재를 사용한 저널 베어링과 알루미늄 합금 표면재를 사용한 저널 베어링을 테스트해 본 결과 알루미늄 합금 표면재를 사용한 베어링이 PTFE를 사용한 베어링보다 마찰 계수가 28% 감소되는 결과를 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
PTFE composite의 취약점은 어디서 발견되는가? 이러한 마모를 줄이기 위한 대표적인 표면재 중 하나가 PTFE (Polytetrafluoroethylene) composite 이다. PTFE composite은 강한 내마모성 등의 장점이 있는 반면, 열전도도, 표면 조도 등의 부분에서 그 취약점이 발견된다. 이러한 취약점을 극복하기 위해 PTFE 에 비해 상대적으로 내부식성, 열전도도 등의 특성에서 강점이 있는 알루미늄 합금이 베어링 표면재로서 주목을 받고 있으며 이 두 표면재 사용 시의 마찰, 윤활 특성을 실험적으로 비교하기 위한 연구가 진행되었다.
PTFE composite의 장점은? 이러한 마모를 줄이기 위한 대표적인 표면재 중 하나가 PTFE (Polytetrafluoroethylene) composite 이다. PTFE composite은 강한 내마모성 등의 장점이 있는 반면, 열전도도, 표면 조도 등의 부분에서 그 취약점이 발견된다. 이러한 취약점을 극복하기 위해 PTFE 에 비해 상대적으로 내부식성, 열전도도 등의 특성에서 강점이 있는 알루미늄 합금이 베어링 표면재로서 주목을 받고 있으며 이 두 표면재 사용 시의 마찰, 윤활 특성을 실험적으로 비교하기 위한 연구가 진행되었다.
PTFE composite의 취약점을 극복하기 위해 무엇이 왜 주목 받고, 어떤 연구가 진행되었는가? PTFE composite은 강한 내마모성 등의 장점이 있는 반면, 열전도도, 표면 조도 등의 부분에서 그 취약점이 발견된다. 이러한 취약점을 극복하기 위해 PTFE 에 비해 상대적으로 내부식성, 열전도도 등의 특성에서 강점이 있는 알루미늄 합금이 베어링 표면재로서 주목을 받고 있으며 이 두 표면재 사용 시의 마찰, 윤활 특성을 실험적으로 비교하기 위한 연구가 진행되었다.(9) 같은 하중 조건에서 PTFE 표면재를 사용한 저널 베어링과 알루미늄 합금 표면재를 사용한 저널 베어링을 테스트해 본 결과 알루미늄 합금 표면재를 사용한 베어링이 PTFE를 사용한 베어링보다 마찰 계수가 28% 감소되는 결과를 확인하였다.
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참고문헌 (23)

  1. 홍도관, 우병철, 정연호, 김종무, 조윤현, 2010, “400W, 200,000rpm 급 마이크로터빈용 회전체의 위험속도 해석,” 대한기계학회 2010년도 추계학술대회 강연 및 논문 초록집, pp. 1543-1548. 

  2. 이상국, 이선기, 이도환, 박성근, 2010, “터보 블로어용 초고속 전동기의 회전체 동역학 해석,” 대한기계학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp. 160-165. 

  3. 구동식, 배용채, 이욱륜, 김재구, 김효중, 최병근, 2010, “2차원 유한요소법을 적용한 플라이휠 에너지 저장 장치 동특성 해석 프로그램 개발,” 대한기계학회 논문집 A권, 제34권, 제11호, pp. 1757-1763. 

  4. 김태영, 김태호, 최상호, 정진택, 이용복, 2010, “300마력 (225㎾) 초고속 무급유 영구자석전동기의 회전체동역학 특성 및 성능 측정,” 유체기계공업학회 2010 유체기계 연구개발 발표회, pp. 68-69. 

  5. 조상범, 김태영, 김태호, 김창호, 이용복, 2010, “300마력 무급유 터보 압축기의 회전체 동역학적 성능에 관한 연구,” 유체기계공업학회 2010 유체기계 연구개발 발표회, pp. 144-145. 

  6. 김병옥, 이안성, 2010, “산소공장 공기터보압축기(ATC)의 회전체동역학 설계특성 분석 및 진동저감,” 유체기계저널, 제13권, 제3호, pp. 43-48. 

