A new method of dynamic contact force measurement between a pantograph and a contact wire is proposed in this paper The method does not require design modification of an original pantograph in order to install sensors such as load cells. Contact forces can be expressed as the sum of vertical shear forces at the support points and inertial forces. Using specially-designed strain gage rosettes. vertical shear forces at the supported points can be measured without noise mixing and thermal effects. In order to obtain contact forces from shear forces, 3 inertial force compansation methods are proposed and compared in this paper. By validation process, the new proposed measurement method is verified to be applicable to the on-line current collection test.
In a micro-scale contact, capillary force and van der Waals interaction significantly influence the contact between asperities of rough surfaces. Little is, however, known about the variation of these surface forces as a function of chemical property of the surface (wet angle), relative humidity and deformation of asperities in the real area of contact. A better understanding of these surface forces is of great necessity in order to find a solution for reducing friction and adhesion of micro surfaces. The objective of this study is to investigate the surface forces in micro-scale rough surface contact. We proposed an effective method to analyze capillary and van der Waals forces in micro-scale contact. In this method, Winkler spring model was employed to analyze the contact of rough surfaces that were obtained from atomic force microscopy (AFM) height images. Self-mated contact of DLC(diamond like carbon) coatings was analyzed, as an example, by the proposed model. It was shown that the capillary force was significantly influenced by relative humidity and wet angle of the DLC surface. The deformation of asperities to a critical magnitude by external loading led to a considerable increase of both capillary and van der Waals forces.
한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.63-64
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2002
In a micro-scale contact, surface forces such as capillary force and van der Waals Interaction significantly Influence the contact between asperities of rough surfaces. Little is, however, known about the variation of these surface forces as a function of chemical property of the surface (hydrophilicity), relative humidity and deformation of asperities In the real area of contact. A better understanding of these surface forces is of great necessity in order to find an optimal solution for reducing friction and adhesion of micro surfaces. We proposed an effective method to analyze capillary and van der Waals forces In nano-scale contact. In this method, Winklerian foundation model was employed to analyze the contact of rough surfaces that were obtained from atomic force microscopy (AFM) height Images. Self-mated contact of diamond-like-carbon (DLC) coatings was analyzed, as an example, by the proposed model. It was shown that the capillary force was significantly influenced by relative humidify and wet angle of the DLC surface. The deformation of asperities to a critical magnitude by external loading led to a considerable increase of both capillary and van der Waals forces.
It is well known that the geometry of the articular surface has a major role in determining the position of articular contact and the lines of action for the contact forces. The contact force calculation of the knee joint under the effect of sliding and rolling is one of the most challenging issues in this field. We present a 3-D human knee joint model including sliding and rolling motions and major ligaments to calculate the lateral and medial condyle contact forces from the recovered total internal reaction force using inverse dynamic contact modeling and the Least-Square method. As results, it is believed that the patella, muscles and tendon affect a lot for the internal reaction forces at the initial heel contact stage. With increasing flexion angles during gait, the decreasing contact area is progressively shifted to the posterior direction on the tibia plateau. In addition, the medial side contact force is larger than the lateral side contact force in the knee joint during normal human walking. The total internal forces of the knee joint are reasonable compared to previous studies.
In micro/nano-scale contacts in MEMS and NEMS, capillary and van der Waals forces generated around contacting micro-asperities significantly influence the performance of concerning device as they are closely related to adhesion and stiction of interacting surfaces. In this regard, it is of prime importance to accurately estimate the magnitude of surface forces so that an optimal solution for reducing friction and adhesion of micro/nano-surfaces may be obtained We introduced an effective method to calculate these surface forces based on topography information obtained from an atomic force microscope. This method was used to calculate surface forces generated in the contact interface formed between diamond-like carbon coating and $Si_3N_4$ ball. This method is shown to effectively demonstrate the influence of capillary force in the contact area, especially in humid atmosphere.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제3권2호
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pp.61-71
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2002
This paper presents the dynamic analysis of indeterminate rotor systems with angular contact ball bearings subject to axial and radial loads. The reaction forces against applied radial loads significantly influence the dynamic characteristics of angular contact ball bearings. However, the reaction forces are hard to determine in the case of indeterminate rotor-bearing systems. To this end, this paper proposes a finite element model for indeterminate rotor systems with angular contact ball bearings. An improved bearing model is adopted which is originated from the Harris's bearing dynamic model. The bearing model is also extended to include centrifugal forces due to the ball and inner ring. This paper utilizes a new iterative algorithm for general, indeterminate rotor systems with angular contact ball bearings. This examples are provided to illustrate the dynamic characteristics of rotor systems with angular contact ball bearings subject to axial and radial loads. The experimental and numerical results prove that the proposed method is useful for the dynamic analysis of indeterminate rotor systems with angular contact ball bearings.
