2018년 6월 30일 토요일

진동소음센서의 사용용도별 분류

진동소음센서의 사용용도별 분류
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진동소음 및 초음파관련 센서들의 사용도는 제조생산을 위한 연구용측정환경법규적용을 위한 측정상태모니터링을 위한 측정 등 여러 분야에 적용되고 있다센서의 원리별로 분류한 방법은 센서의 이론에서 이미 다루었듯이 출력값을 어떻게 활용해야 하는가를 고민해야 하지만 만약 어느 분야에서는 어떤 센서를 사용해야 하는지를 묻는다면 해당분야에 익숙하지 않은 담당자라면 곤란할 질문이 될 수도 있을 것이다따라서 진동소음초음파 센서류 어떻게 보면 저중주파수 대역의 센서를 활용측면에서 사용용도별로 정리해 보았다해당분야 담당자는 이를 참조하여 센서의 종류를 선택할 수도 있을 것이다.

진동소음초음파 센서류의 사용도별 분류
센서는 측정을 위한 것으로 측정을 사용도별로 구분한다고 목적에 저해하지 않는다우선제조연구용모니터링용평가용으로 분류하였다.

측정용도
사용처의 예
사용용도
센서류
제조 연구용
일반기계전자제품건설기계자동차-철도-항공 등 수송기계군사용
품질확인성능확인동특성설계동적거동확인
무선방식 strain gauge(회전비틀림), 레이져(극고주파비접촉), 소형가속도(고주파고속설비용), 일반중형가속도(중대형기계), 탐침형가속도(충격폭굉), 압력센서(동압력측정가스설비연소설비), 정밀마이크로폰 소음센서(미세압력감지이상소음분석)
상태위험 감시형모니터링용검사용
발전수송기계건축구조물철강-제지-정유화학-시멘트 등 플랜트 산업현장
위험관리용검사용상태관리용(유지보수용)
와이어변위(파이프 및 대형구조의 변위거동), 접촉식 변위(중형구조도어), 비접촉식 변위(초간극변위터빈축 및 고속대형기계의 축거동감시), 중저감도 마이크로폰(이상소음모니터링), 접촉식 일반 가속도센서류(일반기계 모니터링), 접촉식 저주파고감도(반도체 등 초정밀기계), 접촉식 고주파(초고속 회전기계), 비접촉식 초음파(누설구조 모니터링베어링전기코로나)
환경측정용평가용
엔지니어링환경영향평가(도로철도항공건설실내외생활)
기상 및 지반환경평가(발파건물지반), 소음진동영향의 평가
접촉식 저주파고감도(지진반도체 등 초정밀기계), 자유음장형 마이크로폰일반접촉식 가속도진동센서
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키워드
진동센서변위센서가속도센서모니터링용센서연구용 진동센서

2018년 6월 23일 토요일

Non Synchronous 비동기성분 결함들-Order analysis

Non Synchronous 비동기성분 결함들-Order analysis
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TS(Turning speed, 회전주파수)와 정수배로 계산이 되는 않는 하모닉성분을 비동기성분이라고 한다회전수와 관련이 있기도 하고 회전수와 전혀 관련이 없기도 한 주파수 성분을 의미한다회전수와 관련이 있는 경우는 구름베어링과 벨트체인 등으로 인해 발생하는 주파수로서 정수배로 맞아 떨어지지 않기 때문에 비동기성분이다반면에 회전수와 전혀 관련이 없는 주파수는 공진이나 전기적인 결함유체에 의한 가진과 마찰에 의한 주파수 군에 해당하며 비동기성분이다.


