KR101420519B1 - 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101420519B1
KR101420519B1 KR1020120122745A KR20120122745A KR101420519B1 KR 101420519 B1 KR101420519 B1 KR 101420519B1 KR 1020120122745 A KR1020120122745 A KR 1020120122745A KR 20120122745 A KR20120122745 A KR 20120122745A KR 101420519 B1 KR101420519 B1 KR 101420519B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
equation
coefficient
dynamic characteristic
main
axis
Prior art date
Application number
KR1020120122745A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140055630A (ko
Inventor
박인황
박상신
Original Assignee
영남대학교 산학협력단
현대위아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영남대학교 산학협력단, 현대위아 주식회사 filed Critical 영남대학교 산학협력단
Priority to KR1020120122745A priority Critical patent/KR101420519B1/ko
Publication of KR20140055630A publication Critical patent/KR20140055630A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101420519B1 publication Critical patent/KR101420519B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/40—Investigating hardness or rebound hardness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/62—Support for workpiece air film or bearing with positive or negative pressure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means

Landscapes

  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

본 발명에서는 공기 베어링의 동특성을 보다 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법이 개시된다.
일 예로, 주축과, 상기 주축에 공기압을 인가하여 주축의 하중을 지지하는 공기 베어링 사이의 동특성을 측정하는 장치에 있어서, 상기 주축에 정현파 신호 형태의 가진 신호를 인가하는 정현파 신호 생성기; 상기 주축에 대해 측정된 변위 및 하중을 푸리에 변환하는 푸리에 변환 처리기; 및 상기 인가된 가진 신호와 이에 따른 변위 신호의 수식에 상기 측정된 변위 및 하중의 값을 대입하여 상기 수식의 계수를 산출하고, 상기 정현파 신호 생성기가 복수개의 진폭 및 주파수에 대해 측정한 결과를 운동 방정식에 대입하여 동특성 계수를 산출하는 동특성 생성기를 포함하는 공기 베어링의 동특성 측정 장치가 개시된다.

