[기계공학실험]캠분석

소개글

[기계공학실험]캠분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

<실험요약>
1. 실 험 목 적
2. 실 험 결 과 의 개 요

<서 론>
1. 실 험 목 적
2. 캠의 종류와 특성
3. 실 험 이 론

<본 론>
1. 실 험 장 치
2. 실 험 방 법
3. 실 험 시 주 의 사 항

<결 론>
1. 실 험 데 이 터
2. 결 론 및 고 찰
3. 참 고 문 헌

본문내용

(1) 소극 평면 캠
1) 판 캠 (plate cam)
- 특수한 수낭곡선을 갖는 판을 회전시켜 그 수낭에 접하는 종동 절에 바라는 왕복직선운동 혹은 요동을 하도록 하며 캠 가운데 가장 많이 사용됨.
2) 접선 캠 (tangential cam)
3) 직동 캠 (translation cam)
- 운동절이 수평왕복 운동을 하면 피동절은 상하왕복운동을 하는 캠.
(2) 확동 평면 캠
- 접선 캠, 원판 캠 등은 캠의 회전속도가 저속일 때만 피동체가 접촉을 유지 할 수 있으며 고속일수록 덜어지려고 한다. 그러나 정면 캠, 원주 캠, 원뿔 캠, 반대 캠 등을 파괴되지 않는 한 접촉이 계속되며 요구운동을 만족시킬 수 있다. 이와 같은 캠을 확동캠이라 하며 접선 캠 등도 구조를 변경하면 확동캠으로 만들 수 있다.
1) 정면 캠 (force cam)
- 판의 정면에 캠의 수낭곡선의 홈을 가공하고, 이 홈에 종동절의 접촉 단을 물려 끼운 캠으로서 종동절의 운동은 홈의 모양을 따라 구속함.
2) 반대 캠 (inverse cam)
- 역동캠으로 피동절이 캠이 되는 경우
2-3. 입체 캠의 종류
- 3차원 캠이라고도 하며 원동절과 피동절의 접촉점의 궤적이 공간곡선을 그리며, 평면 캠에 비해서 공간에 차지하는 용적을 작게 할 수 있고 자동기계에 많이 쓰임
(1) 소극 입체 캠
1) 단면 캠 (end cam)
- 원주의 단면에 특수형상을 갖도록 한 캠
2) 경사판 캠 (swash cam)
-원판을 회전축에 대하여 경사지게 부착한 것으로 일종의 단면 캠
(2) 확동 입체 캠
1) 원통 캠 (cylinderical cam)
2) 원추 캠 (cornical cam)
- 원뿔 표면에 홈을 판 캠으로 작용은 원통캠과 같다
3) 구형 캠 (spherical cam)
- 구면에 홈을 파서 만든 것으로 피동절은 상하운동 없이 왕복 선회운동을 한다
2-4. 캠의 각 부 명칭
1) 압력각 (pressure angle): 추적점에서 피치곡선에 세운 법선과 운동방향 간의 각이다.
a) 캠의 치수와 그 밖의 부품 치수결정에 큰 영향을 준다.
b) 압력각이 작은 경우 캠이 커지며, 원통절이 받는 토크는 커진다.
c) 압력각이 너무 커지면 회전이 불가능 해진다.
2) 추적점 (trace point): 종동절 끝점 또는 롤러의 중심점
3) 피치곡선 (pitch curve): 추적점의 자취
4) 캠 작용면 (working cam surface): 롤러와 접촉되는 캠의 곡선. 윤곽곡선이라고도 한다.
5) 기초원 (base circle): 피치곡선 위의 1점에서 법선과 종동절의 운동방향이 이루는 각도로, 보통 캠의 회전수가 100rpm 이하인 경우에는 압력각을 45도까지, 그 이상의 회전수에서는 30도 이하로 제한한다.
6) 최대 압력각 (max pressure angle): 최대의 압력각
7) 피치점 (pitch point): 최대 압력각일 때의 추적점
8) 피치원 (pitch circle): 캠의 중심과 피치점의 거리를 반지름으로 하는 원
9) 최대 변위량 (max displacement): 윤곽곡선이 최대 반지름과 최소 반지름 사이의 차
10) 주원 (main circle): 캠의 중심을 중심점으로 할 때, 피치곡선에 접하는 최소의 원
3. 실험 이론



