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[진동학] 1자유도 강제진동 평가D별로예요

[실험2] 1자유도 진동계의 강제진동. 목 적 : 1자유도 진동계에 가진기를 연결하여 기저가진을 시킨 후 변 화하는 응답 특성과 공진주파수, 위상변화에 대해 실제로 확 인해본다.. 순 서 : 1. 질량과 가진기의 Base에 부착된 가속도계의 연결을 확인한 다.2. 신호발생기에서 여러 주파수의 sin 함수가 발생하여 base 를 가진하도록 한다.3. 각각의 경우에서 실험 시작 후 몇 초가 경과한 후 가속도계 로부터 데이터를 받아들여 저장한다.. 이 론1자유도 점성감쇠 시스템에 기저가진이 가해질 때의 운동방정식은 다음과 같다.mx prime prime (t)+cx prime kx(t)=cy prime (t)+ky(t)mx prime prime+c(x prime -y prime)+ k(x-y)=0기저가진 문제에 있어서 Base는 조화적으로 움직이는 것으로 가정한다. 즉,y(t)=Ysin omega _b t여기서 Y는 기저운동의 진폭을 나타내며omega _b는 기저진동의 진동수를 나타낸다. 이 식을 운동방정식에 대입하고 정리하면mx prime prime +cx prime +kx=cY omega _b cos omega _b t+kYsin omega _b t이 식은 감쇠비와 고유진동수를 사용해 다음과 같이 나타낼 수 있다.x prime prime +2 zeta omega _n x prime + omega _n^2 x = 2 zeta omega_n omega _b Tcos omega _b t+ omega _n^2 Ysin omega _b t특수해x_p를 구하면x_p = {omega _n^2 Y } over { SQRT {( omega _n^2 - omega _b^2 )^2 +(2 zeta omega_n omega_b )^2 } }sin( omega _b t- theta _1 )= omega _n Y [ { omega _n^2 + (2 zeta omega_b )^2 } over { SQRT {( omega_n^2 -omega_b^2 )^2 +(2 zeta omega_n omega_b )^2 } } ] ^1/2 cos( omega _b t- theta_1 - theta_2 )가 되며x_p의 진폭을 X라고 하면 다음과 같이 표현된다.{X } over {Y } =[ {1+(2 zeta r)^2 } over {(1-r)^2 +(2 zeta r)^2}]^1/2이 식은 응답의 최대진폭과 입력변위 진폭의 비를 나타낸다.. 결 과6.0 Hzmass base7.5Hzmass base8.05Hzmass base8.1Hzmass base8.15Hzmass base8.2mass base8.25Hzmass base9.0Hzmass base10.0Hzmass base1, 2, 3.f(Hz)w(rad/sec)YXX/YPHI(°)637.70.00230.005242.2788.647.547.120.001930.0126.2221.68.0550.580.0007430.00912.1131.98.150.90.0006450.009414.57440.88.1551.210.0006780.00913.2764.558.251.50.0006580.0091213.8698.018.2551.840.0006220.0089314.35103.95956.550.0008250.003544.29165.241062.830.0008750.00182.06183.6※PHI =360 DEG TIMES DELTA t over T:DELTA t는 두 Peak point(mass 와 base plot 에서)사이의 시간차4. 최대 진폭을 갖는 주파수 : 8.1Hz위상 차 90 일때의 주파수 : 약 8.2Hz5.{X } over {Y } = LEFT [ {1+(2 zeta r)^2 } over {(1-r)^2 +(2 zeta r)^2} RIGHT ] ^1/2에서 r=1이고 최대{X } over {Y }는 14.574이므로 각각 대입하여 계산하면THEREFORE zeta =0.0486. 토 의결과 3에서 작성한 표를 기준으로 각각의 데이터 값을 살펴보면 최대진폭비는 8.1Hz에서 나타났는데 이는 1자유도 자유진동에서 구한 고유진동수와 같은 값이다. 물론 가진 주파수의 범위를 더 세밀하게 하여 실험하였다면 보다 더 정확한 값이 나왔을 것이다. 우리가 1자유도 실험에서 구한 고유진동수는 그래프를 눈으로 확인한 뒤 구한 값이기 때문에 정확하다고 할 수 없다. 그러므로 이번 실험에서 구한 고유진동수가 더 실제 값에 가깝다고 볼 수 있다. 이론 상 가진 진동수와 고유진동수가 일치하는 부근에서 진폭은 최대가 되고 위상 차는 90°를 나타내야 한다. 하지만 실험 결과를 보면 최대진폭일 때의 진동수에서 위상 차가 90°가 되지 않고 8.15~8.2Hz 사이에서 90°의 위상 차가 나타났다. 이러한 오차가 나올 가능성에 대해 많은 생각을 해 보았다. 가진기에서 발생한 기저가진이 정확히 스프링을 통해 질량으로 전달되려면 세 종류의 물체가 정확히 일직선을 유지하면서 같은 선상에 무게중심이 존재해야 한다. 그러나 우리가 실험한 실험 장치는 우선 원통형 덮개로써 스프링과 질량이 수직으로 서있도록 고안한 것이기 때문에 이상적인 실험을 할 수가 없다. 따라서 가진이 되는 동안 원통형 덮개와의 마찰이 있었을 것이고 또한 질량과 덮개와의 틈을 통해 우리가 필요로 하는 수직 운동이 아닌 좌우, 회전운동이 미세하게 발생함으로써 공진주파수와 최대진폭비를 나타내는 주파수가 차이를 발생했을 것이라 판단했다.

