박상정님의 글
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안녕하십니까?

진동에 관한 공부를 하는데 자료가 많이 부족합니다.

선배님들의 정보를 고유하고 싶은데 도움을 받았으면 해서 이렇게...........

1. 진동제어 techniques 에 대해....

2. 댐핑에 대한설명과 그 예를 보여주세여.

3. types of noise mechanism and examples에 대해 설명해주세여...

4. 마지막으로 개인적인 의견을 듣고 싶어서여

공장내부엔 복잡한 기계들이 작동하고 주위엔 고속도로 및 고속철도 등 기계적 소음과 진동원이 모두 있

다고 가정 이런환경에서 공장내부에 사무실을 설계한다면 소음 및 진동 저감

에 어떤 대책을 구체적으로

설명해 주시면 감사 하겠습니다.

멜 주소 park4865011@hanmail.net

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안녕하세요. 박상정님

1. 진동제어 techniques 에 대해....

--> 진동을 저감시키는 방법은 진동절연(Vibration Isolation), 진동감쇠(Vibration Damper), 동흡진기(Dynamic Vibration Absorber), 동적평형잡기(Dynamic Balancing)등이 있습니다.

1)진동절연
진동절연은 진동원과 진동을 전달받는 물체와의 사이에 방진고무등과 같은 절연제를 끼워넣어 진동이 바닥으로 전달되는 전달력을 절감시키는 기법입니다. 진동절연의 간단한 예는 엔진, 세탁기, 모터, 공기조화기등을 설치할 때 사용되는 각종 받침 설치구가 모두 진동절연기에 속하고, 또, 어떤면으로는 자동차의 충격흡수기(shock absorber)도 진동절연기의 역할을합니다. 주로 건물의 옥상에 설치되는 냉각탑, 건물 지하 혹은 중간 상층부에 설치되는 양수펌프, 군함 덱크에 설치되는 보조원동기. 회전기계등에서 볼 수 있습니다.
진동절연시 주의해야할 점은 전달력이 감소한다고 해서 이에 관련된 변위(진폭)를 절감시킨다고는 보장하지 못한다는 점입니다. 그 예로는 전기 모터나 엔진을 절연재 없이 볼트로 조여 장치 했을 때와 절연재를 모터나 엔진 밑에 장착 했을 때를 비교 할 수 있습니다. 즉, 절연재를 썼을 때에 그 전달력은 감소하지만 엔진의 진동 변위는 오히려 더 증가하는 실례가 허다한 것입니다. 이러한 경우는 전달력은 진동절연으로 감소시키고, 진폭은 동흡진기로 감소시킬 수 있습니다.

2)동흡진기
동흡진기는 기계, 구조물등의 일정 진동수로 진동하는 큰 진동체에 작은 질량-스프링계를 부착하여 진동을 줄이는 방법입니다. 동흡진기의 원리는 일정진동수로 진동하는 진동체에 부착 질량-스프링계인 동흡진기의 고유진동수를 진동체의 가진진동수와 같도록 만들어 진동체의 진동을 줄이거나 없앨 수 있습니다. 동흡진기는 가진진동수와 공진하는 감쇠가 작은 기계나 구조물에 효과적으로 사용되고 있습니다. 절연기를 설치 할 수 없는 경우라든지, 절연기로는 한계가 있는 경우, 이미 설치가 완료된 기계 시스템에 절연 변경이 곤란한 경우 또는 국부 진동모드에 대한 진동저감을 할 때는 동흡진기를 부착하는 방법이 유용합니다.
동흡진기의 사용에를 들면, 대형트럭 또는 건설장비등에서 노면현상 또는 불균일 형상의 타이어에 의해서 가진되는 피치/굽힘 진동을 줄이기 위해 엔진/라디에타를 동흡진기로 사용하고, 모터, 발전기등의 회전기계에서 발생하는 회전축 불평형에 의한 기계진동을 없애기 위해, 고층건물이나 높은 굴뚝의 바람이나 지진에 의한 진동을 줄이기 위해 건물옥상붕, 굴뚝 첨단 위치에 동흡진기를 사용하고 전기이발기, 선체롤진동, 공작기계등에도 사용됩니다. 동흡진기는 주진동체의 구조 및 진동특성에 따라서 다양한 구조와 종류가 있습니다. 동흡진기 종류는 병진동흡진기, 진자형 동흡진기, 비틀림 동흡진기, 외팔보 스프링 동흡진기등 다양한 형태의 동흡진기가 있습니다.

3)평형잡기
동적평형잡기는 회전자의 기하학적중심과 무게중심이 어긋나게 되는 불평형에 의한 진폭을 줄이기 위해 적절한 위치에 작은 질량을 부착하여 진폭을 줄이는 방법입니다. 밸런싱의 종류에는 영향계수법, 모달밸런싱법, 합병법등이 있습니다. 영향계수법은 강체밸런싱에서 일반적으로 사용되고 모달밸런싱법은 탄성체 밸런싱에서 많이 사용됩니다. 강체 밸런싱은 회전체의 위험속도가 운전속도보다 높을 때를 강체 밸런싱, 위험속도가 운전속도보다 낮을 때를 탄성체 밸런싱이라합니다. 강체밸런싱은 탄성변형이 생기지 않으므로 1000rpm으로 운전한는 회전체를 50rpm에서 밸런싱을 하여도되는데, 탄성체 밸런싱은 위험속도가 운전속도보다 낮은 곳에 있으므로 회전시 탄성변형이 발생하므로 운전속도에서 밸런싱을 해야합니다. 밸런싱의 면에 따라 단면, 양면, 다면 밸런싱으로 나누고, 기계를 분리하지 않고 그 상태에서 밸런싱을 하는 것을 Field Balancing(현장 밸런싱), 회전체를 분리해 밸런싱머신 위에 올려놓고 밸런싱을 하는 것을 Shop Balancing으로 구별합니다. 밸런싱을 하기 위해서는 변위, 가속도등의 진폭을 측정하는 센서와 위상을 측정하는 센서가 필요합니다. 현장에서 위상각을 측정할수 없을 때는 도식법(Four Run Method)을 사용하고 진폭과 위상각을 측정할 수 있을 시는 영향계수법과 모달 밸런싱법으로 사용합니다.