Description

공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법{Device and Method for Measuring dynamic characteristic of air bearing}
본 발명은 공기 베어링의 동특성을 보다 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
공기 베어링은 정압 베어링의 일종으로서, 주축에 대해 압축 공기를 불어넣어 공기압으로 축을 뜨게 하여 하중을 지지하는 형태를 갖는다. 이러한 공기 베어링은 강성 계수 및 감쇠 계수를 측정하여 동특성(dynamic characteristic)을 측정할 수 있다. 그리고 이러한 동특성은 공기 베어링의 시간 변화가 출력에 미치는 특성을 나타내기 때문에 부품의 신뢰성을 확보하기 위해 측정하는 것이 요구된다.
본 발명은 공기 베어링의 동특성을 보다 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치는 주축과, 상기 주축에 공기압을 인가하여 주축의 하중을 지지하는 공기 베어링 사이의 동특성을 측정하는 장치에 있어서, 상기 주축에 정현파 신호 형태의 가진 신호를 인가하는 정현파 신호 생성기; 상기 주축에 대해 측정된 변위 및 하중을 푸리에 변환하는 푸리에 변환 처리기; 및 상기 인가된 가진 신호와 이에 따른 변위 신호의 수식에 상기 측정된 변위 및 하중의 값을 대입하여 상기 수식의 계수를 산출하고, 상기 정현파 신호 생성기가 복수개의 진폭 및 주파수에 대해 측정한 결과를 운동 방정식에 대입하여 동특성 계수를 산출하는 동특성 생성기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112012089566821-pat00001
(m은 주축의 질량, c는 공기 베어링의 주/연성 감쇠 계수, k는 공기 베어링의 주/연성 강성 계수)
그리고, 상기 정현파 및 변위 신호의 수식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 2]
Fx(t) = Axccosωt + Axssinωt
Fy(t) = Byccosωt + Byssinωt
(Fx(t)는 x축에서의 가진, Fy(t)는 y축에서의 가진, ω는 인가되는 정현파의 각주파수)
[수식 3]
x = X1c cosωt+ X1s sinωt
y = Y1c cosωt+ Y1s sinωt
(x는 주축의 x축을 따라 생성된 변위 신호, y는 주축의 y축을 따라 생성된 변위 신호, ω는 각주파수)
또한, 상기 동특성 생성기는 상기 운동 방정식을 다음의 수식으로 항을 분리하여 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 포함하는 상기 동특성 계수를 산출하는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
[수식 4]
Figure 112012089566821-pat00002
(아래 첨자 1과 2는 실험 횟수, ω는 가진 주파수)
또한, 상기 측정된 동특성 계수를 상기 운동 방정식에 대입하고 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위를 수치적으로 구하고, 이를 상기 수식 3에 대입하여 동특성 계수를 검증하는 동특성 검증기를 더 포함하는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
더불어, 본 발명에 따른 공기 베어링 동특성 측정 방법은 주축과, 상기 주축에 공기압을 인가하여 주축의 하중을 지지하는 공기 베어링 사이의 동특성을 측정하는 방법에 있어서, 상기 주축에 정현파 신호 형태의 가진 신호를 인가하는 단계; 상기 주축에 대해 측정된 변위 및 하중을 푸리에 변환하는 단계; 상기 인가된 가진 신호와 이에 따른 변위 신호의 수식에 상기 측정된 변위 및 하중의 값을 대입하여 상기 수식의 계수를 산출하는 단계; 복수개의 진폭 및 주파수에 대해 측정한 결과를 운동 방정식에 대입하여 동특성 계수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112012089566821-pat00003
(m은 주축의 질량, c는 공기 베어링의 주/연성 감쇠 계수, k는 공기 베어링의 주/연성 강성 계수)
그리고 상기 정현파 및 변위 신호의 수식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 2]
Fx(t) = Axccosωt + Axssinωt
Fy(t) = Byccosωt + Byssinωt
(Fx(t)는 x축에서의 가진, Fy(t)는 y축에서의 가진, ω는 인가되는 정현파의 각주파수)
[수식 3]
x = X1c cosωt+ X1s sinωt
y = Y1c cosωt+ Y1s sinωt
(x는 주축의 x축을 따라 생성된 변위 신호, y는 주축의 y축을 따라 생성된 변위 신호, ω는 각주파수)
또한, 상기 동특성 계수를 산출하는 단계는 상기 운동 방정식을 다음의 수식으로 항을 분리하여 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 포함하는 상기 동특성 계수를 산출하는 것일 수 있다.
