<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" dtd-version="3.0"><?xmltex \hack{\allowdisplaybreaks}?>
  <front>
    <journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher">MS</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Mechanical Sciences</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">MS</abbrev-journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Mech. Sci.</abbrev-journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2191-916X</issn>
<publisher><publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
<publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>

    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/ms-8-165-2017</article-id><title-group><article-title>Study on the dynamic performance of concrete mixer's mixing drum</article-title>
      </title-group><?xmltex \runningauthor{J.~Yang et al.}?><?xmltex \runningtitle{Study on the dynamic performance of concrete mixer's mixing drum}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Yang</surname><given-names>Jiapeng</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Zeng</surname><given-names>Hua</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Zhu</surname><given-names>Tongqing</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>An</surname><given-names>Qi</given-names></name>
          <email>anqi@ecust.edu.cn</email>
        </contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>School of Mechanical and Power Engineering, East China University of
Science and Technology, Shanghai, 200237, People's Republic of China</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Shanghai Electric Hydraulics &amp; Pneumatics Co., Ltd., Shanghai,
201100, People's Republic of China</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Qi An (anqi@ecust.edu.cn)</corresp></author-notes><pub-date><day>16</day><month>June</month><year>2017</year></pub-date>
      
      <volume>8</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>165</fpage><lpage>178</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>2</day><month>December</month><year>2016</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>11</day><month>March</month><year>2017</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>17</day><month>May</month><year>2017</year></date>
      </history>
      <permissions>
<license license-type="open-access">
<license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/</ext-link></license-p>
</license>
</permissions><self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017.html">This article is available from https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017.html</self-uri>
<self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017.pdf</self-uri>


      <abstract>
    <p>When working, the geometric distribution shape of concrete in concrete mixing
truck's rotary drum changes continuously, which cause a great difficulty for
studying the dynamic performance of the mixing drum. In this paper, the
mixing system of a certain type of concrete mixing truck is studied. A
mathematical formulation has been derived through the force analysis to
calculate the supporting force. The calculation method of the concrete
distribution shape in the rotary drum is developed. A new transfer matrix is
built with considering the concrete geometric distribution shape. The effects
of rotating speed, inclination angle and concrete liquid level on the
vibration performance of the mixing drum are studied with a specific example.
Results show that with the increase of rotating speed, the vibration
amplitude of the mixing drum decreases. The peak amplitude gradually moves to
the right with the inclination angle increasing. The amplitude value of the
peak's left side decreases when tilt angle increases, while the right side
increases. The maximum unbalanced response amplitude of the drum increases
with the decrease of concrete liquid level height, and the vibration peak
moves to the left.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <title>Introduction</title>
      <p>The rotary drum of Concrete mixing truck is a special hollow
rotor, the section geometry of which is complicated. The calculation of
supporting force for the drum is difficult due to the inclined installation
and the changing concrete state. With the rotation of the drum, the shape of
concrete will change, which lead to the complex vibration performance.</p>
      <p>At present, the research on the mechanical and vibration performance of
concrete mixing drum is still under development. Li et al. (2013) studied the
changing loads at both supporting points with different conditions including
uphill, downhill, uniformly driving, full load, no-load, emergency brake,
etc. The test method is used to verify whether the static mechanical
performance of the reducer meets the requirements of drum's application.
Y. D. Gao et al. (2013) analyzed the mechanical properties of the mixing
drum's front supporting by using software ANSYS. The effect of different
exciting forces on drum's natural frequency and vibration mode is studied in
detail. An improved scheme of the front supporting structure with good
performance is presented. Yan (2013) established the virtual simulation model
of the mixing truck by the ADAMS software, and investigated the working
principle of the mixing drum. The dynamic performance of the vehicle is
studied under three conditions of the linear braking, the curve driving and
the curve braking.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1" specific-use="star"><caption><p>Structure and mechanics analysis of the concrete mixer system.
1: gear reducer, 2: front bracket, 3: flange, 4: mixing drum, 5: subframe,
6: raceway, 7: rolling wheel 8: rear bracket.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=312.980315pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f01.pdf"/>

      </fig>

      <p>The rotary drum of concrete mixing truck is a kind of typical tilt rotor, the
dynamic characteristics of which is different from the rotors working in
horizontal state. Research on the dynamic properties of concrete mixer's
rotating drum is not enough in the world. The existing literatures on the
dynamic performance of the bearing rotor system are mainly aimed at
horizontally placed rotors. Matthew and Sergei (2015) and Shi et al. (2013)
studied the dynamic characteristics of horizontal and vertical rotor system
supported by journal bearing, and analyzed the effects of bearing elasticity
on the orbit of bearing center. Y. Gao et al. (2013) and Harsha (2005) made
some researches on rotor's vibration properties supported by rolling element
bearings with taking bearing structure, installation errors into
consideration. Liu et al. (2012) and Qian et al. (2011) built the dynamic
equations of the inclined rotor supported by journal bearing by the use of
finite element method, and the equations are solved by Newmark method
(Dukkipati et al., 2000). The influences of tilting angle with different
loads on the vibration performance of the system are analyzed in detail.
Misaligned contact occurs even for taper roller bearings because of different
contact conditions between rollers and inner and outer raceways as well as
with the retaining rib. Therefore, all rotors run with some degree of
misalignment (Rahnejat and Gohar, 1979). Kabus et al. (2014) dealt with the
same issue as Rahnejat and Gohar (1979), where numerical analysis of
non-Hertzian tilted rollers to races contacts are required for a misaligned
rotor-bearing system. Aleyaasin et al. (2000) and Tsai and Huang (2013) used
transfer matrix method to establish the dynamic model for rotor-bearing
system with multiple degrees of freedom. The critical speed, unbalanced
response and vibration mode are studied.</p>
      <p>It can be found through the analysis of literatures that although some
researches have studied bearing-rotor system, the studies on the dynamic
performance of concrete mixing truck's rotary drum are few. In this paper, a
type of concrete truck's mixing drum is taken as the research object. The
calculation method of supporting force is established on the base of
mechanics theory. The computational model of the concrete shape in the rotary
drum is implemented. A new transfer matrix is built to calculate the dynamic
performance. With a specific example, the dynamic response of the mixing drum
is studied numerically.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <title>Mechanics analysis of mixing drum</title>
      <p>The mixing system structure and force analysis of concrete mixing truck are
shown in Fig. 1. The mixing drum is connected to the gear reducer by flange,
and the gear reducer is installed on the front bracket. The right side of the
drum is supported by two rolling wheels that are mounted on the rear bracket.
The wheels are installed symmetrically. Each wheel is supported by a pair of
tapered roller bearings. The centers of the two wheels and the drum center
form an angle <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The whole rotating drum is inclined, and the angle
of the installation is <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula> which can be adjusted by a machine frame.</p>
      <p>The mixing drum is subjected to gravity <inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mi>G</mml:mi></mml:math></inline-formula>, centrifugal force <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and the supporting forces of the roller wheels and the bearing in gear
reducer. Different from the horizontal rotor, the gravity and centrifugal
force of the drum are not in the same plane when the drum rotates. As shown
in Fig. 1, the forces on the left are radial force <inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and axial
force <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The roller wheels do not bear the axial force, so the
gravity component of the internal drum and its concrete along the axial
direction is borne entirely by the bearing in gear reducer. And the force on
the right includes <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by roller wheels (<inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the
resultant force of <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p>
      <p>Before the mechanics analysis of the mixing drum, the following assumptions
are introduced: (a) the inner ring bearing and the flange are tight fitted
(it is true in actual installation), and relative sliding does not occur
between flange and inner ring. (b) Machining and installing error of bearing
housing are neglected. (c) There is no bearing clearance error, and
roller-raceway contact is in the range of elastic deformation and under
elastohydrodynamic conditions. (d) The rotating drum can be regarded as a
hollow shaft, and the shape of the section and the geometric size of the
cross section are not change when the elastic deformation occurs. (e) The
axial deformation and the geometric error of the drum are ignored.</p>
      <p>As Fig. 1 shows, according to the force balance condition, the force balance
equations of the mixing drum can be obtained:

