TRIBOLOGY

​마찰공학(Tribology)이란?

• • 접촉하면서 상대적으로 운동하는 2개의 면(面)의 마찰·마모·윤활을 취급

  • 트라이보(tribo): 그리스어(語)로 '문지르다, 비비다'라는 뜻.

  • 유사한 학문으로 본래부터 윤활학(潤滑學)이 있었으며, 트라이볼러지는 윤활학을 더욱 확대한 것으로, 기계·금속·물리·화학·역학 등 연구대상이 되는 영역이 광범위

  • OECD(경제개발협력기구)에서는 「트라이볼러지란 상대운동을 하면서 서로 간섭하는 2면 및 이것에 관련한 여러 문제와 실지 응용에 관한 과학과 기술이다.」라고 정의

  • 베어링, 톱니바퀴, 엔진, 클러치, 브레이크 등 모든 부분의 미끄러짐 마찰, 구름마찰의 현상을 취급하며, 이론에서 실용까지를 대상으로 하는 것을 특징

​

베어링 (Bearing) 이란?

• • 축과 하우징 사이의 상대운동을 원활하게 하며 축으로부터 전달되는 하중을 지지

  • 하중을 지지하는 방향에는 반경방향 하중과 축 방향 하중이 있으며 합성하중도 있음

  • 베어링과 만나는 부분을 저널(journal)이라 함.

  • 베어링부분에서 하우징과 축이 상대운동하여 마찰력으로 동력을 전달하며, 마찰로 열이 발생하고 동력손실이 수반

  • 베어링 분류: 베어링 접촉방식에 따라 크게 구름베어링(rolling bearing)과 미끄럼베어링(sliding bearing)으로 분류

    • 구름베어링 (rolling element bearing)

    • 미끄럼베어링 (journal bearing)

    • 자기베어링

    • 공기베어링

저널베어링 (Journal Bearings) 이란?

• • 회전축을 지지하면서 부드럽게 회전시키는 부품을 베어링(Bearing)이라고 한다. 베어링에는 평평하고 넓은 면으로 축을 지지하는 플레인 베어링(Plain Bearing)과 축의 주변을 볼 및 롤러로 지지하는 볼 베어링(Ball Bearing) 및 롤러 베어링(Roller Bearing)이 있다.

  • 베어링이 저널부의 표면 전부 또는 표면의 일부를 둘러싼 것같이 되어 있으며, 베어링과 저널의 접촉면 사이에 윤활유가 있다.

  • 미끄럼 베어링은 면과 면이 접촉하기 때문에 축이 회전할 때 마찰 저항이 구름 베어링보다 크지만, 하중을 지지하는 능력은 일반적으로 크다.

  • 미끄럼 베어링은 축이 회전할 때의 마찰을 방지하기 위해 적절한 윤활이 필요하다.

​

• 저널베어링 수치해석 모델의 종류

  • Hydro-Dynamic (HD) Model: ​가장 기본적인 베어링 윤활 모델이며 레이놀즈 방정식만을 이용하여 해석한다.

  • Elasto-Hydro-Dynamic (EHD) Model: ​윤활 경계면의 탄성변형을 고려한 윤활 모델이다. 예를 들어 베어링 패드의 탄성변형이 회전체의 동적거동에 영향을 미치는 틸팅패드 저널베어링의 경우 윤활경계면에서 발생한 힘은 회전체를 지지할 뿐 아니라 베어링 패드의 탄성변형을 유발한다. 이 때 베어링 패드의 탄성변형은 유막의 두께의 변화를 가져오고 변화 된 유막두께는 유막에서 발생한 힘을 바꾼다. 이러한 일련의 과정들을 연속대입법으로 해석함으로써 수렴해를 구하게 되면 탄성윤활 해를 구할 수 있다. 하지만 틸팅패드 저널베어링과 같이 패드가 지지점에 구속되지 않고 점, 선 또는 면에 지지되어 자유로운 운동을 하는 경우에는 반봅법으로는 해를 구할 수가 없으며 IMDL 에서 개발 한 과도해석 접근법을 통해서만 이러한 해를 구할 수 있다. 과도해석법은 전세계에서 유일하게 IMDL에서만 그 해석 기법을 보유하고 있으며 현재까지 개발 된 저널베어링의 탄성윤활 해석 기법 중 가장 진보 된 방법이다.

  • Thermo-Hydro-Dynamic (THD) Model: ​윤활 경계면

  • Thermo-Elasto-Hydro-Dynamic (EHD) Model: ​저널베어링 윤활 모델 중 가장 앞선 모델이며 전 세계적으로 TEHD 윤활 수치해석 모델을 가지고 있는 연구자는 거의 없다. 특히 부산대학교 지능기계동역학 연구실에서 보유하고 있는 MATLAB 베이스의 인하우스 코드는 틸팅패드 저널베어링의