[수식 4]
Figure 112012089566821-pat00004
(아래 첨자 1과 2는 실험 횟수, ω는 가진 주파수)
또한, 상기 동특성 계수를 산출하는 단계의 이후에 상기 측정된 동특성 계수를 상기 운동 방정식에 대입하고 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위를 수치적으로 구하고, 이를 상기 수식 3에 대입하여 동특성 계수를 검증하는 동특성 검증 단계를 더 포함하는 공기 베어링 동특성 측정 방법.
본 발명에 의한 공기 베어링 동특성 측정 장치 및 방법은 주축에 정현파 형태의 가진력을 인가하고, 주축에서 변위와 하중을 측정하며, 인가된 형태의 가진력 및 변위 신호에 측정된 변위와 하중을 입력하여 계수를 산출하며, 진폭 및 주파수를 달리하여 측정된 결과를 운동 방정식에 대입함으로써, 공기 베어링의 동특성을 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 공기 베어링 동특성 측정 장치 및 방법은 측정된 공기 베어링의 동특성에 대해 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 검증함으로써, 측정 결과의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 주축 및 공기 베어링에 대한 모델링이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 주축 및 공기 베어링에 대한 모델링이다.
도 1을 참조하면, 주축(10)과 공기 베어링(20)의 결합 관계는 주축(10)을 기준으로 xx, xy, yy, yx 방향에 대한 변위값으로 표현될 수 있다. 또한, 외부에서 가해지는 가진력을 Fx(t) 및 Fy(t)로 표현하면, 주축(10)과 공기 베어링(20)의 운동 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112012089566821-pat00005
여기서, m은 주축(10)의 질량, c는 공기 베어링의 주/연성 감쇠 계수, k는 공기 베어링의 주/연성 강성 계수를 의미한다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치(100)는 후술할 바와 같이 공기 베어링의 감쇠 계수(c), 공기 베어링의 강성 계수(k)를 산출하여, 동특성을 측정하게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치의 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치(100)는 정현파 신호 생성기(110), 푸리에 변환(FFT) 처리기(120), 동특성 생성기(130), 동특성 검증기(140)를 포함할 수 있다.
상기 정현파 신호 생성기(110)는 주축(10)에 대해 가진력을 줄 수 있는 정현파 신호를 생성한다. 상기 정현파 신호 생성기(110)는 필요한 정현파 신호 형태를 갖는 가진력을 생성하여 상기 주축(10)을 가진한다. 상기 정현파 신호 생성기(110)의 가진력은 유압, 공기 또는 자기 등을 이용하여 생성할 수 있다.
또한, 상기 인가한 정현파 신호와 주축(10)에서의 측정 결과에 따라 동특성 측정에 필요한 하기할 가진 주파수 계수들을 측정할 수 있도록 한다.
이를 위해, 먼저 상기 정현파 신호 생성기(110)는 다음의 정현파 신호의 가진력을 생성한다.
[수식 2]
Fx(t) = Axccosωt + Axssinωt
Fy(t) = Byccosωt + Byssinωt
여기서, Fx(t)는 주축(10)을 기준으로 x축에서의 가진, Fy(t)는 주축(10)을 기준으로 y축에서의 가진을 의미한다. 또한, ω는 인가되는 정현파의 각주파수를 의미한다.
그리고 이에 따라, 상기 주축(10)에서 생성되는 변위 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
[수식 3]
x = X1c cosωt+ X1s sinωt
y = Y1c cosωt+ Y1s sinωt
여기서, x는 상기 주축(10)의 x축을 따라 생성된 변위 신호, y는 상기 주축(10)의 y축을 따라 생성된 변위 신호를 의미한다. 또한, ω는 각주파수로서, 인가된 수식 2의 정현파 신호의 각주파수와 일치한다.
또한, 별도로 도시하지는 않았지만, 비접촉 변위 센서 및 힘 센서를 이용하여 상기 주축(10)의 변위 신호와 하중을 측정한다.
상기 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 처리기(120)는 상기 비접촉 변위 센서 및 힘 센서에서 측정된 변위 신호와 하중 정보를 인가받아, 푸리에 변환을 수행한다.
상기 동특성 생성기(130)는 상기 푸리에 변환 처리기(120)에서 변환된 값을 이용하여, 수식 2와 수식 3의 Fx(t), Fy(t), x 및 y에 대입하여, 가진 주파수 계수인 Axc, Axs, Byc ,Bys, X1c, X1s, Y1c 및 Y1s를 각각 계산할 수 있다.
또한, 상기 정현파 신호 생성기(110)는 시험하고자 하는 회전 속도에서 다른 진폭과 주파수를 갖는 가진력을 인가하는 동작을 반복할 수 있고, 그 결과를 상기 푸리에 변환 처리기(120)가 변환을 수행하면, 상기 동특성 생성기(130)는 이를 인가받아 다음의 수식 4와 같이 sine항과 cosine항으로 분리하고, 동특성을 생성한다.
