[부산대학교 기계공학응용실험] 기계시스템운동의 가시화 & 기초진동실험

소개글

[부산대학교 기계공학응용실험] 기계시스템운동의 가시화 & 기초진동실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적 및 이론
2. 실험장치 및 방법
3. 실험결과 및 분석
4. 결론 및 고찰
5. 참고문헌


1. 실험목적 및 이론
2. 실험장치 및 방법
3. 실험결과 분석
4. 결론 및 고찰
5. 참고문헌

본문내용

데 사용한다. 위상각 측정 판은 가진 모터의 불평형 질량판 위에 부착한 기록종이판이다. 가진 모터 바로 위의 프레임에 설치된 기록 펜을 종이판 위에 내려놓으면, 불평형 원판이 회전함에 따라 원을 그린다. 먼저, 저속에서 모터를 회전시켜 위상각 기준 궤적원을 그리게 하고, 기록지 위에 그려진 기준궤적원의 중심점과 불평형 원판의 불평형 구멍 위치를 표시한다. 그 다음 위상각을 측정하고자 하는 특정 실험 회전수에서 같은 작업을 반복하여 새롭게 응답궤적을 그리게 한다. 두 개의 원이 그려진 기록지를 떼어내서 기준원에 표시된 두 점을 잇는 직선을 작도하고, 측정 회전수에서 그려진 원의 중심과 기준원 중심을 연결하는 선을 그린다.
④ 드럼 차트 기록기
차트 기록기 속도제어기에 연결된 회전드럼과 그 위에 감겨지는 기록지, 그리고 강체봉 끝단에 부착된 기록 펜으로 구성되어 강체봉 끝단의 진동 변위를 기록한다. 기록된 진동신호의 진동수를 계산하기 위해서는 기록지의 속도를 알아야 한다. 이 속도는 20초 정도 드럼을 회전시켜 기록지에 기록된 선의 길이를 측정하고 걸린 시간 20초로 나눈 값으로 구할 수 있다.
2) 실험방법
1) 자유진동
① 비감쇠 자유진동
(1) 먼저 설치할 스프링의 스프링 상수를 스프링 변형 실험을 통해서 구한다.
(2) 강체 보에 스프링을 보 우측 끝단에 설치한다.
(3) 차트기록기 모터 전원선을 속도제어기 전면 패널의 보조 전원 공급 소켓에 연결하고, 속도 제어기 전원을 켠다.
(4) 강체 보 우측 끝단을 아래로 약간 잡아당겨 초기 각변위를 주었다가 놓아주어 자유진동을 발생시킨다.
(5) 진동 발생 직후 차트기록기의 펜을 기록지 위에 접촉시켜 발생 진동 변위 궤적을 기록한다.
② 감쇠 자유진동
(1) 강체 보에 스프링을 보 우측 끝단에 설치하고, 감쇠기는 보의 내부에 설치한다.
(2) 차트기록기 모터 전원선을 속도제어기 전면 패널의 보조 전원 공급 소켓에 연결하고, 속도제어기 전원을 켠다.
(3) 강체 보 우측 끝단을 아래로 약간 잡아당겨 초기 각변위를 주었다가 놓아주어 자유진동을 발생시킨다.
(4) 진동 발생 직후 차트기록기의 펜을 기록지 위에 접촉시켜 발생 진동 변위 궤적을 기록한다.
2) 강제진동
① 비감쇠 강제진동
(1) 강체 보 우측 끝단에 스프링을 설치하고, 감쇠기 없이 비감쇠 강제진동계를 구성한다. 가진 모터 속도제어기의 전원 스위치를 켠다.
(2) 응답 위상 측정을 위해 가진기 원판(불평형 원판) 위에 원판 궤적 기록지를 붙이고, 프레임 위 측 보에 설치된 기록 펜을 기록지 위에 위치시킨다.
(3) 아주 낮은 속도로 원판을 회전시켜 궤적지 위에 기준궤적을 그리게 한 다음, 원판에 나있는 구멍의 위치를 궤적 위에 표시한다.
