[논문]자기유변탄성체를 이용한 구동축의 진동감쇠 연구

[국내논문] 자기유변탄성체를 이용한 구동축의 진동감쇠 연구
Vibration Damping Drive Shaft using Magneto-rheological Elastomers 원문보기

박정헌 (인하대학교) , 홍성근 (인하대학교) , 이광희 (인하대학교) , 이철희 (인하대학교) , 김현철 (장암칼스) , 조원오 (장암칼스)

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그 고유진동수를 움직여서 댐퍼가 없는 기계장치의 고유진동수를 피함으로써 진동의 진폭을 감쇠 시킬 수 있다.⁽¹⁾ 이번 연구는 지능재료중 하나인 자기유변탄성중합체를 사용하여 고유진동수를 변하게 하여 공진현상을 피함으로써 차량의 구동축의 진동을 감쇠시키는 연구이다. 자기 유변탄성중합체는 자기장에 의하여 내부 입자의 배열이 변하면서 성질이 변하는 MR 유체와 같은 성질을 가지고 있지만 MR 유체는 밀폐된 별도의 장치가 필요하며 시간이 지나면 입자가 가라앉아서 입자의 분포가 균일하지 못하게 되고, 밀폐가 불완전할 경우에는 MR 유체가 새어나오면서 환경오염을 일으키게 된다.
댐퍼가 장착 되었을 때의 구동축의 고유진동수의 변화를 관찰하기 위하여 실험을 진행하였다. 이번 실험에서는 댐퍼 주위에 0.

차량에 쓰이는 구동축 안에 자기유변탄성중합체를 사용한 댐퍼를 삽입한다. 댐퍼는 두 개의 알루미늄으로 만들어진 파이프 사이에 자기유변탄성중합체를 삽입하여 만들어졌으며, 댐퍼의 크기는 알루미늄과 자기유변탄성중합체의 물성치를 이용하여 예상되는 고유진동수를 구한 뒤에 그 수치를 결정하였다. Fig.
댐퍼가 장착 되었을 때의 구동축의 고유진동수의 변화를 관찰하기 위하여 실험을 진행하였다. 이번 실험에서는 댐퍼 주위에 0.2T 세기의 자기장을 가하여 실험을 진행하였다. 실험결과 구동축의 고유진동수가 384Hz에서 394Hz로 움직였음을 확인할 수 있다.
다음으로 댐퍼를 제어하기 위하여 LABVIEW를 사용하여 신호를 처리하였다. 구동축에 가속도센서를 부착하여 센서에서 보내는 신호를 Amplifier & Filter와 DAQ Device를 통하여 컴퓨터로 보내서 신호를 제어한다.
이번 실험에서는 자기유변탄성중합체를 이용하여 구동축의 진동감쇠를 실험하였다. 댐퍼를 제작할 때 댐퍼의 구체적인 치수를 이론적 접근을 통하여 최적화 하였으며, 그 점을 적용한 댐퍼를 장차한 구동축의 진동실험결과 고유진동수가 384Hz에서 394Hz로 변하였으며 그 진폭 또한 약 20% 정도의 감소율을 보였다.

이번 실험에서는 자기유변탄성중합체를 이용하여 구동축의 진동감쇠를 실험하였다. 댐퍼를 제작할 때 댐퍼의 구체적인 치수를 이론적 접근을 통하여 최적화 하였으며, 그 점을 적용한 댐퍼를 장차한 구동축의 진동실험결과 고유진동수가 384Hz에서 394Hz로 변하였으며 그 진폭 또한 약 20% 정도의 감소율을 보였다. 이 실험은 자기유변탄성중합체의 제어를 통하여 고유진동수를 변화하여 진폭의 감쇠를 이끌어낼 수 있다는 사실을 증명하며 엔진 마운트, 클러치, 브레이크, 파워트레인⁽⁵⁾ 등의 다양한 분야에 적용이 가능하며, 기존의 MR 유체의 단점을 극복하기 때문에 그 활용분야가 더욱 늘어나리라고 예상된다.
2T 세기의 자기장을 가하여 실험을 진행하였다. 실험결과 구동축의 고유진동수가 384Hz에서 394Hz로 움직였음을 확인할 수 있다. 댐퍼를 넣지 않았을 때와 넣고 자기장을 가했을 때의 고유진동수 변화가 Table 1에 나타나있다.

댐퍼를 제작할 때 댐퍼의 구체적인 치수를 이론적 접근을 통하여 최적화 하였으며, 그 점을 적용한 댐퍼를 장차한 구동축의 진동실험결과 고유진동수가 384Hz에서 394Hz로 변하였으며 그 진폭 또한 약 20% 정도의 감소율을 보였다. 이 실험은 자기유변탄성중합체의 제어를 통하여 고유진동수를 변화하여 진폭의 감쇠를 이끌어낼 수 있다는 사실을 증명하며 엔진 마운트, 클러치, 브레이크, 파워트레인⁽⁵⁾ 등의 다양한 분야에 적용이 가능하며, 기존의 MR 유체의 단점을 극복하기 때문에 그 활용분야가 더욱 늘어나리라고 예상된다.

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