유성기어장치의 특성과 Backlash

유성기어장치의 정의

유성기어장치란 일정 회전비를 통해 고정축 주위를 회전하는 일반 기어와 달리 태양기어 주위에 있는 유성기어를 캐리어로 지지해 회전하는 기어열이다.

이 때 태양기어는 자전운동을 수행하는 반면에 유성기어는 자전과 공전운동을 하는데, 캐리어 역시 유성기어처럼 공전운동을 실행한다. 한편, 유성기어장치라는 이름은 태양을 중심으로 자전과 공전 운동을 하는 태양계 구조와 유사하다고 하여 붙여진 이름인데, 유성치차감속기라는 또 다른 이름이 쓰이기도 한다.

유성기어장치의 특성

장점

유성기어장치는 소형 크기임에도 불구하고 큰 동력 전달 비율을 통해 일반 기어 감속기보다 더 큰 동력을 전달한다. 또한 유성기어장치는 입·출력축을 동심으로 수행하며, 각 기어가 담당하는 전달 하중과 속도를 줄여 마찰 손실은 줄이고, 동력 전달 효율은 상승시킨다.

이외에도 유성기어장치는 다수의 치차를 접촉시켜 고토크와 고강도를 구현하며, 태양기어와 3개의 유성기어를 맞물리게 해 부하가 정확히 3등분으로 분산되게 하는데, 이는 내구성 향상에 긍정적인 영향을 미친다.

단점

위와 같은 장점에도 불구하고 유성기어장치는 내부에 있는 유성기어가 공전운동을 하면서 발생시키는 원심력 때문에 고속 사용 시 사용자가 각별한 주의를 기울여야만 하는 단점을 가지고 있다. 게다가 유성기어장치는 많은 구성 부품으로 이뤄져 있어 작은 전달 동력이 전달됐을 때 일반 변속기어보다 더 많은 비용을 발생시키기도 한다. 또한 유성기어장치가 충분한 성능을 발휘하도록 하려면, 설계 및 제작 단계에서 고도의 기술을 적용해야 하는데, 이 역시 유성기어장치의 단점으로 꼽힌다.

Backlash의 정의

Backlash란 기어가 서로 맞물릴 때 원주 방향으로 이와 이 사이가 벌어져 생기는 틈새를 의미하는 용어이다.

기어 이빨이 밀접하게 붙어 있으면, 회전저항과 과도한 마모가 발생하는 반면에 너무 떨어져 있을 시에는 유격이 발생해 정확한 제어가 불가능하고, 기어 끝부분이 조기 마모 현상을 겪게 된다. 기어쌍이 반대 방향으로 토크를 받지 않는 이상 Backlash는 문제가 되지 않는다. 하지만 토크의 방향이 바뀔 때마다 이가 접촉하는 부분이 바뀌게 되고, Backlash 간격이 좌우로 움직이면서 이가 소음을 내는 동시에 충격을 발생시킨다. 또한 Backlash는 응력과 마모를 증가시킬 뿐만 아니라 몇몇 응용 분야에서는 위치 오차를 일으키기도 한다.

Backlash의 단위

Backlash의 단위에는 arcmin과 srcsec이 있는데, 1arcmin의 경우, 60분의 1도로, 약 0.016도인 반면, 1srcsec은 360분의 1도로, 약 0.000277도이다. 한편, 감속기의 정밀도를 나타내는 값으로 Backlash를 보편적으로 쓰는데, 이외에 감속기의 입력축을 고정시킨 상태에서 출력축을 정해진 토크로 회전시켰을 때 도출되는 값으로 감속기 정밀도를 명시하는 경우도 있다. 이러한 현상은 감속기 정밀도를 나타내는 기준이 제조사마다 상이하다는 것을 나타낸다.

자료제공 | 동화자동화(www.dongwhafa.co.kr)