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기술지식/기계가공기술

밸런스(Balancing) 밸런싱이란?

노구라 2010.11.03 09:42

밸런스(Balancing)

 

 

밸런싱이란?

회전체의 질량 중심이 회전중심으로부터 편심되어 있거나. 불균형 질량이 존재하면 회전체는 불평형 상태에 있게 된다. 이러한 회전체의 회전속도가 증가할수록, 질량편심에 의해 더 큰 불평형 원심력이 발생하며 이 원심력은 베어링과 지지부에 전달되어 구조물 진동의 원인이 된다. 특히 축의 직경이 가늘어지고 회전속도가 고속화될수록 불균형 질량에 의한 진동의 영향이 더욱 두드러지게 나타난다.

따라서 회전체의 진동을 감소시킴으로써 기계의 수명을 증가시키고 기계의 성능을 향상시키며 작업자의 안전을 보장해주며 작업환경을 개선시킬 수 있는 방법이 요구된다. 이와같이 회전체의 불균형 질량을 보상해주는 작업을 밸런스(Balancing, 밸런싱)이라 한다.

밸런스의 필요성

회전체의 동방란싱작업은 비제조원가가 아니라 제조공정에 필수적인 요소이다.
엔지니어는 회전체의 불균형에 의한 주기적인 힘(진동)은 마모와 파손의 원인이 되며 이러한 현상은 정적인 하중보다 영향이 훨씬 크다는 사실을 잘 알아야 한다.

진동은 구성재료에 대하여 피로현상의 원인이 되므로 회전체의 균형은 기계장치의 안전한 운전과 수명연장에 반드시 필요하다. 진동은 기계장치 운전자를 괴롭히고, 품질을 저하시키며, 공작물의 가공표면을 거칠 게 한다.

회전체의 균형은, 제조공정은 물론 제조설비의 운전과 유지에 매우 중요하다. 동밸런스 적업으로 제조된 설비와 제품, 예를들어 모우터, 클러치, 기어박스, 펌프 등이 원활하게 작동됨은 물론이고 진동이 없으며 운전상태가 조용하며 베어링 수명연장, 주축의 마모를 없앤다.

다이나믹 바란스의 용도

분    야

용                도

유 체 기 계

 불로우워, 팬, 펌프, 압축기, 유량계, 가스버너

기 계 요 소

 스핀들, 척, 기어, 풀리, 연마지석, 플라이휠

전 기 기 계

 발전기, 전동기, 전선보빈, 자기드럼, 마그네트, 플라이휠

터   어   빈

 스팀터어빈, 가스터어빈, 에어터어빈, 터보차저

자   동   차

 크랭크축, 클러치, 프로펠러축, 브레이크드럼, 타이어

섬 유 제 지

 보빈홀더, 보빈, 로울러, 카팅롤러

농 업 기 계

 농기, 원심분리기, 목공기계, 건설기계

관청 / 학교

 연구용, 교제용

밸런싱 머신의 최대 용량

바란싱머신이 특정범위의 부품을 위한 것이 아닐 경우, 기계의 최대중량은 대부분 바란스 해야 할 부품의 평균중량의 2배에서 3배까지여야 한다. 바란싱해야 할 부품 대부분이 중량 제한범위에 있지는 않지만 주로 바란싱기계의 상한과 하한에 있을 때에는 2개이상의 상이한 바란싱머신을 고려해 보는 것이 좋다. 기계가 여러 대이면 정확성이 증가됨은 물론 바란싱머신의 활용성이 더욱 다양해질 것이다.

밸런싱 머신의 최소 용량

표준설비가 있는 바란싱머신은 아무런 문제없이 무게가 최대 허용 중량의 1/500인 rotor의 바란스를 잡을 수 있다. 기계의 활용은 light roller carriages를 사용함으로써 또는 대체 구동설비(옵션장치)를 사용함으로써 더욱 증가될 수 있다.

