진동시험기 작동과 이론

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1 Vibration Test System 의이해 ( ) 기술사업본부경보장치팀임채필

2 -- 목차 - 1. 교육목적 2. 진동시험기구성 3. 진동시험기작동원리 4. 진동관련용어의정의 5. 진동시험기의선택요건 6. 시험기사용시주의사항 7. 진동시험기의구조및특성 2

3 [ 1 ] 교육목적 검정기술기준개정 ( ) 으로 IEC 의진동시험방법도입 - 진동시험의이론적이해 - 시험기구성및특성파악 - 시험기작동및사용법의숙지 시험, 검사업무의신뢰성향상 3

4 [ 2 ] 진동시험기 (Vibration Test System) 구성 - 가진기 (Vibrator or Shaker) - 증폭기 (Amplifier) - 제어기 (Controller) - 가속도계 (Accelerometer) 4

5 [ 3 ] 진동시험의작동원리 - 가진기는자장 (Magnetic Field) 내의도선에전류가흐를때고정자기장에반대하는자기장을생성하는코일내의전류에의해전기자 (Amarture) 의운동이발생 - 고정자기장은대형가진기내의전자석에의해발생되어 플레밍의왼손법칙 에따라전기자 (Amarture) 가상하방향으로운동에너지가발생하여진동시험이가능함 5

6 - 전자 ( 電磁 ) 식진동시험기의테이블을움직이는힘 (F) 은구동코일에흐르는전류 (I) 와코일을가로지는강한자기장 (B) 사이의상호작용에의해서발생됨 6

7 - 자장 (Magnetic Field : B) 내에발생되는힘 (F) 은 F = BIL의공식에따라자장의세기 (B), 전류 (I) 그리고코일의길이 (L) 에비례함. 즉생성되는힘의크기는코일에흐르는전류의크기에비례함 7

8 - 공진이없는경우이용가능가진력은다음의 Newton 제 2 법칙에근거함 F = ma (m : 가동부질량, a : 가속도 ) - 즉, 빈테이블에질량들이올라가게되면이용가능한가속도값은이와비례해서낮아짐 8

9 가진기 (Vibrator) 구조 - 고정자기장은소형가진기내의영구자석또는대형가진기내의전자석에의해발생됨 9

10 [ 4 ] 진동시험용어의정의 1) 스위프속도 1 옥타브 /min 분당주파수의변화율이진동시험을시작하는 주파수 10 Hz 에서시작주파수의 2 배가되는 20 Hz 로변화시키는속도를의미함 즉, 10Hz (1 분 )20Hz (1 분 )40Hz (1 분 ) 80Hz (1 분 )160Hz : 총 4 분이소요되어 10 Hz 에서 150 Hz 까지 1 옥타브 /min 으로변화시약 3 분 55 초의시간이소요됨 10

11 2) 스위프싸이클수 진동시험주파수가변동범위인 10 Hz 에서 150 Hz 까지변화되었다가다시 10 Hz 로 변화되는횟수를의미 1 Sweep : 10 Hz 150 Hz 10 Hz 스위프싸이클수가 1 인경우시험시간은약 7 분 49 초가소요됨 11

12 3) 진폭 (Displacement) - 진폭의산출 : A = 2π²f²D - 가속도 (A) m/s² 에서진폭 (D) 은 주파수 10 Hz 인경우 2.5 mm 150 Hz 인경우 mm 시험진폭은가속도에따라주파수에반비례하여변화됨 12

13 4) 기술기준에의한진동시험소요시간 - 통전 10 Hz, 1스위프싸이클시험 축 (x,y,z) = 23분 26초소요 - 무통전 150 Hz, 20스위프싸이클시험 축 (x,y,z) 20스위프싸이클 = 469분소요 (7시간 48분 ) 13

14 [ 5 ] 진동시험기의선택요건 1) Newton 제2법칙 (F = ma) F = 가진력 [Max Force Output] (N) m = 가동부질량 [ 전기자 (Amarture)+ 테이블 + 시료 +JIG무게 ] (kg) a = 가속도 [Acceleration] ( m s2 ) 1N은 1kg 질량의물체를 1 m s2의가속도로가속시키는데필요한힘을의미함 1 N = kgf, 1 G = 9.8 m s2 14

15 2) 가진력 3,000 kgf인진동시험기의경우 29,400 N = ma =(50kg+82kg+160kg +130kg ) x a 에의해 a = 69.7 m s2이며, 1G = 9.8 m s2이므로최대가속도 (a) = 7.1 G 값을발생함 상기조건은이론적이상값이며시험가능한시료중량, 가속도, 주파수는각제조사의설계사양에의하여결정됨. Random 가진력 = Sine 가진력 /

16 Acceleration (m/s^2) 3) 진동시험기특성곡선 MAXIMUM PERFORMANCE CURVE Vibration Test System Model:G Max. Acceleration 392m/s^2(40G) bare table with no load Max. Displacement 50 mmp-p Max. Velocity 1.0 m/s 108m/s^2(11G) with horizontal table, no load K 5K Frequency (Hz) 16

