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베어링 설계인자가 플로팅 링 베어링으로 지지되는 차량용 터보차저의 회전체동역학적 안정성 및 축 진동 크기에 미치는 영향

Title
베어링 설계인자가 플로팅 링 베어링으로 지지되는 차량용 터보차저의 회전체동역학적 안정성 및 축 진동 크기에 미치는 영향
Other Titles
Effect of Bearing Design Parameters on Rotordynamic Stability and Shaft Motion Amplitudes for Automotive Turbochargers Supported on Fully Floating Ring Bearings
Author
박은규
Advisor(s)
류근
Issue Date
2018-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
고속으로 회전하는 차량용 터보차저의 진동 절감은 터보차저 개발의 중요한 요소이다. 하지만 플로팅 링 베어링으로 지지되는 차량용 터보차저의 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 문제를 해결하기 위하여 수반되는 회전체-베어링 시스템의 동역학적 특성 분석과 플로팅 링 베어링 설계 인자에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 논문에서는 NVH 문제에 영향을 미치는 플로팅 링 베어링으로 지지되는 터보차저 시스템의 베어링 설계 인자에 의한 영향을 선형 회전체 동역학 해석을 통해 분석하였다.또한 터보차저의 동적 특성 파악 연구에 지배적인 영향을 끼치는 회전축의 불균형 질량, 그리고 오일 온도에 의한 분석을 같이 진행하였다. 먼저, 회전축의free-free 고유진동수 및 모드 형상을 예측하고 이를 실험 데이터와 비교하였다. 이는 플로팅 링 베어링으로 지지되는 터보차저의 회전체동역학 해석에 사용되는 회전축 모델을 검증하기 위해서이다. 터보차저 시스템의 정확한 불균형 질량은 알 수 없으므로 Baseline subtraction 과정을 진행하여 모델을 검증하였다. 검증된 해석 모델의 선형 고유치 해석을 통해 축의 불균형 질량에 의한 영향을 평가하였다. 작동 영역에서의 최대 변위 및 전달력은 불균형 질량의 크기와 비례하였다. 오일 온도에 따른 해석에서는, 내부 유막 온도만 증가하는 경우, 감쇠비는 감소하며, 진동 크기는 증가하였다. 내부 및 외부 유막 온도가 모두 증가하는 경우, 강성과 감쇠가 모두 감소하지만 감쇠비는 크게 증가하였다. 또한, 전달력의 크기가 눈에 띄게 줄어들었으며, 이는 NVH특성이 좋아짐을 뜻한다. 베어링 설계 인자에 대한 해석은 베어링 간극과 길이를 각각 25%씩 증감을 하여, 회전축 및 베어링의 변위와 베어링 전달력을 확인하였다. 해석결과 FRB에 대한 회전축의 변위와 베어링 하우징에 대한 FRB의 변위는 1 µm 이하로 나타났으며, 베어링 길이나 간극을 변화 시키는 경우 또한 변위가 매우 작게 나타났다. 하지만 베어링 전달력의 크기는 내부 베어링 길이와 외부 간극을 변화 시키는 경우 큰 변화가 나타났다. 내부 베어링 길이를 감소시키거나 외부 베어링 간극을 감소시킬수록 시스템이 안정해짐을 확인하였다. 본 논문은 일련의 연구를 통하여 플로팅 링 베어링으로 지지되는 차량용 터보차저 시스템의 NVH 특성에 영향을 미치는 설계인자를 해석을 통해 규명하였다. 이러한 결과는 터보차저 개발 및 설계 시간을 단축하고 제품 개발을 촉진할 수 있는 계기기가 될 것으로 예상된다.
URI
http://www.dcollection.net/handler/hanyang/000000105399http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/69241
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MECHANICAL DESIGN ENGINEERING(기계설계공학과) > Theses (Master)
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