캠

Cam
"캠"이라고도 하는 엔진의 부품에 대해서는 캠축을 참조하십시오.다른 용도는 Cam(동음이의)을 참조하십시오.
그림 1 캠 팔로워의 왕복 선형 운동을 생성하는 연속적인 회전 캠을 보여주는 애니메이션.
진동 팔로워가 있는 타원형 디스크 캠.

캠은 특히 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 데 사용되는 기계적인 링크의 회전 또는 슬라이딩 피스다.[1][2]회전하는 바퀴(예: 편심 바퀴) 또는 축(예: 불규칙한 모양의 실린더)의 일부로서, 원형 경로의 하나 이상의 지점에서 레버를 타격한다.예를 들어, 캠은 증기 해머에 힘의 펄스를 전달하는 데 사용되는 단순한 톱니일 수 있으며, 또는 추종자의 부드러운 왕복 운동(뒷 뒤로)을 생성하는 편심 디스크 또는 기타 형태는 캠과 접촉하는 레버가 될 수 있다.캠 타이머는 유사하며, 저렴한 전자제품, 마이크로컨트롤러, 집적회로, 프로그램 가능한 논리컨트롤러, 디지털 컨트롤이 등장하기 전에 전기기계제어기(세탁기의 전자기계 타이머가 일반적인 예)에 널리 사용되었다.

캠축

캠은 회전 운동을 왕복 운동(또는 때로는 진동)으로 변환하는 장치로 볼 수 있다.[clarification needed][3]일반적인 예로는 자동차의 캠축이 있는데, 이 캠축은 엔진의 회전 운동을 취하여 실린더의 흡기 및 배기 밸브를 작동하는 데 필요한 왕복 운동으로 변환한다.

변위도

그림 2 회전 캠의 기본 변위 다이어그램

캠은 변위 다이어그램으로 특징지어질 수 있는데, 이는 캠의 표면이 추종자와 접촉하여 움직일 때 추종자가 취할 수 있는 위치를 변화시키는 위치를 반영한다.표시된 예에서 캠은 축을 중심으로 회전한다.이 도표는 보통 도 단위로 각 위치를 해당 위치에서 경험하는 방사상 변위와 연관시킨다.변위도는 전통적으로 음수가 아닌 값을 갖는 그래프로 표시된다.단순 변위 다이어그램은 그림 2에서와 같이 등속 상승 시 추종자 움직임과 그 사이에 드웰이 있는 유사한 리턴을 나타낸다.[4]상승은 캠 중심에서 멀어지는 팔로워의 움직임이고, 드웰은 팔로워가 정지해 있는 운동이며, 리턴은 캠 중심을 향한 팔로워의 움직임이다.[5]

내연 엔진의 밸브 액추에이터에는 공통 유형이 있다.여기서 캠 프로파일은 일반적으로 대칭이며 회전 속도에서는 일반적으로 매우 높은 가속력이 발생한다.이상적으로 리프트의 시작 위치와 최대 위치 사이의 볼록 곡선은 가속도를 감소시키지만, 이것은 리프트에 비해 비실용적으로 큰 샤프트 직경이 필요하다.따라서 실제로 리프트가 시작되고 끝나는 지점은 기준 원에 대한 접선이 프로파일에 나타난다는 것을 의미한다.이것은 팁 원에 접선된 상태로 지속된다.캠을 설계할 때 리프트와 체류각 θ이 주어진다.만약 프로파일이 어느 기지 원과 작은 팁, 흔한 탄젠트, 리프트 L을 해 주는 것, 뱀에 관계, 한 직선과 대칭의 축(φ고.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{사이의 각도 φ 계산될 수 있다.디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-output.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{.국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}π/2− θ/2), 이 원의 중심(필요한), 반면에 C거리고 기준의 반경은( 주어진).d tip circle(제곱):

