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문제 정의
- SFD의 설계 인자와 불균형 질량의 크기 및 위상이 볼 베어링과 SFD로 지지되는 차량용 터보차저 회전축의 동적 거동의 크기에 미치는 영향을 해석적으로 연구하였다.
- 본 연구에서는 SFD의 설계 인자 중 간극, 길이, 오일의 온도 변화에 따른 점성, 그리고 회전축 불균형 질량의 크기와 위상이 볼 베어링으로 지지되는 터보차저의 동적 거동 크기에 미치는 영향을 예측하였다.
- Brouwer과 Sadeghi[7]는 볼 베어링과 스퀴즈 필름 댐퍼로 지지되는 터보차저 모델을 개발하고 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 회전속도 90 krpm까지, 온도와 볼 베어링의 재질에 의한 베어링에 작용하는 하중과 축의 궤적 크기에 대해 연구하였다. Ashtekar와 Sadeghi [8]는 볼 베어링과 SFD로 지지되는 터보차저 회전축 베어링 시스템을 모델링하였고 실험 장치를 통해 검증하였다.
가설 설정
- 5 mm)로 정하였으며, 두 SFD의 오일의 온도는 60°C로 일정하다고 가정하였다. 또한 실제 터보차저의 불균형 질량의 크기와 위상을 정확하게 알 수 없기 때문에, 회전축의 불균형 질량 위치에 0.2 g-mm의 불균형 질량을 동일한 위상으로 가정하여 배치하였다.
- 회전축과 SFD 저널 사이를 이어주는 사각형 요소는 볼 베어링을 나타낸다. 볼 베어링은 높은 강성을 갖는 선형 스프링으로 가정하였다. 압축기와 터빈의 양 끝단과 뒷면에 위치한 화살표 요소는 불균형 질량을 나타낸다.
- 상용 터보차저 볼베어링 시스템의 실제 치수를 기반으로 한 기준 모델 (Baseline model)의 설계 인자는 압축기 쪽 SFD와 터빈 쪽 SFD의 간극 (=각각 60 µm로 동일), 압축기 쪽 SFD 길이 (=4.5 mm)와 터빈 쪽 SFD의 길이 (=3.5 mm)로 정하였으며, 두 SFD의 오일의 온도는 60°C로 일정하다고 가정하였다.
- SFD 저널에 유체막의 압력장은 레이놀즈 방정식으로부터 얻어질 수 있다. 저널은 공동현상(Cavitation)을 동반한 원형의 동기 휘돌림 운동(Circular synchronous whirl motion)을 하며, 무한 소폭 길이를 갖는 댐퍼로 가정되었다. 휘돌림 운동하는 저널에 작용하는 압력장에 대한 적분은 접선 방향 힘과 반경방향 힘을 표현하는 식 (2)와 (3)을 유도한다.
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