              <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math id="M11" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arccos⁡</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <?xmltex \hack{\newline}?><inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arccos⁡</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.5em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the vertical
distance from gravity center to <inline-formula><mml:math id="M16" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis. By solving Eq. (1), we can
get the supporting forces <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M22" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>Since the concrete in the drum is a kind of slurry fluid, the distribution
shape of the concrete changes with the rotation of the rotating drum. The
shape of the concrete on a cross section should be as that shown in Fig. 2.
Rotating speed can not be too high, otherwise, the concrete will form a ring
distribution in the rotary drum, and can not form an effective mixing.
However, the speed can not be too low, otherwise, most concrete will always
be in a horizontal state and this can not achieve the mixing effect.
Therefore, the speed should fall in a reasonable range.</p>
      <p>Taking one particle concrete element as the object, the motion analysis is
shown in Fig. 3. In the mixing process, the motion state of the concrete can
be divided into two parts. One part of the concrete makes no movement in a
circular area, the radius of which is <inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Another part of the concrete
undergoes a circular motion from point A to point B, and then from point B
along BC moving to C due to the effect of gravity, centrifugal force and
friction force. And then repeat this process all the time (Li, 2013).</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><caption><p>Shape of a concrete cross section at a certain time (<inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=150.799606pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f02.pdf"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3"><caption><p>Schematic diagram of circumferential motion in concrete mixing
process.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=170.716535pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f03.pdf"/>

      </fig>

      <p>The equation of dynamic mass center in the mixing process is deduced by
literature (Li, 2013):</p>
      <p>When <inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the concrete moves in a
circle, the dynamic mass center is:

              <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><mml:math id="M29" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        When <inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the
concrete makes an oblique projectile motion, the dynamic mass center is:

              <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><mml:math id="M31" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{7}{7}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo mathsize="1.1em">[</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.5</mml:mn><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">max</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> is area of the
particle concrete element. According to the Eqs. (2) and (3), the shape of
concrete at any time any cross section can be obtained. On this basis, the
mass center of each cross section can be calculated, and the eccentricities
<inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be confirmed. Finally, the centrifugal force
<inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at different time will be obtained.</p>
      <p>Based on the above theory, the distribution law of concrete in the mixing
drum can be calculated numerically. Figure 4 shows the three dimensional
distribution shape of concrete, where the inclination angle is <inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and rotating speed is <inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
8 <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, 15 <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. It can be found by comparing
Fig. 4a, b, c that, for the same tilt angle, the concrete shapes are
different under different rotating speeds. It can be seen from Fig. 4d that
with the increase of the rotating speed, the highest level of concrete is
increasing, the lowest liquid level is gradually reduced.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4" specific-use="star"><caption><p>Shapes of the concrete with different speeds. <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d)</bold> Concrete section shape
(<inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4647</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>).</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=327.206693pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f04.png"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F5" specific-use="star"><caption><p>Shapes of the concrete with different tilt angles.
<bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3074</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4647</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=284.527559pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f05.pdf"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6" specific-use="star"><caption><p>Shapes of the concrete with different concrete levels.
<bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3074</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M63" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">4647</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=284.527559pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f06.pdf"/>

      </fig>

      <p>Figure 5 shows the influences of inclined angle on the concrete surface shape
when <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, 12<inline-formula><mml:math id="M67" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, 14<inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, 16<inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M70" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When the speed is fixed, with the increase of the
tilt angle, the concrete liquid level is gradually increasing, but the
maximum value of liquid level is almost unchanged. Different cross sections
have different concrete shapes. The closer to the <inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis origin, the higher
the concrete liquid level, and the more area of concrete is not moving with
the mixing drum.</p>
      <p>Figure 6a and b show the effect of the height of static concrete liquid level
on concrete distribution shape when <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M75" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M76" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>0.10 <inline-formula><mml:math id="M80" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>0.15 <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mo>-</mml:mo></mml:math></inline-formula>0.20 <inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula> (at full load, the static height of
the liquid level is as the benchmark 0 <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>, lower than this is a
negative value). It can be seen that with the decrease of static concrete
liquid level height, the concrete surface level decreases at each cross
section, however the maximum value of surface level is almost unchanged.
Different cross sections have different concrete shapes. The position nearer
to the <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis origin will has smaller concrete liquid level value.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <title>Vibration model of mixing drum</title>
      <p>According to previous research, it can be known that the distribution shape
of concrete in the drum is continuously changing when working, which will
affect the vibration performance of the drum. This paper used transfer
matrix method to analyze the dynamic performance of the mixing drum with
considering the concrete shape changing.</p>
      <p>The concrete mixing drum is lumped in a new system shown in Fig. 7. The
system is a multiple degrees of freedom system consisting of <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula> rigid
lumped-mass discs and <inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> mass-less elastic shaft segment. The supporting
at both ends of the drum are simplified as spring-damping system.
<inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the centrifugal force caused by the concrete. Through
the mechanical analysis of the disc and shaft segment, the transfer matrix of
each node is established at both ends of the state vector. The equations
consisted of transfer matrix can be solved by using the boundary conditions
of the system, and the natural frequencies and the vibration modes of the
system will be obtained.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F7"><caption><p>Lumped mass model of the concrete mixer rotating drum.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f07.pdf"/>