밸런싱 머신의 구동력

바란싱머신의 구동모터는 바란싱 하는 부품의 관성을 극복하고 회전중에 이의 수동저항을 상쇄시키기 위해 사용된다, rotor의 회전을 유지하는데 필요한 동력은 보통 시동시키는데 필요한 힘보다 휠씬 작다. 단, 높은 윈디지 효과를 갖는 bladed rotor의 경우는 예외이다. rotor를 바란싱속도 (n)로 회전시키는데 필요한 힘(N)을 계산하려면 다음 공식에 사용속도 ns와 정격전압 (Ns)를 대입시킨다.

이 간단한 계산은 바란서에 필요한 구동력을 결정한다.

회전체 구동 방식 (Rotor drive)

시험체의 구동장치로서 원활한 기동 및 운전에 충분한 토크(Torque)를 가지며, Soft Start 및 임의의 회전수 선택을 위한 무단변속 Motor(DC 또는 Inverter)를 사용한다.

구동방식에는 다음과 같이 End Drive (Shaft Drive)와 Belt Drive방식이 있다.

Carriage 의 종류

기본형

fan,blower 등에 적합

유니버셜 죠인트. drive shaft, 프리펠러 shaft등에 적합

베어링 장착용 회전체에 적합

기본형 정밀 롤러 캐리지

  역롤러 캐리지

        D-캐리지

 V 캐리지


- 바란싱 머신에는 회전체(Retor)에 적합한 여러 종류의 캐리지(carriage)등이 있다.


? End Drive (Shaft Drive) 방식 - Belt구동방식이 불가능한 경우에 적용된다.

              

? Belt Drive -  시험체의 장착과 탈착이 편리하고. 밸런스의 정도를 높일 수 있는 구조이다.

              

 

불균형(Unbalance)

회전체가 회전할 때 발생하는 원심력이 축을 중심으로 대치상태에 있을 때는 균형상태라고 하고, 그렇지 않은 상태를 불균형상태라고 한다,
불균형상태를 만드는 원심력의 발생원임, 즉 회전체 구성부분의 질량부분의 불균위를 불균형이라 한다,

불균형의 종류는 정불균형(Static-unbalance), 우불균형(Couple-unbalance), 동불균형(Dynamic-unbalance)으로 나누는데, 동불균형은 Balancing Machines에 적용되며, 단면 및 양면수정방법으로서 양과 위상을 검출하여 수정한다.

허용 불균형(Acceptable Unbalance)

허용불균형이란 회전체의 불균형 허용한계치(상한치)라 정의할 수 있는데, 회전체가 갖는 종류, 형상, 회전수, 기계전체의 중량, 사용목적, 설치장소, 주위여건등에 따라 그 결정요인이 너무 많기 때문에 혀용불균형의 결정은 매우 어렵다.

따라서, 국제규격의 필요성이 인정되어 1973년 ISO-1940 "Balancing Quality of Rotating Bodies"가 제정되었으며 (JIS.B.0905-1978 내용동일) 일반적으로 이 규격에 의하여 허용불균형을 산출한다(KSB-0612). (밸런스구격참조)

밸런스 규격(강성 로우터의 밸런스에 대한 규격)

회전기기의 평형도(KSB 0612)

    

 

평형도의 표시방법

 

밸런스의 표시방법과 등급

밸런스정도의  등급

G0.4

G1

G2.5

G6.3

G16

G40

G100

G250

G630

G1600

G4000

밸런스정도의 상환

0.4

1

2.5

6.3

16

40

100

250

630

1600

4000


 

밸런스정도의 수급

밸런스정도의 상환(mm/s)

Rotor의 종류

G4000

4000

 강제로지지된 기수실린더의 선박용 저속
 디젤기관의 크랭크축계

G1600

1600

 강체로지지된 대형2싸이클 기관의 크랭크 축계

G630

630

 강체로지지된 대형2싸이클 기관의 크랭크 축계
 탄성체로지지된 선박용 디젤기관의 크랭크 축계

G250

250

 강체로지지된 고속(피스톤속도 9m.s이상)
 4실린더 디젤기관의 크랭크 축계

G100

100

 6실린더 이상의 고속디이젤기관의 크랭크축계/자동차, 트럭 및 철도차량용(가솔린 또는  디이젤)기관의 완성품

G40

40

 자동차용 차륜,림 및 구동축/선박용 프로펠러/탄성지지된 6실린더 이상의 고속 4싸이클  (가솔린 및 디이젤)기관의 크랭크 축계/자동차, 트럭 및 철도차량용 기관의 크랭크 축계

