웜기어는 높은 성능을 포함하여 여러 가지 장점을 제공합니다. 기어비 컴팩트한 크기, 부드러운 작동, 그리고 자동 잠금 기능을 갖추고 있습니다. 하지만 발생할 수 있는 잠재적인 문제 중 하나는 웜 기어 시스템에서 백래시는 맞물리는 기어 이빨 사이의 간극 또는 운동 손실(loss motion)을 의미합니다. 이 글에서는 웜 기어 백래시에 대해 심층적으로 살펴보고, 그 원인, 결과, 그리고 백래시를 줄이거나 제거하는 방법을 설명합니다.
웜기어 백래시란 무엇인가
웜 기어 시스템의 백래시는 웜의 이빨과 맞물리는 웜 휠의 이빨 사이의 클리어런스 또는 "플레이"의 양입니다. 웜이 역전되면 이빨이 다시 맞물리기 전에 작은 갭이 생겨서 움직임이 손실됩니다. 이 백래시는 일반적으로 웜 휠의 피치 직경에서 분각 또는 초각으로 측정됩니다.
웜기어의 백래시는 얼마인가
표준 기성품 웜 기어는 백래시가 20~60분각일 수 있습니다. 더 엄격한 허용 오차로 제조된 정밀 웜 기어는 백래시를 10분각 이하로 줄일 수 있습니다.
최소한의 백래시가 필요한 적용 분야의 경우, 특수 안티 백래시 웜 기어를 사용하면 백래시 수준을 1~2분각 정도로 낮출 수 있습니다.
웜기어 시스템의 백래시 원인
제조 공차
웜 기어의 백래시의 주요 원인은 제조 공차입니다. 적절한 조립 및 윤활을 위해 웜과 웜 휠 이빨 사이에 약간의 여유가 있어야 합니다. 공차가 좁을수록 백래시는 줄어들지만 제조 비용은 증가합니다.
마멸
시간이 지남에 따라 웜과 웜 휠의 이빨이 마모되어 시스템의 백래시 양이 증가할 수 있습니다. 윤활 불량, 정렬 불량, 과부하와 같은 요인은 마모를 가속화하고 백래시가 증가할 수 있습니다.
열 팽창
온도 변화로 인해 웜과 웜 휠이 서로 다른 속도로 팽창하거나 수축하여 백래시가 일시적으로 증가하거나 감소할 수 있습니다. 이는 특히 웜과 웜 휠에 서로 다른 재료를 사용하는 시스템에서 두드러집니다.
조립 및 조정
웜 기어 시스템의 부적절한 조립 또는 조정 또한 백래시 증가에 영향을 미칠 수 있습니다. 웜과 웜 휠의 정렬 불량 또는 잘못된 중심 거리 설정에 따라 맞물리는 이빨 사이에 과도한 간격이 생길 수 있습니다.
반발의 결과
감소된 위치 정확도
로봇이나 공작 기계와 같이 정밀한 위치 지정이 필요한 응용 분야에서 백래시는 정확도와 반복성이 저하될 수 있습니다. 웜과 웜 휠 이빨 사이의 손실된 동작은 위치 지정 오류와 불일치를 일으킬 수 있습니다.
진동 및 소음 증가
백래시는 웜기어 시스템에서 진동과 소음을 증가시키는 데 기여할 수도 있습니다. 작동 중에 이빨이 맞물리고 분리될 때, 이빨 사이의 간격이 충격과 진동을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 들리는 소음이 발생하고 시간이 지남에 따라 기어가 손상될 가능성이 있습니다.
감소된 시스템 강성
웜 기어 시스템에 백래시가 발생하면 전체 강성과 하중 용량이 감소할 수 있습니다. 톱니 사이의 간극은 하중을 받을 때 약간의 움직임과 처짐을 허용하여 시스템의 강성과 성능을 저하시킬 수 있습니다.
제어 시스템 불안정성
폐쇄 루프 제어 시스템에서 백래시는 비선형성과 사각 지대를 유발할 수 있으며, 이는 불안정성과 성능 저하로 이어질 수 있습니다. 제어 시스템은 백래시로 인해 손실된 동작을 보상하려고 시도하면서 오버슈트하거나 진동할 수 있습니다.
백래시를 줄이거나 없애는 방법
스프링 장착 분할 웜
백래시를 줄이는 한 가지 방법은 스프링 장착 분할 웜을 사용하는 것입니다. 이 설계에서 웜은 축을 따라 두 개의 반쪽으로 나뉘고 스프링이 두 반쪽을 분리합니다. 스프링은 웜 반쪽과 웜 휠 사이에 일정한 압력을 유지하여 클리어런스를 제거하고 백래시를 줄입니다.
듀플렉스 웜기어
듀플렉스 웜 기어는 두 개의 웜과 두 개의 웜 휠로 구성되어 있으며, 서로 마주보게 장착됩니다. 두 웜 휠 세트는 서로에 대해 사전 로드되어 백래시를 제거합니다. 이 설계는 또한 표준 웜 기어에 비해 증가된 하중 용량과 강성을 제공합니다.
사전 로드된 원뿔형 디스크
백래시를 줄이는 또 다른 방법은 웜과 웜 휠 사이에 사전 로드된 원뿔형 디스크를 사용하는 것입니다. 디스크는 스프링 로드되어 있으며 웜과 웜 휠 이빨과 지속적으로 접촉하여 모든 클리어런스를 차지하고 백래시를 최소화합니다.
중심 거리 조정
어떤 경우에는 웜과 웜 휠 사이의 중심 거리를 조정하여 백래시를 줄일 수 있습니다. 웜을 웜 휠에 더 가깝게 이동하면 이빨 사이의 간극이 줄어들어 백래시가 최소화됩니다. 이 방법은 정밀한 조정이 필요하며 모든 응용 분야에 적합하지 않을 수 있습니다.
웜기어 백래시를 확인하는 방법
1단계: 웜기어 어셈블리 장착
웜기어 어셈블리를 안정적인 받침대나 고정 장치에 단단히 장착합니다. 장착이 견고하고 추가적인 유연성이나 움직임을 도입하지 않는지 확인합니다.
2단계: 가벼운 예압을 적용합니다.
웜 기어 시스템에 가벼운 예압을 가해 웜과 웜 휠 이빨 사이의 초기 간극을 제거합니다. 이는 입력 샤프트에 작은 토크를 가하거나 스프링 로드 장치를 사용하여 일정한 압력을 유지함으로써 수행할 수 있습니다.
3단계: 각운동 측정
다이얼 인디케이터나 오토콜리메이터와 같은 정밀 각도 측정 장치를 사용하여 입력 샤프트를 고정한 상태에서 출력 샤프트의 각도 이동을 측정합니다. 출력 샤프트를 천천히 앞뒤로 돌리면서 전체 각도 이동을 기록합니다.
4단계: 백래시 계산
3단계에서 측정된 총 각운동량은 웜기어 시스템의 백래시를 나타냅니다. 이 측정값을 표준화된 백래시 값에 대한 분각 또는 초각으로 변환합니다. 이 값을 제조업체의 사양이나 애플리케이션 요구 사항과 비교합니다.
5단계: 측정 반복
정확성을 보장하기 위해 백래시 측정 프로세스를 여러 번 반복하여 결과를 평균화합니다. 또한 웜 휠 주변의 여러 위치에서 백래시를 측정하여 치아 형상이나 마모의 변화를 고려해야 할 수도 있습니다.