      </fig>

      <p>Figure 8 is the dynamics analysis of shaft segment. The state vectors of both
sides of the shaft segment can be expressed as

              <disp-formula id="Ch1.Ex1"><mml:math id="M90" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M92" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M93" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote the transverse displacement,
rotation angle, bending moment and shearing force on both sections. According
to the mechanics theory (shearing deformation and higher modal responses are
neglected here). A more representative approach has been stated in reference
Matsubara et al. (1988), we have:

              <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><mml:math id="M95" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∫</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mo>(</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext><mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Equation (4) can be written in matrix form:

              <disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><mml:math id="M96" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>l</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mtext>EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn><mml:mtext>EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mtext>EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mtext>EI</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>l</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Reduce it to a simplified form:

              <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><mml:math id="M97" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where EI is the bending stiffness of the shaft segment. <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the length of
the shaft segment. The subscript <inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates the shaft segment number. The
superscript L and R represent the left-hand and right-hand respectively.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F8"><caption><p>Mechanics analysis of shaft segment.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=170.716535pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f08.pdf"/>

      </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F9"><caption><p>Mechanics analysis of tilt disk with concrete loading.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=170.716535pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f09.pdf"/>

      </fig>

      <p>Figure 9 is the schematic diagram of mechanics analysis of tilt disk with
concrete loading. On the basis of the force analysis, the relationship
between the two sides of the cross section can be written as:

              <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><mml:math id="M100" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.3}{8.3}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the torque induced by the concrete, <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
the centrifugal force induced in mixing process. <inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the diameter and polar moment of inertia of the disc
respectively. <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the inner diameter of the tilt
disk. <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the outer diameter of the tilt disk.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F10"><caption><p>Mechanics analysis of tilt disk at supporting point.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=184.942913pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f10.pdf"/>

      </fig>

      <p><?xmltex \hack{\newpage}?>Figure 10 shows the mechanics analysis of tilt disk at supporting point. The
relationship between the two sides of the cross section can be expressed by
matrix:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M109" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E8"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M111" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the diameter and polar moment of inertia of
the disc respectively. <inline-formula><mml:math id="M112" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the angular velocity, <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the
mass of the disk. <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the stiffness and damping at the supporting
point.</p>
      <p>Equations (7) and (8) can be simplified expression as:</p>
      <p>As for the left supporting point, the transfer matrix between the two ends
of the state vector can be calculated by using the Eq. (8) with <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.

              <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><mml:math id="M118" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Through the Eqs. (6), (9a), the cross section state vector of the system can be
expressed as:

              <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><mml:math id="M119" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mfenced close="" open="{"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Though the recursive relation of Eq. (10), we can establish the relation
between <inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M121" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Z</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>:

              <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><mml:math id="M122" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">11</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">21</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">24</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">32</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">33</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">34</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">41</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">42</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">43</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">44</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Bring the boundary conditions <inline-formula><mml:math id="M123" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into transfer matrix (11), we
can get:

              <disp-formula id="Ch1.E12" content-type="numbered"><mml:math id="M127" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>M</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">R</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">31</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">32</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">41</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">42</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:msubsup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>y</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">L</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="matrix" columnalign="center" framespacing="0em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        By solving Eq. (12), the unbalanced response of the mixing drum can be
obtained.</p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <title>Stiffness and damping</title>
<sec id="Ch1.S4.SS1">
  <title>Stiffness and damping at left supporting point</title>
      <p>The stiffness and damping at left supporting point is composed of the
stiffness and damping of the gear reducer's main bearing and the front
bracket. The stiffness and damping model is shown in Fig. 11. The mass of the
bearing and the damping of the front bracket are very small, and can be
neglected. Thus, the spherical roller bearing (SRB) in the gear reducer is
equivalent to a spring-damping system, and the front bracket is equivalent to
a spring-mass system. Both simplified models are in series. According to the
series-parallel calculation formula of stiffness and damping, the total
stiffness and damping can be expressed as (Wen et al. 1999):

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M128" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E13"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">left</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E14"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">left</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M130" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the stiffness and damping of
SRB, <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the vertical stiffness and mass
of front bracket.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F11"><caption><p>Stiffness and damping model at left supporting point.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=99.584646pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f11.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F12"><caption><p>Mechanics analysis of spherical roller bearing.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f12.pdf"/>

        </fig>

      <p>The stiffness and damping calculation method of double row spherical roller
bearing (as shown in Fig. 12) has not been studied in detail at present.
However, based on the definition of stiffness, the contact stiffness of the
<inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>th roller-raceway in the first and second row of the bearing is (Houpert,
2001):

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M134" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sz</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E15"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.8752</mml:mn><mml:msup><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.0590</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.0590</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.2743</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.2743</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sz</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E16"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.8752</mml:mn><mml:msup><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.0590</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.0590</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.2743</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.2743</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E17"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ii</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">IIi</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Io</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">IIo</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are normal loads acting on the two rows of
rollers, and can be obtained according to the method of literature (Ma et
al., 2016). <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is the equivalent elastic modulus.
<inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the equivalent radius of the contact point along rolling direction
of the roller. <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the equivalent radius of the contact point
perpendicular to the rolling direction of the roller. The principal radii of
spherical roller of contact in <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> planes are <inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">I</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>D</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">II</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>R</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The principal radii of the
inner race of contact in <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> planes are <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Ii</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M148" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">IIi</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
The principal radii of the outer race of contact in <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> planes are
<inline-formula><mml:math id="M151" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">Io</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">IIo</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the roller diameter. <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mi>R</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the roller
contour radius. <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the inner contour radius. <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
the outer contour radius. <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the contact angle. <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the pitch circle
diameter.</p>
      <p>The oil film stiffness of the first and second column of roller <inline-formula><mml:math id="M160" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is (Yang
et al., 2016):

