2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K03909
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
畠中 清史 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 講師 (40325577)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トライボロジー / ロータダイナミクス / 機械要素 / すべり軸受 / ジャーナル軸受 / 浮動ブシュ軸受 / 高速回転 / 油膜幅縮小 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、浮動ブシュ軸受で見られる特異現象の理論的な解明を目指す。
浮動ブシュ軸受は小型高速回転機械を支えるジャーナル軸受で、特殊な構造をしている。浮動ブシュ軸受で支える高速回転軸では、オイルホイップと呼ばれる自励振動が発生して危険な運転状態になっても、軸回転数を高めればその振動を消滅させることができる。
この現象は軸受分野における未解明問題の１つであり、これを合理的に説明できる理論モデルは未だに完成していない。申請者は、この特異現象が浮動ブシュの内側で油膜幅が縮小するために生じると推測している。本研究の目的は２つある。１つ目は実現象の把握である。高速浮動ブシュ軸受の内側すきまの油膜を模擬した軸受試験装置を設計開発し、油膜幅縮小に関する可視化実験を行い、理論モデルの構築に必要となる実験データを取得し、その評価を行う。２つ目は理論モデルの構築である。実験結果をもとにして理論モデルを提案し、これを用いて実験結果を合理的に説明する。
第１の目的について、本年度は実験装置の設計を完了し、機械加工部品の製作および主要物品の調達を終え、実験装置本体・駆動系・給排油系・電気系の製作までを済ませた。次年度は試運転から開始する。過去の経験により、実験装置は試行錯誤を繰り返さなければ所望した性能を発揮しない。装置の完成には幾度かの失敗を経ることが前提としてある。本年度の研究を通じて時間的な余裕を捻出できたので、次年度は腰を据えて実験に取り組むことができる。
第２の目的について、軸受外部から軸受すきま内に空気が侵入して油膜の幅が狭まる状況をシミュレーションするのに有望な粒子法について、本年度は特にMPS法に的を絞って調査を行った。２回にわたる講習会の受講を通じて、MPS法の理解度が高まった。基礎的であれば、プログラムは開発できるようになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第１の目的について、年度当初は実験装置の設計完了を目指していた。
高速浮動ブシュ軸受の内側油膜は、直接観察することは困難である。このため、内側油膜そのものではなく、それを模擬した真円軸受の実験装置とした。本実験装置に要求される項目を列挙すると、(1) 供試軸の最高回転速度は50000 min-1 である、(2) 軸回転速度は最高回転速度まで容易に調節できる、(3) 軸回転速度の計測が可能である、(4) 供試軸受の油膜が観察できる、(5) 供試軸受の油膜トルクを測定できる、(6) オイルホイップが発生しても破壊に至らない、(7) 供試軸受の脱着が容易である。本年度の研究はおおむね順調に進捗し、これら７つの項目を満たす装置の設計を終えることができた。これを受け、次年度に取り組む予定であった、機械加工部品の製作と主要物品の調達、そして実験装置本体・駆動系・給排油系・電気系の製作にまで着手した。
第２の目的については、年度当初の予定通り、粒子法の調査に取り組んだ。今年度は特にMPS法に的を絞った。講習会で学んだ知識をもとにしてプログラムを開発し、これを用いることで、基礎的なシミュレーションであれば、行うことができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
第１の目的について、まずは、実験装置が稼働できる状態を目指す。過去の経験により、実験装置は、試行錯誤を繰り返さなければ所望した性能を発揮することはできない。幾度かの失敗を経ることを前提としつつ、不具合を一つずつ解消しながら装置を完成させていく。今年度は研究がおおむね順調に進捗し、実験装置本体・駆動系・給排油系・電気系の製作にまで進んでいる。
今後は、第１段階としてポンプにより支持軸受に潤滑油を供給しながら軸を回転させ、第２段階として供試軸受を装着しない状態で軸回転数が目標値（50000 min-1）まで問題なく（大きな振動を生じることなく）到達できることを確認する。その後、供試軸受を装着して、高速回転時に軸受すきま内に外部から空気が引き込まれて油膜幅が縮小する現象が実際に再現できることを確かめる。再現できた場合は、それがどのように起こるのかを調べる。また、軸受設計変数を変更した場合に油膜幅の縮小現象にどのような影響が現れるのか、どのような条件が揃うときにそれが生じるのか，についても調査する。
第２の目的については、粒子法に関する調査を継続する。粒子法には、今年度に調査を実施したMPS法の他に、SPH法がある。
今後は、SPH法に関する調査を行い、軸受外部から軸受すきま内に空気が侵入して油膜の幅を押し狭める状況をシミュレーションするのに、MPS法とSPH法のどちらが適当であるのかを判断し、また、実現象の観察結果を踏まえて、油膜幅が縮小する現象に対する理論モデルを提示する。そして、この理論モデルに基づくプログラムを開発し、これによるシミュレーションの結果と実験結果との差について考察を行い、理論モデルに改善を加える。最終的には、実験結果を合理的に説明できる理論モデルの構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
本実験装置を製作するためには、種々雑多な物品が必要となる。本年度に購入した物品総数は数百（1000足らず）であった。これらを１つずつ調達した際、多くの物品の税込み価格が１円単位であったため、物品費の合計を切りの良い金額にすることができなかった。物品費と旅費、その他を合わせて、実支出額の累計額を当該年度の所要額に一致させようとしたが叶わず、次年度に実施する実験で必要となる物品の購入に充てることにした。当該助成金は少額であるため、物品を数点購入して使い切る予定である。
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