  7. 김병옥, 이안성, 하기영, 2010, “수직배럴형 다단 원심펌프의 로터다이나믹 과도응답 해석,” 유체기계공업학회 2010 유체기계 연구개발 발표회, pp. 172-173. 

  8. 김병옥, 이안성, 2010, “터보차져의 로터다이나믹 해석모델 개발 및 진동응답 해석,” 유체기계저널, 제13권, 제5호, pp. 35-42. 

  9. Bonchoel Ku, Youngdo Park, Chiun Sung, Youngchul Han, Junghoon Park, Yujin Hwang, 2010 “Comparison of tribological characteristics between alumunum alloys and polytetrafluoro ethylene composites journal bearings under mineral oil lubrication,” Journal of Mechanical Science and Technology, 24 (8), pp. 1631-1635. 

  10. 오승태, 박세홍, 최성필, 빈재구, 공영경, 2010, “대용량 추진 전동기용 베어링 개발에 대한 연구,” 2010년도 대한기계학회 추계학술대회 강연 및 논문 초록집, pp. 1615-1620. 

  11. 이승표, 이인하, 김용찬, 김현우, 배현욱, 박중양, 2010, “설계 변수법을 이용한 자동차용 휠 베어링의 구조설계 및 해석,” 2010년도 대한기계학회 추계학술대회 강연 및논문 초록집, pp. 574-577. 

  12. 박종원, 김형의, 김종억, 심양진, 정원욱, 2010, “과다 예압을 받는 테이퍼롤러 베어링의 수명단축효과에 대한 실험적 연구,” 대한기계학회 논문집 A권, 제34권, 제9호, pp. 1161-1166. 

  13. 홍동표, 김동연, 이제완, 유청환, 김원태, 최만용, 2010, “적외선 열화상 카메라를 이용한 윤활 상태에 따른 회전 요소 볼 베어링의 온도 특성 연구,” 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp. 262-263. 

  14. 이도환, 이상국, 노영진, 강태석, 이병학, 2010, “베어링 성능 저하 신호 특성,” 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp. 278-279. 

  15. 김우연, 이종민, 배용채, 김승종, 2010, “플라이휠 에너지 저장장치를 위한 저 전력소모 하이브리드마그네틱 베어링의 설계,” 한국소음진동공학회논문집, 제20권, 제8호, pp. 717-726. 

  16. 김정완, 유승열, 배용채, 노명규, 2010, “강체모델 기반 시스템 안정성을 고려한 자기부상 플라이휠 에너지 저장 장치의 최적 설계,” 대한기계학회논문집 A권, 제34권, 제3호, pp. 283-289. 

  17. 나언주, 2010, “전자석 바이어스 반경방향-축방향 일체형 자기베어링 해석,” 한국소음진동공학회논문집, 제20권, 제11호, pp. 1038-1045. 

  18. 신정국, 유호선, 이재헌, 문승재, 2010, “산소주입 수처리에 의해 발생되는 급수펌프 밀봉장치의 누설방지,” 대한기계학회 추계학술대회 강연 및 논문 초록집, pp. 2583-2589. 

  19. 김동섭, 강수영, 2010, “Investigation of Leakage Characterictics of Straight and Stepped Labyrinth Seals,” International Journal of Fluid Machinery and Systems, Vol. 3, No. 3, pp. 253-259. 

  20. 최복성, 하태웅, 2010, “CFD를 사용한 고성능 펌프 실의 동특성 계수 예측,” 한국윤활학회, 윤활학회지, 제26권, 제1호, pp. 37-43. 

  21. 문석준, 김흥섭, 정태영, 이동환, 황재영, 2010, “넓은 주파수 범위에서의 실린더형 유체 댐퍼에 대한 실험적 동특성 규명 연구,” 한국소음진동공학회논문집, Vol. 20, No. 6, pp. 528-536. 

  22. 성민상, 최승복, 김철호, 이홍기, 백재호, 한현희, 우제관, 2010, “통합제진마운트용 MR 댐퍼의 실험적 성능 평가,” 한국소음진동공학회논문집, Vol. 20, No. 12, pp. 1161-1167. 

  23. 김영철, 이동환, 함덕용, 이형우, 김영배, 2010, “비틀림 진동 댐퍼의 강성 및 감쇠계수 해석,” 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp. 215-216. 

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