• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.9 no.5 s.38
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• pp.7-13
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• 2006

In the present study, we develop an analysis module to be applicable to design of sliding thrust bearings. The pressure equation is solved by using the finite element method. Average lubricant temperature is obtained from using the energy balance method. The module developed has been applied to three types of thrust bearing, such as tapered-land thrust bearings of angular and diamond types, and tilting-pad thrust bearings. Effects of the dam of the tapered-lad thrust bearings have also been investigated. It has been seen that the tapered-land thrust bearings of angular type result in the highest load capacity, while the tilting pad thrust bearings result in the lowest lubricant temperature. It has also been seen that the dam in the tapered-land thrust bearings increases both the load capacity and lubricant temperature.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.4
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• pp.353-358
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• 2011

In this paper, we describe a process for optimally designing a ring-type permanent magnet thrust bearing. The bearing consists of two sets of permanent magnet rings. One set is located inside the other set. An axial offset between the two sets creates axial force, which results in a thrust bearing function. In order to realize an optimal design of the bearing where the required load capacity of the bearing is achieved with the least magnet volume, we derived analytical design equations by adopting the equivalent current sheet (ECS) method. We considered the following two types of magnet arrays: axial arrays and Halbach arrays. These two types of arrays are optimized using the analytical design equations. The results of the optimization are verified using three dimensional (3D) finite element analyses (FEA). The results show that the Halbach array can achieve the required load capacity with less amount of permanent magnet than the axial array does. The efficacy of the ECS method is also verified by using 3D FEA. It is found that the accuracy of ECS method is more sensitive to the underlying assumptions for the Halbach array than for the axial array.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1990.11a
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• pp.69-72
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• 1990

최근의 전자및 광학기기 분야에 있어서의 준부신 발전은 다면경 가공기나 초정밀 절삭, 연삭기와 같은 초정밀 가공기계의 개발과 실용화에 힘입은 바 크다. 이러한 초정밀 가공기의 성능을 좌우하는 핵심 요소로서 주축계를 들 수 있으며, 비교적 소형 경량의 공작물을 가공하는 기계의 주축용 베어링으로는 볼 베어링이나 오일 베어링을 대신하여 공기베어링이 점차 널리 사용되고 있다. 일반적으로 주축으로 사용되는 베어링은 원통형 레이디얼 베어링과 원판형 스러스트 베어링이 결합된 형식이 주류를 이루나 이러한 베어링은 스러스트 판과 축의 직가곧 가공오차가 존재하기 때문에 가공하기는 쉬우나 회전시에 의의 영향에 의해 회전 정밀도 유지가 어렵다는 단점을 지니고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 사용되는 베어링에는 원추형(conical) 베어링과 구면형(spherical) 베어링이 쓰이고 있다. 이러한 원추형 베어링과 구면형 베어링은 가공오차를 베어링과 축의 현압 연마로써 없애줄 수 있으며 베어링이 축방향 하중과 경방향 하중을 동시에 지지하여 줌으로써 기계 전체의 부피를 줄이고 회전 정밀도를 향상시켜 주는 것으로 알려져 있다. 그러나 구면의 베어링 간극을 정확히 가공하기 어려운 단점이 있어 축과 베어링을 현압연마하여 가공한 후에 두부품을 중심선상에서 분리시키므로써 요구되는 간극을 얻을 수 있는 원추형 베어링이 많이 쓰이고 있다. 본 연구에서는 직접 수치 해법을 이요하여 원추형 베어링의 유막내의 압력 분포를 계산하고 이 합력인 하중지지 용량이 축방향 하중과 경방향 하중을 지지하는 특성을 이론적으로 검토하여 외부 가압 원추형 베어링으 특성수를 파악하여 설계자료를 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1997.10a
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• pp.129-134
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• 1997

현재 외부 가압 공기베어링이 사용되어지는 분야는 PCB 기판, 엔진의 연료분사노즐 등의 고속가공용 스핀들, 전자 기기, 광학 기기 등에 사용되는 초정밀 부품가공용 스핀들, 정밀 측정 기기, 의료 기기, 저온 팽창기등 상대운동을 하는 많은 분야에서 이용되고 있으며, 이들 분야의 고속화 및 고정밀화 추세에 따라 고속에서의 안정성과 높은 운전정밀도가 보장된 외부 가압 공기 베어링이 요구되고 있다. 정밀 스핀들 시스템에 공기베어링이 사용되는 이유는 윤활제인 공기의 압축성에 기인된 평균화효과로 인하여 어느 정도 형상오차가 존재하더라도 축의 회전 시 떨림 진폭이 흡수되어 높은 운전정밀도를 유지하며 운전이 가능하기 때문이다. 그러나, 공기의 압축성에 의한 평균화효과로 어느 정도의 떨림 진폭은 흡수되나 형상오차에 의한 떨림 진폭은 작은 크기라도 여전히 남아있게 된다. 따라서, 초정밀 가공 기기나 정밀 측정 기기 등 높은 운전정밀도가 요구되는 곳에 공기베어링이 사용될 경우에 있어서 형상오차는 운전정밀도에 영향을 미치는 중요한 인자가 된다. 본 연구에서는 각각 두 개의 오비 가압 공기 저널 및 스러스트 베어링으로 구성된 스핀들 시스템에 대한 축과 베어링의 직각도 오차가 운전정밀도에 미치는 영향에 대해 해석하고 결과를 고찰하여 스핀들 시스템에 있어서 형상 공차에 대한 기초 설계자료를 제시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2005.05a
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• pp.478-483
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• 2005

