백래시 (Backlash) - 정의, 크고 작음에 따른 영향, 줄이는 법, 측정, 단위

 

 

 

 

 백래시 (Backlash)

 

백래시는 간단히 말하면 기어 맞물림에서, 이 사이에 생기는 공간이다

백래시는 나사, 톱니바퀴, 기어 드의 서로 맞물려 운동하는 기계 장치 등에

운동방향으로 운동 중일 때, 일부로 고려되어 설계된 틈이다.

 

이 틈 덕에, 기어, 나사는 비교적 자유로이/스무스하게 움직일 수 있지만

순간 반대방향으로 회전할 때는 어긋남과 충격이 일어날 수 있다.

 

위키백과

 

 백래시를 어떻게 주고 사용해야 하는가, 크고 작음에 따른 영향

 

백래시는 마모에 의해 늘어나기 때문에

진동이나 소음을 발생시키고 기계의 수명을 저하시키는 원인이 된다.

 

 

백래시가 크던 작던 마모가 일어납니다.

기어 이가 백래시가 작게 빡빡하게 끼어있으면, 회전저항과 과도한 마모가 발생하며 (+소음진동)

너무 떨어져(백래시가 크게 느슨하게 끼어 있는 경우) 유격이 발생해 기어 회전에 토크 발생 등의 시간차가 발생해 정확한 제어가 어렵고, 기어 끝부분이 조기 마모 현상을 겪게 됩니다.

이럴 경우, 이가 나가듯이 헛도는 경우가 발생할 수 있겠네요

 

 

 

백래시는 기어의 부드러운 움직임, 나사의 사용 편의를 위해 필요합니다.

백래시는 기어나 정밀 장치의 경우, 반대로 회전치 않고 한방향 회전만 한다면

적당한 공간, 여유, 백래시는 기어장치의 움직임에 오히려 도움을 주는 요소이나

위에서 정의한 바와 같이, 정방향 토크를 가해 회전을 하다가, 순간 반대방향으로의 토크 및 회전이 시작되면 충격을 줄 수밖에 없습니다.

 

카모에프에이

 

정방향과 역방향의 변화가 지속되며 기어장치들 간에 긁힘/마모가 발생해 문제가 되고

정과 역방향을 왓다갔다 하며 충격을 주는 것들이 모두 소음을 동반한 로스, 사용자 환경/경험을 낮추는 원인이 됩니다.

 

즉,

백래시가 너무 작으면 기어간 마찰 및 마모가 크게 일어나며, 특히 오일 윤활이 제대로 되지 않는다면 동력 손실로 이어지게 됩니다. (마모에 의한 변형 우려)

백래시가 너무 크면 느슨하게 맞물린 기어가 역과 정방향 구동을 반복하며 큰 소음과 진동을 주고, 기어간 충격을 서로 주며 파손이 발생하기도 쉽습니다. (충격에 의한 파손)

 

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 백래시를 줄이는 방법

 

동적 하중 계수를 주어, 기어가 양 치면에 부드럽게 눌러지게 해줌으로 개선

 

 

베벨기어 형태의 접촉이라면

베벨기어에 스프링 와셔 등의, 탄성적인 부드러움의 축력을 줄 수 있는 부품을 넣어주는 것만으로도

상당부분 완화될 수 있는 것입니다.

헬리컬 기어도 축방향 탄성 축력으로 백래시 완화가 가능하지 않을까요?

 

 

모터 / 기어장치 제어 알고리즘을 통해 개선

 

스트레인 웨이브 기어 또는 하모닉 기어 드라이브와 같은 일부 기어 유형은 백래시가 없다.

 

너트의 경우, 치면에 잘 붙게끔 비슷하게 축력을 넣어주는 방식으로 백래시를 줄인다.

 

 

백래시를 나타내는 단위 = 하단 접은 글

 백래쉬를 나타내는 단위

 

백래쉬를 나타내는 단위는

arcmin & arcsec 가 있습니다.

 

1 degree = 60 arcmin = 3600 arcsec

느낌이, archour 같은 단위가 있다면 이는 1 degree 와 같겠네요 :p

 

즉,

1 arcmin = 1 / 60 degree = 0.0167 degree

1 arcsec = 1 / 3600 degree = 0.000278 degree

 

조금의 차이로 과하다 적다가 판별나는 기준으로 보입니다.