C = L/1 - 죄악 φ 및 r = R - L 죄악 φ/1 - 죄악 φ
그림 3 캠 프로필

디스크 또는 플레이트 캠

가장 일반적으로 사용되는 캠은 평면 금속이나 판 조각으로 잘라낸 캠 플레이트(디스크 캠 또는 레이디얼[6] 캠이라고도 한다)이다.[7]여기서 추종자는 캠축의 회전 축에 수직인 평면에서 움직인다.[8]몇 가지 주요 용어는 플레이트 캠의 구성에서 관련이 있다: 베이스 서클, 프라임 서클(팔로워 반지름과 베이스 서클 반지름의 합과 동일한 반지름을 가진), 모든 각도에 걸쳐 프라이머리 원으로부터 방사형 변위를 적용하여 추적한 방사형 곡선인 피치 곡선 및 로브 분리 각도(LSA - the)인접한 두 흡기 및 배기 캠 로브 사이의 각도).

기본 원은 캠 프로필에 그릴 수 있는 가장 작은 원이다.

한때는 흔했지만 지금은 시대에 뒤떨어진 이런 유형의 캠은 자동 기계 공구 프로그래밍 캠이었다.각 툴의 이동이나 조작은 하나 이상의 캠에 의해 직접 제어되었다.가장 일반적인 기계 제작을 위한 프로그래밍 캠과 캠 생성 데이터를 생산하기 위한 지침은 현대 CNC 시대에 잘 알려진 엔지니어링 참고자료에 포함되었다.[9]

이러한 유형의 캠은 다양한 부품을 제어하는 기계 스위치를 작동시키기 위해 식기 세척기, 의류 세탁기와 같은 많은 간단한 전자기계 장치 컨트롤러에 사용된다.

세 명의 팔로워가 있는 원통형 캠을 보여주는 오토바이 변속기.각 팔로워는 시프트 포크의 위치를 제어한다.

원통형 캠

미국 심박조율기 선반에서 계속 납 배럴 캠.이 캠은 싱글 포인트 공구로 나사산을 만들 때 반복 가능한 크로스 슬라이드 설정을 제공하기 위해 사용된다.

원통형 캠 또는 배럴 캠은 추종자가 실린더 표면에서 타는 캠이다.가장 흔한 유형에서 팔로워는 실린더의 표면에 잘려진 홈을 탄다.이 캠들은 주로 회전 운동을 실린더의 회전 축에 평행한 선형 운동으로 변환하는데 사용된다.실린더는 표면에 여러 개의 홈이 잘려져 있고 여러 명의 팔로워를 구동할 수 있다.원통형 캠은 실린더의 단일 회전 이상을 수반하는 동작을 제공할 수 있으며 일반적으로 포지셔닝 기능을 제공하므로 추종자가 조정기 표면과 접촉하도록 스프링 또는 기타 설비가 필요하지 않다.

응용 프로그램에는 왕복 톱과 같은 공작기계 드라이브와 대부분의 현대식 오토바이와 같은 순차적 변속기의 변속 제어 배럴이 포함된다.

이 캠의 특별한 경우는 일정한 리드로, 리드 스크루에서처럼 추종자의 위치가 회전과 함께 선형이다.구현의 목적과 세부사항은 이 애플리케이션을 캠 또는 나사산이라고 부르는지 여부에 영향을 미치지만, 경우에 따라 명칭이 모호할 수 있다.

원통형 캠은 또한 두 입력에 대한 출력을 참조하는 데 사용될 수 있다. 여기서 한 입력은 실린더의 회전이고 다른 입력은 캠을 따라 추종자의 위치다.출력은 실린더와 방사형으로 되어 있다.이것들은 한때 해군 함정의[10] 총기와 기계적인 아날로그 컴퓨터에 대한 화재 제어 메커니즘과 같은 제어 시스템의 특별한 기능들에 흔했다.[11]

두 개의 입력이 있는 원통형 캠의 예는 중복 선반으로 제공되며,[12] 그 예는 선반 메커니즘의 캠 역할을 하는 패턴에 의해 제어되는 형태로 도끼 핸들을 절단하는 Klotz 도끼 손잡이 선반이다.

