진동시험기란?
진동시험기 (영어: vibration testing machine) 는 부품이나 제품에 진동을 가하는 시험기 입니다.
진동 시험기는 진동으로 인한 파손이나 고장을 확인하거나 부품의 진동 응답 특성을 조사하는 데 사용됩니다. 어떤 제품이든 장기간의 진동으로 인한 피로로 인해 파손될 가능성이 있습니다. 따라서 품질 보증의 관점에서 진동 시험기를 사용하는 시험이 많이 이루어집니다.
진동 시험기의 사용은 주로 정현파 진동이나 임의파 진동에 의한 내진 성능을 확인하는 것이 목적입니다. 또한 기계 시스템의 진동 응답 특성인 기계 임피던스를 측정하여 공진 주파수를 파악하거나 진동 대책에도 활용됩니다.
진동시험기 사용 용도
진동시험기는 부품 및 제품의 내진성 확인 및 부재-구조물의 진동 응답 특성 파악 등에 사용됩니다.
- 자동차 부품, 전자부품 등의 제품이 진동 환경에 견디고 성능을 발휘할 수 있는지의 확인
- 가전제품, OA기기, 식품 등 출하되는 제품이 운송 시 받는 진동으로 인한 제품 및 포장에 미치는 영향 확인
- 건축자재 및 건물 자체의 지진에 대한 내력 시험 및 면진구조, 제진구조의 효과 확인
- 터빈 발전기의 터빈 블레이드의 진동 특성, 축의 비틀림 진동 특성
- 공작기계 프레임의 기계 임피던스 측정
- 진동계, 지진계의 교정 등
진동시험기의 원리
진동시험기는 구동방식에 따라 기계식, 유압식, 동전식, 서보모터식 등으로 분류되며, 각각 원리가 다릅니다.
1. 기계식 진동시험기
구동력으로 모터를 사용하여 회전운동을 기계적으로 왕복운동으로 바꾸는 방식입니다. 유압식이나 동전식에 비해 상대적으로 가격이 저렴합니다. 최근 기계식은 제어성이 단점으로 지적되어 다른 방식으로 대체되고 있습니다.
2. 유압식 진동 시험기
구동력으로 유압펌프의 유압을 사용하는 방식입니다. 서보 밸브에 의해 유압 회로를 고속으로 전환하여 진동시킵니다. 낮은 진동수, 긴 스트로크, 큰 출력이 필요한 경우에 적합합니다. 주파수 범위는 1~300Hz 정도입니다. 건물 등 대형 구조물을 지진파로 진동시키는 경우 등에 많이 사용됩니다.
3. 동전식 진동 시험기
자기장 속 도선에 전류를 흘릴 때 발생하는 로렌츠력을 이용하는 방식입니다. 여자코일에 의한 자기장 속에 설치한 구동코일에 교류전류를 흘려 전류에 따라 왕복운동을 하게 합니다.
가진기의 진동을 픽업으로 감지하여 제어기에 피드백하여 진동을 설정값으로 유지합니다. 이 방식의 특징은 가진 진동수 범위가 넓어 특히 높은 진동수까지 대응할 수 있다는 점입니다. 진동수 범위는 5~3,000Hz 정도가 일반적이지만, 소형 가진기에서는 이보다 더 높은 40,000Hz까지 가능한 타입도 있습니다.
4. 서보 모터식 진동 시험기
AC 서보모터와 볼스크류를 조합한 서보모터 리니어 액추에이터를 사용하여 진동시키는 방식입니다. 유압식에 비해 탑재 하중이 낮고, 동전식에 비해 진동수 범위가 낮습니다. 유압식과 전동식의 중간 정도의 작동 범위입니다. 진동수 범위는 0.01~300Hz 정도입니다.
진동시험기 기타 정보
1. 진동시험의 종류
진동시험의 종류는 정현파 진동시험, 임의파 진동시험, 충격시험 등으로 분류됩니다.
- 정현파 진동시험
일정한 주기로 반복되는 진동을 가하는 시험입니다. 진동 주파수와 진폭을 고정하여 시험하는 방법과 주파수를 스윕하고 진폭은 진동수에 따라 설정하는 시험 방법이 있습니다. 주로 내진성 확인에 사용됩니다. 또한, 진동 주파수를 변화시켜 시료의 공진 유무, 공진 주파수, 진동 응답 특성을 조사하는 시험이 있습니다. - 임의파 진동시험
규칙성이 없는 무작위 진동 파형으로 가진하는 시험입니다. 시험 조건은 진동수 대역과 가속도의 스펙트럼 밀도로 규정합니다. 이 시험은 상하, 좌우, 전후 3방향에 대해 실시합니다. 전기 제품이나 전자 부품이 지상 차량 주행이나 항공우주 운송의 진동 부하에서 어떻게 되는지 잘 재현할 수 있습니다. 따라서 응력 누적으로 인한 성능 저하 및 기계 고장을 감지하는 효과가 높고, 시장 환경에 더 가까운 시험 결과를 얻을 수 있습니다. - 충격 시험
일반적으로 규정된 피크 가속도와 작용시간의 펄스 파형 충격을 시료에 가하는 시험입니다. 충격 환경에 대한 내성 및 특성 평가를 실시합니다.
2. 진동시험기의 대형화 및 소형화 추세
진동 시험기의 대형화가 진행되고 있습니다. 기존에는 전기제품, 전자부품, 자동차 부품 등이 시험의 주를 이루었으나, 포장화물, 철도차량 탑재부품, 항공우주산업, 내진건축 등의 수요가 증가하고 있습니다. 또한, 항공우주산업에서 요구되는 진동 주파수가 민생용품이나 차량용 제품보다 높기 때문에 이에 맞는 시험기도 개발되고 있습니다.
진동시험기의 소형화 요구도 증가하고 있는 실정입니다. 예를 들어, 탁상형 진동 시험기가 있습니다. 이 시험기는 PCB의 납땜 불량, 커넥터의 접촉 불량, 나사나 너트의 조임 불량 등을 감지하는 데 사용됩니다. 또한 휴대용 진동 시험기가 개발되고 있습니다. 이 시험기는 전자기기의 내진 점검이나 특정 부위의 진동 응답 특성을 측정하는 데 사용됩니다.