공학/기술| 2002.12.04| 6페이지| 1,000원| 조회(942)

진동실험, 진동학, 강제진동, 1자유도강제진동

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[마이크로마우스] 스테핑 모터

..PAGE:1스테핑 모터..PAGE:2스테핑 모터란?외부의 DC전압 또는 전류를 모터의 각 상단자에 스위칭 방식으로 입력시켜 줌에 따라 일정한 각도의 회전을 하는 모터디지털 제어방식의 기기로서 일반적인 아날로그 전원보다는 디지털 펄스형식의 제어에 적합(즉, 디지털 펄스 1개에 1개 스텝에 해당하는 회전각만큼 정확한 회전운동을 하게 되며, 입력펄스의 수와 단위시간당 펄스입력속도에 정확히 비례하여 연속운동)자동제어 공작기계,프린터,floppy disk head 등에 사용..PAGE:3스테핑 모터의 장단점큰 부피와 중량에 비해 낮은 출력 값고속 회전이 어렵다전력 소모가 많다특정 주파수에서 공진에의한 진동현상 발생큰 정지토크 확보에 의한효율 저하제어가 쉽다(펄스로만 제어)오차가 적다오픈 루프 제어가 가능미세한 스텝 각 제어 가능큰 정지 토크단 점장 점..PAGE:4종 류VR형 PM형 HB형..PAGE:5VR형(Variable Reluctance)스틸로 된 회전자가 고정자에서 발생하는전자기력에 의해 이끌려 회전PM형(Permanent Magnet)영구자석으로 된 회전자와 전자기력을 띤고정자와의 인력, 척력으로 회전HB형(Hybrid)VR형과 PM형의 원리를 조합..PAGE:6구 조 및 구 동 원 리..PAGE:7A상을 여자시키면 회전자의 r1번과 고정자의 s1번, 그리고 r26번과 s25번치가 일치(Alignment)하게 된다. 이제 A상을 off하고 B상을 여자시키면 r7번과 s7번치, 그리고 r32번과 s31번치가 일치하도록 회전을 하게된다

공학/기술| 2002.10.09| 8페이지| 1,000원| 조회(1,342)