4) 점탄성감쇠처리(Viscoelastic Damping Treatment)
과도 또는 정상상태 진동을 줄이는 일반적이고 매우 효과적인 방법은 더 많은 에너지를 발산하도록 계의 감쇠량을 증가시키는 것입니다. 동흡진기 시스템의 부가 질량이 실용적이지 못할 경우에 사용하게 됩니다.
특히, 항공우주구조물에 응용에 많이 사용됩니다.

2. 댐핑에 대한설명과 그 예를 보여주세여.
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댐핑에 대해 간단히 소개를 합니다.

진동의 진폭이 점차적으로 감쇠되어 가는 과정을 감쇠(damping)라고 합니다. 감쇠의 종류에는 유체감쇠, 쿨롱감쇠, 고체감쇠 또는 히스테릭감쇠(hysteric damping)가 있습니다.
유체감쇠는 점성(viscos) 또는 난류(turbulent)로 기인하는 것이 있습니다. 점성감쇠에서는 감쇠력(damping force)이 속도에 비례하고, 난류감쇠에서는 감쇠력이 속도의 제곱에 비례합니다. 쿨롱감쇠에서는 감쇠력이 일정합니다. 이는 건조된 면이 서로 미끄러지는 사이에서 발생하는 동마찰로 인해 발생합니다. 고체감쇠나 히스테릭감쇠는 고체가 변형될 때 내부마찰이나 히스테리시스에 의해 발생합니다.
가장 보편적인 감쇠법은 감쇠력이 점성에 비례하는 점성감쇠입니다. 단적으로 이와같은 감쇠는 홈을 지나는 점성유체의 정상흐름에 기인하고 진동흡수기, 실린더내의 피스톤 주위, 베어링속의 저어널의 진동에서 볼 수 있습니다.
점섬감쇠는 부족감쇠(0 < 감쇠비 <1), 과도감쇠(감쇠비>1), 임계감쇠(감쇠비=1)가 있습니다. 보통의 기계시스템은 부족감쇠에 속합니다.

일반적 감쇠값에 대해 정리를 하면 다음과 같습니다.

자동차의 흡진기 : 감쇠비 0.1-0.5
고무 : 감쇠비 0.04
병접한 철강구조 : 감쇠비 0.03
콘크리트 : 감쇠비 0.02
목재 : 감쇠비 0.003
냉간압연 철 : 감쇠비 0.0006
냉간압연 알루미늄: 감쇠비 0.0002

일반적으로 기계공학에서는 감쇠비가 0.2이상이 될때 감쇠를 고려하고 그 이하가 될 때는 무시하는 경우가 많습니다.

댐핑을 커게하면 진동의 진폭을 줄일 수 있습니다.

3. types of noise mechanism and examples에 대해 설명해주세여...

일반적으로 noise mechanism은 아래와 같습니다.

음원----> 전달경로 ----> 청위자

소음은 소음원이 전달경로를통하여 수음자에게 전달됩니다.

소음제어는 소음원을 제거하거나 전달경로를제어, 수음자의 소음대책을 행합니다.

1) 소음원제어

- 음향 파워 파악, 스펙트럼, 방향성, 음원크기의 순서, 위치 및 주 소음원 파악등

- 소음 생성 메카니즘 연구

- 음원 대책 수립
: 진동절연, 진동 감쇠, 이론적 실험적 모델링 및 예측, 소음제어 재료, 구조변경, 음향 방사 효율의 저감, 설계 및 공정의 변혁, 능동음원 제어등

2) 전달경로의 제어

- 주 소음 전달 경로의 진단
- 음장 및 진동 전달 구조물의 동적 특성 파악
- 경로 절연 대책 수립
: Barriers, Enclosures, Acoustical lagging, Thin-panel damping, Vibration Isolation, Silencers

3) 수음자의 소음 대책

- 소음 공간 조사 및 소음분석, 계속적 감시 체제 운영
- 평가 및 예측기법의 개발
- 대책수립: 귀마게, 귀덮개, 능동 소음제어등

이상 일반적인 소음제어에 대해 살펴보았습니다. 회전기계의 소음의 대부분은 소음의 원인을 제거하는것이 제일 좋습니다. 회전기계의 소음을 일으키는 원인은 기계적원인, 유체에의한 원인, 전자기에 의한 원인이 있습니다.

4. 마지막으로 개인적인 의견을 듣고 싶어서여

공장내부엔 복잡한 기계들이 작동하고 주위엔 고속도로 및 고속철도 등 기계적 소음과 진동원이 모두 있
다고 가정 이런환경에서 공장내부에 사무실을 설계한다면 소음 및 진동 저감에 어떤 대책을 구체적으로
설명해 주시면 감사 하겠습니다.

----> 고속도로 및 고속 전철에 대한 소음은 방음벽을 설치해서 문제를 해결하는것이 좋을것 같고요. 공장내부에 대한 소음은 기계의 형태와 조건에 따라 저감기술이 달라지게됩니다. 아래의 책을 참고해서 문제를 해결해 보십시요.

현장소음대책, 편집부편역, 도서출판 효성, 1994, 7000원(136페이지).

그럼.