기계 진동은 산업기계, 자동차, 항공기, 로봇 등 거의 모든 기계 시스템에서 발생하는 자연 현상입니다.
하지만 진동이 통제되지 않으면 소음, 부품 파손, 성능 저하, 안전 사고로 이어질 수 있죠.
이번 글에서는 기계 진동의 원리부터 고유진동수 공식,
그리고 물체의 무게가 진동에 어떤 영향을 미치는지까지 공학적으로 정리해드립니다.
✅ 기계 진동이란?
**기계 진동(Mechanical Vibration)**이란, 기계나 구조물이 시간에 따라 반복적으로 움직이는 현상을 말합니다.
진동은 구조물의 강성(k), 질량(m), 외력(F)에 의해 발생하며,
특히 공진(Resonance) 현상이 일어나면 기계가 심각하게 손상될 수 있습니다.
🔍 기계 진동의 주요 원인
- 회전체의 불균형 (Imbalance)
- 베어링 마모 및 마찰 (Friction)
- 외부에서 들어오는 주기적 힘 (Forced vibration)
- 공진(Resonance)
- 구조물 자체의 진동 (Free vibration)
📐 고유진동수(Natural Frequency)란?
고유진동수란, 외부 자극이 없을 때 시스템이 스스로 진동하는 고유한 주파수입니다.
이 값은 시스템의 **질량(m)**과 **강성(k)**에 따라 결정되며,
아래 공식으로 표현할 수 있습니다:
⚖️ 물체의 무게가 진동에 미치는 영향
공식에서 보듯, 질량(m)이 클수록 고유진동수(fₙ)는 낮아집니다.
이는 중요한 공학적 의미를 가집니다.
✅ 무거운 물체일수록 외부의 진동에 반응하지 않고, 공진 발생 가능성도 줄어듭니다.
✅ 즉, 시스템이 더 "무겁게 설계될수록" 진동에 덜 민감하다는 뜻입니다.
이러한 원리 때문에 정밀기계, 반도체 장비, 진동 민감 장치에는
일부러 **무게를 더하거나, 질량 블록(mass block)**을 추가하는 방식으로 진동을 억제하기도 합니다.
🛠️ 진동 방지를 위한 설계 팁
- 질량(m)을 늘리면 진동 민감도↓, 안정성↑
- 단, 지나친 무게는 이동성 및 구조적 부담이 생기므로 적절한 균형 필요
- **강성(k)**과의 조합도 중요 → 고유진동수 분석은 필수!
- 공진 주파수 근처의 외력은 피하거나 설계 단계에서 분리시켜야 함
🧠 진동 제어 방법
- 구조 설계 개선
→ 질량 재분배, 강성 강화, 감쇠재 사용 - 댐퍼, 흡수기 적용
→ 튜닝형 진동 흡수기(TMD), 고무 마운트, 진동 절연재 - 공진 회피 설계
→ 시스템의 고유진동수를 외부 자극 주파수와 겹치지 않게 설계
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- 고유진동수 공식
- 질량과 진동 관계
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- 진동에 강한 구조 설계
- 공진 피하는 법
- 진동 방지 기술
- f = 1/2π √(k/m) 공식 해석
- 기계 설계와 진동 분석
✅ 마무리
기계 진동은 단순한 현상이 아니라,
제품의 수명, 정밀도, 안전성을 좌우하는 핵심 요소입니다.
그리고 고유진동수 공식을 이해하면
단순히 “왜 진동이 생기는지”를 넘어서
어떻게 설계하고 제어해야 할지까지 감이 잡히게 됩니다.
✔ 무게가 클수록 진동을 덜 받는다 – 이 단순한 원리 하나가
공학 설계에서 수억 원짜리 장비의 수명을 좌우할 수도 있습니다.
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