유격(Play) - Hapurbe

자동화 설비를 설계하다 보면 축이나 가이드, 링크, 조립 부품 등이 완전히 고정되지 않고 미세하게 흔들리거나 움직이는 경우가 있습니다.

이처럼 부품이 조립된 상태에서 의도하지 않은 움직임이나 흔들림이 발생할 수 있는 상태 또는 그 움직임의 양을 유격(Play)이라고 합니다.

한 줄 정의

유격(Play)은 조립된 부품 사이에서 발생하는 의도하지 않은 움직임이나 흔들림의 양으로, 위치정밀도와 반복정밀도에 영향을 줄 수 있습니다.

유격(Play)이란?

유격(Play)은 서로 결합되어 있는 부품 사이에 여유가 있어 외력이나 움직임에 따라 원래 의도한 위치에서 추가적인 움직임이 발생하는 현상을 말합니다.

예를 들어 축과 베어링, 핀과 홀, 가이드와 슬라이더 등이 완전히 밀착되어 있지 않으면 작은 힘을 가했을 때 좌우 또는 상하 방향으로 미세하게 움직일 수 있습니다. 이러한 움직임이 유격입니다.

유격은 단순히 부품 사이에 공간이 있다는 의미와는 조금 다릅니다. 그 공간으로 인해 실제 부품의 움직임이 발생할 수 있다는 점이 중요합니다.

쉽게 생각하면

문을 생각하면 쉽습니다. 문을 닫은 상태에서 손잡이를 잡고 좌우로 살짝 흔들었을 때 문이 움직인다면 힌지나 결합부에 유격이 있는 것입니다. 문이 열리고 닫히는 정상적인 움직임과 별개로, 흔들어서 발생하는 움직임이 유격에 해당합니다.

유격과 여유(Clearance)의 차이

유격(Play)과 여유(Clearance)는 밀접한 관계가 있지만 같은 의미는 아닙니다.

구분	여유(Clearance)	유격(Play)
의미	부품 사이에 확보된 공간	그 공간으로 인해 발생하는 의도하지 않은 움직임
관점	간격·공간	움직임·흔들림
설계 의도	조립·운동을 위해 의도적으로 설정 가능	필요 이상으로 발생하면 문제
예시	축과 홀 사이의 직경 차이	축을 손으로 흔들었을 때 발생하는 움직임

즉, 여유가 있다고 해서 반드시 문제가 되는 유격이 발생하는 것은 아닙니다. 하지만 조립부에 여유가 존재하면 조건에 따라 그만큼의 움직임이 발생할 수 있습니다.

자동화 설비에서 유격이 발생하는 원인

1. 부품 사이의 치수 차이

축과 홀처럼 서로 결합되는 부품의 치수 차이가 크면 그만큼 움직일 수 있는 공간이 생깁니다.

2. 가공 공차

축의 외경이나 홀의 내경은 실제 제작 과정에서 도면 치수와 완전히 동일하게 만들어지지 않습니다. 이러한 치수 편차가 조립 후 유격에 영향을 줄 수 있습니다.

3. 조립 오차

부품의 조립 위치나 체결 상태가 정확하지 않으면 원래 의도하지 않았던 움직임이 발생할 수 있습니다.

4. 마모

장시간 사용하면 축, 부시, 가이드, 기어 등의 접촉면이 마모되면서 처음보다 유격이 커질 수 있습니다.

5. 체결부의 풀림

볼트나 너트 등의 체결력이 감소하면 부품 사이에 움직임이 발생하여 유격처럼 나타날 수 있습니다.

자동화 설비에서 자주 발생하는 유격

가이드부 : LM 가이드, 슬라이드 구조 등에서 좌우 또는 상하 방향의 흔들림
축·베어링부 : 축과 베어링의 결합부에서 발생하는 흔들림
핀·홀 결합부 : 핀과 홀 사이의 간격으로 인한 위치 변화
링크 구조 : 핀과 링크 홀 사이의 유격으로 인한 위치 오차
기어 : 기어 맞물림에서 발생하는 백래시로 인한 회전 방향 전환 시 움직임
볼트 체결부 : 체결부가 완전히 고정되지 않아 발생하는 미세한 움직임

유격이 자동화 설비에 미치는 영향

자동화 설비에서 유격이 커지면 단순히 부품이 흔들리는 것에서 끝나지 않고 위치결정과 반복정밀도에 영향을 줄 수 있습니다.

제품 위치가 일정하지 않을 수 있습니다.
반복정밀도가 떨어질 수 있습니다.
센서 감지 위치가 변할 수 있습니다.
조립 위치가 달라질 수 있습니다.
운동 방향 전환 시 위치 오차가 발생할 수 있습니다.
진동이나 소음이 증가할 수 있습니다.
장시간 운전하면서 마모가 더욱 빨라질 수 있습니다.

유격과 반복정밀도의 관계

유격은 자동화 설비의 반복정밀도(Repeatability)를 떨어뜨리는 주요 원인 중 하나입니다.

예를 들어 실린더가 같은 위치까지 이동하더라도 연결부에 유격이 있다면 실린더가 정지한 뒤 실제 작업부의 위치가 매번 조금씩 달라질 수 있습니다.

특히 이동 방향이 바뀌는 구조에서는 유격의 영향이 더욱 크게 나타날 수 있습니다. 한쪽 방향으로 움직일 때는 부품이 유격의 한쪽 면에 붙어 있다가 반대 방향으로 움직이면 반대쪽 면으로 이동하기 때문입니다.

유격과 백래시(Backlash)의 차이

백래시(Backlash)는 주로 기어와 같은 맞물림 부품에서 회전 방향을 바꿀 때 발생하는 틈과 그로 인한 움직임을 의미합니다.

반면 유격(Play)은 기어에만 한정되지 않고 축, 핀, 가이드, 링크, 체결부 등 다양한 기계 결합부에서 발생하는 움직임을 포괄적으로 표현할 수 있습니다.

유격을 줄이는 방법

결합되는 부품의 치수와 공차를 적절하게 설정합니다.
정밀한 위치결정이 필요한 곳에는 정밀 가이드나 핀 등을 사용합니다.
축과 허브 등의 결합 방식에 맞는 공차를 선정합니다.
볼트 체결부의 풀림을 방지합니다.
마모가 발생하기 쉬운 부품은 교체 또는 조정이 가능하도록 설계합니다.
기어 구동부에서는 필요한 수준의 백래시를 고려하여 기어를 선정합니다.

설계 TIP

자동화 설비에서 유격을 줄이는 것만큼 중요한 것은 유격이 발생해도 작업 정밀도에 영향을 주지 않는 구조를 만드는 것입니다. 특히 제품을 정밀하게 위치결정하는 부분에서는 유격이 있는 결합부를 그대로 기준으로 사용하지 말고, 별도의 기준면이나 스토퍼 등을 이용해 위치를 결정하는 것이 좋습니다.