[수식 4]
Figure 112012089566821-pat00006
여기서, 아래 첨자 1과 2는 실험 횟수이고, ω는 가진 주파수를 의미한다.
상기 동특성 생성기(130)는 위의 수식 4로부터 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 각각 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 장치(100)는 위의 계수들을 계산하여, 전체 시스템의 동특성을 측정할 수 있다.
상기 동특성 검증기(140)는 계산된 계수들을 내부에 저장된 알고리즘을 통해 검증을 수행한다. 상기 동특성 검증기(140)는 상기 동특성 생성기(130)로부터 산출된 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 인가받고, 이를 수식 1의 운동 방정식에 대입하여 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위 x 및 y를 수치적으로 계산한다.
또한, 상기 동특성 검증기(140)는 계산된 변위 x, y를 수식 4에 대입하여 동특성 계수를 검증한다.
일 예로, 주축 회전 주파수가 83[Hz], 가진 주파수가 100[Hz]인 경우, 측정된 강성/감쇠 계수를 아래 표 1에 나타냈다.
[표 1]
Figure 112012089566821-pat00007
그리고 상기 동특성 검증기(140)에서 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 검증한 강성/감쇠 계수를 아래 표 2에 나타냈다.
[표 2]
Figure 112012089566821-pat00008
따라서, 표 1과 표 2를 비교하면, 각 계수들의 값의 차이가 일정 오차범위 내에 존재하는 일치하는 것으로 평가될 수 있으므로, 상기 동특성 검증기(140)는 상기 동특성 생성기(130)의 결과가 제대로 된 수치임을 검증할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 측정 방법을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 측정 방법은 정현파 신호 가진 단계(S1), 변위 및 하중 측정 단계(S2), 가진주파수 계수 산출 단계(S3), 반복 실험 결과 입력 단계(S4), 동특성 알고리즘 검증 단계(S5)를 포함할 수 있다.
상기 정현파 신호 가진 단계(S1)는 정현파 신호 생성기(110)가 주축(10)에 대해 정현파 신호로 구성된 가진 신호를 인가하는 단계이다. 상기 가진 신호는 앞서 설명한 것처럼, 수식 2의 형태를 갖는다.
상기 변위 및 하중 측정 단계(S2)는 주축(10)의 변위 신호와 하중 정보를 측정하는 단계이다. 상기 측정은 비접촉 변위 센서 및 힘 센서(미도시)에 의해 이루어질 수 있다.
상기 가진 주파수 계수 산출 단계(S3)는 푸리에 변환 처리기(120)를 통해 상기 비접촉 변위 센서 및 힘 센서에서 측정된 변위 신호와 하중 정보를 푸리에 변환하고, 동특성 생성기(130)가 변환된 값들을 수식 2와 수식 3의 Fx(t), Fy(t), x 및 y에 대입하여, 가진 주파수 계수인 Axc, Axs, Byc ,Bys, X1c, X1s, Y1c 및 Y1s를 각각 산출하는 단계이다.
상기 반복 실험 결과 입력 단계(S4)는 상기 정현파 신호 생성기(110)가 시험하고자 하는 회전 속도에서 다른 진폭과 주파수를 갖는 가진력을 인가하는 동작을 반복하고, 상기 푸리에 변환 처리기(120)가 변환하면, 상기 동특성 생성기(130)가 상술한 수식 4와 같이 sine항과 cosine항으로 분리하고, 동특성을 생성하는 단계이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 방법은 상기 반복 실험 결과 입력 단계(S4)를 통해 수식 4의 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 각각 산출하여, 시스템의 동특성을 측정할 수 있다.
상기 동특성 알고리즘 검증 단계(S5)는 동특성 검증기(140)가 상기 동특성 생성기(130)로부터 산출된 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 인가받고, 이를 수식 1의 운동 방정식에 대입하여 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위 x 및 y를 수치적으로 계산하여, 값을 검증하는 단계이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 공기 베어링 동특성 측정 방법에 다른 측정 결과를 검증할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 공기 베어링 동특성 측정 장치 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 공기 베어링 동특성 측정 장치 110; 정현파 신호 생성기
120; 푸리에 변환 처리기 130; 동특성 생성기
140; 동특성 검증기

