Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.735-739
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2013
The error motion of a machine tool spindle directly affects the surface errors of machined parts. Spindle motion errors such as three translational motions and two rotational motions are undesirable. These are usually due to the imperfectness of bearings, stiffness of spindle, assembly errors, and external force or unbalance of rotors. The error motions of the spindle need to be reduced for achieving the desired performance. Therefore, the level of error motion needs to be estimated during the design and assembly process of the spindle. In this study, an estimation method for five degree-of-freedom (5 DOF) error motions for a spindle with an angular contact ball bearing is suggested. To estimate the error motions of the spindle, the waviness of the inner-race of bearings and an external force model were used as input data. The estimation model considers the geometric relationship and force equilibrium of the five DOFs. To calculate the error motions of the spindle, not only the imperfections of the shaft and bearings but also driving elements such as belt pulley and direct driving motor systems are considered.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1996.05a
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pp.53-59
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1996
The new trends in main spindle design of Machining Center are focused on high-speed, high-precision and high-stiffness. As a main spindle bearing, the angular-contact ball bearing is well used. A rolling bearing is usually only a small part of a larger mechanical system, but its performance can have a great influence on the functioning of the whole machine. This work is about fatigue life tester design and monitoring of defected rolling-element bearings. The major work is done via experiments and the vibration signal is analysised by means of frequency spectrum technique. By analyzing the frequency spectrum, it is possible to view the condition of the bearings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.12
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pp.2636-2646
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2002
This research presents an analytical model to investigate vibration due to ball bearing waviness in a rotating system supported by two or more ball bearings, taking account of the centrifugal force and gyroscopic moment of the ball. The waviness of rolling elements is modeled by the sinusoidal function, and it is incorporated into the position vectors of the race curvature center. The Hertzian con tact theory is applied to calculate the elastic deflection and nonlinear contact force while the rotor has translational and angular motions. Both the centrifugal force and gyroscopic moment of the ball and the waviness of the rolling elements are included in the kinematic constraints and force equilibrium equations of a ball to derive the nonlinear governing equations of the rotor, which are solved by using the Runge-Kutta-Fehlberg algorithm to determine the new position of the rotor. The proposed model is validated by the comparison of the results of the prior researchers. This research shows that the centrifugal force and gyroscopic moment of the ball plays the important role in determining the bearing frequencies, i.e. the principal frequencies, their harmonics and the sideband frequencies resulting from the waviness of the rolling elements of ball bearing. It also shows that the bearing vibration frequencies are generated by the waviness interaction not only between the rolling elements of one ball bearing but also between those of two or more ball bearings constrained by the rotor.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.10a
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pp.841-845
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1995
In this study, a motor-integrated high-speed spindle system with .psi. 65mm*25,000rpm is developed by introducing the oil-jet lubrication method,ceramic angular contact ball bearing, a built-in motor and so on. And oil-jet lubrication experiments for evaluating the system performance are performed under various operation conditions. Especially, in order to establish the oil-jet lubrication conditions related to the development of a high-speed spindle system, the effects of oil supply rate and rotational spindle speed are investigated on the temperature rise, temperature distribution,motor current and so on.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.2
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pp.351-358
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1993
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.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.10a
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pp.326-333
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2004
This paper presents the structural characteristics 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 motor and linear motion guides, and the Z-axis feeding system is composed of the servo-motor, ball screw and linear motion guide. The structural analysis model of the high-speed horizontal machining center is constructed by the finite element method, and the validity of structural design is estimated based on the structural deformation of the high-speed horizontal machining center and spindle nose caused by the gravity and inertia forces.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.04a
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pp.439-444
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2004
The important problem in high speed spindle is to reduce and minimize the thermal effect by motor and ball bearings. In this study. the effects of bearing preload and cooling for high speed spindle with high frequency motor are investigated. A high speed spindle is composed of angular contact ball bearings, high frequency motor, grease lubrication, oil jacket cooling, and so on. Heat generation of the bearing and the high frequency motor are estimated from the theoretical and experimental data. The thermal analyses of high speed spindle to minimize the thermal effect and maximize the cooling effect are carried out under the various cooling conditions and preload. Method of variable bearing preload and cooling can be useful to design the high speed motor spindle. The results show that the optimal preload and cooling are very effective to minimize the thermal displacement by motor and ball bearing.
The heat generation of the angular contact and the deep groove ball bearing is studied experimentally and numerically. The temperature variation of the inner and outer races and the temperature increase distribution are measured for the shaft rotational speeds, preloads, viscosities of the lubricant and lubrication methods. The measured temperature distributions are used as the input data of the numerical simulation to estimate the heat generation rate at the bearing. The temperatures of the inner and outer race increase more rapidly and approach faster to their steady values as the rotational speed increases. The optimal viscosity of the oil to minimize the heat generation is 8~10 cSt at 4$0^{\circ}C$ when the oil-air lubrication method is adopted. The heat generation of the bearing increases with the rotational speed and depends more on the lubrication method than on the preload variation.
Various bearings such as deep-groove ball bearings, angular-contact ball bearings, and roller bearings are used to support the load and to lubricate between the shaft and the housing. The bearings of potential rolling systems in a turbo pump are the deep-groove ball bearings as comparing with the bearings with rolling elements such as cylindrical rollers, tapered cylindrical rollers, and needle rollers. The deep-groove ball bearings consist of rolling elements, an inner raceway, an outer raceway and a retainer that maintain separation and help to lubricate the rolling element that is rotating in the raceways. In the case of water-lubricated ball bearings, however, fluid friction between the ball and raceways is affected by the entry direction of flow, rotation speed, and flow rate. In addition, this friction is the key factor affecting the bearing life cycles and reliability. In this paper, the characteristics of flow conditions corresponding to a deep-groove ball bearing are investigated numerically, with particular focus on the friction distribution on the rolling element, in order to extend the analysis to the area that experiences solid friction. A simple analysis model of fluid flow inside the water-lubricated ball bearing is analyzed with CFD, and the flow characteristics at high rotation speeds are presented.
This research investigates contact angle of Linear Guide Way through a experimental result and theoretical analysis. Since last ten years, most of researchers who concerned with the precision machinery and semiconductor device production etc. so the researches about Linear Guide Way have been unnoticed. The precision machinery and semiconductor device production system has the principle which transfers the mechanical moving to accuracy position control. The Linear Guide Way system has the principle which transfers mechanical moving to accuracy position control is very important to improve performance of the precision machinery and semiconductor device production system. So, In this research, in order to improvement for producing Linear Guide Way, bearing loading analysis and contact angle change through Linear Guide Way theoretical analysis and bearing modeling. Through this study, we may expect that there will be more improvement for producing Linear Guide Way.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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