진동의 종류와 원인

오늘은 진동의 종류와 원인에 대해 알려드리고자 합니다.

 

진동의 종류

진동은 지각 변동, 물체의 낙하에 의한 충격력, 회전기계의 질량 불평형에 의한 관성력 또는 폭발력 등에 의해 발생되어 지반을 가진 합니다. 지반의 진동 종류는 그 발생원인에 따라 맥동이나 저진과 같은 자연현상에 의한 것과 공장의 기계, 건설장비, 교통 기고나 등의 운전에 기인하여 발생되는 인위적 현상에 의한 것으로 구분됩니다.

 

맥동은 통상 바람에 의한 대양상의 파랑이 해안에 충돌할 때 발생되는 것으로 알려져 있는데, 그 주파수는 0.25Hz 내외이며 진폭은 수 마이크로미터 이하라고 합니다. 따라서 우리는 신체기능으로서는 전혀 감지할 수 없을 정도라 할 수 있습니다. 지진은 주파수가 수 Hz내외로 대지진의 경우는 최대 가속도가 통상 2~5로 차량을 탔을 때 느끼는 수준이고 소지진의 경우는 0.2 이하입니다.

 

환경상의 문제는 기계류나 교통기관 등에 의해 인위적으로 발생된 진동이 지반을 전파하여 이웃에게 피해를 주는 공해 진동을 대상으로 합니다.

 

진동의 원인

1. 힘과 충격에 의한 과도 진동

물체에 힘이나 충격을 가하게 되면 진동이 발생됩니다. 단조 기나 프레스 등에서 발생한 진동이 이에 해당되는데, 진동계를 구성하는 질량, 스프링 및 감쇠의 3요소가 크게 영향을 미치게 되며, 발생 진동의 주파수는 이 세 가지 요소에 의해 결정되는 고유 진동수입니다. 진동의 크기인 진폭 또한 이들의 상관관계에 따라 결정되는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 진동을 방지하기 위해서는 감쇠 장치인 댐퍼를 붙이는 것이 좋으며, 단 조기 등의 진동이 외부로 전파되는 것을 방지하기 위해 앤빌을 유연한 스프링으로 탄성 지지하는 방법을 사용할 수도 있습니다. 인밸 자체의 진동을 줄이기 위해서는 앤빌에 부가 질량을 추가하여야 합니다.

 

2. 자려 진동

가진원이 단순한 에너지원으로서 진동하지 않는 경우라도 진동이 발생되는데, 그 예로서 바이올린 현의 진동 등을 들 수 있습니다. 활을 일정한 속도로 켤 때, 현은 그 운동으로부터 에너지를 얻어 진동합니다. 이 진동을 활의 속도가 어느 크기 이상 될 때에 발생되지만, 바이올린의 진동 주파수는 진동계의 고유 진동수와 일치할 뿐 에너지원의 속도와는 전혀 무관합니다. 이러한 진동의 대책은 자려력 발생기구를 파악하여 그 힘을 제거하는 것입니다. 일반적으로 감쇠력을 부가하는 것이 효과적이며, 마찰이 원인이 되는 자려 진동은 윤활이 잘 되도록 하는 것이 대책입니다.

 

3. 기계적 기능에 의한 진동

기계류의 기능에 관계되어 발생하는 진동으로, 선풍기가 좌우로 왕복 회전운동을 할 때 발생되는 진동을 예로 들 수 있습니다. 모터는 정상 회전하지만 크랭크 기구에 의해 선풍기가 왕복 운동하게 되므로 진동이 발생되는데요. 이 진동은 선풍기 운동 부위의 무게에 관계없이 일정한 진동이 발생되므로 관성력과는 관계가 없으며, 전류가 증가하면 주파수가 높아지게 되어 왕복운동 횟수삭 증가되고 진동 수고 증가됩니다. 따라서 이 진동계는 고유 진동수를 갖지 않는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 진동은 기계의 기본 기능에 관계되기 때문에 가진원을 제거할 수 없으므로 불필요한 방향으로의 진동 발생을 억제하는 대책이나 가진원이 상쇄될 수 있도록 복수개를 조합하는 방법을 채용하여야 합니다.

 

4. 정상적 변위나 힘에 의한 가 진진동

변위에 의한 강제 진동에는 노면의 굴곡이 일정 간격으로 형성된 도로 위를 자동차가 일정 속도로 주행할 때 발생되는 차체의 진동이나, 지면 위에 놓여있는 물체가 일정 주파수로 진동하는 것을 예로 들 수 있습니다. 힘에 의한 강제진동에는 기초 위에 고무로 지지된 엔진의 진동 등을 들 수 있는데, 이 진동은 크랭크 측의 불평형력과 실린더 내의 폭발력에 의한 가진으로 발생됩니다. 불평형력의 진동수는 축의 회전수와 같고 폭발력의 진동수는 실린더 내의 폭발 횟수와 같습니다.

 

5. 가진 자려 진동

동일 진동계에서 강제 진동과 자려 진동 양쪽이 동시에 나타나는 것을 말하는데, 예로 양단이 고정된 파이프의 축과 직각방향으로 공기를 보내면 낮은 유속에서는 유속에 비례하는 와류의 주파수로 파이프가 가진 되어 진동하지만 와류의 주파수가 파이프의 굽힘 고유 진동수와 일치되어 공진하면 유속이 증가되어도 진동 주파수는 증가되지 않고 파이프의 고유진동수 그대로 계속 진동합니다. 즉, 자려 진동하게 되지요. 유속이 더욱 빨라져 와류의 주파수가 파이프의 고차 고유진동수와 일치하게 되면 파이프의 진동 주파수는 고차 고유 진동수 쪽으로 이동하게 됩니다.