Washer와 Spring

[이만성]

대부분의 ATM들이 그다지 신경쓰지 않는 부분이 Washer인데, 기계제품을 분해하다보면  평와셔가 많이 사용되고 있어요.

20여년부터 와셔의 종류가 많이 늘어났습니다. 특히 단순와셔+스프링기능이 추가된 와셔의 종류가 시장에서  많이 판매되고

있습니다. 와셔나 스프링은 볼트가게나 철물점(?)에서 작은 자릴 차지할 정도로 미미했는데 이젠 와셔 전문가게들이 많아요.

쇼윈도우에 진열된 샘플구경하느라 발이 떨어지지 않아요.  그중에서 몇가지만 사용하고 있지만 ATM들에게는 아주 요긴하여

소개합니다.

(1) 접시스프링 (Disc Spring)

  1) 설명
   
   접시모양으로 성형된 원추형의 판스프링으로 작은 변위로 축방향의 큰하중을 지지하며 조립방법에 따라 좁은 공간에서 다양

   하게 힘과 행정거리를 갖도록 응용해서 사용할 있습니다.  즉 좁은 공간에서 큰하중을 견디므로 효용성이 매우 커요. 용어가

   다양해요.   판스프링/ 장구스프링/ 코니칼 와셔Conical Washer/ 접시스프링/ Belleville Disc Spring Washer(밸리빌리)

   정확한 명칭은 Belleville Disc Spring Washer입니다. 70년대 공과대를 다니던 사람들에게 벌레벌레와셔로 불리던 와셔입니다.

   Belleville 씨가 만들었나봐요. 어떻게 부르던 통하긴하는데 만일 불통이면 위의 용어중 하나는 통합니다. 장구처럼 가운데가

   들어갔다고 장고r와셔/ 안쪽으로 휘어 있다고 코니칼/ 접시모양을 해서....
   아무튼 두가지 기능이 있어요.  압괴방지(볼트머리를 조일 때 바닥을 긁어내는 것 방지)와  스프링기능이 있어 풀림방지가

   됩니다.   왼쪽 사진은 실물사진입니다. 오른쪽은 단면도입니다. d는 내경인데 4mm부터 다양하게 있어요. 

  사용하는 볼트에 따라 약간 커요. 4mm용은 ∅4.2 /  5mm용은  ∅5.2 ...

    
    중하중용/ 경하중용이있는데 주로 경하중용을 사용합니다. 표에서 보듯이 중하중용은 강판의 두께가 약간 두꺼워요 .

    주로 경하중용을 사용했습니다. 가게에서 처음 질문하는게 “어떤거요?” L 타입이요. 가격은 싸요.
  
  2) 사용(겹침방식)
     와셔 한개의 변형량(그림에서 h)은 비교적 작기 때문에 더욱 큰 변형량을 얻도록 포개는 방식으로 많은 와셔를 겹쳐 사용

     합니다  (겹침방식)
          
      (B)는 병렬형태입니다. 스프링의 힘은 커지나 변형량은 여전히 작아 보통 (A) 형태를 많이 사용합니다. 직렬형태로 변형량/

      스프링힘은 곱절입니다. 위그림이나 표에서 h가 변형량입니다. M4나 M5의 경우 0.25~0,3mm는 너무 작아요. 그래서

      스프링의 탄력도 높이고자 (A)형태로 사용했는데 나중에 자료를 찾아보니 직렬형태라 부르더군요. 

    3) 사용예시 – 웜사나 밀판
       
      이 도면은 MC-300 웜나사 Assy 도면입니다. 적도의 가대에 웜기어를 사용할 경우 웜휠 + 웜나사의 조립이 매우 성가십니다. 

      웜기어방식은 한번에 큰 감속비를 만들어내어 사용하지만 조립시 웜휠에 만들어진 기어홉핑 센터와 직교하는 웜나사의

      센터를 일치시키는게 매우 성가시지요. 서로의 센터가 많지 않으면 백래쉬 + PE가 생기기 십상이니 조립할 때부터 조심해야

      합니다. 간단하게 『웜휠의 센터에 맞추어 웜나사하우징을 웜휠 축 베어링하우징 베이스면에 볼트로 결합합니다』 내용은 간단

      하나 어떻게라는 방법론이 쉽지 않아요.

      웜나사하우징을 베이스에 볼트로 결합하는데 어느정도의 힘으로 렌치를 조이느냐에 따라 웜나사의 높이가 변합니다.

      즉 조이는 힘에 따라 동일한 웜휠+웜나사 라도 백래쉬+PE가 있고 없고 즉 트래킹이 좋은가대 나쁜가대로 운명이 달라집니다.

      이때 사용하는 것이 토크드라이버(Torque Driver)입니다.  그럼 되었을까요? 아니요. 또 하나의 문제가 있어요. 백래쉬가 있습

      니다. 모든 기계는 어느정도의 백래쉬가 있어요. 허용치범위에서 운영하는 것이지요. 백래쉬가 있으면 위그림에의 웜나사

      밀대로 웜나사 하우징을 밀어 웜휠과 밀착시킵니다. 그런데 웜나사를 볼트로 베이스에 단단히 조였는데 잘밀리나요.

