개념 한 쪽
진동방지 대책은 발생원과 전달 경로, 받는 쪽을 나누어 세운다. 차단기는 고유진동수를 차단하려는 진동의 주파수보다 낮추는 방향으로 고르고, 재료마다 강성과 내열성, 맞는 하중과 변위가 다르다는 점을 함께 본다.
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진동 차단기의 원리는 강성과 고유진동수의 관계에 있다. 차단기의 강성은 진동을 막으려는 대상의 강성보다 작아야 하고, 고유진동수는 차단하려는 진동의 주파수보다 낮아야 효과가 있다. 강성이 크면 고유진동수가 높아져 진동이 오히려 잘 전달된다. 다만 강성을 낮추면서도 걸린 하중을 견디는 강도와 온도, 습도, 화학 변화에 견디는 내구성은 갖추어야 한다. 차단기의 목적은 진동이 외부로 전달되는 것을 막는 것이므로, 전달을 쉽게 한다는 서술은 요구조건과 정반대다.
대책은 대상을 셋으로 나눈다. 진동원 대책은 기계 자체의 가진력을 줄이거나 밸런싱을 하고 기초 중량을 조절해 공진을 피하는 것이다. 전달 경로 대책은 진동원을 멀리 두어 거리 감쇠를 얻는 것처럼 발생한 진동이 퍼지는 길을 다룬다. 피진동체 대책은 진동을 받는 쪽을 보호한다. 거리 감쇠는 전달 경로를 다루는 방법이지 진동원 자체를 고치는 대책이 아니다.
재료는 쓰임에 따라 고른다. 진동 차단에는 고무, 스프링, 패드 같은 탄성체를 쓰고, 콘크리트는 무겁고 단단해 기계를 지지하고 고정하는 질량체로 쓰이지 차단재가 아니다. 방진 패드로는 코르크, 스펀지 고무, 파이버 글라스처럼 탄성과 감쇠가 좋은 재질을 쓴다. 강철 스프링은 선형 탄성체로 저주파에서는 차단에 쓰이지만 고주파에서는 진동을 전달하거나 공진을 일으킬 수 있어 패드 재질로는 쓰지 않는다. 강철 스프링은 하중이 크거나 변위가 클 때(5mm 이상) 적합하고, 고무는 온도에 따라 강성이 변하므로 주의하며, 스프링은 측면으로 흔들리지 않도록 직경을 크게 잡는다. 파이버 글라스 패드의 강성은 섬유의 배열과 적층 각도, 수지의 종류와 함침율, 접착 상태 같은 구조적 요인으로 정해지며 질량이나 모세관만으로 결정되지 않는다.
지지대와 고주파 대책도 구분한다. 방진고무는 쓰기 간편하지만 내열성과 강도가 낮아 금속 스프링과 함께 쓰거나 대체되며, 방진재로 지지한 기초를 플로팅 기초라 한다. 금속 스프링은 변위가 크고 고유진동수를 낮게 잡아야 할 때 적합해 보통 1~5Hz 범위로 설정한다. 고주파 진동은 파장이 짧아 단일 차단기를 쉽게 통과하므로, 질량과 스프링 계통을 두 단계로 구성한 2단계 차단기가 가장 효과적이다.
선지 판단은 차단과 전달, 진동원과 전달 경로의 자리를 바꾸어 놓는 방식으로 나온다. 차단기에 강성이 충분히 커야 한다고 적으면 고유진동수가 높아져 전달이 커지는 결과를 부르므로 틀린다. 진동 발생원 대책에 거리 감쇠를 넣으면 경로 대책을 원인 쪽으로 옮긴 것이고, 진동을 잘 전달하도록 해야 한다는 항목은 차단기의 목적과 반대다. 재료에서는 방진 패드에 강철 스프링을 넣거나, 차단 재료에 콘크리트를 넣으면 각각 패드 재질과 질량체의 역할을 섞은 것이다. 파이버 글라스 패드의 강성을 질량과 모세관으로 설명하는 항목도 구조적 요인과 어긋난다. 고주파에는 단일 차단기보다 2단계 차단기를 고르고, 금속 스프링의 설정 범위는 1~5Hz로 잡는다.
진동계의 강제 진동에서 외력의 크기를 일정하게 하고 주파수를 변화 시키면 진동계의 고유 진동수 부근에서 진동 값이 급격히 극대치로 되는 현상은?
정답 ① · 강제 진동에서 외력 주파수를 변화시킬 때 나타나는 현상의 명칭을 묻는 문제이다. 외력의 크기를 일정하게 하고 주파수를 변화시키면 외력 주파수가 시스템의 고유 진동수와 일치할 때 진폭이 급격히 커져 극대치에 이르는데, 이를 공진 현상이라 한다.
외력 주파수가 고유 진동수와 일치할 때 진동폭이 급격히 커지는 현상을 공진 현상이라 한다.
기어에서 발생하는 진동에 대한 설명이다. 이 중 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 기어에서 발생하는 진동에 대해 옳지 않은 설명을 고르는 문제이다. 기어의 잇빨이 파손되면 맞물릴 때마다 주기적인 충격 하중이 가해져 고조파 성분이 많은 비정형 충격 파형의 진동이 발생한다.
기어 잇빨 파손은 주기적인 충격 진동을 유발하여 정현파가 아닌 고조파 성분이 많은 비정형 파형을 발생시키므로, 정현파 진동 발생 설명은 틀렸다.
회전기계의 이상을 판단하기 위해 실시하는 주파수 분석 중 포락선(Envelope)처리에 관한 설명으로 옳은 것은?
정답 ① · 회전기계 진단의 주파수 분석 중 포락선 처리의 용도를 묻는 문제이다. 포락선 분석은 고주파 공진 신호에서 진폭 변조 성분, 즉 포락선을 추출하여 분석하는 기법으로, 베어링의 국부 결함이나 기어 치면 손상 시 발생하는 충격성 신호의 변조 성분을 분리해내어 초기 결함을 민감하게 검출하는 데 특화되어 있다.
포락선 분석은 고주파 공진 신호의 진폭 변화를 추출해 베어링 결함 등 초기 이상을 민감하게 검출하는 기법이다.
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