쉬운 언어로 배우는 진동 기초

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이 장은 Balanset-1A를 단순히 버튼만 누르는 것이 아니라 제대로 이해하고 사용하기 위해 필요한 최소한의 이론을 다룹니다.

진동이란 무엇이며 기계가 흔들리는 이유

회전하는 로터(멀처 드럼, 팬 임펠러, 축 등)는 이상적으로 질량 중심이 회전축과 정확히 일치해야 합니다. 그러나 실제로는 항상 약간의 질량 편심이 존재합니다 — 불균형. 로터가 회전할 때마다 “무거운 지점”이 옆으로 당기면서 원심력이 발생하고, 이 힘이 회전 주파수에서 기계를 흔들리게 합니다.

중요: 불평형은 진동의 한 가지 원인에 불과합니다. 기계는 다음과 같은 이유로도 흔들립니다:

• 베어링 유격 및 마모,
• 축 정렬 불량(커플링, 벨트),
• 균열 및 체결부 풀림(볼트, 프레임),
• 휘어진 축,
• 구조적 공진,
• 공기역학적 및 전자기적 힘(팬, 가변 주파수 드라이브).

밸런싱은 불평형만 제거합니다. 그 외의 문제는 밸런싱이 아니라 수리로 해결해야 합니다. 따라서 황금 규칙은 다음과 같습니다: 장비는 고장난 기계를 “밸런싱으로 고칠” 수 없습니다.

진동의 측정 단위

The Balanset-1A measures 진동 속도 — 다음 단위의 실효값(RMS) mm/초. 이는 작동 주파수 범위에서 기계 상태를 평가하는 표준 지표입니다.

대략적인 신속 평가 기준(ISO 10816/20816 기준, 자세한 내용은 06장):

농업용 기계(멀처, 모어)의 경우 기준이 더 완화됩니다: 4.8 mm/s까지는 양호, 연질 지지대에서는 7.1 mm/s까지 허용되며, 작업 조건을 고려하면 “8 mm/s 미만이면 이미 양호한 수준”입니다.

주파수, RPM 및 고조파

예를 들어 로터가 3000 rpm으로 회전한다고 가정하면, 이는 초당 50회전, 즉 = 50Hz. 진동은 주파수 성분으로 분해됩니다 — 바로 스펙트럼(FFT)입니다. 스펙트럼은 “무엇이 진동을 일으키는지”를 보여줍니다:

• 1배 (회전 주파수) — 다음의 전형적인 특징입니다: 불균형. 이 성분이 바로 밸런싱으로 줄이는 대상입니다.
• 2x, 3x (2차, 3차 고조파) — 더 흔히 다음의 원인입니다: 축 정렬 불량, 체결부 풀림, 휘어진 축. 2x가 1x보다 높다면 아직 밸런싱을 하기에 이릅니다. 먼저 정렬 불량/풀림을 확인하세요.
• 고주파, “노이즈” — 베어링 및 기어 물림 결함.
• RPM과 관련 없는 저주파 — 기초/마운트 풀림, 공기역학적 요인.
• 전원 주파수의 배수 (예: 6 × 50 Hz = 300 Hz) — 가변 주파수 드라이브(VFD)에서 발생하는 전자기 간섭입니다. 테스트 방법: 회전 감속(coast-down) 중 VFD를 끄십시오 — 피크가 사라지면 기계적 원인이 아니라 전기적 원인입니다.

기술 지원팀의 실용적인 규칙: 스펙트럼 피크가 비례하여 이동하면 RPM을 변경할 때 — 이는 회전 고조파이며, 만약 제자리에 머무른다면 — 이는 구조적 공진이거나 외부 요인입니다.

화면에서 보이는 모습:

위상 — “무거운 지점이 가리키는 방향”

장비는 진폭 외에도 다음을 측정합니다 단계 — 타코미터 펄스(레이저를 지나가는 반사 마크)와 진동 최대값 사이의 각도입니다. 위상은 불평형이 어디에 있는지를 알려줍니다. 시험 추를 설치한 후 진폭과 위상의 변화로부터 장비는 보정 추의 질량과 각도를 계산합니다 — 즉 영향 계수 방법.

실무적 시사점:

• 측정 사이에 타코 마크를 다시 붙이면 안 됩니다 — 위상 “영점”이 바뀝니다. 타코미터 자체도 이동하거나 다시 조준하면 안 됩니다;
• 한 시리즈의 모든 측정에서 RPM은 동일해야 합니다;
• 위상은 측정마다 안정적이어야 합니다(편차 약 10–20° 이내). 위상이 흔들린다면 — 측정을 신뢰할 수 없으므로 기계적 원인이나 공진을 확인하십시오.

