Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.740-746
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2013
Angular contact ball bearings are often adopted for a high-speed spindle owing to their durability against axial and radial loads. The dynamic characteristics of an angular contact ball bearing, however, are very complicated because they are dependent on the applied loads as well as on the system configuration. This study systematically analyzes the radial-load-dependent characteristics of spindles as well as angular contact ball bearings. Toward this end, a spindle dynamic model along with the bearing dynamics model is established. An iterative solution algorithm is implemented to resolve the statically indeterminate problem associated with spindle-bearing systems subjected to radial load. Two numerical examples are provided to investigate the spindle and bearing characteristics as a function of radial load with regard to the system configuration.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2003.10a
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pp.396-400
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2003
This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design condidering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verifiedthe test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective method in thermal-appropriate design..
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.980-984
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2002
This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design condidering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verified the test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirm approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective method in thermal-appropriate design.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2002.10a
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pp.498-503
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2002
This paper has studied thermal characteristics of machine tool to develope high speed spindle and optimum design considering the thermal deformation. Comparing the test data of temperature measurement and structural analysis data using FEM, we verified the test validity and predicted thermal deformation, influence of spindle generation of heat, and established cooling system to prevent the thermal deformation. 1) The temperature rise of spindle system depends on increasing number of rotation and shows sudden doubling increment of number of rotation over 7,000rpm. 2) Oil jacket cooling can be effective cooling method below 8,000rpm but, over 8,000rpm, it shows the decrement of cooling effect. 3) Comparing FEM analysis results and revolution test results, we can confirmn approximate temperature change consequently, it is possible to simulate temperature rise and thermal distribution on the inside of spindle system. 4) We can confirm that simulated approach by FEM analysis can be effective mettled in thermal-appropriate design.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.217-218
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2006
This paper presents an investigation on the characteristics for new micro tool dynamometer by using the ultrahigh-speed air turbine spindle. Recently, the ultrahigh-speed micro flat endmilling has been investigated actively due to request of accuracy improvement and productivity of die and mould manufacturing. To perform efficient ultrahigh-speed micro flat endmilling, evaluation of ultrahigh-speed machinability must be studied preferentially and it can be identified by investigation of cutting force. The cutting forces in ultrahigh-speed micro flat endmilling can be measured by micro tool dynamometer. But general dynamometer has low natural frequency and so is improper for measuring very high frequency cutting forces in ultrahigh-speed micro flat endmilling. In this study, the micro tool dynamometer which has very high natural frequency is newly designed.
Two-for-one twister is a kind of textile machine and makes special fancy yarn which is twisted two times per one revolution in order to increase tensile strength and wear resis-tance of yarn. Spindle mechanism has to be stable and continuous motion in high speed revolution, and then optimal design is necessary to analyze dynamic characteristics of spindle unit. Spindle unit is consist of blade and rotary disc that are cylindrical body of revolution. For analysis of the dynamic characteristics of spindle unit, transfer matrix method is used and a numerical code SPINDLE also. Torsion and natural bending frequency of the spindle unit are examined. Its displacement mode is studied in function of variable revolutions.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.84-88
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2009
The nickel-based alloy Nimonic 80A possesses strength, and corrosion, creep and oxidation resistance at high temperature. The exhaust valves of low speed diesel engines are usually operated at temperature levels of 400-$600^{\circ}C$ and high pressure to enhance thermal efficiency and exposed to the corrosion atmosphere by the exhaust gas. Also, the exhaust valve is subjected to repeated thermal and mechanical loads. So, the nickel-based alloy Nimonic 80A was used for the large exhaust valve spindle. It is composed a 540mm diameter head and a 125mm diameter stem. It is developed large products by hot closed-die forging. Manufacturing process analysis of the large exhaust valve spindle was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to $1080^{\circ}C$ Numerical calculation was performed by DEFORM-2D, a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. Mechanical properties of the large exhaust valve spindle were evaluated by the variety of tests, including microstructure observation, tensile, as well as hardness and fatigue tests, were conducted to evaluate the mechanical properties for head part of exhaust valve spindle.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.307-311
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1997
This paper describes influence of thermal deformation on nosic characteristics in high speed spindle systems. Heat generation in front, rear spindle bearings and built in motor lead to diverse thermal deformation of headstock with time. This deformation changes assemble tolerance in bearing housing, especially to elliptic form. The elliptic assemble tolerance generate high nosie level with dominant amplitude in double rotational frequency.
Angular contact ball bearings are mainly used in the spindle, which requires high speed and stiffness. The heat generation is studied by experiments and simulations using a pair of angular contact ball bearings. The temperature variation of inner and outer races and the temperature increment distribution are measured by using thermocouples for the rotational speed, preload, viscosity of lubricant. The measured values from experiments are used to estimate the heat conduction rate. The method of oil-air lubrication is used for the experiment. The amount of conduction heat transfer to the test spindle and the convection heat transfer coefficients long the spindle are computed by using inverse method with temperature increment distribution. Total heat generation rate is estimated with the heat partition rate which is calculated from temperatures of inner and outer races. In addition, the empirical factor of oil-air lubrication method for Palmgren's heat generation model is suggested. The empirical friction coefficients, which are obtained from the experiments, depend on the preload condition, and can give us more accurate estimation of the heat generation in ball bearings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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