This research presents an analytical model to investigate the stability due to the ball bearing waviness i n a rotating system supported by two ball bearings. The stiffness of a ball bearing changes periodically due to the waviness in the rolling elements as the rotor rotates, and it can be calculated by differentiating the nonlinear contact forces. The linearized equations of motion can be represented as a parametrically excited system in the form of Mathieu's equation, because the stiffness coefficients have time -varying components due to the waviness. Their solution can be assumed as a Fourier series expansion so that the equations of motion can be rewritten as the simultaneous algebraic equations with respect to the Fourier coefficients. Then, stability can be determined by solving the Hill's infinite determinant of these algebraic equations. The validity of this research is proved by comparing the stability chart with the time responses of the vibration model suggested by prior researches. This research shows that the waviness in the rolling elements of a ball bearing generates the time-varying component of the stiffness coefficient, whose frequency is called the frequency of the parametric excitation. It also shows that the instability takes place from the positions in which the ratio of the natural frequency to the frequency of the parametric excitation corresponds to i/2 (i=1,2,3..).
Recently a high speed spindle system for machine tools has attracted considerable attention to reduce the machining time, to improve the machining accuracy, to perform the machining of light metals and hard materials and to unite the cutting and grinding processes. In this study, a high speed spindle system is developed by applying the oil-air lubrication method, angular contact ball bearings, injection nozzles with dual orifices and so on. And a lubrication experiment for evaluating the performance of the spindle system is carried out. Especially, in order to establish the lubrication conditions related to the development of a high speed spindle system, the effects of oil supply rate, rotational spindle speed and so on are studied and discussed on the bearing temperature rise, bearing temperature distribution and frictional torque. And the effect of spindle system structure on the bearing temperature distribution is investigated.
본 연구에서는 대구중공업(주)의 대형선반 베드면 재질과 동일한 회수철(KS D4301 GC30)시편을 선삭가공하고 볼베어링의 레이스를 이용한 구조로 설계된 볼형 표 면로울링기구를 사용하여 로울러 다듬질을 행함으로서 전가공에 따른 가압력이 표면조 도에 미치는 영향을 구명하는데 목적을 두었으며 아울러 로울링 회수에 따른 표면조도, 경도 및 직경의 변화량을 실험적으로 구명하였다.
This paper presents the thermal characteristic analysis of a high-speed horizontal machining center with spindle speed of 50,000rpm and feedrate of 120m/min. The spindle system is designed based on the built-in motor, angular contact ceramic ball bearings, oil-air lubrication and oil-jacket cooling method. The X-axis and Y-axis feeding systems are composed of the linear motors and linear motion guides, and the Z-axis feeding system is composed of the servo-motor, ball screw and linear motion guides. The thermal characteristics such as the temperature distribution, temperature rise, thermal deformation and step response, are estimated based on the finite element model of machining center and the heat generation rates of heat sources related to the machine operation conditions. Especially, the thermal time constant assessed from the step response function is introduced as an index of thermal response characteristics.
The recent trends of rotating machinery demand high speed and high temperature operation, and the bearing with new material is required to be developed. Ceramic, especially silicon nitride, have been receiving attention as alternative material to conventional bearing steel. Ceramic ball bearing offers major performance advantages over steel bearing, for instance, high speed, maginal lubrication, high temperature, improved corrosion resistance and nonmagnetic capabilities etc.. In this paper, the mechanical characteristics of ceramic ball bearing (hybrid ceramic bearing and all ceramic bearing) were investigated, and the characteristics of ceramic bearing were compared with that of steel bearing. Deep groove ball bearing 6208 was taken the object of analysis. The main results of analysis were followings: the radial stiffness of hybrid and all ceramic bearing were 112% and 130% that of steel bearing, and the axial stiffness of all ceramic bearing was 110% that of steel bearing. According as rotating speed was up, the ball load, the contact angle, the contact stress and the spin-to-roll ratio between ball and raceway of ceramic bearing were far smaller than these of steel bearing. And there was not a significant difference between the minimum film thickness of ceramic bearing and steel bearing. It is expected that this research is contributed to enhanced fundamental technology for the practical applications of ceramic ball bearing.