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M161" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E18"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">oil</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.073</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.073</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E19"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">oil</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.073</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.073</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.63</mml:mn><mml:msup><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.117</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0.49</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn></mml:msup><mml:mfenced open="[" close=""><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.466</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E20"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mfenced open="." close=""><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.466</mml:mn></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            The comprehensive radial stiffness of SRB is:

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M162" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced open="(" close=""><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sz</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">oil</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E21"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mfenced open="." close=")"><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">sz</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">oil</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is the pressure-viscosity coefficient of
the lubricant. <inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is the dynamic viscosity of lubricant
under the pressure 0.1 <inline-formula><mml:math id="M167" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) is
the average speed of rolling bearings. <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the base of natural logarithms
(<inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.71828</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). <inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the ellipticity ratio. <inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the azimuth of the rollers.<inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
are the actual contact angles of roller-raceway contact. <inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the number of
single row rollers for SRB. Subscript i and o denote the inner and outer
rings of the bearing.</p>
      <p>According to the definition of damping <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mo movablelimits="false">lim⁡</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>→</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the damping in the first row of the bearing's
roller <inline-formula><mml:math id="M179" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> between inner raceway and outer raceway can be obtained (Yang et
al., 2016; Hamrock and Dowson, 1981):

                <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><mml:math id="M180" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9}{9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.16</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.831</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.1095</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1755</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0.735</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0.02</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1.02</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.16</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.831</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.1095</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1755</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0.735</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">0.02</mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1.02</mml:mn></mml:msubsup><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.68</mml:mn><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">1.5</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          According to damping series relation of bearing, the comprehensive damping
in first row of the bearing at roller <inline-formula><mml:math id="M181" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is:

                <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><mml:math id="M182" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          Also, the comprehensive damping in the second row of the bearing at
roller <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula> is:

                <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><mml:math id="M184" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">_</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">o</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

          The comprehensive damping of SRB is:

                <disp-formula id="Ch1.E25" content-type="numbered"><mml:math id="M185" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">∑</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS2">
  <title>Stiffness and damping at right supporting point</title>
      <p>The stiffness and damping at right supporting point consists of the
stiffness and damping of the wheel-drum, bearing in the wheel and the rear
bracket. Fig.13 is the stiffness and damping model of a single rolling
wheel. According to the series-parallel calculation formula of stiffness and
damping, the total stiffness and damping can be expressed as (Wen, et al.,
1999):

                <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M186" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="Ch1.E26"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">right</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">bw</mml:mi></mml:msub><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">bw</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="Ch1.E27"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">rightt</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mfenced><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

            where <?xmltex \hack{\\}?><inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">bw</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.5em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mo mathsize="1.5em">]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">21</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
and <inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the stiffness and damping of the
bearings in first roller wheel and the second roller wheel. Literature (Li et
al., 2016) gives the calculation method of radial stiffness <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> between roller wheel and rotary drum. Literature (Wu, 2011)
lists the parameters <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M195" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F13"><caption><p>Stiffness and damping model of a single rolling wheel.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=128.037402pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f13.pdf"/>

        </fig>

<?xmltex \floatpos{t}?><table-wrap id="Ch1.T1"><caption><p>Structural parameters of concrete mixer rotating drum.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="2">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">  
         <oasis:entry colname="col1">Parameters</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">Value</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Length of front cone <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M197" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1550</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Length of cylindrical section <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1400</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Length of middle cone <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1050</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Length of posterior cone <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">2200</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Length from wheel to bottom <inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">890</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Total length of the drum <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">6490</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of drum head <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1933</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of cylindrical drum <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M211" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">2480</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of middle drum <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">2110</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of raceway <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1642</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of posterior drum <inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">1132</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Diameter of drum entrance <inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">560</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

<?xmltex \floatpos{t}?><table-wrap id="Ch1.T2"><caption><p>Main parameters of the reducer bearing.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="2">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">  
         <oasis:entry colname="col1">Parameters</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">Value</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Inner contour radius (<inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">98.85</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Outer contour radius (<inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">98.85</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Roller diameter (<inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">24</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Roller contour radius (<inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">97.71</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Number of single row roller</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">19</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Bearing inside diameter (<inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">120</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Bearing outside diameter (<inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">215</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Bearing width (<inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">80</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Radial clearance (<inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.083</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Nominal contact angle (<inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">10</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Elastic modulus (<inline-formula><mml:math id="M229" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M230" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.06</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">11</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Poisson's ratio</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.3</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Dynamic viscosity of lubricant (<inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">0.1362</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">Pressure-viscosity coefficient (<inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2.03</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F14" specific-use="star"><caption><p>Calculation flow chart.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=312.980315pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f14.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F15" specific-use="star"><caption><p>Residual volume <inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> curve. <bold>(a)</bold> Residual
volume curve <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>-<inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> Local enlarged drawing
of <bold>(a)</bold>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=312.980315pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f15.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F16" specific-use="star"><caption><p>Vibration amplitude of the concrete mixing drum.
<bold>(a)</bold> Vibration mode. <bold>(b)</bold> Response curve.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f16.pdf"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F17"><caption><p>Effect of rotation speed on drum's vibration amplitude.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f17.pdf"/>