Claims (10)

  1. 주축과, 상기 주축에 공기압을 인가하여 주축의 하중을 지지하는 공기 베어링 사이의 동특성을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 주축에 정현파 신호 형태의 가진 신호를 인가하는 정현파 신호 생성기;
    상기 주축에 대해 측정된 변위 및 하중을 푸리에 변환하는 푸리에 변환 처리기; 및
    상기 인가된 가진 신호와 이에 따른 변위 신호의 수식에 상기 측정된 변위 및 하중의 값을 대입하여 상기 수식의 계수를 산출하고, 상기 정현파 신호 생성기가 복수개의 진폭 및 주파수에 대해 측정한 결과를 운동 방정식에 대입하여 동특성 계수를 산출하는 동특성 생성기를 포함하고,
    상기 정현파 및 변위 신호의 수식은 다음과 같이 표현되는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
    [수식 1]
    Fx(t) = Axccosωt + Axssinωt
    Fy(t) = Byccosωt + Byssinωt
    (Fx(t)는 x축에서의 가진, Fy(t)는 y축에서의 가진, ω는 인가되는 정현파의 각주파수)
    [수식 2]
    x = X1c cosωt+ X1s sinωt
    y = Y1c cosωt+ Y1s sinωt
    (x는 주축의 x축을 따라 생성된 변위 신호, y는 주축의 y축을 따라 생성된 변위 신호, ω는 각주파수)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 운동 방정식은 다음과 같이 표현되는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
    [수식 3]
    Figure 112014006678130-pat00009

    (m은 주축의 질량, c는 공기 베어링의 주/연성 감쇠 계수, k는 공기 베어링의 주/연성 강성 계수)
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동특성 생성기는 상기 운동 방정식을 다음의 수식으로 항을 분리하여 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 포함하는 상기 동특성 계수를 산출하는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
    [수식 4]
    Figure 112012089566821-pat00010

    (아래 첨자 1과 2는 실험 횟수, ω는 가진 주파수)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정된 동특성 계수를 상기 운동 방정식에 대입하고 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위를 수치적으로 구하고, 이를 상기 수식 4에 대입하여 동특성 계수를 검증하는 동특성 검증기를 더 포함하는 공기 베어링 동특성 측정 장치.
  6. 주축과, 상기 주축에 공기압을 인가하여 주축의 하중을 지지하는 공기 베어링 사이의 동특성을 측정하는 방법에 있어서,
    상기 주축에 정현파 신호 형태의 가진 신호를 인가하는 단계;
    상기 주축에 대해 측정된 변위 및 하중을 푸리에 변환하는 단계;
    상기 인가된 가진 신호와 이에 따른 변위 신호의 수식에 상기 측정된 변위 및 하중의 값을 대입하여 상기 수식의 계수를 산출하는 단계;
    복수개의 진폭 및 주파수에 대해 측정한 결과를 운동 방정식에 대입하여 동특성 계수를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 정현파 및 변위 신호의 수식은 다음과 같이 표현되는 공기 베어링 동특성 측정 방법.
    [수식 1]
    Fx(t) = Axccosωt + Axssinωt
    Fy(t) = Byccosωt + Byssinωt
    (Fx(t)는 x축에서의 가진, Fy(t)는 y축에서의 가진, ω는 인가되는 정현파의 각주파수)
    [수식 2]
    x = X1c cosωt+ X1s sinωt
    y = Y1c cosωt+ Y1s sinωt
    (x는 주축의 x축을 따라 생성된 변위 신호, y는 주축의 y축을 따라 생성된 변위 신호, ω는 각주파수)
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 운동 방정식은 다음과 같이 표현되는 공기 베어링 동특성 측정 방법.
    [수식 3]
    Figure 112014006678130-pat00011

    (m은 주축의 질량, c는 공기 베어링의 주/연성 감쇠 계수, k는 공기 베어링의 주/연성 강성 계수)
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 동특성 계수를 산출하는 단계는 상기 운동 방정식을 다음의 수식으로 항을 분리하여 주 강성 계수(kxx, kyy), 주 감쇠 계수(Cxx, Cyy), 연성 강성 계수(kxy, kyx) 및 연성 감쇠 계수(Cxy, Cyx)를 포함하는 상기 동특성 계수를 산출하는 공기 베어링 동특성 측정 방법.
    [수식 4]
    Figure 112012089566821-pat00012

