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자기베어링을 이용한 공기정압베어링 강체축의 유체 불안정성 억제에 관한 연구 : Suppression of Fluid Induced Instability of an Aero-static Bearing Rigid Rotor using an Active Magnetic Bearing
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- Authors
- Advisor
- 김종원
- Major
- 공과대학 기계항공공학부
- Issue Date
- 2014-08
- Publisher
- 서울대학교 대학원
- Description
- 학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2014. 8. 김종원.
- Abstract
- 산업의 발달에 따라 가공 기술은 고정밀, 고속화, 고강성 주축의 필요성이 증대하고 있다. 고속 가공은 고능률 및 고생산성을 동반하는 중요한 생산기술로 인정되고 있으며, 이로부터 가공 정밀도 향상, 표면 정도 개선, 가공 시간의 단축, 절삭 열 및 저항 감소 등의 장정을 지니고 있다. 이로부터 고속 가공이 가능한 고성능 공작기계의 요구가 커지고 있으며, 고속 회전이 가능한 주축에 대한 요구가 커지고 있다.
공기정압베어링은 회전축을 비 접촉 지지함으로써 마찰저항이 작고 발열도 작아 고속회전에 유리하다. 작동유체의 평균화 효과에 의해 회전 정밀도가 높다. 하지만, 정 강성과 부하 용량이 작은 단점을 지니고 있으며, 아래와 같은 불안정성에 의한 한계가 존재한다.
공기정압베어링의 불안정성은 크게 두 가지로 공기 해머 및 유체 불안정성으로 분류할 수 있다. 공기 해머링 현상은 회전축이 회전 또는 비 회전 상황에서 모두 나타날 수 있다. 이는 공기정압베어링의 급기구를 통해 공급되는 압력의 시간 지연으로 인하여 발생하며, 급기구의 형상 변경 및 급기 조건의 변경을 통해 해결 할 수 있다. 반면에 공기정압베어링의 댐핑 부족에 의하여 발생하는 유체 불안정 현상은 회전축의 1차 위험 속도의 약 2배에서 발생한다고 알려져 있다. 이는 회전축의 회전 속도가 증가함에 따라 베어링 틈새 내에 형성되는 압력 분포가 비대칭적으로 생성됨으로 발생하며, 로터-베어링 시스템의 설계 단계에서 고려되어야만 한다.
본 논문에서는 공기정압베어링의 불안정성을 억제하고, 회전 속도의 상향을 위하여 자기베어링과의 복합화를 제시하였다. 이는 능동형 자기베어링의 복합 적용을 통해 회전축에 작용하는 강성 및 감쇠를 조절 함으로써 공기정압베어링의 불안정성을 억제 하고자 하였다. 이를 위해 공기정압베어링과 자기베어링으로 구성된 로터-베어링 시스템을 모델링하고 이를 통해 시스템 특성을 확인하였다. 로터-베어링 시스템을 제작하고, 공기정압베어링으로 지지된 로터의 회전 실험을 수행하여, 공기정압베어링의 유체 불안정성을 확인하였다. 자기베어링의 제어를 수행함으로써 공기정압베어링의 유체 불안정성을 억제하였으며, 고속 영역에서 로터의 안정적인 운전을 실험을 통해 확인하였다.
- Language
- Korean
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