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가끔 3D 프린터 등의 직선이송기구가 포함되는 기계를 자작하시는 분들 보면 


꼭 하나 설명해드리고 싶은 것이 하나 있습니다. 




기계공학 전공자들이나 알까 


보통은 잘 모르고 넘어가는 경우가 많은 부분인데 사실 알고보면 쉽습니다. 



다만 말로 설명하기엔 좀 어렵고 해서 미루고 미루다 이번에 맘먹고 포스팅을 해봅니다. 






자작파들의 직선이송기구는 보통 3가지죠.





전산볼트


는 사실 좀 비추하지만 돈이 없다면 이것외에는 선택지가 없죠






TM볼트와 너트. 각산볼트라고도 하는데 흔히 한국에서만 TM볼트라고 하는 듯 합니다. 









끝판왕. 볼스크류





이런 기계부품들을 이용해 직선이송 기구물을 만드는데, 


부품의 유격을 줄이기 위해 예압을 주어야 한다는 것입니다.








유격이란 부품 사이의 움직임이죠.


간단하게 지금 앉아계신 책상 서랍을 보시면 됩니다.


서랍을 반정도 빼고 좌우로 흔들어 보면 덜컹거릴겁니다. 그게 유격입니다. 











예압은 미리 가해지는 하중이죠. 


이번에는 서랍을 빼면서 한손으로는 서랍을 옆에서 살짝 미는 힘을 가한채로 


서랍을 넣고 빼 보시기 바랍니다. 


조금 뻑뻑해지긴 하지만 이제 서랍을 좌우로 흔들어도 덜컹거리진 않을겁니다. 


이게 예압입니다. 






이제 본론으로 들어가서 


이송기구에서 유격이 발생하는 부분은 여러 부분입니다.


스텝모터, 커플링, 볼트부와 너트부 모든 곳에서 유격이 발생하죠.



보통 사람들은 베어링은 정밀하기 때문에 유격이 없을거라 생각하는데


베어링에도 유격이 있습니다. 



그래서 직선 이송 기구에는 꼭 한 부분에 고정측 이 존재해야 합니다. 




실제 볼스크류로 예를 들어 보겠습니다. 




볼 스크류를 고정하는 양쪽 끝 중 베어링 1개만 사용하는 쪽을 지지측(혹은 자유측)


반대쪽을 고정측이라 합니다.







볼 스크류의 고정측은 위와 같이 2단 가공을 하고 단에 나사산을 만들어 줍니다. 










안쪽에 보면 렌치 가공이 되어 있어 렌치를 끼울 수 있고요.




바깥쪽에 나사산 가공이 되어 있는 게 보이죠.







이렇게 가공을 하고 양쪽에 베어링을 하나씩 2개 끼우고 볼트로 조입니다. 




단면으로 보면 이런 모양입니다. 현재는 예압이 걸려있지 않은 모습이고요.








너트를 조이면 이런 모습이 되는 겁니다.










즉 베어링의 단면은 보통 이런 형태입니다. 






아무런 힘이 가해지지 않을 때는 볼이 수평으로 회전하지만





내륜에 힘이 한쪽으로 힘이 가해지면 위와 같이 유격만큼 밀려나고





베어링의 접점이 변하게 됩니다. 









이런 유격을 막기 위해 스크류에 베어링을 넣고 너트를 이용해 조여주면 


베어링의 내륜이 한쪽으로 몰려 유격이 줄어듭니다. 





보통 스텝모터 - 커플링 - 볼스크류 순으로 연결이 되는데


볼 스크류의 한쪽 단이 저렇게 고정이 되면 축방향으로 유격이 없이 완벽하게 고정이 됩니다. 



한쪽이 고정되면 반대쪽은 고정할 필요가 없습니다. 


그래서 베어링 1개로 그냥 지지만 하는 쪽이 지지측입니다. 









각 부품을 따로 설계해서 가공까지 하실 경우에는 고정측, 지지측 베어링과 베어링너트까지 모두 감안하셔야 합니다. 









추가로 볼스크류 너트도 예압형으로 나오는 것이 있습니다.


더블너트를 사용하고 사이에 예압 스페이서를 넣습니다. 


당연히 정밀도가 더욱 상승하겠지만 왠만한 고정밀 기기가 아닌 이상 여기까지 갈 필요는 없습니다. :)

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  1. 모형쟁이 2015.07.01 15:48 신고

    예압 예압 해서 궁금했던 부분인데 정말 좋은 내용이네요. ^^
    외국 사례를 보면 예압(pre load, pre setting)이라는 용어보다 backlash 대응으로 스프링 또는 출력물을 사용해서
    보완하는 경우가 많던데 실제 자작이나 키트에서 예압부품을 사용해서 효과를 보는 사례가 있을까요?
    인간의 욕심이 끝이 없어서 계속 업그레이드를 생각하게 되네요.

    • pashiran 2015.07.01 18:12 신고

      backlash 를 없애거나 줄이기 위해 pre load 가 필요한 거고요.
      스프링이나 너트 등을 이용해서 예압을 주고 백래쉬를 줄이는 것은 저가형 이송기구에는 흔히들 사용합니다.
      제가 만들고 있는 미니 테이블 소에도 전산볼트에 2개의 너트를 사용해서 예압을 가하고 있습니다.
      http://pashiran.tistory.com/562

  2. 하얀마음 2015.07.01 19:15 신고

    예압에 대해서 처음 알았습니다.
    좋은 정보 감사합니다.

  3. 모형쟁이 2015.07.01 22:45 신고

    저도 이 블로그 보고 미니테이블쏘 만든지가 벌써 2년이 다 되어 가네요.
    멘드럴 못구해서 5mm 볼트로 샤프트를 제작했었는데 요즘은 프린터만 쓰고 거의 안쓰고 있네요.
    질문 드렸던건 prusa i3 를 박스형으로 재설계 하고 있는데 아무래도 저가 중국산 베어링이 사용되고 있어서
    LM으로 변경할지 리니어 베어링에 스프링등으로 백래쉬를 해결할지 고민하고 있던차에 글을 보고 문의 드렸습니다.

    • pashiran 2015.07.02 02:12 신고

      글쎄요. 제가 딱히 이게 좋다 라고 말씀드리진 못하겠네요. 그냥 비쌀수록 좋은거라서 ^^;
      사실 LM가이드는 3D 프린터에 쓰기엔 좀 심하게 오버스펙인 물건이긴 합니다만
      부피를 적게 차지하고 장착이 편한 장점도 있고
      요즘은 가격도 많이 다운돼서 결국 개인의 선택이 아닐까 합니다.

  4. 2015.07.06 18:35

    비밀댓글입니다

    • pashiran 2015.07.07 22:07 신고

      아뇨 약간 다릅니다.
      1호기를 자작해서 얼마 쓰지도 않고 판매했고요.
      2호기 설계중에 비용이 점점 상승해서 아주 싸게 한번 만들어보자 하고
      3호기를 합판으로 만들어보다가
      포기하고 중국제 CNC를 구매했습니다.

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