Large quantity of bending deformation as well as rotating torque fluctuation at the balance shaft are main struggles during the operation in a high speed rotation and thereby, two issues should be cleared at the design process of balance shaft module. Since two issues are highly related with balance shaft itself and particularly much sensitive to the location of both supporting bearing and unbalance mass, the design strategy on balance shaft should be investigated at the aspect of controlling two critical issues at the early stage of balance shaft design. To tackle two main problems, the formulation of objective function that minimizes critical issues, both bending deformation as well as torque fluctuation, is suggested to derive the optimal information on balance shaft. Then, optimal informations are reviewed at the practical logics and the guideline at the selection of locations, both supporting bearing and unbalance mass, is addressed at the final chapter.
회전기계에서 발생하는 진동 원인 중 약 60% 이상이 불평형(unbalance)에 의한 진동이다. 불평형은 기계의 과도한 진동을 유발시킬 뿐 아니라 베어링의 수명 단축 및 소음을 발생시킨다. 따라서, 기게의 수명을 연장시키고, 기계의 성능을 향상시키며 부드럽고 진동이 없는 운전을 위하여 평형잡이(balancing)는 절대적으로 중요하다. 불평형은 축 중심선에 대하여 회전체의 질량 분포가 비대칭이기 때문에 발생하는데 그 원인으로는 부품 자체가 비대칭에서 오는 설계 또는 제도 오차, 주물의 기포 및 용접의 불균일 등에 의한 재질상의 결함, 그리고 부품조립시 형상누적공차 등에 의한 가공.조립오차 등이 있다. ISO의 정의에 따르면 평형잡이는 회전체의 질량 분포를 조사하고 필요하다면 저널의 진동과 베어링의 작용력들이 운전속도에 대응하는 주파수에서 특정한 한계내에 있도록 보증하게 하기 위한 조정을 하는 과정이다. 불평형 상태에 대한 조사도 평형잡이로 표현된다. 그러나 수정이 필요하다고 간주된다면 수행된다. 모든 회전체는 초기 불평형(initial unbalance)이라 불리는 임의의 불평형을 가지고 출발한다. 완벽하게 평형이 잡힌 회전체를 달성하는 것이 평형잡이 작업의 목적은 아니다. 임의의 잔류 불평형(residual unbalance)은 항상 허용된다. 경제적인 이유에서 회전체는 일반적으로 요구되는 적절한 허용치보다 더 이상 평형잡이를 하지 않는다. 현장에서 현장 평형잡이를 수행하게 될 경우, 가끔 계산된 수정질량이 매우 클 경우가 있다. 이때 기게의 조건상 큰 수정질량을 부착하기가 곤란한 경우가 자주 발생한다. 작은 수정질량으로 평형잡이를 할 수 있다면 기계의 안정성 면에서 매우 유리하다. 따라서 본 연구에서는 영향계수법(Influence Coefficient Method : ICM)의 기본 개념과 유전 알고리즘(Genetic Algorithm : GA)을 이용하여 회전기계의 안정성을 보장할 수 있는 허용진동 내에서의 최적 수정질량 계산법을 제시한다.
The vibration of rotors in high speed sometimes leads to system failure or reduces the system life, and has a direct connection with stability. In this paper, the system's modelling was conducted in experimentally and the controller was designed to reduce the vibration due to the rotor unbalance using Squeeze Film Damper(SFD). SFD vibration control was achieved in constant rotating speed based on the controller designed. the control was confirmed working quite well in terms of both numerical simulation and experiment.
본 논문에서는 인공위성 반작용휠의 미소진동 측정을 위한 테스트 장비와 이를 이용하여 실측한 반작용휠의 미소진동을 측정 및 분석 결과를 소개한다. 위성의 미소진동은 KISTLER dynamic platform 이라는 400Hz 이내의 3축의 힘과 3축의 토크를 동시에 측정할 수 있는 장비에 의해 측정되며 측정된 데이터는 회전 속도에 따라 3차원 주파수 분석, order tracking 등의 방법을 이용하여 분석된다. 반작용휠의 미소진동 분석 결과, 회전 속도와 비례하는 일차 성분 외에 고차 조화 성분, 구조 진동 성분, 회전 속도에 따라 고유진동수가 변하는 rocking 모드 성분 등을 관찰할 수 있었으며, 휠의 정적 및 동적 불균형은 각각 0.79gcm과 17.4gcm²으로 나타났다. 이러한 다양한 진동 성분들은 회전체의 특성, 구조물의 특성 및 베어링의 영향으로 기인한다.
Most of rotating machineries supported by contact bearing accompany lowering efficiency, vibration and wear. Moreover, because of vibration, which is occurred in rotating shaft, they have the limits of driving speed and precision. The rotor system has parametric variations or external disturbances such as mass unbalance variations in long operation. Therefore, it is necessary to research about magnetic bearing, which is able to support the shaft without mechanical contact and to control rotor vibration without being affected by external disturbances or parametric changes. Magnetic bearing system in the paper is composed of position sensor, digital controller, actuating amplifier and electromagnet. This paper applied the robust control method using quantitative feedback theory (QFT) to control the magnetic bearing. It also proposed design skill of optimal controller, in case the system has structured uncertainty, unstructured uncertainty and disturbance. Reduction of vibration is verified at critical rotating speed even external disturbance exists. Unbalance response, a serious problem in rotating machinery, is improved by magnetic bearing using QFT algorithm.
균열을 가진 회전축은 고조파성분이 진동에 나타나는 특징을 갖는다. 이 고조파성분을 균열탐지에 활용하기 위하여는 이들이 크게 발생되는 회전수를 이용할 필요가 있다. 2차고조파공진속도를 정의하여 이 속도에서의 균열과 불균형질량 방위각에 따른 고조파 진동 특성을 단순회전체에서 설명하였다. 이 특성을 이용하여 균열의 위치를 나타낼 수 있는 알고리즘을 만들고 수치실험을 하여 타당성을 보였다.
In gun stabilization systems, the torque comes from the unbalance mass of gun and the base acceleration is an important source of disturbance which degrades stabilization performance. Fatigue of gear train is another important factor affecting structural safety problems. In this paper, a feedback control gain is designed by optimal control weighting to difference between motor and gun velocity, and a feedforward controller using FXLMS algorithm is adopted to investigate those problems. Experimental results show that the feedforward compensator based on FXLMS can reduce the disturbance effects. The directional convergence property according to initial conditions of the FXLMS is also shown through experiments.
There exist two critical in application of the magnetic bearing system. One is the control axis interference caused by gyroscopic effect and the other is the vibration caused by the unbalance on the rotor. To solve both problems at the same time, first, a centralized full-state feedback controller based on the LQR control theory was designed to compensate for the gyroscopic effect. Second, disturbance rejection control input based on the observer was designed to avoid the vibration causer by the unbalanced rotor. Balancing input computer accroding to LQR and output of the observer were derived in term of rotational speed. Effectiveness of the on-line balancing was verified through numerical simulation. The developed observer-based controller was also applied to the linear and nonlinear magnetic bearing systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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