깊은 홈 볼 베어링의 케이지 동역학적 해석 및 실험에 관한 연구

Abstract

본 연구는 터보펌프 볼 베어링에 대한 해석과 실험을 통해 케이지 불안정성을 판별하였다. 터보펌프의 회전시스템은 축, 반경방향으로 큰 하중을 받으며 빠르게 구동되기 때문에 회전시스템을 지지하는 볼 베어링의 안정성 확보가 중요하다. 특히 터보펌프 볼 베어링은 극저온 환경에서 PTFE소재의 케이지를 통해 자기 윤활 방식으로 고체윤활을 하기 때문에 케이지의 역할이 중요하다. 볼 베어링 케이지의 볼-포켓의 틈새에 따라, 액체 질소의 주입 유량에 따라 케이지 불안정성을 비교, 분석하였다. 해석은 상용 베어링 해석 프로그램인 Gupta의 ADORE 프로그램을 이용해 해석을 수행하였으며, 실험은 -180℃ 이하의 극저온 환경에서 1,500초 동안 6,000rpm으로 구동하여 실험하였다. 해석결과 케이지 궤적, 베어링 토크, 케이지 회전속도, 케이지 마모율을 통해 볼-포켓 틈새가 줄어들수록 케이지의 안정성이 향상되는 것을 확인하였다. 실험결과 베어링 토크, 케이지의 회전속도, 마모량을 통해 해석결과와 동일하게 볼-포켓 틈새가 줄어들수록 케이지의 안정성이 향상되는 것을 확인하였고 유량이 지속적으로 주입될 때 케이지가 더 안정적으로 구동하는 것을 확인하였다. 선행연구와 달리 실험 시 음향진동을 측정하였고 이를 베어링 토크 및 마모량 결과와 비교하여 케이지가 불안정하게 구동될 때 나타나는 신호를 분석하였다.