    (아래 첨자 1과 2는 실험 횟수, ω는 가진 주파수)
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 동특성 계수를 산출하는 단계의 이후에 상기 측정된 동특성 계수를 상기 운동 방정식에 대입하고 룬게-쿠타법(Runge-Kutta method)을 통해 변위를 수치적으로 구하고, 이를 상기 수식 4에 대입하여 동특성 계수를 검증하는 동특성 검증 단계를 더 포함하는 공기 베어링 동특성 측정 방법.
KR1020120122745A 2012-10-31 2012-10-31 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법 KR101420519B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120122745A KR101420519B1 (ko) 2012-10-31 2012-10-31 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120122745A KR101420519B1 (ko) 2012-10-31 2012-10-31 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140055630A KR20140055630A (ko) 2014-05-09
KR101420519B1 true KR101420519B1 (ko) 2014-07-16

Family

ID=50887246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120122745A KR101420519B1 (ko) 2012-10-31 2012-10-31 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101420519B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106052988A (zh) * 2016-05-06 2016-10-26 四川建筑职业技术学院 一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的***及方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105823600B (zh) * 2016-03-21 2018-02-09 北京控制工程研究所 一种三轴气浮台上运动机构的动态平衡方法
CN106289776B (zh) * 2016-07-29 2020-07-07 南京航空航天大学 一种柔性磁悬浮轴承转子刚度阻尼辨识方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120085109A (ko) * 2011-01-21 2012-07-31 국방과학연구소 베어링의 동특성 측정 장치, 동특성 분석 시스템 및 베어링의 동특성 분석 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120085109A (ko) * 2011-01-21 2012-07-31 국방과학연구소 베어링의 동특성 측정 장치, 동특성 분석 시스템 및 베어링의 동특성 분석 방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문(1995) *
논문(2008.02) *
논문(2012.04) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106052988A (zh) * 2016-05-06 2016-10-26 四川建筑职业技术学院 一种辨识液体静压导轨油膜刚度、阻尼的***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140055630A (ko) 2014-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10006932B2 (en) Acceleration compensation of load sensors
CN106525226B (zh) 一种基于现场振动载荷识别的评估方法及***
Pezerat et al. Identification of vibration sources
CN105426644B (zh) 模态阻尼识别方法、装置和***
Laxalde et al. Experimental and numerical investigations of friction rings damping of blisks
CN111537170B (zh) 一种伺服作动器动刚度测试方法
CN102661782B (zh) 一种超低频振动参数量值的快速测量方法
CN106679916A (zh) Gis设备抗震试验方法及测试***
KR101420519B1 (ko) 공기 베어링의 동특성 측정 장치 및 방법
JP2018100948A (ja) 振動試験方法及び振動試験装置
CN107063675A (zh) 旋转叶片振动测试精度计算方法及***
Pedotti et al. Fault diagnostics in rotary machines through spectral vibration analysis using low-cost MEMS devices
JP2013213817A (ja) 故障のタイプを識別するシステムおよび方法
CN114354112B (zh) 一种叶片多阶耦合振动疲劳分析方法
Cruciat et al. Experimental determination of dynamic characteristics of structures
Gibert et al. On forced response of a rotating integrally bladed disk: predictions and experiments
Klaus et al. Dynamic torque calibration by means of model parameter identification
Michalski et al. Dynamic correction of oscillatory forces during ultrasonic-assisted metal forming
JP2020183901A (ja) タイヤユニフォミティデータの補正方法、およびタイヤユニフォミティマシン
JP5158173B2 (ja) 共振周波数検出装置
Aswin et al. Analysis of free vibration measurement by mems accelerometer device on wind turbine blade
Figueroa Díaz et al. Methodology to improve mode identification and modal parameter extraction for rotor dynamic analysis
Cigada et al. Electrical method to measure the dynamic behaviour and the quadrature error of a MEMS gyroscope sensor
JP3138717U (ja) 共振周波数検出装置
JPH0419524A (ja) 構造物の固有振動数自動出力装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170620

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180612

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190611

Year of fee payment: 6