저널 베어링 이해
정의: 저널 베어링이란 무엇인가?
A 저널 베어링 (플레인 베어링, 슬리브 베어링 또는 유체막 베어링이라고도 함)은 구름 요소가 아닌 가압된 윤활유의 얇은 막을 통해 회전하는 샤프트를 지지하는 베어링 유형입니다. 회전하는 샤프트("저널")는 샤프트의 회전으로 인해 생성되는 유체 역학적 오일막에 의해 고정된 베어링 표면과 분리되어 있으며, 오일은 쐐기 모양의 틈새로 모입니다. 이 가압된 오일 쐐기는 금속 간 접촉 없이 샤프트 하중을 지지합니다.
저널 베어링은 터빈, 발전기, 대형 압축기와 같은 고속, 고부하 회전 기계에 필수적입니다. 왜냐하면 뛰어난 부하 용량, 고속에서의 낮은 마찰, 상당한 제동 제어하는 데 도움이 됩니다 진동 그리고 안정화하다 로터 시스템.
작동 원리: 유체 역학 윤활
오일 필름이 형성되는 방식
저널 베어링은 유체 역학 윤활의 원리에 따라 작동합니다.
- 초기 접촉: 정지 상태에서는 샤프트가 중력에 의해 베어링 표면에 놓입니다.
- 회전 시작: 샤프트가 회전을 시작하면 접착력으로 인해 오일이 틈새로 끌려 들어갑니다.
- 쐐기 형성: 샤프트와 베어링 사이의 수렴형 기하학은 쐐기 모양의 공간을 생성합니다.
- 압력 생성: 수렴 쐐기로 끌려간 오일은 유체역학적 압력을 생성합니다.
- 이륙: 압력력이 샤프트 무게를 초과하여 오일 필름 전체로 들어 올립니다.
- 정상 상태: 금속 접촉 없이 가압된 오일 필름 위에 샤프트가 떠 있습니다.
오일 필름 두께
- 일반적인 두께: 10-100 마이크로미터(0.0004-0.004인치)
- 매우 얇지만 접촉을 방지하기에 충분합니다.
- 두께는 원주를 따라 다릅니다(가장 가까운 접근 지점에서 최소)
- 속도, 부하, 오일 점도 및 베어링 클리어런스에 따라 다름
저널 베어링의 종류
1. 일반 원통형(전체 저널)
- 가장 간단한 설계: 오일 공급 홈이 있는 원통형 보어
- 360° 랩 각도
- 좋은 하중 용량이지만 고속에서 불안정해질 수 있습니다.
- 모터, 펌프, 일반 산업 장비에 공통적으로 사용됨
2. 부분 아크 베어링
- 베어링 표면은 원주 일부(120-180°)만 덮습니다.
- 무게가 가벼워 오일 흐름이 덜 필요합니다.
- 전체 저널보다 강성이 낮음
- 가벼운 부하가 걸리는 응용 분야에 사용됨
3. 틸팅 패드 베어링
- 회전하는 여러 개의 독립 패드로 나뉜 베어링 표면
- 각 패드는 자체 유체역학 웨지를 개발합니다.
- 오일 휘핑/채찍에 대해 본질적으로 안정적입니다.
- 고속 터보기계 산업 표준
- 가격은 더 비싸지만 동적 특성이 더 우수합니다.
4. 압력 댐 및 오프셋 베어링
- 안정성을 강화하기 위한 기하학적 특징을 갖춘 변형 원통형 베어링
- 홈, 댐 또는 오프셋 보어는 효과적인 감쇠를 증가시킵니다.
- 단순 원통형과 틸팅 패드의 절충안
동적 특성
단단함
저널 베어링 강성은 복잡하고 속도에 따라 달라집니다.
- 저속: 강성이 낮고, 부하에 따라 샤프트 위치가 크게 변함
- 고속: 더욱 발달된 유체역학적 압력으로 인한 더 높은 강성
- 방향 변화: 수평 방향과 수직 방향의 강성이 다릅니다.
- 교차 결합 강성: 한 방향으로의 편향은 수직 방향으로 힘을 생성합니다.
제동
저널 베어링은 상당한 감쇠 기능을 제공합니다.
속도 의존성
모든 저널 베어링 속성은 회전 속도에 따라 변경됩니다.
저널 베어링의 장점
- 높은 하중 용량: 매우 무거운 로터를 지탱할 수 있습니다
- 고속 기능: 최대 50,000RPM 이상의 속도에 적합
- 고속 주행 시 낮은 마찰: 유체역학 필름이 형성되면 마찰 계수는 매우 낮습니다(0.001-0.003)
- 뛰어난 감쇠력: 임계 속도에서 진동을 제어합니다.
- 조용한 작동: 롤링 요소 소음 없음
- 충격 저항성: 오일 필름은 과도 하중을 흡수합니다.
- 장수명: 금속 접촉이 없으므로 마모가 최소화됩니다(수십 년 동안 작동 가능)
- 심플한 디자인: 기본형은 간단하고 경제적입니다
단점과 과제
- 높은 시동 마찰: 정지 상태에서 오일 필름이 없으므로 분리 토크가 필요합니다.
- 필요한 윤활 시스템: 깨끗하고 냉각된 오일을 지속적으로 공급해야 합니다.
- 오일 소용돌이/휘핑 위험: 불안정성에 취약한 일반 원통 베어링
- 느린 응답: 오일 필름은 저속에서 롤링 요소 베어링보다 덜 단단하고 순응성을 높입니다.
- 온도 감도: 오일 온도에 따라 성능이 변화합니다(점도에 영향을 미침)
- 오염 민감도: 입자는 베어링 표면을 손상시키거나 오일 통로를 막을 수 있습니다.
- 축 방향 위치: 고유한 축 방향 제한이 제공되지 않습니다(별도의 추력 베어링이 필요함)
응용 프로그램
저널 베어링은 다음에서 표준으로 제공됩니다.
- 증기 및 가스터빈: 멀티메가와트급 발전 장치
- 대형 발전기: 발전소의 동기 발전기
- 원심 압축기: 고속, 고부하 산업용 압축기
- 대형 전기 모터: 500마력 이상의 모터는 종종 저널 베어링을 사용합니다.
- 선박 추진: 선박 프로펠러 샤프트 베어링
- 제지기: 대형 롤 베어링
- 내연 기관: 크랭크 샤프트 메인 및 로드 베어링
로터 동역학과의 관계
저널 베어링은 로터의 동적 동작에 중요한 영향을 미칩니다.
- 임계 속도 결정: 베어링 강성과 감쇠는 중요한 속도 위치와 진폭에 직접적인 영향을 미칩니다.
- 안정: 베어링 유형 및 설계는 민감도를 결정합니다. 오일 소용돌이 및 샤프트 휩
- 캠벨 다이어그램: 베어링 강성 변화로 인해 속도에 따라 고유 주파수가 어떻게 변하는지 보여주세요.
- 밸런싱: 베어링 특성에 영향을 미칩니다 영향 계수 그리고 균형 반응
저널 베어링은 고성능 회전 기계에 필수적인 정교하고 완성도 높은 기술입니다. 하중 용량, 속도 성능, 그리고 감쇠력의 독특한 조합은 윤활 요구 사항과 동적 거동의 복잡성에도 불구하고 중요한 응용 분야에서 대체 불가능한 베어링입니다.
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