방진설계의 기초

우리가 공조장치로 사용하는 기계는 작은 것은 몇 분에 1kW 에서부터 큰 것은 수백kW 의 모터에 의해 구동되고 있습니다. 그리고 이런한 기계들은 회전수나 중량을 비롯하여 회전운동, 왕복운동 등이 있어서 제각기 다른 모양입니다. 이러한 기계는 각가 미리 정해진 합격범위에 들어가면 되도록 만들어져 있으므로, 엄밀히 얘기하면 어느 정도의 언밸런스가 생기는 것은 피할 수 없습니다. 한마디로 말해 기계 진동은 이러한 언밸런스의 대소에 의해 결정된다고 해도 과언은 아닙니다. 어느 쪽으로 하여도 진동이 적은 기계를 사용하는 것이 가장 좋다는 것은 말할 필요도 없는 것입니다. 같은 정도의 진동을 가지는 기계에서는 속도가 빠른 기계를 사용하는 것이 방진을 하기 쉽습니다. 방진설계를 하는 경우는 재실자에게 불쾌감을 주지 않는 범위 내에서 진동의 크기를 줄이는데 목표를 두어야 합니다. 진동의 크기는 진동의 진폭과 진동수에 영향을 받는데, 진폭이 크더라도 진동수가 낮으면 진동을 적게 느끼며, 반대로 진폭이 작아도 진동수가 크면 불쾌감을 준다고 합니다. 또 진동 그 자체는 무심코 있으면 그냥 지나치는 작은 것이라도 그 진동이 원인이 되어 발생한 소음으로부터 진동이 일어나고 있는 것을 알아채면 괜히 우려가 되는 등, 심리적인 면에 의해 좌우되는 경우도 있습니다. 예를 들어 같은 진동에서도 호텔의 객실과 백화점의 매장에서 느끼는 것은 확실히 다른 것입니다. 진동의 문제를 해결하기 위해 흔히 모델을 생각합니다. 모델이란 것은 실물 중에서 가능한 한 요점만을 고르고 단순한 형태로 바꿀 수 있는 것은 바꾼 모형을 말합니다. 예를 들면 모델으 한 예로서 머리부분을 가는 용추철로 매달고, 발도 용추철로 되었는 장난감을 들어 보겠습니다. 이 몸통 부분을 냉동기라고 하면 장난감은 냉동기 모델이 됩니다. 이것을 천장에 매달고 몸통을 아래로 잡아당겨서 재빨리 놓으면 용수철의 탄성력만으로 원래의 위치를 중심으로 하여 발을 흔들거리면서 상하로 계속 진동하게 됩니다. 이것이 고유진동입니다. 이렇게 하여 흔들거리며 움직이는 장난감은 점차 에너지를 소모하여 그 움직임이 약해지고 결국은 정지하게 됩니다. 이 경우 용수철의 질량이 장남감의 질량에 비해 작기 때문에 진동이 장난감 몸통 부분을 무게추로 하여 상하 방향으로만 움직이고 있는 것입니다. 즉 다시 말해서 상하방향 이외는 움직이고 싶어도 움직일 수 없습니다. 이처럼 어느 한 방향으로 밖에 움직이지 못하는 진동을 일자유도진동이라 합니다. 기계를 운전하기 시작하면 어느 진동수에서 상하운동을 하게 됩니다. 이 진동수를 강제진동수라고 합니다. 실제 문제로서 기계는 그때의 상태에 따라서 여러 가지의 진동을 일으키게 되므로 실측하는 것 이외에 정확히 그 값을 파악할 수 없으나, 방진설계를 하는 경우 보통 기계의 회전수와 그것을 움직이고 있는 모터의 회전수를 비교해 보아서 그 중 낮은 쪽을 강제 진동수라고 합니다. 정확히 강제진동수를 알고 싶을 때는 진동계를 써서 측정하는 수밖에 없습니다. 이렇게 해서 고유진동수와 강제진동수를 구하는 것은 기계가 만들어내고 있는 진동 중에서 어느정도가 방진장치를 통해서 바닥으로 전해지는가를 알기 위해서 꼭 필요하기 때문입니다.