축방향 쿨링플로우가 있는 극저온 터보펌프용 볼베어링의 케이지 회전안정성 연구

Abstract

본 연구는 한국형 우주발사체에 적용될 터보펌프용 볼베어링의 케이지 회전안정성을 실험과 통계분석적인 방법으로 확인하였다. 케이지의 동역학적 불안정성은 볼베어링의 특이 토크변화와 케이지 마모현상에 깊은 관계가 있다. 더욱이 터보펌프에 적용되는 극저온 볼베어링은 다른 베어링과는 달리 축방향 유량으로 인해 케이지의 역할이 매우 중요하다. 하지만 현재까지의 연구는 케이지의 동역학적 6자유도 모델을 이용한 케이지 형상에 따른 안정성의 해석적인 연구가 주를 이루었고, 이를 실험적으로 검증하려는 시도는 베어링의 토크변화를 측정하는 방법 이외에는 없었다. 따라서 본 논문은 기존 볼베어링의 토크변화를 방식과는 다르게 볼베어링의 케이지 회전속도를 측정하여 확률밀도함수를 이용해 케이지의 안정성을 분석하였다. 선행연구에서 실험적으로 베어링의 토크 변화를 측정하여 볼베어링의 안정성을 판단하는 것은 매우 불분명하고 시간적으로 비효율적이다. 때문에 동일 간격으로 케이지에 마킹을 하여 광학센서를 이용해 케이지의 회전속도를 측정하고 이를 통해 확률분석적인 기법을 도입하여 보다 정확하고 시간적으로 효율적으로 케이지의 안정성을 분석하였다. 연구 결과로 회전속도를 선행연구의 해석과 실험결과가 비교적 일치하는 경향을 보임을 확인하였다. 그리고 실험을 통해 극저온 환경에서 볼베어링 케이지의 안정성이 뛰어난 터보펌프용 볼베어링의 최적 케이지 형상을 찾았다.|In this paper, new experimental method is presented for studying the dynamic stabilities of rolling bearing cage and indicates guidelines of designing rolling bearing cage. Practically, the cage stabilities are approaches to analysis such as cage dynamics. For experimental validation, there are few ways but, measure undesirable bearing torque variation to trace dynamic stabilities. Probability density function of the cage and shaft rotating speed can be a way to define cage stabilities. Experimental results of this research are in good agreement with prior authors’ analytical researches except minimum cage-race clearance.; In this paper, new experimental method is presented for studying the dynamic stabilities of rolling bearing cage and indicates guidelines of designing rolling bearing cage. Practically, the cage stabilities are approaches to analysis such as cage dynamics. For experimental validation, there are few ways but, measure undesirable bearing torque variation to trace dynamic stabilities. Probability density function of the cage and shaft rotating speed can be a way to define cage stabilities. Experimental results of this research are in good agreement with prior authors’ analytical researches except minimum cage-race clearance.