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등록자	운영자	날짜	2015-02-26
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제 목 : 동적발란싱(Dynamic Balancing)의 정의
동적발란싱(Dynamic Balancing)의 정의 및 원인과 종류 다음은 105회 산업기계설비기술사 시험 문제중 1교시, 7번 송풍기 성능시험과 관련하여 동적발란싱에 관한 문제 해석으로서 축 진동에 관한 역학적인 답안 즉, 축의 가로방향진동과 비틀림진동 부분 및 오일휩, 축설계시고려할 사항 부분은 기출문제에서 언급되었기 때문에 제외하여 해석한 것이다. 1. 개 요 동적 발란싱은 회전기기의 축 설계 및 베어링 선정, 조립과정에서 필수적으로 고려해야하는 인자로써 회전체의 불평형으로 인한 진동은 회전기기의 수명 및 소음의 원인이 된다. 즉, 축 설계에서 축의 가로방향 진동 및 비틀림방향 진동을 방지하기 위해 축의 고유 진동수를 적정하게 결정하고 축의 진동은 축의 피로 수명 단축과 회전체의 진동으로 인한 동력 손실 및 성능을 저하시키는 원인으로서 조립 과정에서 축 중심을 정확하게 맞추어 이러한 진동 소음을 방지해야 된다. 2. 축진동의 메카니즘 축의 불평형이란 회전체의 질량 중심이 중심축과 어긋나서 발생되기도 하며, 회전체 자체의 질량이 불평형하여 발생되기도 한다. 즉, 회전 질량의 원심력, F=mrw^2 관계이며, 이 때 발생하는 회전축에 대한 질량과 중심거리가 불균일하면 원심력의 불균형으로 인하여 진동을 유발시키게 된다. 3. 회전체의 회전 불균형의 원인 요소 1) 회전체의 내부 기공 및 비중량 불균형 주물과 같은 재질은 내부에 발생하는 기공이나, 단조품일 경우 내부의 비중량의 불균형으로 인하여 결과적으로 회전체의 질량이 불균형하게 된다. 2) 편심 회전체의 축 중심이 기하학적인 중심과 실제 가공에서 발생하는 가공 오차로 인하여 회전축의 중심이 회전체의 축 중심과 불일치하여 발생된다. 3) 회전체의 키이홈 과 키이 취부에 따른 회전 질량 불균형 축에 취부되는 피할 수 없는 키이홈, 카플링 볼트 등과 같은 기계요소로 인하여 회전 질량의 불균형이 발생된다. 4) 변형 회전체의 온도 편차로 인한 열팽창에 따른 변형과 축 가공이후 소재 자체에서 발생되는 재질 변형 및 축의 세로 방향 처짐으로 인하여 축의 변형이 그 원인이 된다. 5) 틈새 혹은 가공 공차 축의 불평형의 원인 중 가장 많이 발생되는 요소로써 축 가공오차를 들 수 있다. 이러한 문제는 축 조립시 이러한 부분을 충분히 고려하여 축 조립을 해야 된다. 6) 부식 및 마모 대부분의 회전기계는 축과 베어링의 조립으로 이루어지며, 이때 발생하는 마모로 인하여 편심이 발생하여 진동을 유발시킨다. 7) 오일 휩(Oil Whip) 축의 베어링과의 접촉에서 고속 회전축의 베어링 오일에 의한 오일휩이 발생하며 위험 회전수의 2배에 도달하면 오일휩이 발생된다.오일 휩의 발생 메카니즘은 베어링과 축은 오일막으로 접촉하며, 이때 베어링측 오일의 원주 속도는 축과 접촉하는 오일 원주속도의 50% 정도이며 이것이 오일의 내부와 외부에 점성차이를 유발시켜 진동의 원인이 된다. 8) 축 침전물의 퇴적 4. 불평형 형태의 4가지 1) 정적 불평형(Static unbalance) 정적 불평형이란 관성축이 회전 중심선과 나란히 존재하는 상태에서 불평형 상태를 말하는데 이러한 형태는 주로 휠(Wheel), 디스크 등의 회전체에서 발생되며, 회전체의 정적 불균형량은 회전체 끝단측 베어링 또는 축의 진동세기로 검출이 가능하다. 2) 커플불균형(Couple unbalance) 회전체에 우력을 말하는데 이는 회전체 무게 중심에서 관성축과 회전체의 중심이 서로 교차하는 불균형을 말한다. 이 때 발생하는 진동 파장은 서로 반대 방향에서 나타나는 것이 특징이다. 또한 이러한 커플불균형의 교정 방법은 두 지점간의 수정한 축 중심에 의한 동적발란싱에 의해서만 교정이 가능하다. 3) 준정적 불균형(Quasi-static unbalance) 준정적불균형은 관성축이 회전체의 중심과 교차하지만, 회전체의 무게 중심에서 교차하지 않는 불평형을 말한다. 즉, 정적에서는 교차하지만 회전 상태에서는 원심력의 차이로 인하여 교차하지 않는다는 것이다. 이러한 준정적불균형은 축의 두 지점간의 교정으로 해소 할 수 있다. 4) 동적불평형(Dynamic unbalance) 동적불균형은 가장 일반적인 불평형으로 나타나고 있으며, 관성축 중심과 회전체의 중심이 일치하지 않아서 발생되는 불평형이다. 즉, 회전축과 회전체의 질량 중심이 불일치하면 이러한 불평형이 발생되는데 만일, 회전체가 많은 구성품으로 조합되어 있는 상태라면 이들 각 부품들의 무게 중심으로 통과하는 중심선은 관성축의 중심이되며, 어떤 회전체라도 실제 회전시 관성축을 회전축으로 하여 회전 할려는 성질이 있다. 이러한 성질을 구조적으로 방지하면 실제 회전시 관성축과 회전중심축이 일치하지 않아서 진동이 발생하게 된다. 동적 불평형은 정적 및 커플불평형이 존재해야만 발생되지만, 정적불평형은 커플불평형에 존재하지 않는 특성이 있다. 따라서, 동적불평형은 축의 두 지점간의 별도의 질량교정으로 해소할 수 있다. m=(9550Balancing M) / γN (여기서, m : 잔류 불균형량(g), γ : 수정반경(mm) M(우력)=mrLw^2 (질량반경길이각속도^2) 출처 : 피이에스기술사사무소(http://www.pes21.com)

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