비동기차수 결함들
주파수가 TS의 정수배가 아닌 또는 전혀 관련이 없는 결함의 패턴과 신호는 회전 이벤트와 관련이 없는 것들을 찾으면 된다즉 구름베어링의 내륜 및 외륜은 축이 한 번 회전할 때 어떠한 패턴의 공식으로 계속 자전을 하므로 정수배로 맞아 떨어지지 않는다또한 벨트로 연결된 다른 축의 경우이거나 오일의 공전(Whirl)의 경우에도 회전수의 증감과는 관련이 있기는 하지만 정수배로 이벤트가 정확히 맞을 수가 없다또한 마찰(Rub)이나 유체관련(Cavitation, surge) 성분도 회전수의 증감과는 관련이 있지만 정수배를 차지하지 못한다왜냐하면 이벤트에 따라가는 수준이지 이벤트를 유발하지 않기 때문이다.  그리고 또 다른 패턴이 있는데 공진(Resonance)나 전기(Electrical)적인 주파수 군은 회전수와 관련이 있다기 보다는 회전수와 관련이 되면 안 되는 성분들이다다음 표에는 이러한 비동기차수 결함들에는 어떠한 것들이 있는지 나열하였다.

표 1.Non Synchronous fault signal.
Sub Synch
Over Synch
      Another machine
      Belt vibration
      Hydraulic instability (oil whip/oil whirl)
      Rotor or shaft rub
      Roller bearing cage frequency
      Driven component
      Multiples of belt frequency
      Roller bearings
      Resonance
      Chain drives
      U-joints
      Electrical
      Compressor surge


비동기 성분의 관찰은 대체로 좋지 않다발생하는 자체가 결함일 경우가 많다과거에는 어떠했는지 유사기계와 비교했을 때 어떠한지도 중요하지만 추가적으로 시험을 통해 증명이 필요한 심각한 사항일 수 있다.

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키워드
Order, TS, 설비진단기본용어, 1X, 스펙트럼비동기성분, Non, SubSynchronous, 설비진단설비결함.


2018년 6월 16일 토요일

위상(phase)의 측정

위상(phase)의 측정
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진동을 통한 설비진단을 하기 위해서 기본적으로 알고 있어야 할 용어 중에서 진폭과 주파수 그리고 위상(phase) 등이 있다이 것은 수많은 설비진단을 위한 분석분야 용어 중에서 세가지를 꼽으라고 해도 아마 전혀 이상하지 않을 정도로 많이 사용되고 있다이 것이 의미하는 바는 이 세가지 용어를 알지 못한다면 분석을 할 수 있는 것이 아니라는 뜻이며 또한 이 것을 측정하지 못한다면 분석할 수 없다는 것으로 간주할 수도 있다는 것이다이 중에 위상(phase)을 어떻게 측정하는 지 그 방법을 알고 있는가?


위상의 측정방법
위상은 기준에 대한 비교각도를 의미한다각도는 원(circle)에 대해서 표시할 수 있으므로 degree(°)또는radian(π)으로 기록한다위상은 측정결과의 목적에 따라서 크게 두 가지로 분류할 수 있는데 절대위상과 상대위상이 그 것이다.
먼저 절대위상을 설명해 보면회전기계의 회전수는 원을 그대로 구현하였다 볼 수 있으므로 회전하는 축에 달린 어떤 반사판 혹은 돌출된 도체기어이빨의 반복여부를 인식하여 회전당 펄스(pulse)를 구하여 측정한다. Tachometer, key phasor, encoder 등으로 부르는 센서를 통해 이 펄스가 있는 기준위치를 0°로 하는데 이 기준위치와 비교하여 측정된 다른 파형(진동전기또는 다른 물리량)의 피크(peak)의 위치를 위상이라 하는 것이다절대위상은 회전센서의 기준점과의 위치를 비교한다고 할 수 있다따라서 우리가 흔히 위상차이를 위상이라고 혼용하기도 한다.
두 번째 상대위상이 있는데 이는 반복하여 거동하는(진동두 물체 사이의 동일지점에서의 각도차이를 의미한다고 할 수 있다.  이 상대적인 위상이 같으면 같은 거동다르면 반대거동을 추정할 수 있는데 이를 이용하여 ODS(Operational deflection shape)를 구해내기도 한다이 상대적인 위상도 진동을360로 표현하는 방법에서 출발 한 것으로 결국 절대위상이든 상대위상이든 어떤 비교를 통한 값의 표현이라고 할 수도 있을 것이다.
실질적으로 절대위상측정을 하는 방법의 구체적인 방법은 우선 RPM센서를 설치하고 원하는 센서(진동 등)를 읽어서 시간의 반복된 구간을 도시하여 비교지점을 체크하여 그 차이를 직접 각도로 환산하여 읽는 방법두 번째 이 두 센서를 모두 읽고 위상을 표시해 주는 계측기를 사용하는 방법이 있다 상대위상은 마찬가지로 두 가지 센서로부터 출력되는 피크의 위치를 출력하여 비교각도를 읽는 수동적인 방법을 사용하거나 Cross channel phase analysis기능을 탑재한 계측기를 통해 읽는 방법이 있다.