        </fig>

</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S5">
  <title>Specific example analysis</title>
      <p>The dynamic performance of a concrete mixing truck's mixing drum produced by
a company is studied in this paper. The structure of the mixing drum is shown
in Fig. 1, and the parameters of the drum are listed in Table 1. The main
parameters of the gear reducer's main bearing are shown in Table 2. The type
of the tapered roller bearing supporting the roller wheel is 32311.</p>
      <p>By using the calculation model established in this paper, a series of curves
are obtained by Matlab programming. Figure 14 is the calculation flow chart
of the programming.</p>
      <p>Figure 15a is the residual volume curve when calculating the critical speed
of the mixing drum. Figure 15b is local enlarged drawing of Fig. 15a. The
critical speed of the drum is at the intersection point of the curve and
<inline-formula><mml:math id="M237" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. It can be seen from Fig. 15b, first-order critical speed of the drum
is 390 <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the actual working process, the rotating speed
of the mixing drum can not reach the critical speed. Therefore, this paper
only study the dynamic performance of the drum within <inline-formula><mml:math id="M239" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p>Figure 16a and b show vibration curve of the mixing drum with
<inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">16</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. As shown in
Fig. 16b, the response curve distributes asymmetrically. The vibration
amplitude first increases to the maximum value and then gradually decrease
(<inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">5.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>). The vibration amplitude of the drum is almost not
changed at the right side of the roller wheel supporting point. This
vibration mode is related to the distribution of the concrete in the drum.</p>
      <p>Figure 17 depicts the influences of rotating speed on the dynamic properties
of the mixing drum when <inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The
vibration amplitude of the mixing drum decreases with the increase of the
rotating speed. This is due to the wider distribution of the concrete along
the rotating direction and the more obviously symmetrical distribution of
concrete which result in the great decrease of concrete's eccentricity.
Although the rotating speed increases, the exciting force becomes smaller due
to the great decrease of concrete's eccentricity.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F18"><caption><p>Effect of the drum's tilt angle on vibration amplitude.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f18.pdf"/>

      </fig>

      <p>Figure 18 shows the effects of drum's inclination angle on the vibration
properties when <inline-formula><mml:math id="M253" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The peak amplitude
gradually moves to the right with the inclination angle increasing. The
vibration amplitude value of the peak's left side decreases when tilt angle
increases, while the right side increases. The peak amplitude is almost
unchanged and gradually moves to the right with the inclination angle
increasing, which is caused by the right movement along the axial direction
of the maximum eccentric position of the concrete in the mixing drum with the
increase of the inclination angle.</p>
      <p>Figure 19 presents the influences of concrete's liquid level height when
<inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The maximum unbalanced
response amplitude of the drum increases with the decrease of concrete liquid
level height <inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which is because that when <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>decreases, the eccentric
distance of the concrete in the mixing drum is gradually increased which
result in the increase of concrete's maximum centrifugal force. It can also
be seen that the vibration peak amplitude gradually moves to the left with
the decrease of <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F19"><caption><p>Effect of concrete level on the rotary drum's vibration amplitude.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f19.pdf"/>

      </fig>

<?xmltex \hack{\newpage}?>
</sec>
<sec id="Ch1.S6" sec-type="conclusions">
  <title>Conclusions</title>
      <p>A mathematical formulation has been derived through the force
analysis for calculating the supporting force. The calculation method of the
concrete distribution shape in the rotary drum is developed based on some
others' previous studies. The effects of rotating speed, tilting angle and
concrete liquid level on concrete shape are analyzed. A new transfer matrix
is built with considering the concrete geometric distribution shape. The
stiffness and damping calculation models of spherical roller bearings and
rolling wheels are established. On the basis of these analysis, a method for
calculating the dynamic performance of the mixing drum is established.</p>
      <p>The effects of rotating speed, inclination angle and concrete liquid level on
the vibration performance of the mixing drum are studied with a specific
example. Speed-amplitude curves, inclination angle-amplitude curves and
concrete liquid level height-amplitude curves are obtained. It is found that
the vibration mode curves of the drum distribute asymmetrically. And with the
increase of rotating speed, the vibration amplitude of the mixing drum
decreases, the peak amplitude gradually moves to the right with the
inclination angle increasing, the amplitude value of the peak's left side
decreases when tilt angle increases, while the right side increases. The
maximum unbalanced response amplitude of the drum increases with the decrease
of concrete liquid level height, and the vibration peak moves to the left.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="dataavailability">

      <p>All the data used in this manuscript can be obtained by
requesting from the corresponding author.</p>
  </notes><?xmltex \hack{\clearpage}?><app-group>

<app id="App1.Ch1.S1">
  <title>Notations</title>
<table-wrap id="Taba" position="anchor"><oasis:table><?xmltex \begin{scaleboxenv}{.9}[.9]?><oasis:tgroup cols="2">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M263" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">distance between mass center and left supporting (<inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">damping (<inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Ns</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M267" display="inline"><mml:mi>e</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">eccentricity (<inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mi>E</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">Young modulus (<inline-formula><mml:math id="M270" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">equivalent Young's modulus (<inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">M</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">axial force (<inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">centrifugal force (<inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">radial force (<inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">roller wheel supporting force (<inline-formula><mml:math id="M280" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mi>G</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">gravity (<inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">diameter moment of inertia of the disc</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">polar moment of inertia of the disc</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M285" display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">ratio of equivalent radii of roller-raceway contact</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mi>K</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">stiffness (<inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">drum length (<inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">disc mass (<inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">kg</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">bending moment (<inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">additional bending moment by gravity (<inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">rotating speed (<inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">min</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">shearing force (<inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">equivalent radius of roller-inner raceway</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>  
         <oasis:entry colname="col2">contact in rolling direction (mm)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M301" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">equivalent radius of roller-inner raceway contact</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>  
         <oasis:entry colname="col2">perpendicular to the rolling direction (<inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M303" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ν</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">average speed of bearing (<inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M305" display="inline"><mml:mi>Z</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">roller's number in each row of SRB</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">pressure-viscosity coefficient of lubricant (<inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">inclination angle (<inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M310" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">angle between roller wheel center</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"/>  
         <oasis:entry colname="col2">and drum center (<inline-formula><mml:math id="M311" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M312" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">normal elastic deformation of roller-raceway contact (<inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">mm</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M314" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">η</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">dynamic viscosity of lubricant (<inline-formula><mml:math id="M315" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Pa</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">rotation angle of the section (<inline-formula><mml:math id="M317" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">rad</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M318" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">φ</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">azimuth angle of roller (<inline-formula><mml:math id="M319" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">rad</mml:mi></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">angular velocity (<inline-formula><mml:math id="M321" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">rads</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry namest="col1" nameend="col2"><italic>Superscript</italic></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">L</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">left-hand</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">R</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">right-hand</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry namest="col1" nameend="col2"><italic>Subscript</italic></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">a</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">axial direction</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">i</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">inner raceway</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">serial number of lumped disc</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">1<inline-formula><mml:math id="M323" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">serial number of roller in first row of SRB</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">2<inline-formula><mml:math id="M324" display="inline"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">serial number of roller in second row of SRB</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">left</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">left supporting point</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">o</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">outer raceway</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">r</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">radial direction</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1">right</oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">right supporting point</oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">along the coordinate direction<inline-formula><mml:math id="M326" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M327" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">along the coordinate direction <inline-formula><mml:math id="M328" display="inline"><mml:mi>y</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>  
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M329" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>  
         <oasis:entry colname="col2">along the coordinate direction <inline-formula><mml:math id="M330" display="inline"><mml:mi>z</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup><?xmltex \end{scaleboxenv}?></oasis:table></table-wrap>
        <?xmltex \hack{\newpage}?>
</app>

