Lineaarisissa järjestelmissä välystä ja hystereesiä kutsutaan usein samaksi ilmiöksi. Vaikka ne molemmat vaikuttavat liikkeen menetykseen, niiden syyt ja toimintatavat ovat erilaiset.
Vastareaktio: Lineaaristen järjestelmien vihollinen

Välys johtuu vastakkaisten osien välisestä välyksestä, joka aiheuttaa kuolleen alueen, kun kulkusuunta käännetään. Kuolleella alueella liikettä ei tapahdu, ennen kuin vastakkaisten osien välinen välys on poistunut.

Tyypillisiä välystä kokevia komponentteja ovat kuularuuvit, johtoruuvit, hihna- ja hihnapyöräjärjestelmät sekä hammaspyörät. Kiertolaakerijärjestelmissä esijännitys voi vähentää tai poistaa välyksen poistamalla kuulien (tai rullien) ja vierintäratojen välisen välyksen. Joissakin ei-kierrättävissä järjestelmissä käytetään vaihtoehtoisia menetelmiä, kuten jousia tai erityisesti suunniteltuja johtoruuvien muttereita, välyksen vähentämiseksi tai poistamiseksi.

Vai onko sittenkin?

Vaikka välystä pidetään yleisesti mekaanisten järjestelmien negatiivisena ominaisuutena, se ei ole aina haitallista. Ensinnäkin täysin välyksettömien komponenttien valmistaminen on kallista ja useimmissa tapauksissa epäkäytännöllistä. Ja välystä vähentävät menetelmät lisäävät väistämättä kitkaa ja kulumista. Jos sovelluksessa voidaan sietää jonkin verran välystä, saatavilla olevat komponentit ovat halvempia, helpommin saatavilla ja monissa tapauksissa niiden käyttöikä on pidempi. Vaihteissa ja vaihteistoissa jonkin verran välystä on välttämätöntä, jotta rattaat voivat kytkeytyä toisiinsa ilman, että rattaiden hampaita ylikuormitetaan ja kitka kasvaa.
Mikä on hystereesi?

Hystereesi liittyy useimmiten magneettijärjestelmiin ja ilmenee sähkömoottoreissa hystereesihäviönä. Yksinkertaisesti sanottuna hystereesi on materiaalin reaktion alkukuormitukseen (tai magnetointivoimaan) ja materiaalin palautumisen suhde kuormituksen (tai magnetointivoiman) poistamisen jälkeen. Esimerkiksi kun rauta magnetoituu ulkoisen kentän vaikutuksesta, raudan magnetisoituminen on jäljessä magnetointivoimasta. Kun magnetointivoima poistetaan, rauta säilyttää jonkin verran magnetismia. Toisin sanoen rauta ei palaudu täysin ei-magnetoituun tilaansa, ellei siihen kohdisteta vastakkaista magnetointivoimaa.

Mekaanisissa järjestelmissä hystereesi liittyy materiaalin elastisuuteen. Esimerkiksi kun kuulamutterin teräskuulat liikkuvat kuormittamattomasta alueesta kuormitusta kantavaan alueeseen, niihin kohdistuvat voimat kasvavat, mikä aiheuttaa niiden lievän muodonmuutoksen. Teräksen elastisten ominaisuuksien vuoksi kuulat eivät kuitenkaan palaa täysin alkuperäiseen muotoonsa, kun ne liikkuvat takaisin mutterin kuormittamattomaan alueeseen. Tämä pysyvä, mikroskooppinen muodonmuutos johtuu hystereesistä.

Hystereesi vaikuttaa myös vetoakseleiden käyttäytymiseen mekaanisissa järjestelmissä. Kun akseliin kohdistetaan vääntömomentti (vääntövoima), se aiheuttaa sisäisen jännityksen ja aiheuttaa akselin muodonmuutoksen. Tätä muodonmuutosta kutsutaan venymäksi (tai vääntövenymäksi vääntökuormituksen tapauksessa). Täydellisesti elastisissa materiaaleissa jännityksen ja venymän välinen suhde on lineaarinen. Mutta harvat materiaalit ovat täysin elastisia, ja materiaalien joustamattomuus antaa niille epälineaarisen jännitys-venymä-käyrän. Tätä epälineaarista käyttäytymistä voimien kasvaessa ja pienentyessä kutsutaan hystereesiksi.
Milloin hystereesillä on merkitystä lineaarisissa järjestelmissä?

Kaikissa muissa paitsi erittäin tarkoissa mekaanisissa vaiheissa hystereesillä on merkityksetön vaikutus paikannustarkkuuteen ja toistettavuuteen, ja useimmissa tapauksissa välyksen vaikutukset ylittävät huomattavasti hystereesin vaikutukset. Pietsosähköiset toimilaitteet, jotka tuottavat liikkeen materiaalin venymällä, voivat kuitenkin kokea 10–15 prosentin hystereesin komennosta liikkeestä. Pietsosähköisten toimilaitteiden käyttö suljetun silmukan järjestelmässä voi vähentää tai poistaa hystereesivaikutukset.