그렇기에 단위가 이렇게 작은 것이고

또, 각도로 나타내는 단위는

기어의 지름이 커짐에 따라, 기어 끝단인 이가 맞물리는 백래쉬를 나타내는 면에서는 미세하게 나타내야 합니다. 오차가 커지기 때문이죠

 

공차에서 강조하는 개념이기도 하고

제품 제작에서 각도 개념이 들어갈 때, 업체분들이 위치도가 아닌 각도 공차를 달라는 이유 이기도 합니다.

 

기어의 지름이 커지면 같은 1도라도,

기어의 반경 끝단인 이가 맞물려 백래쉬를 나타내는 지점에서는, 길이가 상당히 길어집니다.

같은 1도라도

지름이 10 mm 라면  ~ 0.175 mm (둘레) ~ 직선거리 (각도가 1 이라 비슷)

지름이 100 mm 라면 - 이의 10배인 1.75 mm (둘레) ~ 직선거리 (각도가 1 이라 비슷)

 

원 둘레로 치면 단순이 지름에 비례해 커지지만

원 둘레 = 2 (pi) (r)

여기서 2 pi 가 360도로, 각도만큼 값을 넣어주면

2 (pi) (r) / 360 * (degree)

 

지름이 작다 커짐에 따라, 해당 반경의 직선거리는 원둘레에 가까워지는 반면

지름이 작을 경우, 해당 각도의 원둘레에 비해 직선거리는 상당히 작죠

이 차이까지 고려하면 :ㅇ

대충 기어가 커짐에 따라 각도라는 녀석이 길이로 환산 시 상당히 달라지게 됩니다.

 

// 라고 하지만, 각도가 작아지면 둘레나 직선거리나 같죠 :p 배수 개념으로 보면 되겠습니다

 

 

 

 백래시 측정 방법

 

 

1) 기어 고정

- 측정하고자 하는 피니언이 움직이지 않도록 보루를 기어 틈새에 끼워서 축이 움직이지 않도록 고정한다.

- 틈새에 끼우는 것은 이물질이 없는 깨끗한 것이어야 하고 기어 치면에 손상이 되어서는 안된다.

 

2) 다이얼 게이지 설치

- 측정하고자 하는 기어에 다이얼 게이지를 고정시키고 영점을 맞춘다.(A)

- 다이얼 게이지 측정 위치는 기어의 치저와 치끝의 중간쯤이 되도록 한다.(A)

- 다이얼 게이지는 움직임이나 흔들림이 없도록 하우징에 고정한다.(B)

- 측정시 다이얼 게이지나 지그가 기어에 간섭이 되지 않도록 주의 해야 한다.(C)

 

유튜브

 

3) 백래쉬 측정

- 기어 고정과 다이얼 게이지 설치 및 영점 세팅이 완료 되면 고정된 기어를 한쪽 손으로 잡고(A), 측정하고자 하는 기어를 손으로 백래쉬만큼 움직여서(B) 다이얼게이지가 움직인 치수를 확인한다.

 

>> 요새는 이런거도 전부 3차원 측정기로 측정 안 하려나요 ?-?

     다이얼 하나하나 쓰기 보다, 디지털 장비를 사용할 것 같은 느낌입니다

 

 

마치며

 

 

백래시는 기어의 틈으로

틈이 너무 크면 부드럽게 맞물려 회전하지만 역방향으로 힘이 걸려 이동하면 충격을 받고 파손 위험이 있고

틈이 너무 작으면 빡빡할 수 있으며 기어 마모로 인한 변형 우려가 있습니다. + 마찰/소음의 원인

또한 진동 소음을 발생하는 주요 인자 중 하나이기에, 적당한 백래시를 설계해야 합니다.

 

제조에서 백래시 공차 관리, 정밀한 제작이 필요합니다 (기어 두께, 기어 거리 오차)

이는 변형되는 하중 (스프링, 스프링와셔 등)이나 제어를 통해 보완할 수 있습니다.

 

출력 토크와 효율에 미치는 영향이 큰 것은

백래시가 아닌

제조 오류(기어 거리 오류, 제작 오류-두께,치면 등) 및 기어의 마이크로 설계라 합니다.

 

백래시는 제조 정밀도를 측정하는 중요 지표입니다.

백래시는 기어 두께 공차로 결정되고, 최대 기어 거리 오차는 최대 기어 두께 공차를 초과하지 않아야 합니다.