미끄럼 운동하는 두 거친 표면 사이에서 발생하는 탄성변형에너지에 대한 수치적 시변 탄성혼합유체윤활 해석

초록

다양한 작동 조건에 따라 기계의 윤활 형태는 달라지게 된다. 그 중 혼합 윤활 상태에서는 돌기에 및 윤활유체에 의한 하중 지지 형태 모두 나타나게 되는데, 적용 기계에 따라서 윤활유 유막 두께, 압력 분포가 매우 다양하게 나타나는데, 거친 표면에서 각 돌기에 가해지는 충격으로 인해 돌기가 변형하였다 회복하는 과정에서 특정 주파수 영역대의 소음을 유발하기도 한다. 실제로 베어링, 기어 등의 회전 기계에서 주로 나타나는 스퀼 소음등이 이러한 소음에 해당한다. 윤활 표면에서의 윤활유의 거동을 확인하고, 소음원을 규명하기 위해 본 연구에서는 먼저 돌기 높이와 분포 함수에 대한 수치적 기법을 이용하여 거친 표면을 형성하였다. 시간에 따른 접촉 형태를 결정하고 이에 대한 탄성 혼합 윤활 해석을 수행한다. 각 단계에 따라 돌기 접촉면에는 하중 ？ 변형량을 이용한 탄성에너지를 계산하고, 윤활 영역 내에서는 시변 탄성유체윤활 해석을 수행하였다. 전체 해석 영역에 대하여 윤활유 유막 두께 및 압력 분포를 유한차분법을 이용하여 계산하였고, 각 돌기의 탄성 변형으로 인한 에너지를 계산하였다. 시간을 0초에서 1초까지 0.001초로 나누어 과도 해석을 수행하는데, 초기 상태에서 표면의 높이에 따라 윤활유 유막 두께가 낮은 지점에서 압력이 높게 나타나는 피크점이 나타났고, 시간이 지남에 따라 유막 두께의 전체적인 크기는 작아지고 압력은 돌기 분포에 의한 각 피크점에서 압력 스파이크가 나타났다. 사용한 윤활유 유막 두께 식에서, 돌기 높이에 의해 음의 값을 가지는 점을 두 평면 사이의 고체 접촉이 일어나는 점으로 가정하였고, 위 부분에서는 돌기 강성 모델을 이용하여 표면 압력을 계산하였다. 계산된 두 가지 형태의 압력 분포와 탄성에너지 식을 이용하여, 윤활 표면 해석 영역에 대한 탄성 에너지 및 표면 진동 속도에 대해 해석하였다.