Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.3
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pp.11-17
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1998
The mecanum wheel was originaly developed in sweden to realize the omni-directional motion of the cart. The circumference of each wheel is lined with rollers set at 45 degrees relative to the main wheel. This paper proves that the roller of the mecanum wheel shapes the ellipsoid, derives the kinematic relationships between the parameters of the wheel and rollers, and proposes the procedure to determine the parameters of the wheel. The result was implemented into the computer program for the design of the mecanum wheel.
Many types of omnidirectional wheels with passive rollers have gaps between rollers. Since these gaps cause a wheel to make discontinuous contact with the ground, they lead to vertical and/or horizontal vibrations during wheel operation. In addition, the radii of passive rollers are related to the height of a bump an omnidirectional wheel can surmount. In this research a new design of the alternate wheel is proposed. Because this wheel makes continuous contact with the ground and has alternating large and small rollers around the wheel, it is termed a continuous alternate wheel (CAW). In this paper a design procedure is also presented to determine the optimum number of rollers, the radii of rollers and the inside inclination angle of an outer roller for given design specifications. The CAW based on this design is compared to the existing alternate wheels in terms of design. Finally, an actual continuous alternate wheel is constructed to verify validity of the design guidelines.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.247-254
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2008
The primary objective of this research is to develop an efficient design and optimization methodology for SRM Wagon Wheel Grain and to develop of software for practical designing and optimization of Wagon Wheel grains. This work will provide a design process reference guide for engineers in the field of Solid Rocket Propulsion. Using these proposed design methods, SRM Wagon Wheel grains can be designed for various geometries, their optimal solutions can be found and best possible configuration be attained thereby ensuring finest design in least possible iterations & time. The main focus is to improve computational efficiency at various levels of the design work. These have been achieved by the following way. a. Evaluation of system requirements and design objectives. b. Development of Geometric Model of Wagon Wheel grain configuration. c. Internal ballistic performance predictions. d. Preliminary designing of the Wagon Wheel grain configuration involving various independent geometric variables. e. Optimization of the grain configuration using Sequential Quadratic Programming f. In depth analysis of the optimal results considering affects of various geometric variables on ballistic parameters and analysis of performance prediction outputs have been performed g. Development of software for design and optimization of Wagon Wheel Grain. By using these proposed design methods, SRM Wagon Wheel grains can be designed by using geometric model, their optimal solutions can be found and best possible configuration be attained thereby ensuring finest design.
Effects on tractive performance of design parameters of cage wheel as a traction aid to driving tires of tractor in wet paddy field were investigated experimentally. an experimental cage wheel was designed so that the design parameters such as wheel diameter, wheel width, lug pitch and lug angle could be varied during traction test, The traction test was conducted in two different types of wet paddy field ; shallow and deep harpan fields . Experimental results showed that tractive performance is affected by both soil conditions and the design parameters. A considerable improvement on the tractive performance was obtained by using a cage wheel with 45$^{\circ}$ lug angle in shallow hardpan and smaller lug pitch in deep hardpan. The diameter of cage wheel was mostly influential to the tractive performance both in shallow and deep hardpans.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.8
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pp.13-19
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2010
A design method of railway wheel profile with objective function of equivalent conicity considering wheel dimension constraint, two points contact problem between wheel and rail was proposed. New design method shows good results. New wheel profile generated from optimization process shows better dynamic performance compared with initial profile as the purpose of wheel profile design. And to verify the design method with testing the stability of new wheel profile, we conducted a critical speed test for new wheel profile using scale model applied scaling method of railway vehicle dynamics. The result of critical speed test show good agreement with that of numerical analysis. From the above results, it is seen that the design method with objective function of equivalent conicity is feasible and it could be applied to design new wheel profile efficiently.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.607-612
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2012
The wear problem of wheel flange occurs at sharp curves of rail. This paper proposes a procedure for optimum design of a wheel profile wherein flange wear is reduced by improving an interaction between wheel and rail. Application of optimization method to design problem mainly depends on characteristics of design space. This paper compared local optimization method with global optimization according to sensitivity value of objective function for design variables to find out which optimization method is appropriable to minimize wear of wheel flange. Wheel profile is created by a piecewise cubic Hermite interpolating polynomial and dynamic performances are analyzed by a railway dynamic analysis program, VAMPIRE. From the optimization results, it is verified that the global optimization method such as genetic algorithm is more suitable to wheel profile optimization than the local optimization of SQP (Sequential Quadratic Programming) in case of considering the lack of empirical knowledge for initial design value.
Automotive wheel bearings are a critical component of vehicles that support their weight and facilitate rotation. Life and stiffness are significant performance characteristics of wheel bearings. Designing wheel bearings involves finding optimal design variables that satisfy both performances. CO2 emission reduction and fuel efficiency regulations attribute to the recent increase in design requirements for lightweight and compact automotive parts while maintaining performance. However, achieving a design that maintains performance while reducing weight poses challenges, as performance and weight are generally inversely proportional. In this study, we perform design optimization of automotive wheel bearings considering life and stiffness. We develop a program that calculates the basic rated life and modified rated life based on international standards for evaluating the life of wheel bearings. We develop a regression equation using regression analysis to address the time-consuming stiffness analysis during repetitive analysis. We perform ANOVA and main effect analyses to understand the statistical characteristics of the developed regression equation. Furthermore, we verify its reliability by comparing the predicted and test results. We perform design optimization using the developed life prediction program, stiffness regression equation and weight regression equation. We select bearing specifications and geometry as design variables, weight as the cost function, and life and stiffness as constraints. Through design optimization, we investigate the influence of design variables on the cost function and constraints by comparing the initial and optimal design values.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.122-130
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2001
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design, this study proposes a design method for determining design variables of an automotive wheel-bearing unit of double-row angular-contact ball bearing type by using a genetic algorithm. The desired performance of the wheel-bearing unit is to maximize system life while satisfying geometrical and operational constraints without enlarging mounting spae. The use of gradient-based optimization methods for the design of the unit is restricted because this design problem is characterized by the presence of discrete design variables such as the number of balls and standard ball diameter. Therefore, the design problem of rolling element bearings is a constrained discrete optimization problem. A genetic algorithm using real coding and dynamic mutation rate is used to efficiently find the optimum discrete design values. To effectively deal with the design constraints, a ranking method is suggested for constructing a fitness function in the genetic algorithm. A computer program is developed and applied to the design of a real wheel-bearing unit model to evaluate the proposed design method. Optimum design results demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study by showing that the system life of an optimally designed wheel-bearing unit is enhanced in comparison with that of the current design without any constraint violations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.319-328
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2000
This paper presents a new design method of the 1 generation wheel bearing unit using a numerical optimization technique in order to increase bearing fatigue life. For calculating the fatigue life, a method of load analysis is studied on the automotive wheel bearing system. The design variables selected are ball size, initial contact angle, number of balls, pitch diameter, pre-load, and distance between ball centers. The method of feasible directions in ADS (Automated Design Synthesis) is utilized to automatically find the optimum design variables. To validate the design method, a computer program is developed and applied to a practical passenger car model. The optimum design results demonstrated the effectiveness of the proposed design method showing that the system life of the optimally designed wheel bearing unit is enhanced in comparison with that of the initial ones within the given available design space.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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