The half-value breadth off-ray diffraction profile line is generally used for a factor in nondestructive hardness measuring method of steel. In this paper, the problem in using the half-value breadth for the hardness measuring method is evaluated in strain hardened steel. And new hardness measuring method using residual stress is proposed X-ray diffraction test after rolling contact fatigue test of ball bearing with inner race of various hardness are carried out to measure the distribution of residual stress and half-value breadth from surface. The result of this study shows that there is little correlation between half-value breadth and hardness in the higher strength region and in the region increasing the hardness by strain hardening. But the magnitude of residual stress on/under race after rolling contact fatigue test becomes clearly to be correlative with hardness. Thus, it is concluded that the hardness of strain hardened steel can be estimated by this relationship between residual stress and hardness.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제12권3호
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pp.29-42
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1988
With the Hertzian contact theory, it is possible to determine the bearing load distributing pattern among the balls and rollers and also variations of the load-displacement relationships for rolling elements contacting raceways according to bearing clearance, load distribution, contact forces and dimensions of bearing components (i.e diameter of raceway and rolling elements), etc. In this paper the calculation theories of contact load and normal approach between two raceways under radial load are reviewed, and compared these calculation results with those of experimental results. A new calculation theory for elastic displacement of outer-race of ball bearing under radial load is developed by authors by application of energy method, which is independent on the effects of roughness, bending or eccentricity of bearing with driving shaft, and is effective in measuring the location of its defect.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제4권5호
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pp.15-21
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2003
In order to improve the quality of a spindle unit it is important to increase its rotational accuracy. The rotational accuracy of a spindle unit can be defined as the stability or immobility of its spindle axis while rotating. Spindle rotation in the rolling bearings causes the disturbing influence, which leads to the oscillation of a rotation axis. The purpose of this study is to investigate the oscillation sources and find a way to decrease the runout without additional expenses. The main source of oscillation is the interaction between rolling bodies and ring races. The first oscillation source was the out-of-shape imperfection of inner bearing ring. The mutual compensation of oscillation by proper rings orientation was proposed, which sometimes allow to decrease the radial runout of spindle rotation axis by approximate 40% down. Also the outer ring harmonics were explored as the second oscillation source. The analysis shows the dependency between the number of rolling bodies and the outer ring race harmonics. The conclusion on the orientation of bearing cages and the bearing rings was made, which makes possible to obtain the optimal variant of their mounting in the spindle unit when the rotational accuracy of the spindle is maximal, and the spindle runout considerably less.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제10권3호
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pp.1-10
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1986
This paper describes a new, effective method developed at the National Research Council Canada for rolling element bearing incipient failure detection. This method can detect not only outer race damage, previously published, but also inner race damage with a 100% detection rate based on a sample size of 32. The prediction of the exact angular location of the damage spot along the raceway is illustrated and experimental confirmation is presented. For the first time, a statically measurable parameter for inner and outer race damage is introduced as a means of verifying other techniques which do not offer absolute proof, but resort only to "overwhelming evidence". A brief comparison with other methods such as Shock Pulse Method, Kurtosis Analysis and High Frequency Resonance Technique is presented. A computerized automatic monitoring system utilizing the new method is described and experimental results are presented.presented.
Induction motors are the most commonly used electrical drives because they are rugged, mechanically simple, adaptable to widely different operating conditions, and simple to control. The most common faults in squirrel-cage induction motors are bearing, stator and rotor faults. Surveys conducted by the IEEE and EPRI show that the most common fault in induction motor is bearing failure (${\sim}$40% of failure). Thence, this paper addresses experimental results for diagnosing faults with different rolling element bearing damage via motor current spectral analysis. Rolling element bearings generally consist of two rings, an inner and outer, between which a set of balls or rollers rotate in raceways. We set the experimental test bed to detect the rolling-element bearing misalignment of 3 type induction motors with normal condition bearing system, shaft deflection system by external force and a hole drilled through the outer race of the shaft end bearing of the four pole test motor. This paper takes the initial step of investigating the efficacy of current monitoring for bearing fault detection by incipient bearing failure. The failure modes are reviewed and the characteristics of bearing frequency associated with the physical construction of the bearings are defined. The effects on the stator current spectrum are described and related frequencies are also determined. This is an important result in the formulation of a fault detection scheme that monitors the stator currents. We utilized the FFT, Wavelet analysis and averaging signal pattern by inner product tool to analyze stator current components. The test results clearly illustrate that the stator signature can be used to identify the presence of a bearing fault.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제12권2호
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pp.35-45
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1988
In this paper an experimental review of condition monitoring method using time domain vibration signals and statically measured wave forms of a multi-components damaged ball bearing is presented first time. Many investigators studied already about vibration characteristics of a single point damaged ball bearing but they did not make efforts to verify vibration phenomena of a multi-components damaged one. Even in case of a tripple components damaged (i.e, outer race, inner race and rolling element) one, the high frequency resonance technique (HERT) and the displacement time domain technique can be also used for its fault detection. According to experimental results undertaken a static displacement measuring method, the defect locations of components can be proposed confidently with simple calculation of the rotating angles of each component.
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.
In this paper, the orbital forming analysis of an automotive hub bearing was studied to predict forming performances using the explicit finite element method. To find an efficient solution technique for the orbital forming, axisymmetric finite element models and 3D solid element models were solved and numerically compared. The time scaling and mass scaling techniques were introduced to reduce the excessive computational time caused by small element size in case of the explicit finite element method. It was found from the numerical simulations on the orbital forming that the axisymmetric element models showed the similar results to the 3D solid element models in forming loads whereas the deformations at the inner race of bearing were quite different. Finally the strains at the inner race of bearing and the forming forces to the peen were measured for the same product of the numerical model by test, and were compared with the 3D solid element results. It was founded that the test results were in good agreements with the numerical ones.
This research presents an analytical model to characterize the ball bearing vibration due to the waviness in a rigid rotor supported by multi-row ball bearings considering centrifugal force and gyroscopic moment of ball. The effects of centrifugal force and gyroscopic moment are introduced to the kinematic constraints and force equilibrium equations. The waviness of ball and races is modeled by the superposition of sinusoidal function and it is introduced to position vectors of race curvature center 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. The accuracy of this research is validated by comparing with the results of the prior researches. It characterizes the vibration frequencies resulting from the various kinds of waviness in rolling elements, the harmonic frequencies resulting from the nonlinear load-deflection characteristics of ball bearing resulting from the waviness interaction.
이 논문은 다른 종류의 유도전동기 구름베어링 손상을 유도전동기 고정자 전류신호해석을 통하여 검출하고 실시간으로 손상을 진단하는 알고리즘을 개발하였다. 유도전동기 구름베어링의 손상을 검출하기 위하여 정상적인 베어링을 갖는 유도전동기, 측정열에 불량을 가지고 있는 전동기와 베어링 외륜에 구멍을 가지고 있는 2가지 종류의 비정상 베어링을 갖는 유도전동기 3set를 실험시스템을 구축하였다. 또한 유도전동기의 구름베어링시스템의 비정상적인 상태에서 고정자전류을 검출하기 위하여 TMS320F2407 DSP 칩을 이용하여 데이터 획득보드를 개발하였다. 이 고정자전류신호를 해석을 통하여 베어링 손상을 검출하기 위한 방법으로 FFT, 웨이브렛 분석 및 내적에 의한 평균 신호패던에 의한 분석결과를 제시하였다. 특히 내적에 의한 신호분석 온 통하여 베어링 손상 여부를 실시간으로 진단할 수 있는 새로운 알고리즘과 분석방법을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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