Automotive transmission systems are assembled with a large number of gears and shafts, and rolling bearings are used to ensure their smooth operation. Gear oil in the gear box contains solid particles such as wear debris from contacting gears and metallic chips. This particle-enriched lubricating oil can cause premature failure of the rolling bearings. Research aimed at improving the service life of these rolling bearings has been confined mainly to design and lubrication of the inner/outer rings and the rolling elements. In this paper, we redesigned the shape of the cage pocket of a deep groove ball bearing to reduce the premature failure due to particle contamination. Test bearings are assembled with this new cage design containing a hole punched in the cage pocket. Endurance tests are carried out using the contaminated lubricating oil with miracle grid as hard particle. The duration and damaged bearing component shapes are compared for two different cages. The B10 life of bearing with new cage is increased by about 66% compared to the conventional cage. This is because the hard particles can be easily discharged through the pocket hole without staying for a long time in the lubrication regions. This greatly decreases abrasive wear and dents on the highly stressed ball bearing surfaces. Therefore, the cage design of this study, containing a pocket hole, can significantly delay the premature failure of rolling bearings and improve the endurance life.
Recently, the development trend of turbomachinery is high capacity and high efficiency. Most of turbomachinery in the market are adopting ball bearings or air foil bearings. However, ball bearings have a limit for high speed product over $2.0{\times}10^6DN$(product of the inner diameter of the bearing in mm (D) and the maximum speed in rpm (N)). Air foil bearings have a limit for high axial load for high power products over 200~300 HP(horse power). Magnetic bearing is one of the solutions to overcome the limits of high speed and high axial load. Because magnetic bearings have no friction between the rotor and the bearings, they can reduce the load of the motor and make it possible to increase the rotating speed up to $5.0{\times}10^6DN$. Moreover, they can have high axial load capacity, because the axial load capacity of magnetic bearing depends on the capacity of the designed electromagnet. In this study, the radial and thrust magnetic bearings are designed to be applied to the 200 HP class turbo blower, and their performance was evaluated by the experiment. Based on the tests up to 26,400 rpm and 21,000 rpm under the no-load and load condition, respectively, it was verified that the magnetic bearings are stably support the rotor of the turbo blower.
Base isolation is widely used in seismic resisting buildings due to its low construction cost, high reliability, mature theory and convenient usage. However, it is difficult to design the isolation layer in high-rise buildings using the available bearings because high-rise buildings are characterized with long period, low horizontal stiffness, and complex re-distribution of the internal forces under earthquake loads etc. In this paper, a simple and innovative isolation bearing, named Teflon-based lead rubber isolation bearing, is developed to address the mentioned problems. The Teflon-based lead rubber isolation bearing consists of friction material and lead rubber isolation bearing. Hence, it integrates advantages of friction bearings and lead rubber isolation bearings so that improves the stability of base isolation system. An experimental study was conducted to validate the effectiveness of this new bearing. The effects of vertical loading, displacement amplitude and loading frequency on the force-displacement relationship and energy dissipation capacity of the Teflon-based lead rubber isolation bearing were studied. An analytical model was also proposed to predict the force-displacement relationship of the new bearing. Comparison of analytical and experimental results showed that the analytical model can accurately predict the force-displacement relationship and elastic shear deflection of the Teflon-based lead rubber isolation bearings.
Microporous polymer lubricants(MPLs) are solid polymer materials containing micropores which are filled with liquid lubricants, and which are molded or formed to suit rolling bearings or other machine parts requiring lubrication. MPLs can be effectively applied to provide long-term, maintenance-free lubrication of a variety of machine elements without fully replacing of oils and greases. The application of rolling bearings packed fully with an MPL could reduce or eliminate the problems such as grease deterioration, leakage, under-lubrication caused by insertion of water or foreign matters under severe operation conditions. This paper discuss the application of MPLs for lubrication of rolling ball bearings. Two different MPLs were synthesized and the features of MPLs were tested. Characteristics of the bearings which are packed fully with synthesized MPLs were investigated using SEM, TG/DSC, extents of oil leakage, OIT, and life time test. After these preliminary tests twelve MPLs were synthesized and evaluated by measuring extents of oil leakage and OIT values. Then synthesis conditions for the optimum MPL were selected by SSRED(Six Sigma Robust Engineering Design) pro gram using extents of oil leakage and OIT values respectively. The optimum MPL by means of OIT value showed higher performance such as long life time and application at higher temperature of $140^{\circ}C$ than previous temperature of $100^{\circ}C$.
Jeon Byung Sun;Park Kun Joong;Song Seung Jin;Joo Young Chang;Min Kyoung Doug
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.2
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pp.682-691
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2005
This paper describes the design, fabrication, and testing of a microturbine developed at Seoul National University. Here, the term 'microturbine' refers to a radial turbine with a diameter on the order of a centimeter. Such devices can be used to transmit power for various systems. The turbine is designed using a commercial CFD code, and it has a design flow coefficient of 0.238 and work coefficient of 0.542. It has 31 stator blades and 24 rotor blades. A hydrodynamic journal bearing and hydrostatic thrust bearings counteract radial and axial forces on the rotor. The test turbine consists of a stack of five wafers and is fabricated by MEMS technology, using photolithography, DRIE, and bonding processes. The first, second, fourth, and fifth layers contain plumbing, and hydrostatic axial thrust bearings for the turbine. The third wafer contains the turbine's stator, rotor, and hydrodynamic journal bearings. Furthermore, a turbine test facility containing a flow control system and instrumentation has been designed and constructed. In performance tests, a maximum rotation speed of 11,400 rpm and flow rate of 16,000 sccm have been achieved.