공진 — 밸런싱의 최대의 적

모든 구조물(로터 + 지지대 + 프레임)은 고유 주파수를 가지고 있습니다. 작동 RPM이 고유 주파수와 일치하면 공명 공진이 발생합니다: 진동이 급격히 치솟고, 위상이 요동치며, 장비의 계산이 수렴하지 않고 “장비가 계속 더 많은 추를 요구하는” 현상이 나타납니다.

공진의 징후:

• RPM을 조금만 바꿔도 진동이 몇 배로 변합니다;
• 계산된 추를 설치한 후 진동이 줄어들지 않고 오히려 증가합니다;
• 조건이 변하지 않았는데도 진폭과 위상이 불안정합니다.

대처 방법: 다른 RPM에서 밸런싱하십시오 — 보통 아래 공진 구간을 벗어난 RPM입니다. 일반적인 멀처 작업 방식은 600–900 rpm에서 1차 밸런싱을 한 후 작동 RPM으로 이동하는 것입니다. 최신 소프트웨어 버전에는 RunDown(감속) 차트 — 로터를 회전시킨 후 구동을 끊고 감속 구간을 기록하는 기능이 있습니다: 피크를 통해 공진 주파수를 확인하고, 그 사이의 RPM에서 밸런싱을 진행하면 됩니다.

실제 사례: 한 고객의 로터는 1600 rpm에서는 밸런싱이 되지 않았지만 1000 rpm에서는 정상적으로 밸런싱되었습니다. 원인은 1600 부근의 공진이었습니다.

선형성과 절반의 질량만 설치하는 이유

장비의 계산은 시스템이 다음과 같다고 가정합니다: 선형선형적이다: 추의 무게를 2배로 하면 반응도 2배가 됩니다. 견고한 기초를 가진 강성 기계에서는 이것이 거의 사실입니다. 하지만 트랙터에 장착된 멀처, 연질 지지대 위의 기계, 유격이나 균열이 있는 구조물은 비선형적으로 동작합니다: 추에 대한 반응이 비례하지 않는 경우가 많습니다.

따라서 실무에서 검증된 규칙은 다음과 같습니다: 계산된 질량의 1/2(상태가 나쁜 기계는 1/3)만 설치하고 확인 측정을 진행하십시오. 그러면 장비가 나머지를 정밀하게 계산해 줍니다. 이는 목표를 “초과한” 큰 추를 다시 용접하는 것보다 더 빠릅니다.

정적 불평형과 동적 불평형

정적 정적 불평형 — 무거운 지점이 로터의 한쪽에 있습니다. 자유롭게 놓인 지지대 위에서 정지한 로터는 스스로 무거운 쪽이 아래로 오도록 구릅니다. 한 평면에 하나의 추만 설치하여 보정합니다.

동적 동적 불평형 — 로터의 서로 다른 끝과 서로 다른 쪽에 무거운 지점이 있습니다. 로터는 단순히 진동하는 것이 아니라 회전하면서 “휘청거립니다”. 두 평면에 추가 필요합니다. 정적으로는 감지할 수 없습니다: 로터를 90° 돌리면 두 추가 서로 상쇄되는 것처럼 보이지만, 실제 회전 중에는 각 무거운 지점이 각자의 방향으로 당깁니다.

1면 또는 2면?

• 단일 면 단일 평면 밸런싱 — 폭이 좁은 로터(디스크, 풀리, 좁은 임펠러)에 적용됩니다. ISO 21940-11의 경험칙: 로터 폭이 지름의 절반보다 작으면(비율 약 1:2, 실무에서는 지원팀이 1:3을 권장) 한 평면으로 충분합니다.
• 두 대의 비행기 2평면 밸런싱 — 긴 로터(멀처 드럼, 축, 콤바인 로터, 3000 rpm 이상의 팬)에 적용됩니다. 로터 양쪽 끝의 불평형이 서로 영향을 주므로, 장비는 두 채널(센서 X1, X2)을 동시에 측정하여 두 추를 한 번에 계산합니다.

G 밸런스 품질 등급(ISO 1940 / ISO 21940-11)

잔류 불평형은 다음 단위로 규정됩니다: g·mm G 등급별로:

RPM이 높고 로터가 작을수록 등급 기준은 더 엄격해집니다. Balanset 소프트웨어에는 공차 계산기가 있습니다: 로터 질량, RPM, G 등급을 입력하면 평면당 허용 잔류 불평형을 g·mm 단위로 반환합니다. 실제 예시: 80 kg 로터, 3000 rpm, G6.3 → 공차 ≈ 평면당 802 g·mm.

두 가지 평가 체계를 혼동하지 마십시오:

• mm/초 (진동 속도) — 설치된 상태에서 조립된 기계를 평가하는 방식으로, ISO 10816/20816 기준입니다;
• g·mm (잔류 불평형) — 로터 자체를 평가하는 방식으로, ISO 1940/21940 기준입니다. 밸런싱 머신은 g·mm 단위로 작업하며, 현장 밸런싱은 보통 mm/s를 기준으로 확인합니다.

간단 용어집