17 4) 진동시험기사양비교 G-9230(S): 07년도입 vs G-9220: 06년도입 Max Force Output : 29.4 kn(3,000 kgf) G-9230(S) 19.6 kn(2,000 kgf) G-9220 Max.Velocity : 1.0 m/s 1.0 m/s Max. Acceleration : 420 m s2 (42.8G) 392 m s2 (40 G) Max. Displacement : 100 mm 50 mm Frequency Range : 3 ~ 500 Hz 5 ~ 1,000 Hz Max Payload : 1,000Kg(0.5 MPa) 500Kg(0.4 MPa) 17

18 Table Diameter : 400 mmφ Movable Weight : 70 Kg Table Ecc. Moment : 2,940 N.m 400 mmφ 50Kg 1,960 N.m Weight : 3,200 Kg 3,000 Kg Power Output : 21 KVA 14 KVA Table Size : 1,200x1,200 ( mm ) 130 kg/170 kg 1,000x1,000 ( mm ) 82 kg/107 kg G-9230(S) 는 G-9220 에비하여가진력, 변위, 최대적재하중, 편심허용율, 증폭기출력및테이블크기가크게증대되어대형시료의안정적인시험에적합 18

19 [ 6 ] 시험기사용시주의사항 1) 가진기에어쇼바공기압확인 대형시료 Z 축시험시시험기파손우려 2) 가진기가동공기압확인 0.4 Mpa( 적재하중 500 Kg) 유지확인 3) 시료및 JIG 고정상태확인 불안정한고정시시험기 Trip 및시험불가 4) 수평테이블 Slip Oil 압력정상확인 Oil 공급불량시수평테이블파손 19

20 5) 시험조건입력시가속도단위의철저한확인 392 m s2 = 40 G 이므로 9.8배의차이발생 6) 대형시료의설치작업시충분한인원 (4명) 참여 시료, JIG무게 (400 Kg) 에따른안전사고위험 7) 안전모, 안전화등보호장구착용 담당자외시험지역접근금지 8) 시험기가동능력이검증된직원에의한가동요구 무리한사용에의한고장및파손우려 20

21 [ 7 ] 진동시험기구조및특성 SYSTEM BLOCK DIAGRAM Model : G-9220 Digital Vibration Controller D-5702 A ccelerometer S ignal Master Unit G Table P osition S ignal Power A mplifier Unit G X 2 sets Power Supply Circuit A C D riv e S ig. D C F ield S ig. Vibration Generator G Horizontal Slip Table G61-110H Cooling Blower VB52bM (Silencer) Air Control Panel G Blow er S upply 3-phase 200 V Power Requied 3-phase? 220V,60 Hz A pprox. 27 KVA A ir Required 0.4MPa, 2L/min. 21

22 ) 제어부 (Vibration Control System) Power Amp l if ier Un i t G Power Amp l i f ier Un i t G Tab le Contro l Pane l G Master Un it G D ig ita l V ibrat ion Contro l ler D-5701 Key Board/Mouse Meter Pane l Vent i lat ion Pane l 22 Depth : 1000mm We ight : Approx. 500Kg

23 ) 냉각시스템 (Cooling system) F LOW PRESSURE SUCT ION PRESS. SUCT ION TEMP. R. P.M. 3 : 2 1m /m i n :-5.5 kp a (-5 5 0mm A q ) :101 kp a (10333mmA q ) : 2 0 : : : 3.7 kw,2 p : 3φ A C 2 0 0/ V, 5 0H z r pm WE IGHT k g MOTOR SUP P L Y φ φ S i lencer φ φ

24 ) 가진기 (Vibration Generator) GearedMotor Hydrostat ic Bear ing φ φ * Aux. Vert ica l Tab le A ir Cy l inder * Hor izonta l S l ip Tab le 24

25 가진기와 Slip Table - 가진기의기능 증폭신호를역학운동으로변환해시험체에전달 기계식 (mechanical)/ 전자식 (electro-dynamic) / 유압식 (electro-hydraulic) 의 3 종류 전자식은폭넓은주파수대역사용및임의진동레벨이나힘의생성및제어가용이 - OIL Film Slip Table Mathod 사용 25

26 수직테이블 (Vertical Slip Table) - 셰이커의표면적을늘리기위한수직및수평보조테이블이일반적으로사용됨 - Al 재질을사용하며테이블의사양과표면적은최대동작주파수와시험질량에서로밀접히관련되어있음 26

27 다용도지그 (JIG) 의설계 - JIG 설계의고려사항 1) JIG 는단단하고가벼워야함 2) 시험가속도및소요가진력고려 3) 시료장착표면적및주파수범위 4) 적합한재료의선택 ( 티타늄, 알미늄, 철등 ) JIG 설계는기술적노하우와경험이매우중요 27

28 Cube JIG 의설계 - 센서, 전자부품, PCB 와같이비교적작고가벼운시험체를높은주파수까지가진시사용 - 가진축의변경없이 X, Y, Z 축동시테스트가능 28

29 가속도계 (Accelerometer) 의역할 - 압전소자 (Piezoelectric materials) 의역학적성질을전기적성질로변환시키는효과를이용 - 압전소자발생전위차는가한힘의크기에비례하므로정확한진동량을측정및제어부로송신하여시험조건의콘트롤및필요시시험기 Trip 29

30 복합환경진동시험기 - 복합환경신뢰도테스트시스템은설정된 온도및습도조건에서진동시험이가능 30

31 진동프로그램운영 31

32 Cube JIG 의활용 32

33 가변형 JIG 의활용 33

34 대형 JIG 의활용 34

35 감사합니다.. 경보장치팀임채필과장 35