<app id="App1.Ch1.S2">
  <title>Force analysis of the mixing drum</title>
      <p>The force analysis of the mixing is shown in Figs. 1 and B1.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="App1.Ch1.F1"><caption><p>Force analysis of the mixing drum.</p></caption>
        <?xmltex \igopts{width=184.942913pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/8/165/2017/ms-8-165-2017-f20.pdf"/>

      </fig>

      <p>According to the force balance principle, the forces of the mixing drum in
radial direction are balanced:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E1" content-type="numbered"><mml:math id="M331" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        <inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the resultant force of <inline-formula><mml:math id="M333" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M334" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the value of which is:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E2" content-type="numbered"><mml:math id="M335" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        where <inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a component of <inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:mi>G</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and it's direction is perpendicular to
the axis:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E3" content-type="numbered"><mml:math id="M338" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Combine Eqs. (A1), (A2) and (A3) into an equation, we can get:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E4" content-type="numbered"><mml:math id="M339" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.2}{8.2}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The forces of the mixing drum in axial direction are balanced:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E5" content-type="numbered"><mml:math id="M340" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        According to the moment balance principle, the moment at the mass center is
balanced:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E6" content-type="numbered"><mml:math id="M341" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        <inline-formula><mml:math id="M342" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M343" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have the opposite direction, and
<inline-formula><mml:math id="M344" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the resultant force of <inline-formula><mml:math id="M345" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M346" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which means:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E7" content-type="numbered"><mml:math id="M347" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
      <p><?xmltex \hack{\newpage}?>Equation (A4) can be written as:

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M348" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E8"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E9"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          where <inline-formula><mml:math id="M349" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the angle between <inline-formula><mml:math id="M350" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the angle between <inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis as shown in
Fig. 19.

              <disp-formula specific-use="align" content-type="numbered"><mml:math id="M355" display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E10"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arccos⁡</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr><mml:mlabeledtr id="App1.Ch1.E11"><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{8.5}{8.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arccos⁡</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mlabeledtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>

          Combine Eqs. (A4), (A5), (A6), (A8), (A9) into a set of equations, and let the
right side of the equations equal 0, we can get:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E12" content-type="numbered"><mml:math id="M356" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:mfenced open="{" close=""><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{7.6}{7.6}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo mathsize="1.1em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>G</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:msup><mml:mo mathsize="1.1em">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9}{9}\selectfont$\displaystyle}?><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">w</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p><?xmltex \hack{\newpage}?>
</app>

<app id="App1.Ch1.S3">
  <title>Stiffness and damping model at left supporting point</title>
      <p>As shown in Fig. 11, <inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the vertical
stiffness and mass of front bracket. <inline-formula><mml:math id="M359" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are
the radial stiffness and damping of the spherical roller bearing.</p>
      <p>When considering the mass <inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the composite stiffness of the
front bracket is (Wen et al., 1999):

              <disp-formula id="App1.Ch1.E13" content-type="numbered"><mml:math id="M362" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle class="stylechange" displaystyle="true"/><mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The vertical stiffness <inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>should be changed into
<inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow class="chem"><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the direction of which is perpendicular to the
mixing drum's axial direction:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E14" content-type="numbered"><mml:math id="M365" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        The composite stiffness <inline-formula><mml:math id="M366" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the front bracket and
the radial stiffness <inline-formula><mml:math id="M367" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the bearing are in series:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E15" content-type="numbered"><mml:math id="M368" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">left</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">c</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>

        Bring Eqs. (A13) and (A14) into Eq. (A15), we can get:

              <disp-formula id="App1.Ch1.E16" content-type="numbered"><mml:math id="M369" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true" class="stylechange"/><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi mathvariant="normal">left</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mfenced><mml:mo>/</mml:mo><mml:msup><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p><?xmltex \hack{\clearpage}?>
</app>
  </app-group><notes notes-type="competinginterests">

