Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.5
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pp.135-141
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2009
The bearing clearance is influenced by shrink fit and thermal expansion during operation. The designer must take into account the reduction of clearance after installation to the interference fits, and thermal expansion must be considered. The purpose of this study is to grasp the internal clearance variation and behavior of a bearing which is a deep connected with fatigue life of bearing and performance of spindle through FEM(Finite Element Method). Finite element analysis is performed by using commercial code ANSYS according to variation of thermal condition and rotational speeds. This paper presents correct negative internal clearance according to temperature during operation. Furthermore, interrelation between thermal expansion and contraction are presented to maintain adequate contact force for three type of spindle system (HSK-A60, HSK-40E, HSK-32E). The influence of the centrifugal force and Internal clearance variation of bearing is studied to operating rotational speed.
Recently, fluid dynamic bearings (EDBs) have important applications in miniature rotating machines such as those found in the computer information storage industry, due to their outstanding low acoustic noise and NRRO (Non-Repeatable Run Out) characteristics. This research investigates the dynamic behavior of fluid dynamic bearings composed of hydrodynamic herringbone groove journal and spiral groove thrust bearing. The five degrees of freedom of FDB are considered to describe the real motion of a general rotor bearing system. The Reynolds equation and five nonlinear equations of motion for the dynamic behavior are solved simultaneously, The incompressible Reynolds equation is solved by using the finite element method (FEM) in order to calculate the pressure distribution in a fluid film and the five equations of motion by using the Runge-Kutta method. The reaction forces and moments are obtained by integrating the pressure along the fluid film. Numerical results are validated by comparing with the previously published experimental and numerical results. As a result the dynamic behavior of FDB spindle such as orbit, floating height, and angular orbit is investigated by considering the conical motion under the static and dynamic load conditions.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.6
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pp.31-36
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2005
Use of the high frequency motor spindles are increasing for the high speed machine tools recently. The important problem in the high speed spindles is to reduce and minimize the thermal effect by the motor and ball hearings. Thermal characteristics according to the bearing preload and spindle cooling are studied for the spindle with the oil mist lubrication and high frequency motor. Temperature distribution and thermal displacement according to the spindle speed, preload and flow rate are measured. Temperature distribution and thermal displacement of the high speed spindle system can be estimated reasonably by using the three dimensional model through the finite element method. The results of analysis are compared with the measured data. This study supports thermal optimization and find out more effective cooling condition. This paper show that the suitable preload and spindle cooling are very effective to minimize the thermal effect by the motor and ball bearings.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.985-988
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2002
The Spindle-]fearing System is very important unit for geometrical accuracy in machine tools. To improve effectively the weak point of spindle system, it is necessary that the contribution ratio of spindle core parts to static and dynamic stiffness is clarified. In this paper, static contribution ratio of core parts is calculated by overlapping static deformation of basic spindle design with one flexible parts. The dynamic contribution ratio for natural frequency and dynamic deformation at spindle end is obtained by calculating correlation between original and basic spindle deformation, by curve fitting with regressive method. It is proved the validity of estimation result is correct.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.12
no.1
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pp.65-71
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2003
In a high speed spindle system it is very important to monitor the state of rotating rotor. Particularly in active control spindle system the position sensor must provide feedback to the control system on the exact position of the rotor. In order to monitor the state of a high speed spindle exactly, high accuracy and wide frequency bandwidth of sensors are important. The focus in this paper is to make a fiber optic sensor for monitoring rotor of magnetic bearing, to design the circuit for detecting optical signal, and to evaluation static and dynamic characteristics of fiber optic sensor.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2002.10a
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pp.411-416
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2002
In a high speed spindle system, it is very important to monitor the state of rotating rotor. Particularly in active control spindle system, the position sensor must provide feedback to the control system on the exact position of the rotor. In order to monitor the state of a high speed spindle exactly, high accuracy and wide frequency bandwidth of sensors are important. The focus in this paper is to make a fiber optic sensor for monitoring rotor of magnetic bearing, to design the circuit for detecting optical signal, and to evaluation static and dynamic characteristics of fiber optic sensor.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.2
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pp.7-12
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2008
In the design of modem rotating machinery, it is often necessary to increase the performance of rotor-bearing system. Since a critical speed range influences the performance and safety of the whole system, it should be necessary to constrain the critical speed and thus resonance response in design process to result in large vibration. Consequently the minimization of resonance response amplitudes within the operation range of the rotor system becomes the most primary design objective. In this paper, based on the assumption that the external shape of rotating-shaft, bearing supporting positions and etc, the natural frequency analysis of spindle is performed by ANSYS $10.0^{(R)}$ Optimum design is conducted using the RBF model.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.6
no.4
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pp.46-53
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1997
This paper presents a method of detection localized defects on tapered roller bearing in main spindle of machine tool system. The feature vectors, i.e. statistical parameters, in time-domain analysis technique have been calculated to extract useful features from acoustic emission signals. These feature vectors are used as the input feature of an neural network to classify and detect bearing defects. As a results, the detection of bearing defect conditions could be sucessfully performed by using an neural network with statistical parameters of acoustic emission signals.
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.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.12
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pp.57-63
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2002
In this paper, the feedforward control with least mean square (LMS) adaptive algorithm is proposed and examined to reduce rotating error by runout of an active magnetic bearing system. Using eddy-current type gap sensor fur control, the electrical runout caused by non-uniform material properties of sensor target produces rotational error amplified in feedback control loop, so this runout should be eliminated to increase rotating accuracy. The adaptive feedforward controller is designed and examined its tracking and stability performances numerically with established frequency response function. The tested grinding spindle system is manufactured with a 5.5 ㎾ internal motor and 5-axis active magnetic bearing system including 5 eddy current gap sensors which have approximately 15 ~ 30 ${\mu}{\textrm}{m}$ of electrical runout. According to the experimental analysis, the error signal in radial bearings is reduced to less than 5 ${\mu}{\textrm}{m}$ when it is rotating up to 50,000 rpm due to applying the feedforward control for first order harmonic frequency, and vibration of the spindle base is also reduced about same frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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