• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.238-244
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• 2017

공작기계 응용에 있어서 고속 및 고효율 가공의 추세는 스핀들의 고속화를 지속적으로 요구하고 있다. 내장형 모터를 장착한 스핀들은 가공시스템의 구조를 단순하게 한다. 하지만 로터에는 불평형 질량에 의해 진동이 발생하며, 이를 제거하기 위한 밸런싱 작업은 필수적이다. 이 논문에서는 내장형 모터를 장착한 고속 스핀들의 동적거동을 해석하였다. 불평형 질량, 베어링 강성, 회전 속도의 변화에 따른 휘돌림 궤적을 해석하였고, 이를 저감시키는 방법을 모색하였다. 또한 Timoshenko 빔 요소를 적용하여 스핀들-베어링 시스템을 모델링하고, 영향 계수법을 적용하여 밸런싱 과정을 시뮬레이션 하였다. 스핀들의 경우, 불평형 하중이 작용할 때, 베어링 지지점에서 가장 작은 휘돌림 궤적이 나타났으며, 양단에서 가장 큰 휘돌림 궤적을 나타내었다. 스핀들의 회전속도가 증가함에 따라 스핀들 선단에서의 휘돌림 궤적도 증가하였다. 베어링의 강성이 커짐에 따라 휘돌림 궤적 또한 증가하였다. 밸런싱 전, 후의 휘돌림 궤적 반경은 최대 73%까지 감소함을 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 CNC 자동선반의 스핀들 고속화에 중요한 정보를 제공하고 있다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.19-19
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• 2010

복합분자펌프는 기존의 터보분자펌프 turbine blade에 spiral grooved를 추가하여 초고진공 ($10^{-8}Pa$)에서 저진공(330Pa)까지 넓은 압력범위에서 사용할 수 있고 이 펌프를 사용함으로서 완전 oil free한 진공시스템을 만들 수 있는 특징을 가지고 있다. 특히, 회전체를 비접촉으로 지지하는 자기베어링 방식을 적용함으로써, 진동은 극히 작고 베어링수명은 길면서 중저진공에 대한 배기속도가 크고 임의의 방향으로 접속이 가능하여 반도체 및 디스플레이 제조 공정과 같은 첨단산업의 다양한 분야에 쉽게 적용되고 있으며, 그 적용 분야와 시장은 계속 성장하고 있다. 고 진공과 배기 속도의 달성을 위해서, 고속으로 이동하는 격면과 기체분자를 충돌시켜, 기체 분자를 원하는 방향으로 유도하는 작동원리를 가지고 있다. 특히 공기분자의 밀도가 매우 낮은 희박가스 상태에서 고속 회전하는 blade로 공기분자를 쳐내면서 작동됨으로써 날개의 상하 압력차에 의한 공기력보다도 날개의 고속회전이 매우 중요시되고 압력으로는 $10^{-1}Pa$ 이하의 분자 영역에서 그 성능을 최고로 발휘할 수 있다. 이러한 복합 펌프의 주요 장점은 다음과 같다. 1. $10^{-8}\;Pa$($10^{-10}torr$)~10 Pa(1 torr) 까지 넓은 영역에서 배기가 가능하다. 2. 탄화수계의 대하여 높은 압축특성을 가지고 있고, 윤활유를 사용하지 않으므로 얻을 수 있는 진공상태가 고청정하다. (oil free) 3. 정밀 5축제어 자기베어링으로 완전히 부상하여 회전함으로서 마모가 없고 진동이 최소화 하였을 뿐 만 아니라, 또한 운전음도 거의 없다. 4. 설치조건에 제한이 없고 고장이 거의 없다. 본 논문에서는 이러한 복합분자펌프의 개발을 위하여, 상기 연구기관에서 수행된 내용을 소개하고 이으며, 진공펌프 블레이트 로터 회전체를 포함한 구조설계 및 해석결과와 5자유도 자기베어링 시스템을 이용한 기본 구동 결과를 나타내었다.

• Tribology and Lubricants
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• 제35권2호
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• pp.123-131
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• 2019

This study characterizes the coastdown performances of two small electric motors supported on high-speed ball bearings (BBs) and gas foil bearings (GFBs), and it predicts their acceleration performances. The two motors have identical permanent magnetic rotors and mating stators. However, the shaft of the GFBs has a larger mass and polar/transverse moments of inertia than that of the BBs. Motor coastdown tests demonstrate that the rotor speed decreases linearly with the BBs and nonlinearly with the GFBs. A simple model for the BBs predicts a constant drag torque and linear decay of speed with time. The test data validate the model predictions. For the GFBs, the hydrodynamic lubrication model predictions reveal that the drag torque increases linearly with speed, and the speed decreases exponentially with time. The predictions agree very well with the test data in the speed range of 100-30 krpm. The boundary lubrication model predicts a constant drag torque and linear decay of speed with time. The predictions agree well with the test data below 15 krpm. Mixed lubrication occurs in the speed range of 30-15 krpm. Rotor acceleration performances are predicted based on the characteristics of deceleration performances. The GFBs require more time to reach 100,000 krpm than the BBs because of their larger shaft polar moment of inertia. However, predictions for the assumed identical polar moment of inertia reveal that the GFBs have a nearly identical acceleration performance to that of the BBs with a motor torque greater than $0.03N{\cdot}m$.