The railway catenary is softer in the middle of a span than at the end. This stiffness variation induce the vertical motion of a moving pantograph, which results in the large variation of contact forces. To reduce the vertical motion of a pantograph, we can introduce a pre-sag of the contact wire. The pre-sag changes merely equilibrium position of the contact wire. Because the pantograph must follow the sag added to the motion of the contact wire, the sag gives downward forces to the pantograph. If the pre-sag is proper, the variation of the vertical motion of the pantograph is reduced. However, excessive sag worses the current collection performance because the pantograph receives too large downward forces by the contact wire. The objective of the paper is to establish the theoretical basis to understand how the pre-sag affect the contact force variation and to propose the proper sag for the railway catenary for the train speed up to 200 km/h.
Seo Sung-Il;Cho Yong-Hyun;Mok Jin-Yong;Park Choon-Soo
Journal of Mechanical Science and Technology
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제20권10호
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pp.1548-1556
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2006
Appropriate contact force is required for the pantograph on the high speed train to collect current from the catenery system without separation. However, at high speed, large aerodynamic lifting force is generated by the contact plate and the body of pantograph, which may cause wear of the contact wire. In this study, to confirm the interface performance of the pantograph on Korea High Speed Train, a method to measure the contact force of the pantograph was proposed and the related measuring system was developed. The forces acting on the pantograph were clarified and a practical procedure to estimate the forces was proposed. A special device was invented and applied to measure the aerodynamic lifting force. Measured contact forces were displayed by the developed system and evaluated based on the criteria.
산업체에서 널리 사용되고 있는 유도전동기의 회전자를 제작하기 위하여 rotor core slot에 Cu bar를 열박음(shrinkage fit)작업으로 고정한 후 bar 표면을 punch로 원주방향으로 순차적으로 1.5~3mm 압입(swaging)작업시 rotor core slot과 bar 접촉면에 작용하는 contact tangential force의 크기와 분포를 단순화된 2차원 plane strain 해석모델을 사용하여 각각의 압입조건에 대하여 평가하였으며 또한 생산성 향상을 고려한 rotor core slot 설계시 slot 형상에 따른 접촉력 분포를 평가하여 rotor core slot 설계시 필요한 정보를 제공하고자 수치해석적인 방법을 사용하여 parametric study를 수행하였다. 이러한 탄소성 수치해석 결과 1) rotor core 압입작업시 bar 접촉면에 작용하는 contact force는 소성변형이 먼저 발생하는 bar 상부에 크게 작용하며 2) 순차적인 rotor core 압입작업시 bar 접촉면에 작용하는 total contact force는 바로 인접한 bar에 대한 압입작업에 의해서만 영향을 받으며 그 영향으로 약 55% 정도 total contact force가 증가하며 3) 생산성을 고려하여 rotor core를 설계하는 경우에 contact force를 증가시키기 위해서는 core slot의 폭보다 길이를 길게 하는 것이 바람직하다는 사실을 알 수 있었다.
The motion of an workpiece to be manipulated is determined by the forces applied to the workpiece. During the contact between the robot hand and the workpiece, impulsive forces may dominate all other forces, and determine the ultimate success or failure of a task. Therefore, one of the important problems in the robot hands is the control of the initial impact force. In this paper, the problem of the force control of robot hand under system with contact force is presented. The principle of energy can be applied in the modelling of the impact force. In order to achieve stable contact and avoid bounces and vibrations, VSS is adopted in the design of the contact force controller. Some simulations are carried out for a pushing operation to control the contact force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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