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진동 및 제진의 원리

㈜신한에이텍에서는 정밀계측 및 측정장비의 지반진동 영향을
감쇄시키기 위한 제진테이블을 제작 공급합니다.

1. 진동이란 진동은 기준위치에 대한 기계적인 흔들림이다. 다시 말해서 구조물이나 지반 등이 동적인 외력을 받아 운동적 평형 위치로부터 시간이 경과함에 따라 반복운동이 일어나는 현상이다. 진동은 우리가 이동하거나, 일을 할 때 일상에서 접하게 되는 현상이나, 미세한 진동의 경우 우리가 느끼지 못할 수도 있다.

2. 진동계의 기본 3요소 1) 장비(정밀기기) : 부품, 정밀기기, 계측기 등
2) 지지하는 구조물(지반) : 건물보, 바닥, 베이스 판 등
3) 제진장치(제진대) : 장비와 지지하는 구조물 사이에 놓여지는 제진장치

3. 진동원 연구개발이나 제조장비에 있어서 문제가 되는 진동의 주 진동원은 다음과 같다.
1) 건물진동 : 지진, 철도 혹은 교통진동, 인근의(공조, 엘리베이터) 혹은 보도 진동 등임.
2) 건물구조에 따른 진동 : 지반으로부터 전달되는 진동을 증폭시키는 연약한 지빈동(얄은 슬라브, h-beam건물 등)
3) 소음이나 난기류에 의한 진동 : 크린룸이나 공조시스템에 의한 난기류 등의 이상진동, 혹은 음파, 음압에 의한 미세진동
4) 기계진동 : 스테이지의 운동과 같은 기계운동으로 인한 진동 이러한 진동원은 정밀측정장비나 I.C.DEVICE가 점점 작아질수록, 제진장치를 필요로 하게 된다.

4. 진동의 4요소 진동을 구성하는 요소로서 다음의 4가지 중요한 요소가 있으며, 이들은 서로 가각에 밀접한 관계를 가지고 있으며 관계식과 다음은 다음과 같다.
단위 : ㎛.㎜.㎝(D˚ : 임의 순간의 변위, D:최대 진폭 변위)
1) 진동변위(DISPLACEMENT) : D = D° SINπ f.T=D˚
2) 진동속도(VELOCITY) : IVI = dD/Dt = 2π f. D= ω.D
3) 진동가속도(ACCELERATION) : IVI =D2 D/dt˚=2(πf)2.D˚ = ω2.D°
단위 : cm/sec2 1gal = 1cm/sec2
4) 진동주파수(FREQUENCY) : 단위시간(1초)동안의 진동수(Hz) F = 1/T

5. 진동 신호 정도의 표현값(SIGNAL LEVEL DESCRIPTORS)

진동 신호의 크기는 여러 가지 방법으로 나타낼 수 있다.
1)O TO PEAK : 순간쇼크 등과 같은 진동레벨을 표시하는데 적합하며, 얼마나 큰 진동레벨인가를 나타내고 시간을 고려하지 않는다.
2) PEAK TO PEAK : 진폭의 최대값이다.
3) R.M.S(Root Mean Square) : 시간과 진동의 크기를 함께 고려한 값으로 이는 진동신호의 에너지량을 측정하는 것이다. 그러므로 진동의 파괴력과 연관이 있다고 할 수 있다.

  • 6. 제진효과에 영향을 주는 두가지 요소 1) 고유진동수(NATURAL FREQUENCY) : 고유진동수는 단위시간당의 자유 진동수비를 나타내며, 어떤 물체가 가지고 있는 고유의 진동수이다. 고유진동수가 낮으면 SOFT하고, 높으면 HARD하다고 말할 수 있음.

    2) 감쇠(DAMPING) : 진동 운동계에서 에너지를 소멸시켜 주는 요소이다. 공진점에서의 공진율을 낮추어 주는 요소이며 공기스프링식 제진대에서는 공기보조탱크와 공기쳄버사이의 오리피스를 통화할 때 공기의 유동저항으로 감쇠 특성을 얻게 된다. 너무 오피리스를 작게하면 감쇠특성은 좋아지나, 공진점이 높아지므로 제진효과가 감소된다. 제진대에 탑제된 정밀기기의 조작성과 효율에 직접적인 영향도 주는 요소이다.


  • 7. 제진율(VIBRATION ISOLATION EFFICIENCY)

    3) 고유진동수와 강제진동수의 비(Fd/Fn) 이는 제진대에 있어서 제진효율을 결정하는 중요한 바이다. Fd/Fn이 2.=1.414보다 작을 때는 증폭영역에 있으므로 증폭이 되고, 제진은 안된다. Fd/Fn가 1일 때 즉 Fd와 Fn이 같을 때는 최대 증폭이(공진) 일어난다. 즉 Fd/Fn이 2=1.414 이상일 때 제진을 가능하다.