스테핑모터, 마이크로마우스, 마로10

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[기계제작실습] 궤도차량대회

1.제작목표우리 조의 이름은 ' Sixth Sense' 이다. 우리 조 이름이 나타내고자 하는 의미는 만들고자 하는 궤도 차량의 제작 컨셉이기도 하다. 즉 우리 조는 궤도 차량에 기존의 바퀴에 두 개의 보조바퀴를 추가(총6개의 바퀴)하여 궤도이탈 방지를 통해 안정성을 확보함으로써 속도를 극대화하고 정확한 제동에 중점을 두어 제작에 임하려는 계획이다. 물론 다른 요인들인 궤도 차량 차체의 무게나, 재료, 디자인 등의 요소들도 제작에 있어서 고려되지 않는 다는 것은 아니다. 세계시장에서 팔리고 있는 차들 중 볼보라는 차가 있다. 이 차는 외관상 그렇게 특이한 사항이 별로 없고 외관을 제외한 어떤 부분이 특별하다고 할 만한 부분도 별로 없다. 하지만 볼보가 세계시장에서 어필할 수 있는 것은 안전성이라는 부분이 돋보이기 때문이다. 사람들 모두가 안전한 차 하면 볼보를 떠올릴 정도로 그들만의 독특한 name value를 만들어 낸 것이다. 앞으로 세계는 자신의 강점 하나를 특성화시킬 수 있는 것만이 생존이 보장 될 것이다. 이것이 우리 조가 차량의 안정성과 제동에 역량을 집중하려는 이유이다. 이런 과정 속에서 조원들 각자의 생각을 충분히 조율해서 제작에 반영하는 방법이나 우리가 여태껏 각종 기계공학 교과서에서 배운 내용들을 실질적인 것에 접목시켜 보려 할 때 겪게 되는 괴리감들을 느낄 수 있는 것은 우리가 이 작업에 몰두함으로서 부수적으로 따라 오는 이점일 것이다.2.인원의 구성, 역할 분담 및 진행현황5월27일6월3일6월4일6월5일첫 조모임역할분담제작 방향 결정 및 설계자재구입 및레포트작성제작 및 수정 보완김홍범조장,총지휘감독제동장치 설계 및 제작 담당레포트 이론담당제동 장치 제작 (용수철을 이용한 제동장치 커팅 작업 및 결합 )최방원레포트 담당 및 설계몸체제작 및설계 담당레포트 계산식 담당몸체 제작 (바퀴를 연결 할 홀 만들기 위한 보링 작업 및 축의 수평잡기)김동환19981991차량 제작 관련 이론준비 및 검토속도향상을 위한 공기저항 감소 설계 연구레포트 자료 제공바퀴 제작 (6개의 바퀴를 선반을 이용해 홈 파기)박승원자재구입 및 예산 관리차량 낙하방지(안전장치) 담당을지로에서 자재 구입각 부품의 수치검사와 다듬질남상일품질관리 및 제작규격 오차 심사 및 검사레포트 역할 분담표 작성안전장치 제작 (차량의 낙하방지를 위한 장치 제작) 제동장치 패드제작박건우설계 및 자재 구입원심력에 의한 차량탈선 방지장치 연구담당청계천에서 자재 구입설계도면 해석을 통한 자재 결합과 조립 및 수정 보완3.이론과 원리1.기본 이론-지상으로부터 떨어져있는 모든 물체는 위치에너지(potential energy)를 가진다.▶Potential EnergyPE=mgh(m:물체의 질량, g; 중력가속도, h=물체의 높이)-어느 높이에서 떨어지는 물체의 위치에너지는 운동에너지로 바뀌게 된다. 지상에 닿으면 PE=0이 되면 PE=최대가 된다.▶Kinetic EnergyEk=1/2mv2(m:물체의 질량, v=물체의 속도)▶위치에너지와 운동에너지의 관계mgh=1/2mv2v=√mgh만약, 마찰이 없으면 PE+Ek=constant-마찰로 인한 에너지 손실▶Friction Eloss=μmgL (μ:마찰계수 L:이동거리)-차량의 운동에 방해가 되는 마찰과 공기저항을 최소화시킴으로써 차량의 속도와 안정성을 높일 수 있다. 즉, 마찰계수를 조정하여 마찰에너지를 줄일 수 있으며 공기저항계수를 감안하여 생각함으로써 저항에너지도 줄일 수 있다. 하지만 공기저항과 관련된 문제에 있어서는 측정 및 이론의 적용이 상당히 어렵기 때문에 외관 상 공기저항의 크기가 최소화 할 수 있는 디자인을 적용키로 했다. 불필요한 외부 장식이나 덮개 등을 제거함으로써 이러한 점을 만족시킬 수 있다.-마지막으로 정지를 위해 궤도 챠랑은 차와 같은 브레이크의 역할을 할 수 있는 장치가 따로 필요한데 이것이 아주 중요한 사항이다. 