      <p>The authors declare that they have no conflict of
interest.</p>
  </notes><ack><title>Acknowledgements</title><p>The authors would like to thank Shanghai Electric Hydraulics &amp; Pneumatics
Co., Ltd. for their research cooperation and suggestions. The authors are
sincerely grateful to honorable reviewers for their valuable review
comments, which substantially improved the article.<?xmltex \hack{\newline}?><?xmltex \hack{\newline}?>
Edited by: Lotfi Romdhane  <?xmltex \hack{\newline}?>
Reviewed by: four anonymous referees</p></ack><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bib1"><label>1</label><mixed-citation>
Aleyaasin, M., Ebrahimi, M., and Whalley, R.: Vibration analysis of
distributed-lumped rotor systems. Comput. Method. Appl. M., 189, 545–558,
2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib2"><label>2</label><mixed-citation>
Dukkipati, R. V., Rao, M. A., and Bhat, R.,: Computer aided analysis and
design of machine elements, New Age International, New Delhi, India,
128–131, 2000.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib3"><label>3</label><mixed-citation>
Gao, Y., Li, Z. M., Wang, J. W., Li, X. L., and An, Q. : Influences of
bearing housing deflection on vibration performance of cylinder roller
bearing-rotor system, P. I. Mech. Eng. K-J. Mul., 227, 106–114, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib4"><label>4</label><mixed-citation>
Gao, Y. D., Ma, Y. Z., and Kong, X. G.: Analysis and Optimization on the
Front Supporter of Concrete Mixer Truck, Appl. Mech. Mater., 385–386,
288–291, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib5"><label>5</label><mixed-citation>
Hamrock, B. J. and Dowson, D.: Ball bearing lubrication, Wiley Publications,
New York, USA, 68–69, 1981.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib6"><label>6</label><mixed-citation>
Harsha, S. P.: Non-linear dynamic response of a balanced rotor supported on
rolling element bearings, Mech. Syst. Signal Pr., 19, 551–578, 2005.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib7"><label>7</label><mixed-citation>
Houpert, L.: An Engineering Approach to Hertzian Contact Elasticity –
Part I, J. Tribol.-T. ASME, 123, 582–588, 2001.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib8"><label>8</label><mixed-citation>
Kabus, S., Hansen, M. R., and Mouritsen, O. Ø.: A new quasi-static
multi-degree of freedom tapered roller bearing model to accurately consider
non-Hertzian contact pressures in time-domain simulations, P. I. Mech. Eng.
K-J. Mul., 228, 111–125, 2014.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib9"><label>9</label><mixed-citation>
Li, B. Q.: Rollover prevention technology research of concrete mixer truck
based on transport conditions, M.S. thesis, Chongqing Jiaotong University,
China, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib10"><label>10</label><mixed-citation>Li, L. X., Jiang, Y. Y., Li, Z. M., Zhan, Y. B., and An, Q.: Study on the
vibration characteristics of a roller-supporting horizontal centrifugal
casting machine, P. I. Mech. Eng. K-J. Mul., 230, 99–109, 2016.
 </mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bib11"><label>11</label><mixed-citation>
Li, R. M., Zhang Y. C., Yu, Y. X., Li. Y., and He, Y. Y.: Research and
application of load of concrete mixer truck special reducer, Journal of
Mechanical Transmission, 37, 27–31, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib12"><label>12</label><mixed-citation>
Liu, Z. S., Qian, D. S., Sun, L. Q., and Wang, Y. L.: Stability analyses of
inclined rotor bearing system based on non-linear oil film force models,
Proc. I. Mech. Eng. C-J. Mec., 226, 439–453, 2012.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib13"><label>13</label><mixed-citation>
Ma, F. B., Li, Z. M., Wu, B. J., and An, Q.: An accurate calculation method
for heat generation rate in grease-lubricated spherical roller bearing, P. I.
Mech. Eng. J-J. Eng., 230, 472–480, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib14"><label>14</label><mixed-citation>
Matsubara, M., Rahnejat, H., and Gohar, R.: Computational modeling of
precision spindles supported by ball bearings, Int. J. Mach. Tool. Manu., 28,
429–442, 1988.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib15"><label>15</label><mixed-citation>
Matthew, C. and Sergei, G.: Nonlinear dynamic behaviour of vertical and
horizontal rotors in compliant liner tilting pad journal bearings: Some
design considerations, Tribol. Int., 82, 142–152, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib16"><label>16</label><mixed-citation>Qian, D., Liu, Z., Yan, J., Sun, L., and Wang, Y.: Numerical and Experimental
Research on Periodic Solution Stability of Inclined Rotor Journal Bearing
System, in: ASME 2011 Turbo Expo: Turbine Technical Conference and
Exposition, Vancouver, British Columbia, Canada, 6–10 June 2011, Volume 6:
Structures and Dynamics, Parts A and B, GT2011-45632, 321–330,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/GT2011-45632" ext-link-type="DOI">10.1115/GT2011-45632</ext-link>, 2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib17"><label>17</label><mixed-citation>
Rahnejat, H. and Gohar, R.: Design of profiled taper roller bearings, Tribol.
Int., 12, 269–275, 1979.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib18"><label>18</label><mixed-citation>
Shi, M. L., Wang, D. Z., and Zhang, J. G.: Nonlinear dynamic analysis of a
vertical rotor-bearing system, J. Mech. Sci. Technol., 27, 9–19, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib19"><label>19</label><mixed-citation>
Tsai, C. Y. and Huang, S. C.: Transfer matrix method to vibration analysis of
rotors with coupler offsets, Shock Vib., 20, 97–108, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib20"><label>20</label><mixed-citation>
Wen, B. C., Gu, J. L., Xia, S. B., and Wang, Z.: Advanced rotor dynamics:
theory, technology and applications, China Machine Press, Beijing, China,
3–5, 1999.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib21"><label>21</label><mixed-citation>
Wu, X. J.: Study on ride comfort modeling and analysis of concrete mixer
truck, PhD thesis, Huazhong University of Science and Technology, China,
2011.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib22"><label>22</label><mixed-citation>
Yan, W.: Simulation research of mixer truck at unsteady operating conditions,
M.S. thesis, Chongqing Jiaotong University, China, 2013.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib23"><label>23</label><mixed-citation>Yang, J. P., Zeng, H., Zhu, T. Q., and An, Q.: Study on the dynamic
performance of tilt rotor supported by spherical roller bearing, P. I. Mech.
Eng. K-J. Mul., 231, 156–166, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1177/1464419316655956" ext-link-type="DOI">10.1177/1464419316655956</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>