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키워드
Trigger, 트리거진동 트리거회전수센서, RPM센서, tachometer, 타코스트로보스코프키페이져, Key phasor, 위상, phase

2018년 6월 9일 토요일

진동분석기술과 윤활유분석기술에 대한 우위관점

진동분석기술과 윤활유분석기술에 대한 우위관점
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진동(vibration)을 인체의 건강상태를 진단하는 기술로 사용하는 청진기나 심전도 검사 등을 이용하여 쉽게 그 차이점을 비교하듯이 윤활유 분석기술(lubrication analysis)은 마치 사람의 혈액검사와 비유할 수 있다그러나 사람의 문제는 회전하는 기계처럼 원심력에 의해 발생하는 가진력으로 하여금 발생한 것이므로 진동분석기술을 청진기 전도로 생각하기에는 너무 과소평가한 기술이라고 할 수 있다무엇보다도 진동분석기술은 진동이 발생하는 패턴을 분석하는 것이기 때문이다.


무엇이 먼저인가윤활 or 진동?
윤활유 검사는 매우 체계적이고 세분화할 수 있으며 일찌감치 기계가 나쁜 상태를 짐작케 하는 중요한 기계진단기법이다주로 베어링유 또는 그리스를 통해 마모입자원성분 오염도유전상수수분함유량마모성분분석 등 수 십 가지의 상태를 분석하여 그 결과를 비교한다그러나 때때로 너무 일찍 또는 너무 국부적인 분석결과가 나타날 수 있으며 변화가 미세하고 장기간 동안에 순식간의 변화를 감지해야 하는 실시간 온라인모니터링(real time online monitoring)을 적용하기에는 큰 의미가 없다는 것에 많은 설비감시 전문가들이 공감한다반면에 진동분석은 이에 비해 광범위 고장인자를 포함하고 있으며 즉각적인 위험감시에도 적합하므로 실시간 온라인 모니터링에 적절하다그러나 기계 또는 설비가 가동중일 경우에만 분석이 가능하다는 단점이 있다.
여기에서 한가지 중요한 배틀인자가 있다바로 누가 먼저이고 무엇이 더 확실한가?를 가릴 때이다예를 들어 베어링 윤활이 적절하지 못하여 마찰열이 발생하여 베어링이 파손하게 되면 진동이 발생한다는 윤활기법 관점(윤활이 나쁘면 순식간에 베어링이 파손된다.)과 조립불량부하부적절전기적문제공진문제 등으로 진동이 발생하게 되면 베어링에 피로파괴 또는 결함이 발생하여 마모파손열발생에 의해 윤활문제가 발생한다는 진동기법의 관점과의 차이이다. (진동이 크면 베어링수명은 크게 줄어든다.). 이 두 관점 모두 이해가 되지만 확률의 %로 우열을 가리라고 한다면 어떨까필자는 개인적으로 윤활 사용메뉴얼이 기계정비기술보다 오류나 예외가 작지만 상태모니터링과 실시간 모니터링은 분명 차이가 있다고 생각한다.

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키워드
모니터링, CMS, VMS, 온라인 모니터링시스템진동모니터링윤활모니터링상태기반모니터링


2018년 6월 2일 토요일

진동을 위한 기본단위

진동을 위한 기본단위
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진동을 표기하고 방법은 어떠한 단위가 사용되며 힘의 단위질량의 단위진폭의 단위탄성의 단위 등은 기본단위와 혼합단위로 구성된다또한 힘과 에너지 그리고 파워의 구분을 할 수 있어야 하며 주파수와 진폭의 종류는 반드시 알고 있어야 한다진동이 어렵다고 하는 것은 진폭의 표기가 여러 개로 나뉘고 있기 때문이라고 해도 맞다이를 모두 파악하기 위해서는 우선 질량으로 파생된 단위를 살펴보고 그 다음에는 그래프에 표기되는 X축과 Y축의 표현에는 어떠한 것이 있는지를 아는 것이 중요하다.  