High-speed rotating machinery requires low cost and reliable bearing elements with low friction, stable rotordynamic characteristics, and a simple design. This study experimentally evaluates the effects of bearing-support elements on the vibrational characteristics of a small-sized, high-speed permanent magnetic motor. A series of coast down tests from 100 krpm characterize the vibrational behaviors, rotor displacement, and housing acceleration of motors supported by ball bearings, ball bearings with a metal mesh damper, and gas foil bearings, respectively. Two eddy-current sensors installed in the horizontal and vertical directions measure the displacement of the rotor at its front nut, and a 3-axis accelerometer attached to the motor housing measures the housing acceleration. The test results reveal that synchronous (1X) vibration components most significantly affect the rotor displacement and housing acceleration, independent of the bearing-support elements. The motor supported by the deep-groove ball bearings results in the largest rotor vibrations increasing with speed; this is due to the absence of a damping mechanism. Additionally, the metal mesh damper effectively reduces the rotor displacement, housing acceleration, and sound-pressure level in the high-speed region (i.e., above 40 krpm), thus implying its substantial damping performance when installed on the outer race of the ball bearing. Lastly, the gas foil bearing supported motor yields the smallest rotor displacement, housing acceleration, and lowest sound-pressure level because of its hydrodynamic airborne operation, which does not require rolling elements that may cause mechanical friction and vibrations.
Kim, Tae Ho;Lee, Tae Won;Park, Moon Sung;Park, Jungmin;Kim, Jinsung;Jeong, Jinhee
Tribology and Lubricants
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v.31
no.4
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pp.141-147
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2015
Gas foil thrust bearings (GFTBs) have attractive advantages over rolling element bearings and oil film thrust bearings, such as oil-free operation, high speed stability, and high-temperature operation. However, GFTBs have lower load carrying capacity than the other two types of bearings owing to the inherent low gas viscosity. The load carrying capacity of GFTBs depends mainly on the compliance of the foil structure and the formed hydrodynamic wedge, where the gas pressure field is generated between the top foil and the thrust runner. The load carrying capacity of the GFTBs is very important for the suitable design of oil-free turbomachinery with high performance. The aim of the present study is to identify the characteristics of the load carrying performance of GFTBs. A new test rig for the experimental measurements is designed to provide static loads up to 800 N using a pneumatic cylinder. The maximum operating speed of the driving motor is 30,000 rpm. A series of experimental tests—lift-off test, static load performance test, and maximum load capacity test—estimate the performance of a six-pad GFTB, in terms of the static load, driving torque, and temperature. The maximum load capacity is determined by increasing the static load until the driving torque rises suddenly with a sharp peak. The test results show that the torque and temperature increase linearly with the static load. The estimated maximum load capacity per unit area is approximately 80.5 kPa at a rotor speed of 25,000 rpm. The test results can be used as a design guideline for GFTBs for realizing oil-free turbomachinery.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.04a
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pp.147-154
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1998
The purpose of this paper is to propose the draft guidelines of seismic isolation design of Liquid Metal Reactor (LMR) using high damping laminated rubber bearings. The scopes of guidelines include design requirements of a seismically isolated system and components, seismic isolator, isolation system, interface system between seismic isolation and non-seismic isolation part, qualification and acceptance tests of seismic isolator, seismic isolation reliability, and seismic safety and monitoring system. Proposed guidelines shall be revised to extend to general design guideline for nuclear facilities by further research and discussions.
Chung, Woo Jung;Yun, Chung Bang;Kim, Nam Sik;Seo, Ju Won
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.3
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pp.51-60
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1998
Base isolation is an innovative design strategy that provides a practical alternative for the seismic design of structures. Base isolators, mainly employed to isolate large structures subjected to earthquake ground excitations and to rehabilitate structures damaged by past earthquakes, deflect and absorb the seismic energy horizontally transmitted to the structures. This study demonstrated that the base isolation system may offer effective performance for bridges during severe seismic events through shaking table tests. Two base isolation systems using laminated rubber bearings with and without hydraulic dampers are tested. The test results strongly show that the laminate rubber bearings cause the natural period of the bridge structure increased considerably, which results in the deck acceleration and the shear forces on the deck acceleratino and the shear forces on the piers reduced significantly. The results also demonstrate that the hydraulic dampers enhance the system's capacity in dissipating energy to reduce the relative displacement between the bridge deck and the pier.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.475-485
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2008
This paper intends to enhance the reliability and performance of domestic elastomeric bearings through the proposal of directions for the improvement of their stiffness regard to the Korean industrial standard KS F 4420 relative to the evaluation of design/fabrication/quality. Therefore, comparative analysis of the compressive elastic modulus, stiffness measurement method and performance evaluation method of KS F 4420 with those of Eurocode, Japanese bearing manual, and ISO code was performed, and measurement tests on the compressive stiffness and shear stiffness of common elastomeric bearings produced in Korea were conducted. The experimental results reveal that differences of about 20% and 13% occurred respectively for the compressive stiffness and shear stiffness according to the definition adopted for the stiffness. The measured values for the stiffness of the domestic elastomeric bearings were also verified to exhibit large deviation from the formula proposed by KS F 4420. Elastomeric bearings that does not have appropriate compressive stiffness required at the design can result in uneven deflection at supports of bridges and excessive stress in girders. Accordingly, the establishment of compressive elastic modulus formula and performance evaluation criteria fitted to the domestic circumstances through the execution of performance evaluation of bearings presenting diversified shapes and shape factors appears to be necessary for the domestic bearings to meet the performance required in design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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