3. 굽은 축

Bent Shaft

 

축의 휨량과 위치에 따라 기계에 심한 진동을 일으킬 수 있다. 편심 로터처럼 Balancing하면 진동을 감소시킬 수도 있으나 휨량이 클 때는 만족스런 Balancing 결과를 얻을 수 없다. 열처리를 포함하여 여러 기술을 동원하여 휨을 제거하기도 하는데 이 경우 나중에 축의 피로를 가져오는 잔류 응력이 남지 않도록 주의를 해야 한다.

 

3.1 굽은 軸의 特性 (The Characteristics of Bent Shaft)

① 굽은 축으로 인한 Rocking Motion에 의해 높은 축방향 진동이 발생하는 것을 그림 10-5에 나타내었다. 탁월한 진동은 굽은 부위가 축 중심 부근인 경우는 통상 1×RPM에서 발생하고, 특히 굽은 부위가 커플링 부근인 경우는 2×RPM 성분보다 더 높은데서 발생할 수 있다.

② 동일기계(전동기, Fan, 펌프 등)상의 두 베어링간의 축방향 위상변화는 그림 10-5에서와 같이 휨량에 따라 180˚에 이른다. 또한 동일 베어링에서 상하 및 좌우에서의 축방향 위상각 차이는 180˚에 이른다.

③ 2×RPM이 2배의 전력계통 주파수(7200 cpm)에 근접해 있지 않다면 1×RPM과 2×RPM의 진폭은 통상 일정하다. 높은 전자력 진동이 있는 경우는 2배의 전력계통 주파수와 2×RPM이 Beat 진동을 일으킬 수 있다.

④ 그림 10-6(A)는 축이 베어링에 아주 가까운 곳에서 굽은 경우로 베어링 하우징이 비틀림 운동을 하여 축방향의 위상측정 부위마다 그 값이 크게 차이가 있으나, 그림 10-6(B)는 정상적인 축이므로 위상차가 없다.

⑤ 큰 Runout이 회전체 질량에 있으면 불평형으로 나타나고, 커플링에 있으면 Misalignment로 나타난다.

⑥ 굽은 축의 진폭은 속도의 제곱 및 Preload에 따라 변할 수 있다. 축의 불평형이 휨보다 더 큰 문제가 되는 경우에는 축이 1차 임계속도 이하로 감속될 때는 진동이 갑자기 감소하지만 임계속도 이상으로 승속할 때는 불평형에 의한 진폭은 소량 변한다. 반면에 주요 문제점이 굽은 축인 경우에는 속도가 1차 임계속도 쪽으로 감속될 때 진폭은 다시 큰 값으로 감소한다.

⑦ 로터가 두 베어링에서 지지되고, 기본 고유 진동수나 그 부근에서 운전된다면 굽은 축의 모양을 나타낼 것이지만 이런 현상은 일시적이다. 기계가 정지되거나 비공진 속도에 있으면 다시 펴진다.

⑧ 전기 전동기의 경우 층간 단락과 같은 문제가 발생하면 기계가 열을 받아 축이 휘게되며 열량에 따라 진동이 점점 상승한다. 이 경우 축이 탄성 한계 내에 있으면 온도가 상온으로 내려가면 다시 펴진다.

그림 10-5 굽은 축의 스펙트럼과 위상응답

 

그림 10-6(A, B) 축방향의 위상측정

 

TRAC Mark INCOSYS