• Tribology and Lubricants
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• 제35권2호
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• pp.114-122
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• 2019

High-speed rotating machinery requires low cost and reliable bearing elements with low friction, stable rotordynamic characteristics, and a simple design. This study experimentally evaluates the effects of bearing-support elements on the vibrational characteristics of a small-sized, high-speed permanent magnetic motor. A series of coast down tests from 100 krpm characterize the vibrational behaviors, rotor displacement, and housing acceleration of motors supported by ball bearings, ball bearings with a metal mesh damper, and gas foil bearings, respectively. Two eddy-current sensors installed in the horizontal and vertical directions measure the displacement of the rotor at its front nut, and a 3-axis accelerometer attached to the motor housing measures the housing acceleration. The test results reveal that synchronous (1X) vibration components most significantly affect the rotor displacement and housing acceleration, independent of the bearing-support elements. The motor supported by the deep-groove ball bearings results in the largest rotor vibrations increasing with speed; this is due to the absence of a damping mechanism. Additionally, the metal mesh damper effectively reduces the rotor displacement, housing acceleration, and sound-pressure level in the high-speed region (i.e., above 40 krpm), thus implying its substantial damping performance when installed on the outer race of the ball bearing. Lastly, the gas foil bearing supported motor yields the smallest rotor displacement, housing acceleration, and lowest sound-pressure level because of its hydrodynamic airborne operation, which does not require rolling elements that may cause mechanical friction and vibrations.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.463-469
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• 2004

In order to improve the instability of journal bearings, the leaf spring dampers (LSD) are introduced. The effects of LSD on the stability of journal bearings are investigated theoretically The stability of the journal bearing with LSD are compared with the results of the journal bearing without LSD. And the effects of the asymmetry of the stiffness of the leaf spring damper on the stability of rotors are also investigated.

• Tribology and Lubricants
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• 제15권1호
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• pp.24-28
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• 1999

This paper describes a new pivoting technique to improve bearing performance in pivoted pad thrust bearings. This new technique adjusts the pivot line in a line pivoted pad thrust bearing to be parallel to the trailing edge of a sector shaped pad. Bearing performance factors such as load carrying capacity, frictional torque and flow rate are numerically investigated for conventional point-pivoted and line-pivoted pads and for the new parallel-line pivoting technique. It is shown that the load carving capacity can be maximized with the new technique.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 1997년도 하계학술대회 논문집 A
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• pp.127-129
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• 1997

In this paper, an active magnetic bearing-based motor-generator(M-G) system is designed and controlled by using DSP devices. Several experiments including start-up test, impulse test, whirl test, and generator load test are conducted using digital PID algorithm and AC power of about 58Hz, 100V, 0.8A can be generated from the M-G set.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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• pp.100-106
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• 2003

In order to improve the instability of a plane journal bearing, the leaf spring dampers (LSD) are introduced. The effects of LSD on the stability of a plane journal bearing are investigated theoretically. The stability of a plane journal bearing with LSD are compared with the results of a plane journal bearing without LSD. And the effects of the asymmetry of the stiffness of the leaf spring damper on the stability of rotors are also investigated.

• 한국생산제조학회지
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• 제20권1호
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• pp.40-46
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• 2011

This paper is to investigate the effects of the asymmetrical support stiffness on the stability of a supercritical driveshaft with asymmetrical shaft stiffness and anisotropic bearings. The equations of motion is derived for a system including a rigid disk, a massless flexible asymmetric shaft, anisotropic bearings and a support beam. The Floquet theory is applied to perform the stability analysis with the variation of the support stiffness, the shaft asymmetry, the shaft damping and the shaft speed. The results show that the asymmetric support stiffness is closely related to the stability caused by primary resonance as well as the supercritical operation. First, the stiffness variation can stabilize the system around primary resonance by weakening the parametric resonance from the shaft asymmetry. Second, it also improve the stability characteristics at a supercritical operation when the support stiffness is not so high relative to the shaft stiffness.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 1992년도 제15회 학술강연회초록집
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• pp.77-81
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• 1992

스퀴즈 필름 댐퍼 (Squeeze Film Damper, SFD)는 구조가 단순하면서도 감쇠성능이 우수하여 구름베어링에 지지된 고속회전체의 댐퍼로 이용되고 있으며 특히 대부분의 항공기용 터보엔진에 장착되어 고속회 전체의 댐퍼로서의 우수성을 보여주고 있다. 또한 동력기계의 단위 무게당 고출력화 경향으로 인하여 회전체의 경량화와 고속회전은 더욱 절실히 요구되고 있다. 이에따라 기계의 회전속도를 제 1차 또는 제 2차 위험속도(critical speed)이상까지 상승시켜야 하므로 SFD의 활용범위는 앞으로도 점차 증가할 것이다. 본 논문에서는 Swift-Stieber 경계조건을 적용하여, 공동현상이 발생하는 무한 폭 SFD의 유막력과 감쇠계수를 구한 후 강성 및 유연회전체의 정상상태 응답을 해석함으로써 공동현상이 회전체-SFD계의 진동에 미치는 영향을 연구하고자 한다.