Journal of the Korea Convergence Society (한국융합학회논문지)

Korea Convergence Society (한국융합학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Analysis of Dynamic Characteristics for a Tapered Roller Bearing Cage

테이퍼 롤러 베어링 케이지의 동특성 해석

  • 박장우 (아주네트웍스(주) 서비스본부) ;
  • 허준영 (호서대학교 자동차공학과)
  • Received : 2017.03.27
  • Accepted : 2017.05.20
  • Published : 2017.05.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The cage of a tapered roller bearing keeps the gap between the rollers, which prevents friction, wear and suppresses heating. The material of the cage is changing from metal to plastic for lightening the weight. If the cage is severely deformed due to resonance, the roller may not be able to roll and even get off the cage. In this paper, the dynamic characteristics of the cage is analyzed according to the cage material. Under the assumption that a train runs at the highest speed, frequency harmonics of that speed is calculated, and the comparative analysis is carried out in order to select the optimum thickness of the cage, which is easy to change among the cage design variables for avoiding the resonance.

테이퍼 롤러 베어링은 중량이 큰 승합차, 화물차, 열차에 사용되며, 큰 부하하중에서도 안정적으로 차량을 지지할 수 있다. 테이퍼 롤러 베어링 부품 중 케이지는 롤러 간 간격을 유지해 주며, 이를 통해서 마찰 방지 및 마모, 발열의 억제 등의 역할을 한다. 공진으로 인해 케이지가 심하게 변형되면 롤러가 구름을 하지 못하거나, 케이지를 이탈하는 경우가 발생하게 된다. 케이지는 경량화 추세에 따라 금속소재에서 플라스틱소재로 변화하고 있다. 본 논문에서는 "화물열차와 고속열차에 사용되는 테이퍼 롤러 베어링의 부품 중 하나인 케이지를 대상으로 연구하였으며" 케이지 재료에 따른 동특성 해석과 열차가 최고속도로 주행한다는 가정 하에, 최고속도에 해당하는 주파수의 고조파를 계산하고 공진범위를 피하기 위해 케이지의 설계 변수 중 가변이 쉬운 두께를 다르게 하여, 최적의 두께를 선정하고자 비교해석을 진행하였다. 재료에 따른 동특성 해석과 비교해석은 Abaqus 6.16을 사용하였다.

Keywords

References

  1. S. P. Lee, "Bearing Life Evaluation of Automotive Wheel Bearing Considering Operation Loading and Rotation Speed." Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers - A, Vol. 40, No. 6, pp. 595-602, 2016. https://doi.org/10.3795/KSME-A.2016.40.6.595
  2. V. C. Tong, "Characteristics of Tapered Roller Bearing Subjected to Combined Radial and Moments Loads", Int. J. of Precision Engineering and Manufacturing -Green Technology, Vol. 1, No. 4, pp. 323-328, 2014. https://doi.org/10.1007/s40684-014-0040-1
  3. B. Warda, "Fatigue Life Prediction of the Radial Roller Bearing with the Correction of Roller Generators", Int. J. of Mechanical Sciences, Vol. 89, pp. 299-310, 2014. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2014.09.015
  4. A. Selvaraj, "Experimental Analysis of Factors Influencing the Cage Slip in Cylindrical Roller Bearing", Int. J. of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 53, pp. 635-644, 2011. https://doi.org/10.1007/s00170-010-2854-5
  5. R. H. Jeong, "Study on Detection Technique for Outer-race Fault of the Ball Bearing in Rotary Machinery." Journal of the Korean Society of Safety, Vol. 24, No.3, pp. 1-6, 2010.
  6. I. Bercea, "Analysis of Double-Row Tapered Roller Bearings", Tribology Transactions, Vol. 46, No. 2, pp. 228-239, 2003. https://doi.org/10.1080/10402000308982622
  7. J. Ferreira, "An Investigation of Rail Bearing Reliability under Real Conditions of Use", Engineering Failure Analysis, Vol. 10, pp. 745-758, 2003. https://doi.org/10.1016/S1350-6307(02)00052-3
  8. S. Cretu, "A Dynamic Analysis of Tapered Roller Bearing under Fully Flooded Conditions", Wear, Vol. 188, pp. 1-18, 1995. https://doi.org/10.1016/0043-1648(94)06551-9
  9. ABAQUS Analysis User's Manual, Volume II : Analysis, Ver.6.8(2008).
  10. ABAQUS Analysis User's Manual, Volume IV : Element , Ver.6.8(2008).
  11. ABAQUS Example Problems Manual, Volume I : Static and Dynamic Analyses, Version 6.8(2008).
  12. L. Meirovitch, Elements of Vibration Analysis, McGraw-Hill, Inc., 1986.
  13. S. Rao, Mechanical Vibration (fourth edition), Pearson Education Inc., 2005.
  14. T. A. Harris, Rolling Bearing Analysis, John Wiley & Sons, 1991.
  15. http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/harmonic.htm