Force, Energy, Power의 구분
질량에 가속도를 곱하면 힘(Force)가 된다힘은 관성력탄성력부력,.. 등으로 달리 부르며 사용되는데 힘에 거리를 곱하면 운동이 되면서 에너지()가 된다그리고 시간당 투입되는 에너지가 바로 동력(Power)가 되는 것이다진동의 표현은 보통 힘으로 균형을 맞추지만 에너지로 운동방정식을 표현할 때도 있으므로 적어도 진동을 공부하는 우리는 단어의 표현에 착오가 없어야 한다.

구분
질량(Mass)
(Force)
(Energy)
동력(Power)
수식
m
F
E
P
단위
kg
N(SI단위=kgm/s²) ,
Kgf(공학단위=9.8N)
J (Nm)
W(Nm/s, J/s)
HP(0.746w)
물리적의미
질량
F=ma, (질량으로 인한 관성력질량과 가속도의 곱)
운동과 진동의 움직임힘과 거리의 곱(운동과 위치탄성)
초당 발휘할 수 있는 에너지
용도
물체의 질량
운동방정식관성력탄성력감쇠력가진력원심력부력, …
에너지방법 운동방정식운동에너지위치에너지
엔진의 동력표기산업기계 및 가전기기 등 모든 기기의 소비동력표기


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 파워에너지운동방정식


2018년 5월 26일 토요일

진동과 초음파(정의 및 용도)

진동과 초음파(정의 및 용도)
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진동과 소음은 매질인 고체와 공기를 비교하는 것으로 쉽게 구분할 수 있지만 진동과 초음파는 매질의 차이가 아니므로 주파수라는 개념을 알고 있어야 한다진동의 실용적 활용 주파수는 0~20,000Hz정도이며 소음은 16~8,000Hz인 반면에 초음파는 2kHz~100kHz를 의미한다물론 그 이상은 전파(MHz)영역이다.  설비진단에 초음파가 사용되기 시작한 것은 아무래도 사람이 들을 수 없는 음 또는 음향진동에서 기계의 상태에 관한 정보(신호)를 포함하고 있을 것이라는 추측에서 시작했을 것이다그래서 초음파는 공기음(Airborne), 고체음(Structure borne)을 모두 포함하는 영역이다.

초음파의 설비진단에의 적용
초음파는 가청주파수(20Hz~20kHz)를 상위하는 파동(종파)으로서 투과성질이 있고 에너지를 집적할 수 있는 장점이 있다사용처는 무궁무진하며 자동차 후방감지기에서부터 시작하여 가장 많이 사용되는 곳은 아무래도 의학과 군사용으로 말할 수 있다.  우리 산업용에 사용되는 예도 많아서수위감지기나비파괴검사로 아주 많이 사용되고 있다.  기계진단용으로 사용되는 초음파는 고체나 기체의 마찰에 의해서 발생되는 파동을 수동적으로 계측하여 분석하여 기계(설비)의 결함상태를 파악하는 것이다.

영역구분
진동 및 기타
초음파
이론
FFT spectrum분석, wave분석공간분석, MCSA(전류분석등의 패턴 분석학문수준
측정한 자료를 가청영역으로 변환하여 귀나 시각적으로 듣고 판단하거나, Level(uV)을 측정하여 비교한다.
측정방법
측정오차에 매우 염려하며공진에 대한 고려여러 방향에서 측정하여 방향성을 고려한다.
한 곳을 수직으로 접촉 측정하나음향센서로 근접비접촉 측정할 수도 있다.
기계의 속도
(주파수대역)
고속에 적용초고속 및 초저속의 기계는 별도의 기법 활용측정어려움
저속고속의 음향진동특성을 비교적 쉽게 관찰가능.
판단기준
보통주파수영역에 도달한 상태로 기계의 상태판단(30Hz~30kHz),
ISO(10816, 7919,2631) 등 절대적인 기준과 상대적인 기준
결함의 초기발견(40kHz), 누설(70kHz), 전기(300kHz) 등 제조사 별로 특징과 사양이 다름.
투자비 회수율
고가의 투자장기적인 효과 예상
Assembly detector구성즉각적인 설비상태판단.
Leakage
(공기,전기)
전문장비 추가로 가능다른 설비와 상호비교하여 판단.
누설의 위치와 양코로나 방전상태 등을 즉각 판단.
해석측면
장기적인 설비의 상태를 예상하는 근거(고유주파수결함이력 등)
즉각적인 상태 및 변화상태를 감지하는 현상의 조치.

