Modal analysis is an important and essential process in design of a high speed machining center. Generally, modal analysis of a built-in spindle system has not taken the work piece's shape and dimension into consideration. Since small and long work pieces influence greatly the natural frequency of the entire system, the high speed spindle system which continuously makes small machine parts by long work pieces for improvement of machining time has to consider the machining work pieces. Therefore frequency characteristics of the spindle system with long work pieces are studied in this paper.
This paper presents analysis of dynamic characteristics of a high-speed milling spindle with a built-in motor. The spindle system with a built-in motor can be used to simplify the structure of machine tools. to improve tire machining flexibility of machine. tools, and to perform the high speed machining. In this system the shaft is usually assumed as a rigid rotor. In the spindle system design, it is very important to improve modal characteristics, and modal analysis is performed in the first place. Therefore in this paper, on the assumption that supporting bearings of spindle was selected most suitable condition, analyzed dynamic characteristics of a high-speed spindle according to its position. Optimal design was applicated to select most suitable position of bearings. Considered tile mass and stiffness effects of the built-in motor's rotor are analyzed by numerical method. The result shows the natural frequency of 1st bending mode of spindle.
Recently, the motor-integrated spindle systems have been used to simplify the machine tool structure, to improve the motion flexibility of machine tool, and to perform the high-speed machining. In this study, a static and dynamic analysis system for motor-integrated high-speed spindle systems is developed based on Timoshenko theory, finite element method and windows programming techniques. Since the system has various analysis modules related to static deformation analysis, modal analysis, frequency response analysis, unbalance response analysis and so on, it is useful in performing systematically the design and evaluation processes of motor-integrated high-speed spindle systems under windows GUI environment.
열차운행주파수가 철도교의 고유진동수와 일치하면, 철도교의 공진은 피할 수 없다. 또한, 열차가 교량을 매우 빠르게 통과하면, 계측 가능한 시간응답의 샘플 수는 매우 적다. 본 논문은 그러한 경우에 대하여 철도 교량의 동특성을 매우 효과적으로 추출할 수 있는 TDD기법과 SI기법을 소개한다. 열차통과 직후에 교량의 자유진동 시간응답구간의 상호상관을 이용하여 모드형상은 TDD기법으로 추출하고, 고유진동수 및 감쇠비 등의 시간변수들은 SI기법으로 추출한다. 경부고속철도 시스템에 위치한 2경간 강합성교량의 동특성 추출실험을 통하여 TDD기법과 SI기법의 현장 적용성이 검토되었다. 동특성 추정결과는 기존의 ERADC기법의 결과와 비교 검토되었다. 추정결과는 기존의 방법을 이용하여 획득된 결과와 매우 잘 일치한다.
The dynamic displacement is considered to be an important indicator of structural safety, and becomes an indispensable part of Structural Health Monitoring (SHM) system for high-speed railway bridges. This paper proposes an indirect strain based dynamic displacement reconstruction methodology for high-speed railway box girders. For the typical box girders under eccentric train load, the plane section assumption and elementary beam theory is no longer applicable due to the bend-torsion coupling effects. The monitored strain was decoupled into bend and torsion induced strain, pre-trained multi-output support vector regression (M-SVR) model was employed for such decoupling process considering the sensor layout cost and reconstruction accuracy. The decoupled strained based displacement could be reconstructed respectively using box girder plate element analysis and mode superposition principle. For the transformation modal matrix has a significant impact on the reconstructed displacement accuracy, the modal order would be optimized using particle swarm algorithm (PSO), aiming to minimize the ill conditioned degree of transformation modal matrix and the displacement reconstruction error. Numerical simulation and dynamic load testing results show that the reconstructed displacement was in good agreement with the simulated or measured results, which verifies the validity and accuracy of the algorithm proposed in this paper.
Development of the linear motors is recently required to control a high-speed and high-resolution in the high-integrated and speed process industry. This paper presents vibration analyses as well as measurement standards of the newly developed linear motors through analyzing the vibration characteristics of the advanced products. Vibration experiments are conducted for identifying vibration level during operation. They are also included in the modal test to analyze dynamic characteristics. Analytic data using Finite Element Method (FEM) are compared with the results of the modal. The FEM and experiments make it possible to understand these characteristics. Further, through computer simulation for the behavior of moving part to be vibration source, the best acceleration pattern of moving part movement can be verified to achieve effective moving part positioning and reduce the vibration due to moving part movement.
Recently, the motor-integrated spindle spindle systems have been used to simplify the machine tool structure, to improve the motion flexibility of machine tool, and to perform the high-speed machining. In this study, a static and dynamic analysis system for motor-integrated high-speed spindle systems is developed based on Timoshenko theory, finite element method and windows programming techniques. Since the system has various analysis modules related to static deformation analysis, modal analysis, frequency response analysis, unbalance response analysis and so on, it is useful in performing systematically the design and evaluation processes of motor-integrated high-speed spindle systems under windows GUI encironment.
In the case of the external cylindrical grinding machine, the grinding mechanism can cause a wheel to vibrate due to a wheel cutter. This phenomena will bring about the unsymmetric wear up to high frequency without any relation of rotational speed. So far, when the grinding spindle is analyzed, it is assumed that a wheel is considered as lumped mass at the endof a beam. Nowadays, there is a tendency to use the wheel with a lsrge diameter or CBN wheel to achieve the high speed and accuracy grinding performance. Therefore, this kind of assumption is no longer valid. At the analysis of the grinding spindle, the parameter which dapends on the dynamic characteristics is a combination force between each part. For example, there is the tightness torque of a bolt and taper element in the grindle. In addition, the material property of the wheel can contribute the dynamic characteristics. This paper shows the mode participation of the shell mode of the wheel in the grindle and the dynamic characteristics according to the parameters which are the configuration of the flange and tightness torque of a bolt and taper. Modal parameter of the wheel, flange and the spindle can be extracted through frequency response function obtained by modal test. After that, by changing the tightness torque and kinds of wheel, we could accomplish the test in the whole combined grinding spindle. To perform modal analysis of vibration characteristics in the grinding spindle, we could develop the model of finite element method.
This paper presents analysis of dynamic characteristics of a high-speed milling spindle with a drawbar and a built-in motor. The spindle system with a built-in motor can be used to simplify the structure of machine tools, to improve the machining flexibility of machine tools, and to perform the high speed machining. In this system the shaft is usually assumed as a rigid rotor. In this paper, the modal characteristics of drawbar in high-speed milling spindle system due to supporting stiffness between drawbar and shaft and considering the mass and stiffness effects of the built-in motor's rotor are analyzed by numerical method. The result shows enough stiff supports must be provided between shaft and drawbar to prevent occurring drawbar vibration lower than the natural frequency of 1st bending mode of spindle. And considering the mass and stiffness of built-in motor's rotor is important thing to derive more accurate results.
The spindle system with a built-in motor can be used to simplify the structure of machine tools, to improve the machining flexibility of machine tools, and to perform the high speed machining. For more quantitative analysis of a built-in motor's dynamic characteristics, that of tile mass and stillness effects are considered. And the drawbar in the spindle can be in various condition according to supporting stiffness between drawbar and shaft. Therefore, in this paper following items are performed and analyzed : 1. Modal characteristics of the spindle. 2. Analysis of rotor's mass and stiffness effects. 3. Modal characteristics of the spindle including drawbar, rotor and tool. The results show enough stiff supports must be provided between shaft and drawbar to prevent occurring drawbar vibration lower than the natural frequency of 1st bending mode of the spindle, and considering the mass and stiffness of built-in motor's rotor is important thing to derive more accurate results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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