[기계공학실험2] Crank Vibration

소개

Ⅰ. 서론
1. 실험목적
Crank-Piston 운동은 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환시켜주는 장치로서 자동차, 스팀엔진 압축기 등외에도 기계분야의 여러 곳에 쓰이고 있다. 본 실험을 통하여 왕복운동과 회전운동이 공존할 때에 진동의 형태를 측정해 보고 추의 무게를 변화시켜 가면서 추의 무게가 진동에 미치는 영향을 알아본다. 또한 더 나아가 진동의 원인에 대하여 알아보고 진동의 영향 및 해결방법에 대해 고찰해 본다.

목차

Ⅰ. 서 론
1. 실험목적
2. 실험이론
2-1. 크랭크와 피스톤의 운동
2-2. 동역학적 모델과 관성력
2-3. 관성력의 평형
Ⅱ. 본 론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 실험 계산식
Ⅲ. 결 론
6. 실험결과
6-1. 실험 측정값
6-2. 고유주파수란?
6-3. 공진주파수란?
6-4. 고유주파수와 공진주파수와의 관계
6-5. 우리 주변에서 진동을 이용한 사례와 피해사례
7. 실험 결과 평가
8. 참고문헌
그림, 그래프, 도표 목차
<그림.1> 크랭크와 피스톤의 운동
<그림.2> 각 부분의 집중질량
<그림.3> 관성력의 평형
<그림.4> 실험장치
<표.1> 실험 측정값
<표.2> 실험 측정값
<그래프 1> 실험값

본문내용

Ⅰ. 서론
1. 실험목적
Crank-Piston 운동은 회전운동을 직선 왕복운동으로 전환시켜주는 장치로서 자동차, 스팀엔진 압축기 등외에도 기계분야의 여러 곳에 쓰이고 있다. 본 실험을 통하여 왕복운동과 회전운동이 공존할 때에 진동의 형태를 측정해 보고 추의 무게를 변화시켜 가면서 추의 무게가 진동에 미치는 영향을 알아본다. 또한 더 나아가 진동의 원인에 대하여 알아보고 진동의 영향 및 해결방법에 대해 고찰해 본다.
2. 실험이론
2-1. 크랭크와 피스톤의 운동
<그림.1> 크랭크와 피스톤의 운동
A점에서 크랭크 핀이 각속도 ω로 일정하게 회전운동을 하면 길이 l의 커넥팅 로드에 연결된 P점의 피스톤은 1자유도의 왕복운동을 하게된다. 크랭크의 반경을 r이라 하고 커넥팅 로드와 크랭크 핀이 이루는 각을 θ, 피스톤과 이루는 각을 ψ라고 한다면 피스톤의 변위량와의 관계식은
라 가정하고 ψ를 소거하면
의 값은 보통 1보다 작은의 값을 가진다. 고차항을 소거하여 정리하면
을 대입하면
를 대입하면
점은 일정속도로 왕복운동을 한다. P점에서의 가속도를 구하면
(1)
또한 A점에서의 변위량의 관계식은
따라서 A점 각 방향의 가속도는
(2)
2-2. 동역학적 모델과 관성력
피스톤 크랭크에 작용하는 관성력은 크랭크의 회전토크를 발생시킨다. 또한 이로 인해 베어링이나 다른 부분에 영향을 주어 진동을 일으킨다. 관성력은 크랭크의 왕복운동과 회전운동으로 인해 발생하게 된다. 따라서 이것은 점 P와 점 A에서의 집중질량의 영향을 받는다고 볼 수 있다.
<그림.2>각 부분의 집중질량
점 P와 A에서의 집중질량
(3)
왕복운동하는 질량에 대한 관성력을 구한다. 위의 1 식으로부터
회전운동하는 질량에 대한 관성력을 구한다. 위의 2 식으로부터
두 운동의 x방향과 y방향의 성분끼리 합하여 정리하면 각 방향의 총 관성력을 구할 수 있다.
(4)
2-3. 관성력의 평형
윗식에서 알 수 있듯이의 값과의 값은 동일하지 않기에 관성력은 평형을 이루지 못한다. 따라서 질량의 반대방향으로 편심질량을 가한다.
<그림.3>관성력의 평형
위 그림에서 모멘트의 관계를 살펴보면
(5)
가 된다. 이때 평형 관성모멘트값의 범위는이 된다.
만약의 값이 0이면축 방향으로의 관성모멘트가 되고의 값이 1이면 축 방향으로의 관성모멘트가 된다.
최종적으로 각 방향으로의 성분을 모두 더하면 평형상태에서의 관성력이 구해진다.
삼각함수의 공식을 이용하여 위 식을 정리하면
벡터의 합을 이용하여 각 방향으로의 관성력의 합은
이며의 값이 가장 작기 위한의 값은 0.5이다.
보통의 경우 내연기관에서는 평형관성모멘트의 값을 0.6으로 설정한다.

참고자료

· - 생활속의 소음진동 / 경문당 / 사종성
· - 기계진동 / 인터비전 / 곽문규
· - 생활속의 물리이야기 / 간디서원 / 김상수
· - 생활과 과학 / 지성출판사 / 신완철