多孔質含油軸受における運転時間に伴う含油率低減に関する解析モデルの構築

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560114
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 金子 覚 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (90161174)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田浦 裕生 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (20334691)
• Keywords: 多孔質含油軸受 / 含油率 / 毛管圧力 / 不飽和流れ / 移動境界面 / 漏れ流量

Research Abstract

多孔質含油軸受は,一般に軸受内部に含浸した油のみでの潤滑が期待されるため,外部からの給油なしで使用されることが多い.したがって運転時間が経過するにつれて外部に油が漏れ,含油量が低下する.これはしばしば摩擦係数の増加や軸受しゅう動面の温度上昇をまねき,さらには焼付きの原因となる.そのため,含油率(軸受内部の空孔にしめる油の飽和度)は軸受寿命を決定する要因となる.本研究は運転時間に伴う多孔質軸受内部の含油率の減損を理論的に予測できる解析モデルを構築することを目的として行われている.
以下に本年度行った研究成果をまとめる.
解析対象として,多孔質ジャーナル軸受を用いた.その際,軸受すきま内の流れは液体と気体の界面(気液界面)の移動境界問題として取り扱い,多孔質体内部の流れは液体と気体の二相流れとして取り扱った.また,多孔質軸受内部において,液体と気体の両方が存在する領域(不飽和領域)では毛管圧力の作用を考慮に入れた.なお,軸受すきま内の気液界面の表面張力は軸受内部の毛管圧力に比べて小さいとして無視した.
以上のことを踏まえ,運転中に油を補給しないという一般的な条件下,含油率の時間的変化を数値計算により求めた.その結果,以下の点が明らかになった.
(1)多孔質軸受内部の含油率の低下は運転開始直後が最も大きい.含油率はその後緩やかに低下し,時間の経過とともにある一定の値に近づく傾向を示した.この解析結果は従来の実験結果と定性的に一致した.
(2)多孔質軸受内部の油の減損は軸受すきま内に発生する油膜圧力によって生じる.一方,毛管圧力は多孔質軸受内部に油を保持しようとする働きがあるため,油の減損を低下させる.
(3)長時間にわたって軸受内部から油が流出するためには,軸受すきま内の気液界面の表面張力も考慮に入れた解析が必要がある,