선형 시스템에서 백래시와 히스테리시스는 종종 동일한 현상으로 간주됩니다. 그러나 둘 다 운동 손실을 유발하지만, 그 원인과 작동 방식은 다릅니다.
반발: 선형 시스템의 적이다

백래시는 맞물리는 부품 사이의 간극 또는 유격으로 인해 발생하며, 이동 방향이 반전될 때 데드 밴드가 생깁니다. 데드 밴드 구간에서는 맞물리는 부품 사이의 간극이 사라질 때까지 움직임이 발생하지 않습니다.

백래시가 발생하는 일반적인 부품으로는 볼 스크류, 리드 스크류, 벨트 및 풀리 시스템, 기어 등이 있습니다. 순환식 베어링 시스템에서는 예압을 가하여 볼(또는 롤러)과 궤도면 사이의 간극을 제거함으로써 백래시를 줄이거나 없앨 수 있습니다. 일부 비순환식 시스템에서는 스프링이나 특수 설계된 리드 스크류 너트와 같은 다른 방법을 사용하여 백래시를 줄이거나 없애기도 합니다.

정말 그럴까요?

백래시는 일반적으로 기계 시스템의 부정적인 특성으로 여겨지지만, 항상 해로운 것은 아닙니다. 첫째, 백래시가 전혀 없는 부품을 생산하는 것은 비용이 많이 들고 대부분의 경우 비현실적입니다. 또한 백래시를 줄이는 방법은 필연적으로 마찰과 마모를 증가시킵니다. 적용 분야에서 어느 정도의 백래시를 허용할 수 있다면, 사용 가능한 부품을 더 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며, 많은 경우 수명도 더 길어집니다. 기어와 기어박스에서는 기어 톱니에 과도한 스트레스를 가하거나 마찰을 증가시키지 않고 기어가 맞물리도록 하기 위해 어느 정도의 백래시가 필요합니다.
히스테리시스란 무엇인가요?

히스테리시스는 자기 시스템과 가장 밀접하게 관련되어 있으며, 전기 모터에서는 히스테리시스 손실로 나타납니다. 간단히 말해, 히스테리시스는 재료가 초기 하중(또는 자화력)에 반응하는 정도와 하중(또는 자화력)이 제거되었을 때 재료가 원래 상태로 회복되는 정도 사이의 관계입니다. 예를 들어, 철이 외부 자기장에 의해 자화될 때, 철의 자화는 자화력보다 지연됩니다. 자화력이 제거되더라도 철은 일정량의 자성을 유지합니다. 즉, 반대 방향의 자화력이 가해지지 않는 한 철은 비자화 상태로 완전히 회복되지 않습니다.

기계 시스템에서 히스테리시스는 재료의 탄성과 관련이 있습니다. 예를 들어, 볼 너트의 강철 구슬이 하중을 받지 않는 영역에서 하중을 받는 영역으로 이동할 때 받는 힘이 증가하여 구슬이 약간 변형됩니다. 그러나 강철의 탄성 특성 때문에 구슬은 너트의 하중을 받지 않는 영역으로 다시 이동할 때 원래 모양으로 완전히 돌아가지 않습니다. 이러한 지속적인 미세 변형이 바로 히스테리시스 현상입니다.

히스테리시스는 기계 시스템의 구동축 거동에도 영향을 미칩니다. 축에 토크(비틀림 힘)가 가해지면 내부 응력이 발생하고 축의 형상이 변형됩니다. 이러한 형상 변화를 변형률(비틀림 하중의 경우 비틀림 변형률)이라고 합니다. 완전 탄성 재료의 경우 응력과 변형률 사이의 관계는 선형입니다. 그러나 완전 탄성 재료는 거의 없으며, 재료의 비탄성으로 인해 응력-변형률 곡선이 비선형이 됩니다. 힘이 증가하거나 감소할 때 나타나는 이러한 비선형적인 거동을 히스테리시스라고 합니다.
선형 시스템에서 히스테리시스가 중요한 경우는 언제일까요?

최고 정밀도의 기계식 스테이지를 제외한 대부분의 경우, 히스테리시스는 위치 정확도 및 반복성에 미미한 영향을 미치며, 백래시의 영향이 히스테리시스의 영향을 훨씬 능가합니다. 그러나 재료의 변형을 이용하여 움직임을 생성하는 피에조 액추에이터는 명령된 움직임의 10~15%에 달하는 히스테리시스를 경험할 수 있습니다. 폐루프 시스템에서 피에조 액추에이터를 작동시키면 히스테리시스 효과를 줄이거나 제거할 수 있습니다.