[기계공학실험] CAM Analysis

목차

Ⅰ. 서 론
ⅰ. 실험목적
ⅱ. 실험이론

Ⅱ. 본 론
ⅰ. 실험장치
ⅱ. 실험방법
ⅲ. 실험 시 유의사항

Ⅲ. 결 론
ⅰ. 실험결과 및 정리
ⅱ. 참고문헌

본문내용

다 캠과 같은 비균형 회전 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 엔진 내부의 캠의 형상에 따라 밸브의 움직이는 타이밍이 조절되므로 엔진의 특성에 큰 영향을 미치는 부품이다.
< 그림-2 엔진 내부 캠 운동 그림 >
→ 생활주변의 캠 운동을 이용한 좋은 예는 소총 내에 쓰이는 원통 캠이다. 소총을 장전 시 노리쇠가 전진하면서 약실 입구를 통과한 후, 노리쇠 뭉치와의 캠 운동에 의해 회전하여 약실의 돌기들에 걸려 폐쇄하게 된다. 격발 후 가스튜브나 가스 피스톤을 통해 동력이 전달되면 노리쇠 뭉치가 후퇴하면서 노리쇠가 캠 운동에 의해 회전한다. 이로 인해소총의 재장전과 탄피 추출이 가능한 것이다.
< 그림-3 M-16 소총 내의 캠 운동 그림 >
7. 캠의 다양한 형상
→ 캠은 캠과 종속절의 접촉점의 궤적의 평면곡선인 경우와 공간곡선인 경우가 있는데, 그 접촉점의 궤적이 평면곡선이 캠을 평면캠, 공간곡선인 캠을 입체캠이라 한다.
※ 평면캠
① 판캠(plate cam)
아래에 있는 <그림-2>에서 보이는 바와 같이 평면곡선을 윤곽으로 하는 판으로 된 캠을 판캠이라고 하며, 가장 많이 사용되고 있다.
< 그림-4 판캠의 여러 가지 캠 형상 >
위의 <그림-2>에서의 기호 ①의 회전에 의해서 종속절 ②에 왕복직선운동 또는 왕복각운동을 준다. 판캠은 윤곽곡선의 성질, 형상 또는 종동절의 형상 등에 의해서 각기 다른 명칭으로 불리워진다. <그림-2>의 각 캠의 명칭은 (a) 심장형캠 , (b) 버섯형캠 , (c) 접선캠 , (d) 요동캠 , (e) 삼각캠 이라고 한다.
② 정면캠(face cam)
아래 <그림-3> 과 같이 판의 정면에 캠의 윤곽곡선인 홈이 파져있고, 이것에 종동절의 롤러를 끼워 넣어서 작동시키는 캠이다. 이와 같이 종동절이 기구학적으로 구속되어 있으므로 확동캠이라 하기도 한다.
< 그림-5 정면캠의 형상 >
③ 직동캠(translation cam)
<그림-4>와 같이 왕복진선운동을 하는 캠에 의해서 종동절을 움직이는 형식으로서, 캠은 크랭크에 의해서 구동된다.
< 그림-6 직동캠의 형상 >
④ 와이퍼 캠(wiper cam)
캠의 회전왕복운동을 종동절의 직선왕복운동으로 면환하는 형식으로서, <그림-5> 와 같이 크랭크에 의해서 구동된다.
< 그림-7 와이퍼 캠의 형상 >
⑤ 반대캠(inverse cam)
< 그림-8 반대캠의 형상 >
※ 입체캠
① 실제캠(solid cam)
캠의 축선을 중심으로 하여 회전하는 구의 표면상에 캠 윤곽곡선의 홈을 파고, 그 홈에 들어간 롤러 또는 핀으로 종동절에 왕복운동을 주는 캠으로서, 캠의 회전체의 형상에 따라 각부명칭이 있다.
(a)원통캠 , (b)원뿔캠 , (c) 쌍곡선캠 , (d)와 (e) 원호캠 , (f) 구면캠
< 그림-9 실제캠의 종류 >
② 단면캠(end cam) ③ 경사판캠(swash cam) ④ 조정캠(adjustable cam)
< 그림-10 단면캠, 경사판캠, 조정캠의 형상 >
8. 캠 설계 시 고려해야 할 사항
