미끄럼 베어링의 윤활특성(마찰특성) 페트로프 방정식의 유도

1. 윤활유의 주요기능

1) 윤활작용 : 상대운동하는 두 마찰표면을 유막으로 분리시켜 마찰을 감소

2) 냉각작용 : 발생된 열을 냉각수나 냉각공기에 전달할 수 없는 부품들을 과열로부터 보호한다.

즉, 윤활부에서 발생된 열을 흡수하여 다른 곳에서 방열한다.

3) 밀봉작용 : 실린더 벽과 피스톤링 사이로 고압가스가 누출되는 것을 방지한다.

4) 세정작용 : 윤활유는 유동 중, 윤활부에서 발생하는 마멸입자 및 불순물을 흡수하여 외부로 방출한다.

5) 방청작용 : 윤활유는 마찰부를 비롯하여 기관 각 부의 부식을 방지한다.

6) 응력분산작용 : 윤활유는 국부적으로 작용하는 큰 압력을 흡수 또는 유막 전체에 분산시킨다.

7) 소음감쇠작용 : 마찰부에 유막을 형성하여 소음과 진동을 감쇠시킨다.

 

2. 미끄럼 베어링 윤활특성

1) 미끄럼 베어링 윤활

미끄럼 베어링의 하부에 급유가 적절하게 이워지면 축과의 사이에 유막이 형성되어 마찰이 최소화되어 회전한다.

즉, 축과 베어링 면이 직접 접촉하지 않으며, 마모도가 적은 상태를 유지하고, 형성된 유막은 베어링에 작용하는 축하중을 적절히 분산한다.

 

2) 윤활 특성 구분(윤활 마찰의 종류)

윤활막 두께와 표면조도에 따라 유체 윤활, 혼합 윤활, 경계 윤활로 분류된다.

(1) 유체 윤활 : 접촉면이 윤활제에 의해 완전히 분리된 형태로 가장 마찰계수가 적으며, 가장 이상적인 윤활상태

(2) 혼합 윤활(반 유체 윤활) : 접촉 표면의 돌기들에 의해 한헐적인 접촉과 부분적인 유체윤활이 혼합되어 있는 윤활 형태

(3) 경계 윤활(불완전 윤활) : 지속적이고 심한 표면접촉이 발생하지만, 윤활유 공급으로 표면막을 형성한다.

 

3) 윤활 영향 인자

점도와 회전속도는 반비례, 점도와 하중은 비례한다.

(1) 점도 : 점도가 높을수록 주어진 부하에서 유체 윤활을 위해 필요한 회전 속도는 낮아진다.

(2) 회전속도 : 일단 유체 윤활이 이뤄지면 회전속도의 증가는 축 회전 시 오일막을 전단하는 일의 증가를 수반하여 마찰이 증가한다.

(3) 단위 면적당 부하 : 단위 면적당 부하가 작을수록 유체윤활을 위해 필요한 회전속도 및 점도가 낮아진다.

 

3. 페트로프 방정식

미끄럼 베어링의 회전에 있어서 윤활유의 점도와 회전수, 압력과의 관계를 보여준다.

 

1) 점성력, 전단응력, 표면적 관계

(1) 유체역학 "뉴턴유체"의 유체점성 계수

 

(2) 축(베어링) 표면윤활 검토

 

가). 회전토크(T1)

 

나). 베어링 하중에 의한 토크(T2)

 

다). 페트로프의 방정식