[IEC 60068-2-6]사인 진동 시험, 진동시험 교차축 및 회전 운동(Sine Vibration Test, Spurious Motion, Cross-Axis Motion, Rotational Motion, Shaker)

 

목차

 

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사인 진동 시험, 진동시험 교차축 및 회전 운동

사인 시험의 본래 목적은 시험체를 하나의 지정된 축 방향으로만, 모든 고정점이 같은 위상으로 직선 운동을 하도록 가진하는 것이다. 다시 말해, 시험체는 위아래 또는 좌우 중 한 방향으로만 “곧게” 움직여야 한다. 그러나 실제 시험 환경에서는 이 이상적인 조건이 잘 지켜지지 않는 경우가 많다. 이때 발생하는 것이 교차축 진동과 회전 운동이다.

 

교차축 진동이란, 예를 들어 Z축 방향으로 사인 가진을 하고 있음에도 불구하고 X축이나 Y축 방향의 가속도가 함께 발생하는 현상을 말한다. 회전 운동은 시험체나 고정구가 한쪽으로 기울거나 비틀리면서, 단순한 직선 운동이 아니라 회전 성분을 동반하는 경우를 의미한다. 이러한 움직임들은 모두 시험자가 의도하지 않은 진동이기 때문에 규격에서는 이를 Spurious Motion으로 정의하고 관리 대상으로 삼는다.

 

IEC 60068-2-6규격 4.1.2 항, 사인 진동 시험, Cross Axis Motion, 팜테크

 

IEC 60068-2-6 규격의 4.1.2 항은 이러한 교차축 및 회전 운동에 대해 허용 기준을 제시한다. 기준은 주파수에 따라 달라지는데, 500 Hz 이하의 구간에서는 교차축 방향의 진동 진폭이 지정된 주축 진폭의 50%를 넘지 않아야 한다. 예를 들어 주축으로 10 G의 사인 가진을 하고 있다면, 옆 방향으로 측정되는 진동은 5 G 이내로 유지되어야 한다는 의미이다. 반면 500 Hz 이상의 고주파 영역에서는 교차축 진폭이 주축 진폭의 100%까지 허용된다. 이는 고주파 영역에서 구조물의 국부적인 공진이나 모드 형상 때문에 교차축 성분이 상대적으로 더 쉽게 나타날 수 있다는 현실을 반영한 기준이다.

 

이러한 제한이 중요한 이유는 교차축 진동이 단순한 “부가적인 흔들림”이 아니라 시험의 성격 자체를 바꿀 수 있기 때문이다. 교차축 성분이 커지면 시험체는 원래 의도한 단일 축 환경이 아니라, 복합 다축 하중을 받게 된다. 그 결과 실제 사용 환경보다 과도한 하중이 가해져 시험체가 불필요하게 손상될 수 있고, 반대로 시험 결과를 해석할 때 문제의 원인이 제품 자체가 아니라 고정구나 시험 장비의 거동임에도 이를 구분하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 또한 교차축과 회전 운동은 시험 재현성을 떨어뜨려, 동일한 조건의 시험임에도 장착 방법이나 체결 상태에 따라 결과가 달라지는 원인이 되기도 한다.

 

규격은 동시에 현실적인 예외 상황도 인정하고 있다. 대형 시험체나 질량이 매우 큰 시험체, 또는 특정 주파수 영역에서는 기술적으로 교차축 진동을 규정된 한계 이하로 억제하기가 어려울 수 있다. 이런 경우 규격은 두 가지 선택지를 제시한다. 하나는 허용 기준을 초과한 교차축 진동이 발생했다는 사실을 시험 보고서에 명확히 기록하는 것이고, 다른 하나는 해당 교차축 진동이 시험체에 해를 끼치지 않는 것이 분명한 경우에는 교차축 모니터링을 생략할 수 있다는 것이다. 다만 이 두 경우 모두, 시험자가 그 이유와 근거를 명확히 설명할 수 있어야 하며, 단순히 “어쩔 수 없었다”는 식의 판단은 허용되지 않는다.

 

실무적으로 보면, 교차축 진동은 시험체의 무게 중심이 한쪽으로 치우쳐 있거나, 고정구와 헤드 익스팬더의 강성이 충분하지 않거나, 체결 토크가 불균일할 때 특히 잘 발생한다. 또한 고정구나 시험체 자체의 공진 주파수에서 교차축 성분이 급격히 커지는 경우도 흔하다. 따라서 103페이지가 던지는 핵심 메시지는 단순히 수치를 외우라는 것이 아니라, “사인 시험에서 시험체가 정말로 규격이 의도한 방식으로 움직이고 있는지 항상 의식적으로 확인하라”는 것이다.

 

 

VibrationVIEW에서의 Cross Axis 검증

VibrationVIEW, IEC 60068-2-6규격 4.1.2 항, 사인 진동 시험, Cross Axis Motion, 팜테크

 

사인 시험 중에는 지정된 주축 방향의 제어 가속도와 함께, 그와 직교하는 축에 발생하는 가속도를 동시에 측정하여 교차축 진동이 얼마나 발생하는지를 정량적으로 평가한다.

 

이때 평가는 두 가지 관점에서 이루어지는데, 하나는 교차축 가속도의 절대값을 주파수별로 확인하는 방법이고, 다른 하나는 교차축 가속도를 주축 가속도로 나눈 전달률(Transmissibility)을 이용하는 방법이다. 두 방식 모두 IEC 60068-2-6의 기준을 동일하게 적용하며, 500 Hz 이하에서는 교차축 성분이 주축 대비 50% 이내, 500 Hz 이상에서는 100% 이내에 들어오는지를 확인한다.

 

중요한 점은 이러한 기준을 단순히 수치로 비교하는 것이 아니라, 가속도 그래프나 전달률 그래프 위에 허용 한계선을 함께 표시하여 시험 전 구간에서 교차축이 기준을 만족하는지를 시각적으로 명확히 판단하는 것이다. 이를 통해 특정 주파수에서만 발생하는 교차축 증가나 공진 구간을 쉽게 식별할 수 있으며, 시험자는 그 결과를 그대로 시험 기록이나 보고서에 반영할 수 있다.

 

 

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