→ 하나의 물체가 일정하게 정해진 운동을 하게 하는 가장 간단한 방법은 아마도 캠과 종동 절(follower)의 사용일 것이다. 캠이란 종동 절이라고 불리는 다른 물체가 일정한 경로를 따라 운동을 하게 하는 기구 요소이다.
캠 기구는 미리 정해진 운동을 하므로 기구학적 합성(kinematic synthesis)의 좋은 예이다. 즉, 그 기구가 어떤 운동을 하는지를 알아보기 위해 기구의 해석(analysis of mechanism)을 하기 보다는 캠-종동 절 기구의 운동을 미리 정해 놓고 그 운동을 수행하는 캠을 설계하는 것이 바람직하다. 올바르게 캠을 설계하게 되면 이론적으로 거의 모든 형태의 종동 절 운동을 얻는 것이 가능하다. 캠 설계 시 가장 먼저 고려해야 할 점은 쓰임에 적당한 캠의 형상을 선택하는 것이다. 그 다음 사용자가 원하는 기계의 움직임을 위해 편심거리를 고려해서 종동절의 변위 선도를 결정하고 RPM 속도 등을 고려하여 설계를 해야 한다. 설계한 캠 움직임의 확인은 디지털 컴퓨터의 출현으로 더욱 정확한 해석이 가능하다.
9. 실험을 통해 얻은 점
→ 이번실험을 통해서 캠 구동에 대해서 많은 이해를 하게 되었다. 자작 자동차 동아리 활동을 하며 엔진 내부에서 움직이는 캠이 운동이 신기하여 많은 호기심을 가지게 되었는데 이번에 캠에 대해 공부하며 이해할 수 있었다. 캠을 쓰는 가장 큰 이유는 사용자가 원하는 타이밍이나 속도에 맞게 물체를 움직이게 하기 위해서 쓰인다. 사용자의 요구에 따라 작동되기 위해서는 캠의 편심거리와 RPM, 캠과 종동절의 닿는 면적, 캠의 형태 등과 같은 많은 부분이 고려되어야 원하는 운동을 할 수 있다. 실험을 하고 나서 여러 부분의 현상을 분석해보니 예상과 다른 부분이 많아서 배울 것이 많았다. 쉽게 생각하기에 편심거리에 따라서 캠의 운동 특성이 전혀 다른 운동을 할 것이라 예상했는데 주기와 같은 중요한 점은 변하지 않았다. 또한 캠의 속도가 빨라지더라도 변위나 최대 가속도 최대 속도의 범위에는 변화가 없었다. 이러한 점을 잘 고려한다면 캠은 원하는 구동을 할 것이다. 내연공학 시간에 엔진이 움직이기 위해서 밸브의 타이밍이 상당히 중요하였는데 이 타이밍을 결정하는 것이 바로 캠이었다. 이 캠의 형상이 달라지면 밸브 타이밍 역시 변하게 되므로 엔진의 특성을 바꿀 수 있다. 이렇게 캠은 기계나 구조물의 하나의 부품에 불과하지만 기계나 시스템 전체의 특성을 변화 시킬 수 있는 매우 중요한 기계장치 중의 하나이다. 캠을 이용하게 되면 전자적인 시간계산을 통해 제어하는 시스템을 간편하게 만들 수 있으므로 매우 유용할 것이다. 이번 실험을 통해 캠의 구동에 대해 이해하였으므로 앞으로 캠 구동에 많은 관심을 키울 수 있겠다.
ⅱ. 참고문헌
① 정남용, "기본기구학", 교학연구사, 1998, pp 231~262
② 정태은 외5명, “실용기구학”, 피어슨 에듀케이션 코리아, 2000, pp 279
③ 이수종 외1명, “최신 기구학”, 내하출판사, 2002, pp 103, 135
④ Cdarles E, Wilson, “기구학”, Hamper, 1996, pp 333~357

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기계,   기계공학실험,   CAM,   CAM analysis