면캠

얼굴 캠은 디스크의 얼굴에서 팔로워를 타면서 움직임을 만들어낸다.가장 일반적인 형식은 슬롯에 팔로워 라이드가 있어 포획된 팔로워가 제어 표면과 접촉하는 스프링이나 다른 메커니즘 없이 포지티브 포지셔닝으로 방사형 움직임을 생성한다.이러한 유형의 얼굴 캠은 일반적으로 각 얼굴마다 팔로워를 위한 슬롯이 하나만 있다.어떤 용도에서는 기어, 배럴 캠 또는 납작한 면이 있는 기타 회전 요소와 같은 단일 요소가 다른 목적 외에 페이스 캠 역할을 할 수 있다.

얼굴 캠은 닫힌 곡선을 형성하는 홈으로 반복적인 움직임을 제공하거나 정지된 홈으로 기능 생성을 제공할 수 있다.기능 생성을 위해 사용되는 캠은 완전한 기능을 커버하기 위해 몇 번의 회전이 필요한 홈이 있을 수 있으며, 이 경우 일반적으로 기능은 회전할 수 없어 홈이 스스로 교차하지 않아야 하며, 기능 출력값은 해당 회전 시 충분히 달라야 함으로서 충분한 재료가 분리되어 있다.인접 홈 세그먼트일반적인 형태는 일정한 리드 캠으로, 스크롤 척의 스크롤 플레이트와 같이 팔로워의 변위가 회전과 함께 선형이다.홈이 자가 교차해야 하는 비반복적 기능은 특수 추종자 설계를 이용해 구현할 수 있다.

이중 헝 섀시 윈도우를 위한 전통적인 캠 방식인 새시 윈도우 잠금

얼굴 캠의 변형은 캠 회전 축에 평행한 움직임을 제공한다.일반적인 예가 전통적인 새시 창호지 자물쇠인데, 캠이 하단 새시 상단에 탑재되어 있고, 팔로워가 상단 새시의 후크다.이 어플리케이션에서 캠은 창문을 강제로 닫을 때 기계적 이점을 제공하는 데 사용되며, 마찰로 인해 일부 웜 기어와 같이 스스로 잠그는 동작도 제공한다.

얼굴 캠은 또한 일반적으로 한 입력이 캠의 회전이고 다른 입력이 추종자의 방사형 위치인 두 입력에 대한 단일 출력을 참조하는 데 사용될 수 있다.출력은 캠 축과 평행하다.이들은 한때 공통적으로 기계적 아날로그 연산 및 제어 시스템의 특수 기능이다.[13]

단일 회전 입력에 대해 3개의 출력을 구현하는 페이스 캠은 스테레오 축음기로, 비교적 일정한 리드 홈이 스타일러스 및 톤어름 유닛을 안내하여 로커형(톤어름) 또는 선형(선형 추적 턴테이블) 팔로워 역할을 하며 스타일러스만 2개의 직교 출력에 대한 팔로워 역할을 하여 T를 나타낸다.그는 오디오 신호를 보낸다.이러한 동작은 레코드의 회전에 대해 반경방향의 평면에 있고 디스크의 평면에 대해 45도의 각도에 있다(홈 면에 대해 정규).톤엄의 위치는 장치를 끄거나 스택에 다음 디스크를 로드하는 등 제어 입력으로 일부 턴테이블에 의해 사용되었으나 단순 단위로 무시되었다.

하트모양캠

이러한 유형의 캠은 대칭 하트 형태로 롤러의 압력에 의해 캠을 고정하는 샤프트를 설정 위치로 되돌리는 데 사용된다.그것들은 정확한 시간 소스의 신호를 통해 활성화 팔로워가 자동으로 캠에 압입될 때 그리니치 평균 시간과 클럭 시간을 동기화하기 위해 우체국 마스터 클럭의 초기 모델에 사용되었다.[14]