G16

16

 특별요구가 있는 구동축(프로펠러축,카아단축)/압쇄기의 부품/농업기계의 부품.자동차.  트럭 및 철도차량용 (가솔린 또는 디이젤)기관의 부품/특별요구가 있는 6실린더 이상 기  관의 크랭크 축계

G6.3

6.3

 프로세스 플랜트용 기기/ 선박용주기터어빈 기어(상선용)/원심분리기드럼/휀/조립후의  항공기가 스터어빈 로우터/과급기/속도조절휠/펌프임펠러/펌프임펠러/공작기계 및 일  반기계부품/중형 및 대형 전기자/ 특별요구가 있는 기관의 부품

G2.5

2.5

 가스터어빈/증기 터어빈 및 선박용 주기 터어빈(상선용)/강성 터보발전기 로우터/제저  로울/터어빈압축기/공작기계 주축/특별한 요구가 있는 소형,중형 및 대형 전기자/소형  전기자 /터어빈 구동펌프

G1

1

 테이프 레코더 및 음향기기의 회전부/연삭반의 숫돌축/특별한 요구가 있는 수형전기자

G0.4

0.4

 정밀 연삭반의 숫돌,숫돌축 및 모우터의 전기가/자이로 스코프.

(주의)
- 크랭크축계라 함은 크랭크축, 활자, 크럿치, 푸리, 연접진의 회전부 댐퍼 등을 포함한 전체를 말한다
- 기계의 완성품에서 그 로우터의 질량을 주의 크랭크축에 속하는 모든 질량의 합계를 말한다.

 

각종 기계의 진동 평가 기준

                       ISO 2372                                                           ISO 3945

진동크기

각 부류의 기계에 대한 우수성 판단의 보기

 

진동크기

지지 상태 분류

범 위

범위 한계에서의 속도 V(mm/s)

부 류

1

부 류

2

부 류

3

부 류

4

 

V(in/s)

V(mm/s)

굳은 지지

굳지 않은 지지

0.28

0.28

A

A

A

A

 

0.017

0.45

양호

(GOOD)

양호

(GOOD)

0.45

0.45

 

0.028

0.71

0.71

0.71

 

0.044

1.12

1.12

1.12

B

 

0.071

1.8

1.8

1.3

B

 

0.11

2.8

만족

(Satisfactory)

2.8

2.8

C

B

 

0.18

4.5

만족

(Satisfactory)

4.5

4.5

C

B

 

0.28

7.1

불량

(Unsatisfactory)

7.1

7.1

D

C

 

0.44

11.2

불량

(Unsatisfactory)

11.2

11.2

D

C

 

0.71

18.0

허용불가

(Unacceptable)

18

18

D

 

0.10

28.0

허용불가

(Unacceptable)

28

28

D

 

1.77

45.0

45

45

 

2.80

71.0

71

 

 

 

 

(주) 부류1 : 소형 기계 ( ~15KW 모우터)                                  대형 회전 기계
      부류2 : 중형 기계 (15~75KW 모우터와  ~300KW 기계)         (주) Motor 300Kw 이상
      부류3 : 대형 기계 (굳고 무거운 기초위에 있는 경우)            발전기, 스팀터빈, 개스터빈, 터보콤프레서
      부류4 : 대형 기계 (비교적 굳지 않은 기초위에 있는 경우)     터보펌프. 터보팬

              A : 양호(Good)
              B : 약간 나쁘다 (Fairly good)
              C : 나쁘다 (Poor)
              D : 극도로 나쁘다 (Bad)

 

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