Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.547-550
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1997
The dynamic behavior of rotor-bearing system has been investigated using finite element method. A procedure is presented for dynamic modeling of rotor-bearing system which consist of shaft elements, rigid disk, flexible bearing and support structures. A finite element model including the effects of rotary inertia, shear deformation, gyroscopic moments is developed. Linear stiffness and damping coefficient are calculated for 3 lobe sleeve bearing. The whirl frequency, mode shape, stability and unbalance response of rotor system included effect of bearing coefficient and support structures are calculated.
This research presents a nonlinear model to analyze the ball bearing nitration due to the waviness in a rigid rotor supported by multi-row ball bearings. The waviness of a ball and each races is modeled by the superposition of sinusoidal function, and the position vectors of inner and outer groove radius center are defined with respect to the mass center of the rotor in order to consider five degrees of freedom of a general rotor-bearing system. The waviness of a ball bearing is introduced to these position vectors to use the Hertzian contact theory in order to calculate the elastic deflection and nonlinear contact force resulting from the waviness while the rotor has translational and angular motion. They can be determined by solving the nonlinear equations of motion with five degrees of freedom by using the Runge-Kutta-Fehlberg algorithm. Numerical results of this research are validated with those of prior researchers. The proposed model can calculate the translational displacement as well as the angular displacement of the rotor supported by the multi-row ball bearings with waviness. It also characterizes the nitration frequencies resulting from the various kinds of waviness in rolling elements, the harmonic frequencies resulting from the nonlinear load-deflection characteristics of ball bearing. and the sideband frequencies resulting from the waviness interaction.
Since the influence coefficients method in balancing of rotors is developed with the basement of not the principle of rotor system dynamics, but the linear relationshop of between the measuring quantities and the unbalance quantities, field engineers can apply the method without additional understanding on the rotor dynamics. But the influence coefficients method is not robust to the measurement error. This paper proposes a new method for the two plane balancing of rigid rotor, based on the principle of rotor dynamics. And the kit for experiment is made by ourselves, and in order to measure in the same condition with it, we do a experiment three times. And then with the Response of gap sensor, the SNR(Signal and Noise) is compared and analyzed about measuring error between the influence coefficient method, and the new method, and it is proved that the new method is less robust than the influence coefficient method.
This paper presents a numerical model for investigating the structural dynamics response of a rigid rotor supported on deep-groove ball bearings. The numerical model was used to investigate the influence of race waviness on the dynamic characteristics of a rotor ball bearing system, which is very important from a design viewpoint. The forth-order Runge-Kutta numerical integration technique was applied to determine the time displacement response, Poincare map, and frequency spectra. The analysis demonstrated that the model can be used as a tool for predicting the nonlinear dynamic behavior of a rotor ball bearing system under different operating conditions. The results of this study may help further understanding of the nonlinear dynamics of a rotor bearing system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.11
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pp.233-243
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1998
The demand of high speed machining is increasing due to the high speed cutting and grinding provides high efficiency of process, short process time, improved metal removal capacity and better surface finish. Active magnetic bearings allow much high surface speed than conventional ball bearings and therefore greatly suitable for high speed cutting or grinding. This paper describes a design process of an active magnetic bearing system for a high speed grinding spindle with power 5.5kW and maximum speed 60,000rpm. Magnetic actuators are designed by the magnetic circuit theory considering static load condition, and examined with FEM analysis. Dynamic characteristics are also considered, such as bandwidth, stiffness, natural frequency and static deflection. System characteristics are simulated with a rigid rotor model.
This paper deals with the control of a horizontally placed flexible rotor levitated by electromagnets in a multi-input/multi-output (MIMO) active magnetic bearing(AMB) system. AMB is a kind of novel high performance bearing which can suspend the rotor by magnetic force. Its contact-free manner between the rotor and stator results in it being able to operate under much higher speed than conventional rolling bearings with relatively low power losses, as well as being environmental-friendly technology for AMB system having no wear and no lubrication requirements. In this MIMO AMB system, the rotor is a complex mechanical system, it not only has rigid body characteristics such as translational and slope motion but also bends as a flexible body. Reduced order nominal model is computed by consideration of the first 3 mode shapes of rotor dynamics. Then, the $H_{\infty}$ control strategy is applied to get robust controller. Such robustness of the control system as the ability of disturbance rejection and modeling error is guaranteed by using $H_{\infty}$ control strategy. Simulation results show the validation of the designed control system and the modeling method to the rotor.
A 500Wh class high-speed Flywheel Energy Storage System (FESS) driven by a built-in BLDC motor/generator has been designed, which runs from 30000 to 60000rpm nominally. Due to the motor/generator inside, the flywheel rotor made of composites supported by PM/EM hybrid bearing system has a shape of bell or pendulum and thus requires accurate rotordynamic analysis and prediction of its dynamic behavior to secure the operating reliability. Rotordynamic analyses of the flywheel rotor-bearing system revealed that the bell shaped rotor has two conical rigid-body modes in the system operating range and the first conical mode, of which nodal point lies in the radial EM bearing position, can adversely affect the dynamic response of the rotor at the corresponding critical speed. To eliminate the possibility of wild behavior of the rotor, two guide bearings are adopted at the upper end of the rotor and motor/generator. It was also revealed that the EM bearing stiffness if 0.5~1.0E+6 N/m and damping of 2000 Ns/m are favirable for smooth operation of the system around the 2nd critical speed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.283-289
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1997
A 500Wh class high-speed Flywheel Energy Storage System (FESS) driven by a built-in BLDC motor/generator has been designed, which runs from 30000 to 60000rpm nominally. Due to the motor/generator inside, the flywheel rotor made of composites supported by PM/EM hybrid bearing system has a shape of bell or pendulum and thus requires accurate rotordynamic analyses and prediction of its dynamic behavior to secure the operating reliability. Rotordaynamic analyses of the flywheel rotor-bearing system revealed that the bell shaped rotor has two conical rigid-body modes in the system operating range and the first conical mode, of which nodal point lies in the radial EM bearing position, can adversely affect the dynamic response of the rotor at the corresponding critical speed. To eliminate the possibility of wild behavior of the rotor, two guide bearings are adopted at the upper end of the rotor and motor/generator. It was also revealed that the EM bearing stiffness of 0.5~1.0E+6 N/m and damping of 2000 Ns/m are favorable for smooth operation of the system around the 2nd critical speed.
A rotor-bearing system has been investigated, including internal damping and axial torque using finite dynamic elements. A procedure is presented for dynamic modeling of rotor-bearing system which consist of finite dynamic shaft elements, rigid disk, and bearing and seal. A finite dynamic element model including the effects of rotatory inertia, gyroscopic moments, axial force, and axial torque is developed using the frequency dependent shape function. The natural whirl speeds, stability, and unbalance response of rotor system are calculated on several cases and compared with the conventional finite elements.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.6
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pp.141-146
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2012
This paper introduces development of multi-rotor system and vision based autonomous landing system. Multi-rotor platform is modeled by rigid body motion with Newton Euler concept. Also Multi-rotor platform is simulated and tuned by LQR control algorithm. Vision based Autonomous Landing system uses a single camera that is mounted Multi-rotor system. Augmented reality algorithm is used as marker detection algorithm and autonomous landing code is test with GCS for the precision landing.
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