(4) 가진 모터의 속도를 저속에서 모터 가진 주파수가 진동계의 고유진동수를 넘어서는 고속까지 일정 속도 간격으로 높여가면서, 가진 주파수에 따라 응답기록지에 기록되는 진동진폭과 모터 불평형 원판 위의 위상기록지에 기록되는 위상각을 측정한다.
② 감쇠 강제진동
(1) 강체 보에 감쇠기를 설치하여 감쇠진동계를 구성하고, 가진 모터 속도제어기의 전원 스위치를 켠다.
(2) 응답 위상 측정을 위해 가진기 원판(불평형 원판) 위에 원판 궤적 기록지를 붙이고, 프레임 위측 보에 설치된 기록 펜을 기록지 위에 위치시킨다.
(3) 아주 낮은 속도로 원판을 회전시켜 궤적지 위에 기준궤적을 그리게 한 다음, 원판에 나 있는 구멍의 위치를 궤적 위에 표시한다.
(4) 가진 모터의 속도를 저속에서 모터 가진 주파수가 진동계의 고유진동수를 넘어서는 고속까지 일정속도 간격으로 높여가면서, 가진 주파수에 따라 응답 기록지에 기록되는 진동진폭과 모터 불평형 원판 위의 위상기록지에 기록되는 위상각을 측정한다.
3. 실험결과 분석
: 2613.3N/m, : 5.826kg
: 725mm, : 150mm, : 370mm, : 615mm
Beam 질량 : 1.917kg
⑴ 비감쇠 자유진동
① 주기 , 진동수 , 고유 각속도 (측정)
, ,
② 보의 질량 관성 모멘트(측정)
③ 보의 질량 관성 모멘트(이론)
관성 모멘트 오차:
④ 고유 각속도 (이론)
(이론)
고유 각속도 오차:
⑵ 감쇠 자유진동
① 주기 , 진동수 , 감쇠 각속도
, , (측정)
② 대수 감소율 , 감쇠비
,
③ 고유 각속도
고유 각속도 오차:
④ 보의 질량 관성 모멘트
관성 모멘트 오차:
⑶ 감쇠 강제진동
진동수비 ,
각속도
확대율 R
위상
진동수 =
N
1150rpm
(40.14)
1250rpm
(43.63)
1350rpm
(47.12)
주파수 비 r
0.92
1
1.08
확대율 R
6.46
48.69
5.96
이론
7°
90°
-7.6°
실험
48°
⑷ 확대율 및 위상각도
4. 결론 및 고찰
강체 보와 스프링, 점성 감쇠기로 구성된 1 자유도 진동구조물의 자유진동과 강제진동 특성을 실험적으로 측정하고 분석했다. 감쇠기의 유무에 따라서 감쇠, 비감쇠 진동으로 나뉘게 된다.
자유진동 실험에서 이론값과 실제 측정값을 비교해보면 고유 진동수에서 25.0%, 질량 관성 모멘트에서 32.7%이 오차가 발생했다. 우선 실험 시 스프링의 탄성만을 고려해 계산했는데 실제로는 보에서도 탄성이 있을 것이므로 오차가 날 수 있으며, 재료를 고려해본다면 스프링과 재료의 내부 물성치가 반복된 실험에 의해 바뀌었을 수도 있을 것이다. 또한 실제 측정에서 완벽하게 정확한 길이를 얻지 못했다고도 볼 수 있다. 감쇠 강제진동 실험에서는 속도를 1150rpm, 1250rpm, 1350rpm으로 실험을 진행했는데 1250rpm일 때 자체 고유 진동수와 외부 진동수가 같게 되어 증폭되는 공진을 확인할 수 있다. 결과를 보면 1150rpm과 1350rpm일 때 확대율이 약 6이고 1250rpm일 때는 확대율이 50에 가깝다는 것을 확인할 수 있다.
진동 특성을 시험적으로 해석하는 과정을 통해 기초 실험 장치의 사용법과 개념들을 체험적으로 익힐 수 있었고, 각 실험마다 분석하는 과정에서 진동에 관해 한층 더 이해할 수 있었다.
5. 참고문헌
- 기계공학실험교재편찬회, 기계공학 응용실험, 청문각, 2009

키워드

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