충격 흡수 장치 (쇼크 옵서버, Shock Absorber) 계산

자동화 기계의 진동(자유 또는 강제)을 최소화하고 조절하는 산업용 충격 흡수 장치의 대표적인 부품은 쇼크 옵서버 (Shock Absorber)이다.

일반적으로 에어 실린더에 부착된 완충 하중에 쇼크 옵서버를 배치한다. 이 방법을 통해 실린더 크기를 조정하여 부하를 이동하고 충격 흡수 장치의 크기를 조정하여 필요한 거리 내에서 부하 이동을 중지할 수 있다.

 

충격 흡수 장치의 크기를 결정하려면 다음과 같은 4가지 매개변수를 알아야 한다.

감속할 질량, m (kg)

충격 속도, v (m/s)

추진력, F (N)

시간당 충격 주기 수, C (1/hr)

 

충격 흡수 장치(Shock Absorber)는 추진력이 없는 질량체, (실린더에 의한) 추진력을 가지고 있는 질량체, 모터 구동 장치가 있는 질량체, 자유 낙하 질량체 등의 다양한 환경에 적용한다.

 

그림 1. 횡방향 추진력이 있는 질량의 Shock absorber의 스트로크 및 유효 질량

 

횡방향 추진력을 가지고 있는 질량체의 경우, 충격 흡수 장치를 선택하기 위한 식을 아래에 나타내었다.

 

(식 1) W1 = ½ * m · v²

(식 2) W2 = F · s

(식 3) W3 = W1 + W2

(식 4) W4 = W3 · c

(식 5) vD = v

(식 6) me = (2 · W3) / vD²

 

최종 충격 속도는 평균 속도의 1.5~2배일 수 있으므로 안전율을 고려하여 계산하여야 한다.

 

여기서,

W1 : 사이클당 운동 에너지 (Nm)

W2 : 사이클당 추진력 에너지 (Nm)

W3 : 사이클당 총 에너지 (Nm)

W4 : 시간당 총 에너지 (Nm/hr)

F : 추진력 (N)

m : 감속할 질량 (kg), me : 유효 중량 (kg)

v : 충격 속도 (m/s), vD : 충격 흡수 장치에서 충격 속도 (m/s)

s : 충격 흡수 장치 스트로크 (m)

c : 시간당 충격 주기 수 (1/hr)

이다.

 

감속할 중량, m (kg) :

속도, v (m/s) :

추진력, F (N) :

충격 흡수 스트로크, s (m) :

     

W1 (N-m) :

W2 (N-m) :

W3 (N-m) :

충격 유효 질량, me (kg) :

 

* 에너지의 단위 변환식 : J = Nm = kg•(m/s2)×m = kg•m2/s2

 

예를 들어,  m = 36 kg, v = 1.5 m/s, F = 400 N 및 c = 1,000/hr, s = 0.025 m 로 구한 값은 아래와 같다.

 

W1 = 36 * (1.5*1.5) * 0.5 = 40.5 Nm

W2 = 400 * 0.025 = 10 Nm

W3 = 40.5 + 10 = 50.5 Nm

W4 = 50.5 * 1,000 = 50,500 Nm/hr

me = (2 * 50.5) / (1.5*1.5) = 44.9 kg