This paper presents the comparison analysis of a Journal and thrust FDB (fluid dynamic bearing) and a conical FDB in a HDD spindle motor. The Reynolds equation is appropriately transformed to describe journal, thrust and conical bearing. Finite element method is applied to analyze the FDB by satisfying the continuity of mass and pressure at the interface between the hearings. The pressure field of the bearings is numerically approximated by applying the Reynolds boundary condition. The load and friction torque are obtained by integrating the pressure and the velocity gradient along the fluid film. The flying height of the spindle motor is measured to verify the proposed analytical result. This research shows that the conical bearing generates bigger load capacity and less friction torque than the journal and thrust bearing in a HDD spindle motor.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.16 no.7 s.112
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• pp.746-753
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• 2006

This paper proposes a method to calculate the stiffness and the damping coefficients of the coupled journal and thrust bearings. The Reynolds equations and their perturbation equations are transformed to the finite element equations by considering the continuity of pressure and flow at the interface between bearings. The Reynolds boundary condition is used in the numerical analysis to simulate the cavitation phenomena. The dynamic coefficients of the proposed method are compared with those of the numerical differentiation of the loads with respect to finite displacements and velocities of bearing center. It shows that the proposed method is more accurate and efficient than the differentiation method.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2006.05a
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• pp.666-671
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• 2006

This paper proposes a method to calculate the stiffness and the damping coefficients of the coupled journal and thrust bearings. The Reynolds equations and their perturbation equations are transformed to the finite element equations by considering the continuity of pressure and flow at the interface between bearings. The Reynolds boundary condition is used in the numerical analysis to simulate the cavitation phenomena. The dynamic coefficients of the proposed method are compared with those of the numerical differentiation of the loads with respect to finite displacements and velocities of bearing center. It shows that the proposed method is more accurate and efficient than the differentiation method.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.37 no.2
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• pp.241-248
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• 2013

In this study, bearings were developed for a high-power propulsion motor operating in inclined operation conditions through a simulation and similitude-experimental methods using commercial rotating machinery dynamics analysis software. The developed journal bearing is electrically insulated and has low thermal conductivity because each part is connected with 2-4 -mm-thick epoxy plates. To realize an appropriate oil thickness, an oil lift system is adopted, and a half separated structure is applied to ensure the feasibility of maintaining very heavy components. This study discusses some of the key design aspects of sleeve bearing design for high-torque and low-speed propulsion motor applications. Furthermore, the conditions of variable slope tests are examined to prevent oil leakage from the bearing lip seal on the test rig.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1993.04a
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• pp.108-111
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• 1993

일반적으로 정수압 베어링은 저진동, 저마찰 및 높은 댐핑 특성을 가지며 하중 지지 용량도 커서 공작 기계, 측정 기구등에 광범위하게 하용된다. 특히 여러 산업이 발달함에 따라 점차 정밀 부품의 필요성이 증가되고 있고 공작 기계의 용량도 점차 대형화되는 추세에 있다. 이에 따라 공작 기계의 미끄럼 운동을 지지하는 베어링은 높은 강성 및 높은 하중 지지용량을 갖게할 필요가 있다. 본 논문에서는 능동적 급유 방식의 리스트릭터의 한 종류인 다이아프램 제어 밸브 (diaphram control valve)와 수동적 급유 방식의 리스트릭터의 한종류인 오리프스의 특성을 이론적으로 해석하고 실험을 통하여 이론 해석의 타당성을 검증하고 결과를 도시하고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 2000.11a
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• pp.235-242
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• 2000

In this paper, the dynamic characteristics of coupled herringbone groove journal bearings and spiral groove thrust bearings with conical motion were numerically analyzed, The bearing performance characteristics were calculated by the perturbation method and are solved by FDM. Stability of bearing was obtained from the threshold of instability.