진동과 공진이 제품 개발에 미치는 영향(Vibration, Resonance, Frequency, Material)

 

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진동과 공진이 제품 개발에 미치는 영향

 

제품 개발 과정에서 모든 부품은 설계 및 재질 등 신중하게 고려되어야 합니다. 그 이유는 작고 사소해 보이는 부품들이 제품의 성능과 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 특히, 동적 하중 조건에서 발생할 수 있는 놀라운 현상 중 하나가 바로 패스너(Fastener, 너트와 볼트 등)의 이완입니다.

 

 

동적 하중과 패스너의 이완

패스너는 제품의 결합부를 유지하는 중요한 역할을 하지만, 동적 하중 조건, 특히 진동이 발생하는 환경에서는 패스너가 느슨해질 수 있습니다. 이는 특히 강한 진동이 발생하는 경우에 더욱 두드러지게 나타납니다. 이완 현상은 점진적으로 진행되며, 정기적인 유지보수를 통해 이러한 문제를 미리 발견할 수 있지만, 고객에게 전달된 제품의 경우 이러한 정기 점검이 이루어지지 않을 가능성이 큽니다. 이로 인해 이완된 패스너가 발견되지 못하고, 최악의 경우, 치명적인 실패로 이어질 수 있습니다.

 

 

공진 현상이 패스너에 미치는 영향

 

패스너가 느슨해지는 현상은 여러 진동 현상으로 인해 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 패스너 축과 평행하게 발생하는 진동과 수직으로 발생하는 진동은 각기 다른 영향을 미칠 수 있으며, 패스너의 재질과 나사산 간극 같은 사양에 따라 그 반응도 달라집니다.

 

그중에서도 공진 현상(Resonance)은 패스너를 느슨하게 만드는 주요 원인 중 하나입니다. 예를 들어, 자동차 윈치 마운트의 브래킷에 부착된 다양한 크기의 너트와 볼트를 대상으로 공진 주파수가 패스너에 미치는 영향을 실험했습니다. 이 실험에서는 브래킷의 공진 주파수를 51~54Hz 범위에서 확인한 후, 해당 주파수에서 진동 테스트를 수행했습니다.

 

 

이 실험에서는 너트와 볼트를 단단히 조이지 않았고, 락 너트나 나사산 고정제 같은 고정 장치를 사용하지 않았습니다. 결과적으로 브래킷의 공진 현상으로 인해 발생한 진동이 패스너를 느슨하게 만들었고, 이로 인해 패스너가 풀리는 현상이 관찰되었습니다.

 

패스너 진동 반응에서 배울 수 있는 점

패스너의 진동 반응 현상은 잘 알려진 문제이며, 이를 해결하기 위한 방법으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

 

• 적절한 패스너 선택: 나사산 간극을 포함한 패스너의 사양을 정확하게 선택해야 합니다.
• 진동 저항 패스너 사용: 락 너트, 나사산 고정제, 안전 와이어, 접착제 등을 활용하여 패스너의 이완을 방지할 수 있습니다.
• 정기적인 점검 및 유지보수 수행: 패스너가 느슨해지는 것을 방지하기 위해 제품의 정기적인 점검과 유지보수가 필수적입니다.

 

더 나아가, 패스너 이완 현상은 제품의 작동 조건을 시뮬레이션하는 것의 중요성을 강조합니다. 엔지니어는 제품 개발 초기 단계에서 제품이 최종 사용 환경에서 어떻게 작동할지를 충분히 이해해야 하며, ISO 16047 같은 표준이 만족스러운지 검토할 필요가 있습니다. 

 

 

 

 

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