  </ref-list><app-group content-type="float"><app><title/>

    </app></app-group></back>
    <!--<article-title-html>Study on the dynamic performance of concrete mixer's mixing drum</article-title-html>
<abstract-html><p class="p">When working, the geometric distribution shape of concrete in concrete mixing
truck's rotary drum changes continuously, which cause a great difficulty for
studying the dynamic performance of the mixing drum. In this paper, the
mixing system of a certain type of concrete mixing truck is studied. A
mathematical formulation has been derived through the force analysis to
calculate the supporting force. The calculation method of the concrete
distribution shape in the rotary drum is developed. A new transfer matrix is
built with considering the concrete geometric distribution shape. The effects
of rotating speed, inclination angle and concrete liquid level on the
vibration performance of the mixing drum are studied with a specific example.
Results show that with the increase of rotating speed, the vibration
amplitude of the mixing drum decreases. The peak amplitude gradually moves to
the right with the inclination angle increasing. The amplitude value of the
peak's left side decreases when tilt angle increases, while the right side
increases. The maximum unbalanced response amplitude of the drum increases
with the decrease of concrete liquid level height, and the vibration peak
moves to the left.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>1</label><mixed-citation>
Aleyaasin, M., Ebrahimi, M., and Whalley, R.: Vibration analysis of
distributed-lumped rotor systems. Comput. Method. Appl. M., 189, 545–558,
2000.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>2</label><mixed-citation>
Dukkipati, R. V., Rao, M. A., and Bhat, R.,: Computer aided analysis and
design of machine elements, New Age International, New Delhi, India,
128–131, 2000.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>3</label><mixed-citation>
Gao, Y., Li, Z. M., Wang, J. W., Li, X. L., and An, Q. : Influences of
bearing housing deflection on vibration performance of cylinder roller
bearing-rotor system, P. I. Mech. Eng. K-J. Mul., 227, 106–114, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>4</label><mixed-citation>
Gao, Y. D., Ma, Y. Z., and Kong, X. G.: Analysis and Optimization on the
Front Supporter of Concrete Mixer Truck, Appl. Mech. Mater., 385–386,
288–291, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>5</label><mixed-citation>
Hamrock, B. J. and Dowson, D.: Ball bearing lubrication, Wiley Publications,
New York, USA, 68–69, 1981.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>6</label><mixed-citation>
Harsha, S. P.: Non-linear dynamic response of a balanced rotor supported on
rolling element bearings, Mech. Syst. Signal Pr., 19, 551–578, 2005.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>7</label><mixed-citation>
Houpert, L.: An Engineering Approach to Hertzian Contact Elasticity –
Part I, J. Tribol.-T. ASME, 123, 582–588, 2001.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>8</label><mixed-citation>
Kabus, S., Hansen, M. R., and Mouritsen, O. Ø.: A new quasi-static
multi-degree of freedom tapered roller bearing model to accurately consider
non-Hertzian contact pressures in time-domain simulations, P. I. Mech. Eng.
K-J. Mul., 228, 111–125, 2014.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>9</label><mixed-citation>
Li, B. Q.: Rollover prevention technology research of concrete mixer truck
based on transport conditions, M.S. thesis, Chongqing Jiaotong University,
China, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>10</label><mixed-citation>
Li, L. X., Jiang, Y. Y., Li, Z. M., Zhan, Y. B., and An, Q.: Study on the
vibration characteristics of a roller-supporting horizontal centrifugal
casting machine, P. I. Mech. Eng. K-J. Mul., 230, 99–109, 2016.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>11</label><mixed-citation>
Li, R. M., Zhang Y. C., Yu, Y. X., Li. Y., and He, Y. Y.: Research and
application of load of concrete mixer truck special reducer, Journal of
Mechanical Transmission, 37, 27–31, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>12</label><mixed-citation>
Liu, Z. S., Qian, D. S., Sun, L. Q., and Wang, Y. L.: Stability analyses of
inclined rotor bearing system based on non-linear oil film force models,
Proc. I. Mech. Eng. C-J. Mec., 226, 439–453, 2012.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>13</label><mixed-citation>
Ma, F. B., Li, Z. M., Wu, B. J., and An, Q.: An accurate calculation method
for heat generation rate in grease-lubricated spherical roller bearing, P. I.
Mech. Eng. J-J. Eng., 230, 472–480, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>14</label><mixed-citation>
Matsubara, M., Rahnejat, H., and Gohar, R.: Computational modeling of
precision spindles supported by ball bearings, Int. J. Mach. Tool. Manu., 28,
429–442, 1988.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>15</label><mixed-citation>
Matthew, C. and Sergei, G.: Nonlinear dynamic behaviour of vertical and
horizontal rotors in compliant liner tilting pad journal bearings: Some
design considerations, Tribol. Int., 82, 142–152, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>16</label><mixed-citation>
Qian, D., Liu, Z., Yan, J., Sun, L., and Wang, Y.: Numerical and Experimental
Research on Periodic Solution Stability of Inclined Rotor Journal Bearing
System, in: ASME 2011 Turbo Expo: Turbine Technical Conference and
Exposition, Vancouver, British Columbia, Canada, 6–10 June 2011, Volume 6:
Structures and Dynamics, Parts A and B, GT2011-45632, 321–330,
<a href="https://doi.org/10.1115/GT2011-45632" target="_blank">doi:10.1115/GT2011-45632</a>, 2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>17</label><mixed-citation>
Rahnejat, H. and Gohar, R.: Design of profiled taper roller bearings, Tribol.
Int., 12, 269–275, 1979.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>18</label><mixed-citation>
Shi, M. L., Wang, D. Z., and Zhang, J. G.: Nonlinear dynamic analysis of a
vertical rotor-bearing system, J. Mech. Sci. Technol., 27, 9–19, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>19</label><mixed-citation>
Tsai, C. Y. and Huang, S. C.: Transfer matrix method to vibration analysis of
rotors with coupler offsets, Shock Vib., 20, 97–108, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib20"><label>20</label><mixed-citation>
Wen, B. C., Gu, J. L., Xia, S. B., and Wang, Z.: Advanced rotor dynamics:
theory, technology and applications, China Machine Press, Beijing, China,
3–5, 1999.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib21"><label>21</label><mixed-citation>
Wu, X. J.: Study on ride comfort modeling and analysis of concrete mixer
truck, PhD thesis, Huazhong University of Science and Technology, China,
2011.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib22"><label>22</label><mixed-citation>
Yan, W.: Simulation research of mixer truck at unsteady operating conditions,
M.S. thesis, Chongqing Jiaotong University, China, 2013.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib23"><label>23</label><mixed-citation>
Yang, J. P., Zeng, H., Zhu, T. Q., and An, Q.: Study on the dynamic
performance of tilt rotor supported by spherical roller bearing, P. I. Mech.
Eng. K-J. Mul., 231, 156–166, <a href="https://doi.org/10.1177/1464419316655956" target="_blank">doi:10.1177/1464419316655956</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
