Seung-Woo Kim;Jung-Woo Song;Jun-Pyo Hong;Jong-Hoon Kang
Journal of Wind Energy
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v.14
no.4
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pp.21-28
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2023
This study focuses on the analysis of slewing ball bearings in wind turbines. Slewing bearings have an outer diameter of several meters, and hundreds of balls are in contact with the raceway. Due to the large number of balls and raceway contact conditions, it is difficult to accurately analyze contact stresses using general analysis techniques. To analyze the contact stress of a slewing ball bearing, the sub-modeling method is applied, which is a technique that first analyzes the displacement of the entire model and then analyzes the local stress at the point of maximum displacement. In order to reduce the displacement analysis time of the entire ball bearing, the technique of replacing the ball with a nonlinear spring is adopted. The analytical agreement of the simplified model was evaluated by comparing it with a solid mesh model of the ball for three models with different spring attachment methods. It was found that for the condition where a large turnover moment is applied to the bearing, increasing the number of spring elements gives the closest results to modeling the ball with a solid mesh.
Ball bearing is a device that supports and transmits a load acting on a rotating shaft, and it is a type of rolling bearings that uses the rolling friction of the balls by inserting balls between the inner ring and the outer ring. Grease, which is prepared by mixing a thickener with a base oil, is a lubricant commonly used in bearings and has the advantage of a simple structure and easy handling. Bearings are increasingly being used in high value-added products such as semiconductors, aviation, and robots in the era of the 4th industrial revolution. Accordingly, there is an increasing demand for bearing grease. The selection of grease is an important factor in the bearing design. Therefore, a study must be conducted on the grease life evaluation to select an appropriate grease according to operating conditions such as a high temperature, high rotational speed, and high load. In this study, we evaluate the life of ball-bearing grease according to various operating conditions, namely, temperature, speed, and load changes. For this, we develop and theoretically verify a grease life test machine for ball bearings. We conduct a life test of grease according to various operating conditions of bearings and predict the grease life with a 10% and 50% failure probability using the Weibull analysis. In addition, we analyze the oxide characteristics of the grease over time using the Fourier transform infrared spectroscopy and the deterioration characteristics of the grease using the carbonyl index.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2004.10a
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pp.428-432
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2004
The important problem in the high speed spindles is to reduce and minimize the thermal effect by the motor and ball bearings. Thermal characteristics according to the bearing preload and hollow shaft cooling are studied for the test spindle with the oil mist lubrication and high frequency motor. Bearings and motor e main heat generation, and heat generation by ball bearings as a function of load, viscosity and gyroscopic moment effect are considered. Temperature distribution and thermal displacement according to the speed of spindle are measured by thermocouple and gap sensor. The results show that the fitting preload and hollow haft cooling are very effective to minimize the thermal effect by the motor and ball bearings.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.810-816
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2001
In this paper, we theoretically analyzed the NRRO(the non-repeatable run-out) of a ball bearing with geometric imperfection. The quasi-static and dynamic analysis of a ball bearing was performed to calculate the displacement of shaft center caused by the form errors while the shaft is rotating. From consideration of the generating mechanism of NRRO, it is found that the waviness of one ball generates vibrations with nf$\sub$b/${\pm}$f$\sub$c/(where n is odd) components. Also it is confirmed that the outer race waviness of the order n = jZ${\pm}$1 generates vibration with jZf$\sub$c/ components. The form errors of ball bearing elements were precisely measured and NRRO of a ball bearing was calculated using the measured data. It is concluded that the ball bearings must has large ball number and small ball diameter to obtain low NRRO.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1787-1798
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1995
Monitoring and diagnosis of the operating machine mean evaluating the condition of a machine such as the detection of the defects and the prediction of the time to failure in the machine elements, while it is running. In this study, a technique of automatic diagnosis using probability concept is studied and the analyses of the pattern comparison are introduced. An expert system, which is able to analyze the automatic identification of the multiple defects in the ball bearings, is also developed. Finally, to confirm the effectiveness of the programmed algorithms, some tests were made with specimens of the ball bearings involving the multiple defects. The proposed system reasonably predicts the defects.
Zverev Igor Aexeevich;Eun In-Ung;Chung Won-Jee;Lee Choon-Man
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.7
no.3
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pp.3-7
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2006
For the purpose to improve and to automate designing of high-speed spindle units (SU's), we have developed the mathematical models and software to estimate SU performance characteristics, including the run-out of spindles running on ball bearings. In order to understand better the mechanics of high-speed SUs, the dynamic interaction of ball bearings and SU, and the influence of the bearing imperfections and SU's operational conditions on the run-out, we have carried out computer simulation and experimental studies. Through the study of SU's, we have found out that run-out of SU can vary drastically with variation of rpm. The influences of rotation speed and of accuracy parameters of bearings on the SU accuracy have the greatest importance. The influence of bearing preload has a secondary importance. Comparison of the results of these studies has demonstrated adequacy of the models and software developed to the real SU's.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.8
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pp.854-863
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2013
High-speed spindle systems typically employ angular contact ball bearings, which can resist both axial and radial loading, and exhibit high precision and durability. We investigated the effects of the arrangement of the angular contact ball bearings on the dynamics of high-speed spindle systems. The spindle dynamics were studied with a number of spindle-bearing models, and the location of the bearings was varied, along with the rotational speed and the preload. A finite element spindle model and a bearing model were used, and simulated data showed that the bearing arrangement significantly affected the spindle dynamics. Furthermore, the main effects were due to the cross coupling terms between the transverse and rotational motions of the ball bearings. The coupling stiffness terms were found to influence the spindle dynamics, depending on the mode shapes. An extensive discussion is provided on the effects of the bearing arrangement on the dynamics of the spindle.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.2
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pp.117-125
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2015
This paper presents a dynamic modeling method for the indeterminate spindle-bearing system supported by multiple bearings of different types. A spindle-bearing system supported by ball and cylindrical roller bearings is considered. The de Mul's bearing model is extended for calculating ball and cylindrical roller bearing stiffness matrices with inclusion of centrifugal force and gyroscopic moment. The dependence between spindle shaft reaction forces and bearing stiffness is effectively resolved using an iterative approach. The spindle rotor dynamics is established with the Timoshenko beam theory based finite elements. The spindle reaction forces, bearings stiffness and spindle natural frequencies are obtained with taking into account spindle radial load, ball bearing axial preload and rotational speed effects. The developed method is verified by comparing the simulation results with those from a commercial program.
Modern high-performance automotive turbochargers (TCs) implement ceramic hybrid angular contact ball bearings in series with squeeze film dampers (SFDs) to enhance transient responses, thereby reducing the overall emission levels. The current study predicts the rotordynamic responses of the commercial automotive TCs (compressor wheel diameter = ~53 mm, turbine wheel diameter = ~43 mm, and shaft diameter at the bearing locations = ~7 mm) supported on ball bearings and SFDs for various design parameters of SFDs, including radial clearance, axial length, lubricant viscosity, and rotor imbalance conditions (i.e., amplitudes and phase angles) while increasing rotor speed up to 150 krpm. This study validates the predictive rotor finite element model against measurements of mass, polar and transverse moments of inertia, and free-free mode natural frequencies and mode shapes. A nonlinear rotordynamic model integrates nonlinear force coefficients of SFDs to calculate the transient responses of the TC rotor-bearing system. The predicted results show that SFD radial clearances, as well as phase angles of rotor imbalances, have the paramount effect on the dynamic responses of TC shaft motions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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