위의 비교는 인체의 진단과 비교하면 청진기(진동)과 초음파촬영으로 비교할 수 있다중요한 점은 “직접 듣거나 보고 판단한다.”는 점이다.

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 초음파, Ultrasonic


2018년 5월 12일 토요일

진동모니터링설계사례-FA 조립 및 생산라인 (자동제어 및 반복 조립라인)

진동모니터링설계사례-FA 조립 및 생산라인 (자동제어 및 반복 조립라인)
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최근 많이 이슈화 되고 있는 4차산업의 혁명을 이야기 하기 전에 기반이 되는 스마트공장에 대한 관심이 뜨겁다스마트 공장은 과거 인력의 감축을 목표로 한 로봇의 배치나 자동화의 플랜트 이미지를 넘어서 최대 생산효율을 산출하기 위한 생산신뢰성 구축품질최적화고장자동예측자동화 최적화 등을 포함하고 있는데 이 중에서도 생산성에 크게 영향을 줄 수 있는 설비고장의 모니터링시스템이 매우 중요시화되고 있다모니터링시스템의 설계는 설치만 하면 모든 고장을 줄일 수 있을까그리고 설치를 통해 모든 설비의 수명을 예측하거나 엄청난 투자비 이상을 되찾을 수 있을까?

자동제어가 적용된 조립 및 반복 생산라인(FA)에 대한 모니터링시스템 설계에 대한 사례

본 설비의 구조는 사출주입성형세척조립포장 등을 연속적으로 수행하는 반복 조립생산라인으로 공산품이나 작은 조립생산품생활제품 그리고 대형 조립 및 자동차부품과 반도체전자제품의 조립까지를 포함하여 가장 광범위하게 사용되고 있는 생산장치이다모터와 각종 펌프공기 및 팬압축기진공장치와 진공펌프벨트구름베어링 등 다양한 설비구성요소를 가지고 있다.

이러한 공정에 사용되는 설비류는 생산을 지원하는 입장이므로 설비제조사에서 각종 센서를 포함한 자동제어장치가 설치되어 있으며 설계자는 생산의 속도나 제품의 품질제어까지를 확인할 수 있는 특성인자(Feature)를 설비에 장착하였다그리고 그 특성을 잘 파악하기 위하여 매뉴얼도 구성되어 있고 계속 생산자와 협의하여 맞춤형 기계로 생산과 품질을 최대화 하고 있다설계자는 그 설비를 가장 잘 알고 있고 사용자는 그 설비의 문제를 가장 잘 알고 있다문제가 있어야 설계자는 재 설계할 기회를 찾는다.
여기에 한층 더 나아가서 스마트 공장과 메인트넌스 입장에서 살펴본다면 이렇다.
자동조립라인을 구성하고 있는 설비구성요소의 고장은 단순히 빠른 교체에 의존하고 있으므로 유지보수에 관한 입장에서는 완전히 BM(Breakdown maintenance)의 수준에 머물고 있다 할 수 있다생산설비의 MTBF가 잦더라도 MTTR이 짧은 것에 만족하고 있는 상태이므로 설비구성요소의 불필요재고량은 별로 관심대상이 아닌 것이다그런데 스마트 공장의 개념은 이 생각을 깰 것을 요구한다개인적인 의견으로는 기존 공장에서 얻는 눈앞의 생산량을 상태기반 또는 예측기반 메인트넌스와 비교해도 크게 설득될 것 같지는 않지만설비구성요소의 불필요재고량에 대한 설득은 여지가 있다왜냐하면 빨리 교체하기 위해 많은 량의 비싼 설비에 대하 재고량을 안고 갈 필요가 없을 수 있는 방법이 있기 때문이다한 사례로 설비제조사에서도 하지 않은 모니터링시스템을 장착하려면 어떻게 해야 하는지?에 대한 문의가 있어서 답변사례를 담았다.

