The effects of air bubbles evenly distributed in lubricating oil on the bearing performances are analyzed theoretically and experimentally. The Reynolds equation for the bubbly lubricant in a steady-state and isothermal condition is solved with an iterative numerical method. Surface tension and the radius of bubble are taken into account in the analysis. It is assumed that bubbles move along streamlines and do not split apart or coalesce. The density and the viscosity of air-oil mixture are treated as functions of oil film pressure and the volumetric quality of the mixture.
Numerical results show that the load carrying capacity increases as the volume fraction increases up to a critical value that gives the maximum load carrying capacity. Beyond the critical volume fraction, it decreases as the volume fraction increases.
A specially designed bubble generator using a porous tube generates bubbles smaller than 100㎛. Viscosity of the air-oil mixture is measured by using a two-cylinder type viscometer considering the temperature and the volume fraction of the mixture. Viscosity model equation for the mixture is proposed.
To measure the static characteristics of a bearing, a bearing performance tester is designed. By using this tester, load carrying capacity and attitude angle of the test bearing are measured with load, speed, and volumetric quality change. The data are compared with analytical solutions. The causes of discord between analysis and experiment are discussed.
윤활유 내에 균일하게 분포된 공기 기포가 저널베어링에 미치는 영향을 이론 및 실험적으로 해석하였다. 수치해석으로 정상, 등온 상태의 공기-오일 혼합물에 대해 레이놀즈 식을 풀었다. 기포의 크기와 표면장력의 영향을 고려하였으며, 기포는 유선을 따라 이동하고, 분리나 합체가 되지 않는다고 가정하였다. 또한 오일의 압력과 체적건도의 변화에 따른 혼합물의 밀도 및 체적건도 변화를 고려하였다. 수치해석 결과, 임계체적건도까지는 체적건도가 증가함에 따라 저널베어링의 부하지지능력이 증가하나, 그 이상이 되면 부하지지능력이 감소하였다. 다공질 튜브를 사용하여 오일 내에 크기 100미크론 이하의 기포를 생성할 수 있는 장치를 개발하였다. 공기-오일 혼합물의 점도를 회전원통점도계로 실측하고, 체적건도에 따른 점도 모델식을 제시하였다. 저널베어링의 부하지지능력 및 자세각 등 정특성 실험장치를 개발하여, 부하, 축 회전속도 및 체적건도가 공기-오일 혼합물의 정특성에 미치는 영향을 살폈으며, 그 결과를 이론 해석 값과 비교, 고찰하였다.