▣ , 의 유도
먼저 v를 구하는 식을 유도하면, v는 chain rule에 의해서
여기서 이고 이므로
가 되고 이 되므로 두 식을 곱하면
여기에 를 대입하면
을 얻을 수 있다.
를 미분하면,
▣ 캠 설계 시 고려 사항
우선 캠과 종동절의 형식을 결정해야 하는데 적용목적에 따라서 캠과 종동절의 조합이 정해진다. 형식합성에 있어서 몇 가지 요소를 고려해야 하는데 우선 기하학적 측면에서 종동절의 운동형식 (회전 혹은 병진) 캠축과 요동운동을 하는 종동적의 피봇점 사이의 거리 캠과 종동절 사이의 여유공간등을 고려해야 한다. 동역학적 측면에서는 캠의 회전속도, 캠과 종동절에 걸리는 부하 움직이는 부분의 질량 등을 고려해야 하며, 환경적 측면에서 캠의 작업조건 소음과 청결도 등을 고려해야 하고 경제적 측면에서는 유지비용과 예비부품의 개수 등을 고려해야한다.
< 본 론 >
1. 실험장치
CAM ANALYSIS MACHINE
2. 실험방법
1) 캠 해석 장치와 캠 동작 기계의 전원 스위치를 켠다.
2) 회전 속도 다이얼을 돌려 rpm을 조절한다.
3) cam이 제대로 구동하는지 확인한다.
4) 기록계의 전원을 켜고 cam의 변위 및 가속도 그래프를 출력한다.
5) 기록계의 변위와 가속도의 그래프를 이론치와 비교해 본다.
6) 편심거리 e를 변화시켜가며 위의 실험을 반복한다.
3. 실험시 주의사항
- rpm을 설정 시 바로 회전속도가 변하지는 않기 때문에 가속이 되어 일정한 속도를 갖게 되었을 때의 값을 사용한다.
- 편심을 설정 시 눈높이를 맞춰 최대한 정확하게 눈금을 읽어 편심을 설정하도록 한다.
< 결 론 >
1. 실험 결과
1.1 실험데이터
주기 (rpm)
각속도
진 폭(mm)
편심률
90
9.424
20
66.67%
시간에 따른 변위 그래프
시간에 따른 가속도 그래프
2. 결론 및 고찰
이번 실험은 이론으로만 알고 있던 캠의 운동을 직접관찰 할 수 있어 흥미로웠던 실험이었다. 실험은 편심과 RPM값만을 설정하여 캠이 작동하는 모습을 관찰하고, 출력된 데이터를 이용하여 이론값과 비교해보는 비교적 간단한 실험이었다.
위의 그래프를 통해 가속도가 최대가 되는 지점에서는 변위가 최소가 되는 것을 알 수 있으며 이것은 이론을 통해서도 확인 할 수 있다.
공식을 통해 보면 최대변위는 처음 설정한 편심과 비교하여0.01mm정도의 오차가 있었는데 이는 편심설정시의 눈금을 읽는 데에서 발생한 것으로 생각된다.
이번실험을 통하여 상당히 다양한 형상의 캠이 존재한다는 것과 자동차 뿐만 아니라 여러분야에서 다양한 용도로 쓰이고 있다는 것을 알 수 있었다.
3. 참고문헌
- 최신기구학, 김재도 김영은 김창부 신재균 양성모, 범한서적출판회사
- Machines and Mechanisms, 정태은 최영석 공역, 피어슨에듀케이션
- 대동에프에이(http://www.ddfa.co.kr/)

키워드

캠,   캠해석,   캠분석,   기계공학,   기계공학실험,   캠종류,   cam,   캠운동