선형 시스템에서 백래시와 히스테리시스는 종종 같은 현상으로 언급됩니다. 하지만 둘 다 로스트 모션에 영향을 미치지만, 그 원인과 작동 방식은 서로 다릅니다.
백래시: 선형 시스템의 적

백래시는 맞물리는 부품 사이의 유격 또는 유격으로 인해 발생하며, 이동 방향을 반대로 하면 데드 밴드(dead band)가 발생합니다. 데드 밴드에서는 맞물리는 부품 사이의 유격이 없어질 때까지 움직임이 발생하지 않습니다.

일반적으로 백래시가 발생하는 부품에는 볼 스크류, 리드 스크류, 벨트 풀리 시스템, 기어 등이 있습니다. 재순환 베어링 시스템에서는 예압을 가하면 볼(또는 롤러)과 레이스웨이 사이의 간극을 제거하여 백래시를 줄이거나 없앨 수 있습니다. 일부 비순환 시스템은 스프링이나 특수 설계된 리드 스크류 너트와 같은 대체 방법을 사용하여 백래시를 줄이거나 없앱니다.

아니면 그럴까?

백래시는 일반적으로 기계 시스템의 부정적인 특성으로 여겨지지만, 항상 해로운 것은 아닙니다. 첫째, 백래시가 전혀 없는 부품을 생산하는 것은 비용이 많이 들고 대부분의 경우 비실용적입니다. 또한 백래시를 줄이는 방법은 필연적으로 마찰과 마모를 증가시킵니다. 적용 분야에서 어느 정도의 백래시를 허용할 수 있다면, 사용 가능한 부품의 가격이 저렴해지고, 더 쉽게 구할 수 있으며, 많은 경우 수명이 길어질 것입니다. 기어와 기어박스의 경우, 기어가 맞물리면서 기어 이빨에 과도한 응력을 가하고 마찰을 증가시키지 않도록 어느 정도의 백래시가 필요합니다.
히스테리시스란 무엇인가?

히스테리시스는 자기 시스템과 가장 흔히 연관되며, 전기 모터에서는 히스테리시스 손실로 나타납니다. 간단히 말해, 히스테리시스는 재료가 초기 부하(또는 자화력)에 반응하는 것과 부하(또는 자화력)가 제거되었을 때 재료가 회복되는 것 사이의 관계입니다. 예를 들어, 철이 외부 자기장에 의해 자화되면 철의 자화는 자화력보다 뒤떨어집니다. 자화력이 제거되면 철은 어느 정도 자성을 유지합니다. 다시 말해, 반대되는 자화력이 가해지지 않는 한 철은 비자화 상태로 완전히 회복되지 않습니다.

기계 시스템에서 히스테리시스는 재료의 탄성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 볼 너트의 강철 볼이 비하중 영역에서 하중 영역으로 이동할 때 받는 힘이 증가하여 약간 변형됩니다. 하지만 강철의 탄성 특성으로 인해 볼은 너트의 비하중 영역으로 다시 이동할 때 원래 모양으로 완전히 돌아가지 않습니다. 이러한 지속적인 미세 변형은 히스테리시스 때문입니다.

히스테리시스는 기계 시스템에서 구동축의 거동에도 영향을 미칩니다. 토크(비틀림 힘)가 축에 가해지면 내부 응력이 발생하고 축의 모양이 변합니다. 이러한 모양 변화를 변형률(비틀림 하중의 경우 비틀림 변형률)이라고 합니다. 완전 탄성 재료에서 응력과 변형률의 관계는 선형적입니다. 그러나 완전 탄성 재료는 거의 없으며, 재료의 비탄성으로 인해 비선형 응력-변형률 곡선을 나타냅니다. 힘이 증가하거나 감소할 때 나타나는 이러한 비선형적인 거동을 히스테리시스라고 합니다.
선형 시스템에서 히스테리시스는 언제 중요합니까?

최고 정밀도의 기계 스테이지를 제외한 모든 경우, 히스테리시스는 위치 정확도와 반복성에 거의 영향을 미치지 않으며, 대부분의 경우 백래시의 영향이 히스테리시스의 영향을 크게 능가합니다. 그러나 재료의 변형률에 의존하여 운동을 생성하는 압전 액추에이터는 명령된 운동량의 10~15%에 해당하는 히스테리시스를 경험할 수 있습니다. 폐루프 시스템에서 압전 액추에이터를 작동시키면 히스테리시스 효과를 줄이거나 없앨 수 있습니다.