방진설계 일반
[본 방진설계는 방진베어링과 문관하게 기계진동문제로 고심하는 고객의 요구에 의하여 설계하는 Project입니다.]
1, 종래 방진(防振)의 개념
방진이란 기계를 운전함에 있어서 발생되는 소음. 진동이 지반 또는 주변기계로 전달되는 것을 차단하는 장치를 [방진]이라한다.
종래 방진장치는 기계자체진동은 무시하고, 진동이 외부로 전달되는 것을 차단하는 목적으로 방진 하였다.
2, 당사 방진(防振)설계의 개념
[방진설계]란 기계를 설계단계부터 기계진동을 고려하여 설계하는 것이며, 기계를 가동할 때 진동(또는 소음)발생요인을 최소화 할 수 있도록 설계하고 부득이하게 발생된 진동을 소멸시키는 설계이다.
이와같은 설계의 가장 중요한 Point는 기계의 진동요소가 자유진동 할 수 있게 설계하는 것이다. 이것이 진동의 크기 즉 진폭을 최소화하는 방법이다.
3, 방진설계시 주의사항
기계의 진동을 최소화할 목적으로 기계의 진동요소를 구속하는 것은
1》진동발생 요소와 구속요소가 상호 간섭하여 진동을 키우는 경우가 있음으로 주의하여야한다.
진동 구속요소의 구속력이 가진력을 초과하면 진동을 억제하는 효과가 있겠으나 구속력이 가진력 이하일 경우 진폭을 키우는 효과가 있다.
2》 진동발생요소와 구속요소가 상호 충돌하여 기계가 파손될 우려가 있고, 파손되지 않는다하여도 기계의 수명단축 원인이 된다.
4, 회전체(Rotor)의 방진설계
회전체는 미세한 편심에 의하여도 진동이 발생한다.
진동의 크기 즉 가진력은 회전축을 포함한 Rotor의 관성모멘트와 회전속도(rad)의 제곱에 비례한다. 따라서 Rotor의 회전속도가 크면 가진력은 급격히 증가 한다 이러한 진동의 특성을 감안하여 방진설계 하는 방법은 다음의 2종류가 있다.
1》구속설계 : Rotor의 가진력을 충분히 감안하여 최대 가진력을 초과하는 강성을 갖도록 설계한다.
이때 정격하중이 큰 특수베어링을 선택하고, Rotor 및 축의 재질도 특수강을 사용하여 가진력에 충분히 견딜 수 있는 구조로 설계한다.
2》 자유진동설계 : 베어링 또는 축의 탄성으로 Rotor가 자유진동 할 수 있게 설계한다.
주의1) 구속설계를 하면 Rotor 자중의 수십배의 자중을갖는 Frame이 설계되어야함으로 부득이한 경우(선반주축, 밀링 주축 등)가 아니면 구속설계를 피하는 것이 바람직하다.
※ "진동학"에서는 구속설계를 강의하지 않는다.
주의2) 자유진동설계를 하여 기계를 경량화하고, 가동 시 기계를 진동으로부터 안정시키고 기계 제조원가를 절감할 수 있다.
주의3) 부득이 구속설계를 할 때 베어링이나 축의 강성이 Rotor의 가진력 이하 이면 진동의 진폭을 키우는 효과가 있고, 가진력에 의하여 기계가 파손될 우려가 있으니 Rotor의 최대회전속도에 의한 가진력을 충분히 감안하여 설계하여야한다. Frame의 자중이 가진력 이하이면 가동시 기계가 균형을 상실할 수 있으니 주의하여야한다.
참고》 가진력의 크기는 Rotor의 편심과는 무관하다, 가진력은 축을 포함한 Rotor 전체의 관성모멘트와 회전각속도(rad)의 제곱에 비례한다. 따라서 저속(60/2π rpm 이하)에서는 Rotor의 진동에 의한 가진력은 Rotor의 자중이하임으로 충분히 무시할 수 있으며, 속도가 증가하면 가진력은 급격히 증가한다.
방진설계 절차
1단계 : 기계 구조해석
기계의 작업 목적을 정확이 해석하고 진동요인을 분석하고 기계에 작용하는 각종 하중을 분석한다.
2단계 : 기계방진계획수립
기계의 진동발생요소에서 진동발생을 최소화할 수 있는 구조를 구상하고, 진동전달계통을 추적하여 적절한 방진계획을 수립한다.
3단계 방진설계
회전운동을 하는 기계의 경우는 회전체가 [자유진동]을 할 수 있도록 구조설계를 하고, 부득이한경우에 구속설계를 한다.
※ 방진구의 장착 : 자유진동 또는 진동구속으로 Rotor의 진동이 완전히 소멸되지 않고 Frame으로 전달될 경우 방진구를 장착한다. 방진구(방진고무 등)의 장착은 방진설계를 완성한 후에 잔류진동의 진동각속도와 진푹등을 종합하여 방진구의 장착위치를 정하고 방진구의 종류를 선정하여 장착한다.
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