      아니지요. 그래서 설명이 길어졌지만 지금까지 설레방을 떨던 접시스프링을 사용합니다. 위그림에서 A에는 M5용 나머지는

      M4용 접시스프링을 두 개씩 추가하여 볼트는 토크렌치로 5kg힘으로 조여줍니다. 그러면 백래쉬조절하려고 베이스에 조였던

      볼트를 풀고 조이고 다시 풀고 조이는 고역을 치루지 않아도 되요. 이것이 제가 사용했던 방법입니다.  5kg힘은 정해진 것은

      아닙니다. 각자 환경에 따라 달라요. 여러번의 시행착오 끝에 MC-300에 적합했던 힘입니다. 너무 세게조이면 웜나사 센터

      높이가 달라져요. 출고시에는 이를 맞추어 보냈는데 사용자가 분해결합시 이 원칙을 지키지 않으면 백래쉬가 있다는 등 /

      트래킹이 맘에 들지 않는다는 등 야그가 나옵니다. 손맛이니 감각이니 하는 것은 이런저런 것을 감안하여 조립하는

     것뿐입니다. 
 
    4) 사용예시 – 벨브
       
 
     사진은 Air Gun Regulator의 메인 밸브부분입니다. 왼쪽은 접시스프링을 겹침구조 C형태로 한 것으로 Load는 A와 같으나

     Deflection(변형량)이 커집니다. 오른쪽은 동일한 기능을 하도록 압축스프링(Coil Spring)을 사용한 경우입니다. 콤팩트하고

     비용도 절감되고 성능이 좋아요. 이처럼 접시스프링은 효용성이 매우 커요.  
 
(2) 웨이브 스프링  (Wave Spring)     
    
    광고문안에는 기존의 코일스프링과 판스프링의 장점을 합치고 단점을 보완한 신개념 하이브리드스프링으로 판스프링보다 높은

    압력과 코일스프링보다 더 작은 공간에 적용할 수 있다 라고 설명하고 있습니다. 모터나 축부분에 많이 사용하고 있는 와셔

    입니다.  파도와셔로 부르는 가게도 있어요. 
            
     앞서 설명한 접시스프링은 변형량이 아주 작아요. 반면에 웨이브 스프링은 변형량이 커요. 그래서 접시스프링은 작은 변형량

     으로 큰 하중을 견디는 밸브계통에 많이 사용됩니다. 둘 다 엇비슷한 작용을 합니다. 웨이브스프링은 베어링용이 따로 있어요.

     WW는 일반용, BWW는 베어링용입니다. 아래표는 일반용입니다.  따로 구분하지 않고 치수따라 삼천리했어요.

     앞서 소개된 웜나사를 하우징에 조립에  『웜나사하우징 + 베어링 + 웜나사+ 웨이브스프링 + 베어링』 형태로 하였습니다.

     위 도면을 확대해보면 우측 베어링 앞에 적색판이 그려져 있지요. 그것이 웨이브 스프링입니다.
     웨이브스프링이 반드시 필요하다는 것을 거의 15년만에 터득했어요. 웜나사하우징을 구상할 때 베어링 두께/ 웜나사의 베어링

     자리 간격/ 웜나사하우징의 각부분의 치수/ 밀판의 치수 등이 수치상으로는 정확하지만 가공시 편차의 누적등으로 조립후에

     웜나사가 하우징 속에서 떠있게 되는 경우가 있어요. 구리스의 유막으로 느끼못할 뿐. 고속회전하거나 시간이 흐르면

     이 때문에  떨리는 고주파음이 나옵니다. 그 원인을 찾질 못했지요. 15년후 동일한 현상을 만났는데 실수로 웨이브스프링을

     넣지 않았을 때 나더라구요. 
   
              

  
     또한 적경 혹은 적위축 두 번째 베어링 뒷단에 Lock Nut만 채우지 말고 웨이브스프링을 하나 추가하고 조이세요. 

     그래서 위표에 WW-60까지 표시하였습니다. ATM들이 사용하는 가대는 자동차처럼 구리스주머니를 매달거나 주기적으로

     주유하지 않고 탈이 나야만 분해하여 구리스를 교체하거든요.

    1) 적경/적위축 베어링 와셔 
               
       이 도면은 MC-300 적경축 끝부분 도면입니다. D는 적경축으로 AL2024 ∅50이고 끝부분은 ∅40입니다. C는 베어링하우징겸

       적경 몸통이고, B는 테이퍼베어링입니다. A적색부분이 웨이브 스프링 BWW-6305입니다. H가 6.5이지만 E 록크너트를 바짝

       조여 웨이브 스프링이 납작해지도록 합니다. 록크너트에 M5탭 6개를 내어 긴볼트를 끼워 너트를 조이는 핸들로 사용하던

       M5 무두나사를 사용하여 F 밀판을 밀던지 편한대로 하세요. 가대가 커지면 반드시 무두나사로 마무리해야 합니다.

       축의 마지막부분 베어링자리는 그림처럼 5mm정도 여유가 있도록 합니다. 웨이브스프링을 끼워주면 트래킹할 때  느낌이

       달라요. 이처럼 납작하게 조여 평와셔처럼 사용할 바에는 처음부터 평와셔를 사용하지하는 분도 있었어요. 그럴까요?
       궁금하신 분은 한 번 해보세요.  

    2) 나사미동장치 No Backlash
       #261회차 (초점조정)에서 소개했기에 추가 설명을 생략합니다.

[이만성]

며칠전 설명이 부족한 부분을 보충코자 댓글을 다는 과정에서 실수로 본문을 모두 지워버리게되어 다시 작성하여 올립니다. 기왕에 올리는 김에 내용을 좀더 추가 했습니다. 글을 올릴때마다. 사진을 올리기가 까다로워요. 크기를 맞추기가 힘듭니다.

[이만성]

다음회에는 웜기어에 대해 글을 올리겠습니다. 적도의 제작에 사용된 웜기어에 대해서 다른 의견이 있을 수 있겠으나. 어떠한 방식으로 구동하던지 기계의 기본원리는 동일합니다.