In this study, the methodology for determination of shoulder height in the internal shape design of ball bearing using 3D contact analysis is proposed. The quasi-static analysis of a ball bearing was performed to calculate the distribution of applied contact load and angles among the rolling elements. From each rolling element loads and the contact geometry between ball and inner/outer raceway, 3D contact analyses using influence function are conducted. These methodology is applied to HDD ball bearing. The critical axial load and the critical shoulder height which are not affected by edge in the present shoulder height is calculated. The proposed methodology may be applied to other rolling element bearing for the purpose of reducing the material cost and improving the efficiency of the bearing design process.
Water-lubricated frictional characteristics of stainless steel ball bearing is not well known compared to oil-lubricated frictional characteristics. Furthermore study on friction at high temperature is rare because bearing maintenance strategy for water-lubricated or chemicals-lubricated bearings of equipment is mostly based on change of failed bearings and parts. Ball bearings and ball screw are installed on the power transmission for a developing integral reactor and these are lubricated with high temperature and high pressure chemically-controlled pure water. Bearings and power transmitting mechanical elements for an atomic reactor needs high reliability. and high performance during estimated lifetime, and it should be verified. In this paper, experimental research results of frictional characteristics of water-lubricated ball bearing as a preliminary investigation.
본 연구는 초고속 지능형 라인센터 개발에 관한 것으로서 1 차 년도 볼 스크류 방식의 시험모델에 대한 종합 검토 결과를 바탕으로 2 차 연도에는 리니어 모터를 채택한 라인센터의 시제품 설계에 있어서 고속화를 위한 방안을 모색하고 컴팩트한 경량의 구조를 지향하는 라인 센터 구조물을 설계하였고, 3 차 년도에는 라인센터의 제작 및 종합적인 시험 평가를 통하여 상품화 모델을 정립하고자 하였다.
탄도 수정탄은 기존의 포탄에 조종 kit를 장착하여 목표를 정밀 타격할 수 있게 하는 무기 체계이다. 롤제어시스템은 조종 kit의 구성품으로 유도조종부와 탄체부 사이에 위치하며 포발사시 횡방향으로 5,000g 상당의 가속도 하중을 받게 된다. 따라서 내고충격 설계를 하는게 중요하다. 선진국에서는 탄도 수정탄의 개발과정에서 실사격 또는 포발사 회수 시스템을 이용하여 부품의 성능 및 강도를 평가하고 있으나 많은 시간과 비용이 든다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 CAE 해석적 방법으로 설계단계에서 롤제어시스템에 대한 충격 강도 평가를 할 수 있도록 해석 모델을 개발하였다. 충격 현상을 구현하기 위하여 Explicit code를 이용한 Dynamic 해석 기법을 적용하였고, 고변형률 물성 특성을 Johnson-Cook material model을 이용하여 구현하였다. 또한 베어링을 인너, 아우터 레이스, 리테이너, 볼 등으로 상세적으로 구현하여 충격시 베어링의 거동 특성이 분석될 수 있도록 하였다. 개발된 해석 모델은 가스건 충격시험을 통해 그 신뢰성이 있음을 검증하였다.
국군이 운용중인 대부분의 군 전용차량은 개발이 완료된지 15년이 넘었으며, 개발 당시의 기술력과 정비성을 고려하여 수동변속기를 채택하고 있다. 수동변속기는 엔진과 변속기 사이에 동력을 조절/차단하는 클러치를 포함한다. 본 연구의 대상이 되는 2.5톤 군용차량은 수동변속기와 클러치 시스템을 적용하고, 클러치 커버와 릴리스 베어링 간극을 수동으로 조절해야 했다. 이러한 특성으로 인하여 클러치 디스크 조기마모, 클러치 커버 파손 등의 품질문제가 발생하였다. 본 연구는 발생된 품질문제를 해결하기 위하여, 클러치 커버와 릴리스 베어링의 간극을 자동으로 설정하도록 하고 클러치 디스크 자체의 성능도 향상시키는 과정을 거쳤다. 개선된 시스템을 평가하기 위해서, 단시간에 기어변속을 하는 가속내구시험을 수행하였으며 추가적으로 군인이 직접 운전을 하여 차량에 적용하였을 때 이상이 없음을 증명하였다. 본 연구활동을 통해, 클러치 간극을 조정할 필요가 없도록 하여 차량 정비 인력의 정비시간을 단축하였다. 또한, 클러치 간극을 조정해 주지 못함으로써 발생되는 품질문제를 해소하여, 근본적인 개선책을 제시하였다고 볼 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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