정지선 내에서의 종속에 의한 운동에너지를 제동장치의 마찰력에 의한 마찰에너지로 전환시킴으로써 차량을 정지시키는 방법이다.1/2mv32=μFL=μkxL(v3:종속, k:스프링 탄성계수, x:스프링압축길이, L:제동 후 이동거리)2.원 리궤도 차량의 원리는 롤러코스터와 같이 일정한 높이에서의 위치에너지만으로 움직이는 것이다. 즉, 위치에너지가 운동에너지로 변하는 것인데 공기저항과 지면과의 마찰로 인해 운동에너지 보존법칙을 만족시키지는 못한다. 따라서 에너지 손실을 최소화시키는 원리가 적용된다.①본 체모든 움직이는 물체는 공기의 저항을 받는다. 예를 들어 자동차가 직진하고 있는 경우 차체는 항력과 양력과 피칭 모멘트를 받게 되며 이것은 속도나 안정성에 영향을 주는데 자동차의 속도나 상태 및 차체의 모양, 풍속의 세기, 날씨 등에 따라 다르므로 설계 시 좋은 성능을 위해 많은 연구와 노력이 필요하다. 하지만 여건 상 유체역학 적 원리를 직접 적용하기 힘들다.②바 퀴바퀴는 궤도 차량시험에 있어 가장 중요한 부분이기도 하는데 차량이 달릴 때 미끄럼 마찰을 굴림 마찰로 변화시키는 역할을 한다. 따라서 효과를 극대화시키기 위해 베어링을 사용하거나 접촉면적을 줄이도록 설계 할 수 있다.4.제작 아이디어아이디어 회의를 하면서 토픽이 되었던 것들을 서술해 보면 첫째로 어떻게 하면 초기 속도를 높이고 종속을 줄일 수 있을 것인가? 둘째, 차량이 커브를 돌 때 어떻게 하면 속도를 크게 줄이지 않고 커브를 돌 것인가? 그리고 이때 차량이 궤도를 이탈하지 않게 하는 방법은 무엇인가? 셋째, 어떻게 하면 제작비를 최소화하면서 제작을 용이하게 할 것인가? 마지막으로 다루어 졌던 문제는 제동을 어떻게 할 것인가 하는 것들이었다.첫째로 제기 되었던 문제들에 대한 특별한 결론이 도출된 것은 별로 없다. 다만 작년에 대회를 참관한 사람의 진술을 토대로 내린 결론은 초속을 높일 수 있는 방법은 차량의 앞부분 무게를 증가시키는 것이고 종속은 특별히 제어 할 수 있는 것은 아니며 다만 바퀴의 마찰력과 차량이 커브를 돌 때 감속되기 때문에 종속이 빠르게 하려면 커브 시 마찰을 최소화해야 한다는 결론을 내렸다. 그리고 둘째로 차량이 커브를 돌 때 어떻게 하면 궤도를 이탈하지 않게 할 것인가에 대한 문제는 보조 바퀴를 다는 것으로 결론을 내렸다. 즉 예전에 RC카에서 커브를 잘 돌아가기 위해서 달았던 보조바퀴를 응용해서 레일 바깥쪽으로 차량 양쪽에 보조 바퀴를 달자는 의견이었다. 그러나 이것이 마찰로 속도를 떨어트릴 수 있으므로 이 보조 바퀴가 항상 레일에 닿게 할 것이 아니라 조금 레일과 떨어트려서 차량이 궤도를 이탈하려고 할 때에만 보조 바퀴가 작용하는 방향으로 하자는 것이 결론이었다. 셋째 제작비를 최소화하면서 제작을 용이하게 하는 방법으로 도출된 결론은 차체를 간결하게 하자는 것이다. 보통 차체를 제작할 때 프레임을 달고 다시 여기에 판을 붙이고 하는 식이 아니라 일체형으로 차체를 제작하자는 의견이었다. 즉 디긋자 형으로 된 연강으로 차제를 만들자는 것이다. 디긋자 형의 차체에 바퀴를 달기 위한 축을 달고 제동 장치만을 달기 때문에 특별히 공기 저항도 적게 받을뿐더러 만약에 이 연강을 알루미늄 강판으로 대체할 수 있을 시에는 차량의 중량의 감소에도 상당한 영향을 끼칠 것이라는 생각 때문이다. 그리고 마지막으로 가장 치열하게 논의되었던 것이 제동장치에 관한 것이었다. 많은 방법들이 논의되었으나 결론은 스프링으로 제동장치를 작동시키고 제동장치 끝에 고무를 장치하여 궤도에 접촉시킴으로써 마찰력을 극대화시키자는 것이다. 즉 종속에 의한 운동에너지를 고무를 이용한 마찰에너지로 전환시킴으로써 제동을 하자는 의견이었다. 부수적으로 차체 위에 인형을 태우는 사항에 대해서는 차량 제작이 마친 후 적당한 위치에 안전벨트 식의 장치를 따로 설치하기로 했다.

공학/기술| 2002.10.09| 5페이지| 1,000원| 조회(511)

기계제작, 궤도차량, 기계실습, 궤도차량대회

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