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테이퍼 롤러 베어링 케이지의 불완전성이 통특성에 미치는 영향
The Effects of Geometrical Imperfections on the Dynamic Characteristics of a Tapered Roller Bearing Cage 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.4, 2019년, pp.464 - 469  

안태길 (호서대학교 기계공학부) ,  박장우 (아주네트웍스(주) 서비스본부)

초록
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테이퍼 롤러 베어링은 큰 부하 하중이 가해져도 안정적으로 차량을 지지할 수 있어서 승합차, 화물차, 열차 등에 핵심적인 구동 부품으로 광범위하게 사용된다. 테이퍼 롤러 베어링 부품 중에서 케이지는 롤러들 사이의 간격을 유지해 주며, 이를 통해서 마찰 방지 및 마모, 발열을 억제하고 윤활을 위한 공간을 제공해주는 등의 역할을 한다. 차량이 주행 중에 공진으로 인해 케이지가 심하게 변형되면 롤러가 원활한 구름 운동을 하지 못하거나, 케이지를 이탈하는 경우가 발생하게 된다. 따라서 베어링의 안정적인 내구성능을 확보하기 위해서는 케이지의 공진주파수를 파악하는 것이 매우 중요하다. 베어링 케이지는 구조적으로 동일한 형상이 반복되는 주기적 구조물로 볼 수 있는데, 이러한 구조물은 제작과정에서 설계 시 의도한 완벽한 기하학적 형상과는 어느 정도의 오차를 가진 형상으로 제작되게 된다. 본 연구에서는 이러한 케이지의 기하학적 불완전성이 동특성에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 그 결과 기하학적인 불완전성에 의하여 이상적인 케이지의 고유진동수 부근에서 고유진동수 분리가 발생하며, 그 간격은 기하학적 오차의 크기에 비례하고 모드의 차수가 증가할수록 그 간격도 넓어진다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tapered roller bearings are used widely in vans, trucks, and trains because they can support the vehicle in a stable manner even under a heavy load. The cage of a tapered roller bearing maintains the gap between the rollers, which prevents friction wear and suppresses heating. If the cage is severel...

주제어

#Dynamic Characteristics   #Geometrical Imperfections   #Periodic Structure   #Resonance   #Tapered Roller Bearing Cage  

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 케이지의 기하학적 불완전성이 케이지의 동특성에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 케이지는 HyperWorks 14를 이용하여 모델링 하였고, Abaqus 6.
  • 화물열차용 테이퍼 롤러 베어링 케이지에 대하여 제작 오차에 따른 기하학적 불완전성이 케이지의 동특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 유한요소 해석 프로그램을 이용하여 케이지의 고유진동수와 모드 형상을 관찰하였다.

가설 설정

  • 케이지의 제작과정에서 발생할 수 있는 기하학적 불완전성은 매우 다양하고 복합적으로 발생할 수 있으며, 그러한 경우들을 모두 예측해 보는 것은 거의 불가능에 가깝다. 본 연구에서는 우선적으로 단순하고 간단한 기하학적 오차가 전체 케이지의 동특성에 미치는 영향을 살펴보고자 오차 인자들을 Table 3 과 같이 가정하였다. 즉, 케이지의 창살들 중 하나의 두께가 다른 것들과 다른 경우, 창들 중 하나의 폭이 다른 것들과 다른 경우, 창들 중 하나의 높이가 다른 것들과 다른 경우이다(Fig.
  • 오차 인자들은 케이지 중앙에서의 측정값들이고, 각각의 경우에 대하여 기준값의 ±10 % 오차를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
케이지의 역할은? 테이퍼 롤러 베어링은 큰 부하 하중이 가해져도 안정적으로 차량을 지지할 수 있어서 승합차, 화물차, 열차 등에 핵심적인 구동 부품으로 광범위하게 사용된다. 테이퍼 롤러 베어링 부품 중에서 케이지는 롤러들 사이의 간격을 유지해 주며, 이를 통해서 마찰 방지 및 마모, 발열을 억제하고 윤활을 위한 공간을 제공해주는 등의 역할을 한다. 차량이 주행 중에 공진으로 인해 케이지가 심하게 변형되면 롤러가 원활한 구름 운동을 하지 못하거나, 케이지를 이탈하는 경우가 발생하게 된다.
케이지의 공진현상이 발생하는 원인은 무엇인가? 테이퍼 롤러 베어링의 주요 구성요소 중하나인 케이지는 롤러사이의 간격을 유지해 주며, 이를 통해 마찰 방지 및 마모, 발열의 억제 등의 역할을 하고 윤활제를 사용하여 윤활 시 윤활을 위한 공간을 제공해 주는 역할을 한다. 열차 운행 중 베어링에서 발생하는 가진 주파수와 케이지의 고유진동수가 만나 공진이 발생하면 케이지의 형태가 일그러져 전동체가 제대로 회전운동을 하지 못하거나, 전동체가 케이지를 이탈하여 자칫 화물 및 승객의 안전에 위협이 될 수 있는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 케이지에 대한 동특성 해석을 통해 차량의 운행 중에 이러한 공진현상이 발생하지 않도록 케이지를 설계하는 것이 매우 중요하다.
롤러가 케이지를 이탈하는 경우는? 테이퍼 롤러 베어링 부품 중에서 케이지는 롤러들 사이의 간격을 유지해 주며, 이를 통해서 마찰 방지 및 마모, 발열을 억제하고 윤활을 위한 공간을 제공해주는 등의 역할을 한다. 차량이 주행 중에 공진으로 인해 케이지가 심하게 변형되면 롤러가 원활한 구름 운동을 하지 못하거나, 케이지를 이탈하는 경우가 발생하게 된다. 따라서 베어링의 안정적인 내구성능을 확보하기 위해서는 케이지의 공진주파수를 파악하는 것이 매우 중요하다.
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  17. H. Yoo, J. Kim, D. Inman, "Vibration Localization of Simplified Mistuned Cyclic Structures undertaking External Harmonic Force", Journal of Sound and Vibration, 261(5), 859-870, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0022-460X(02)00997-5 

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