자료를 잘 확인하였습니다.
안타깝게도 상태기반 모니터링시스템에서 잘 응용하는 모터베어링이나 벨트는 관찰할 필요가 없다고 하셨으므로 제안드릴 내용이 많지 않습니다. (제조사 설계팀도 하지 못한무엇이 이상?현상이 될까?를 저희가 미리 알 수는 없습니다.)
이상징후를 위해서 진동센서를 이용하려면우선 문제가 되는 순위(FEA)를 알고 있어야 합니다.
무엇이 고장이 자주 생기거나어떤 불량생산품이 생기거나 하는 순위를 알려주시고,
현장에 방문하여 센서의 적용유무를 판단한 후그 다음 제안하는 방법이 있겠습니다.

송구합니다만지금으로서는 어쩔 수 없군요품질이든 생산량이든 고장이든 어떠한 문제가 있어야 모니터링 시스템에 대한 설계와 그 제안을 할 수 있습니다.
고장이 문제가 있고 이 것이 생산과 품질 그리고 고장 부품 재고량과 공간확보교체시간확보 등에 어려움이 연관이 있다고 생각하시면 모니터링시스템을 통해서 고장을 일으키는 문제를 예측하여 미리 교체할 수 있도록 할 수 있습니다상태모니터링시스템(CMS)이란 이런 것입니다. >

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2018년 5월 5일 토요일

Gear frequency-5-기어의 진동원인들

Gear frequency-5-기어의 진동원인들
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기어박스는 변속을 하여 피동부에 동력을 전달하는 기계요소(벨트체인 등)중의 하나로서 다른 유사 요소와 가장 큰 특징은 강한 토오크를 전달할 수 있다는 것이다따라서 고속의 동력으로 저속의 강한 토오크를 필요로 하는 곳은 대부분 강한 부하를 받는 곳이다기어박스는 특히 시멘트의 견인 및 파쇠타이어의 파쇠 및 압출열차의 빈번한 동력전달 등에서 감속기로 활용된다반면에 가스생산의 고압 토출에 사용되는 기어박스는 증속의 회전변경을 위해 사용되는 경우도 있다다시 한번 살펴보면 기어박스는 절대로 홀로 움직여서 활용될 수 있는 기계요소가 아닌 것을 확인할 수 있다그래서 진동이 발생한다.

Gear box의 진동원인
모든 Gear Box는 다른 기계들과 연결되어 있다따라서 그로부터 많은 영향을 받고 있다.  그러나Gear 자체의 문제점도 있는데 예를들어 Pitch Line이 맞지 않거나 편심, Tooth간 간격의 불일치 등으로Gear 진동이 발생하고 있다. Gearbox자체의 결함과 GearBox에 영향을 주는 외부결함을 정리하면 다음과 같다.

Gearbox자체의 내부결함
Gearbox에 영향을 주는 외부결함

1.     제작상의 결함 (Manufacturing Defects)
2.     부적절한 조립 (Improper assembly)
3.     과도한 마모 (Excessive wear)
4.     부적당한 윤활유 (Inadequate Lubrication) 및 오염(Contaminator)
5.     Box내 변속축간 정렬 불량 (Misalignment)
6.     금속 자체 결함 (Metal Fatigue)
7.     과도한 부하 (Over loading)
8.     베어링의 마모 및 조립윤활불량정렬불량
9.     부족하거나 과도한 백래쉬


1.     구동부로부터의 결함전달(모터결함질량불평형축정렬불량벨트 등)
2.     피동부로부터의 결함전달(펌프, Agitator, 공작기계바이트 자려진동)
3.     바닥으로부터의 결함(지지이완, Soft foot, 전기적 누설의 전달)
4.     빈번한 부하변동역회전

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기어진동기어박스베어링진동사이드밴드, GMF, 기어 맞물림 주파수축정렬불량인 기어박스