스네일 드롭캠

이러한 유형의 캠은 예를 들어 정확히 자정에 주간 진행 메커니즘을 구동하기 위한 기계식 타임-인 클럭-인 클럭-인 클럭-인 클럭-인 클럭-인 클럭-인 클럭-오프에서 종료되는 나선 경로에서 캠에 의해 24시간 동안 상승되는 팔로워로 구성되었다.클럭인 시계에서처럼 타이밍 정확도가 요구되는 경우, 일반적으로는 여행의 대부분에서 낙하 중량을 최대 높이에 가깝게 올리기 위한 롤러 캠 팔로워와 날카로운 가장자리를 가진 고체 팔로워가 이를 인수하고 지지하기 위한 마지막 부분에만 사용하도록 독창적으로 배열되었다.이를 통해 정확한 순간에 체중이 감소하여 정확한 타이밍이 가능해졌다.[15]이는 롤러가 처음에 한 캠에 안착한 상태에서 동축으로 장착된 두 개의 달팽이 캠과 다른 캠에 최종 솔리드 팔로워를 사용했지만 캠 프로필에는 닿지 않았다.따라서 롤러 캠은 처음에 무게를 실었고, 실행의 마지막 부분에서 비롤러 캠의 프로필이 다른 프로필보다 더 상승하여 솔리드 팔로워가 무게를 가져갔다.

선형캠

선형 캠은 캠 요소가 회전하지 않고 직선으로 이동하는 것을 말한다.캠 요소는 종종 플레이트 또는 블록이지만 어떤 단면일 수 있다.[16]핵심 특징은 입력이 회전보다는 선형 운동이라는 점이다.캠 프로파일은 플레이트 또는 블록의 하나 이상의 가장자리로 절단될 수 있고, 요소 면의 하나 이상의 슬롯 또는 홈이 될 수 있으며, 두 개 이상의 입력을 가진 캠의 표면 프로파일일 수도 있다.선형 캠의 개발은 회전 캠과 유사하지만 동일하지는 않다.[17]

키 복제 기계.원본 키(왼쪽 홀더에 장착)는 선형 캠 역할을 하여 복제품의 절단 깊이를 제어한다.

선형 캠의 일반적인 예는 핀 텀블러 자물쇠의 열쇠다.핀은 팔로워 역할을 한다.이 동작은 원래 키가 새 키를 절단하는 제어 캠 역할을 하는 키 중복 장치에 키가 중복될 때 예시된다.

역사

캠 메커니즘은 기원전 600년경에 중국에서 캠 모양의 스윙 팔로 석궁 트리거 메커니즘의 형태로 나타났다.[18] 그러나 트리거 메커니즘은 자체 축을 중심으로 회전하지 않았고 중국 전통 기술은 일반적으로 연속 회전 캠을 거의 사용하지 않았다.[19]그럼에도 불구하고, 이후의 연구는 그러한 캠 메커니즘이 실제로 자신의 축을 중심으로 회전한다는 것을 보여주었다.[20]마찬가지로, 보다 최근의 연구는 서한 후기 (기원전 206년 - AD 8년)까지 수력 트립 해머에 캠이 사용되었다는 것을 보여준다.복잡한 페슬은 또한 진주공잔과 톈공카이우와 같은 후기 기록에서도 언급되었는데, 다른 많은 물놀이 페슬에 관한 기록들 중 하나이다.[21] 당나라 시대에는 물동력 우주비행사 장치 내의 나무시계, 물동력 팔공구 내부의 스퍼, 오륜 모래동력 시계 안의 자동경보기, 회전등 안의 인공 종이 조형물 등이 모두 캠 메커니즘을 이용했다.[22]종과 징 메커니즘을 이용한 중국식 호도계도 송시(宋時)에 기술된 것처럼 캠이다.《농슈》에서는 수력풍선의 수직 바퀴도 캠이다.[23]이러한 예시들 중에서 물 구동 페스틀과 물 구동 윈드 박스는 둘 다 내부에 두 개의 캠 메커니즘을 가지고 있다.[24]연속적으로 회전하고 일체형 기계 소자로 기능한 캠은 기원전 3세기부터 헬레니즘 물 구동 오토마타에 내장되었다.[25]캠과 캠샤리는 1206년에 설명한 그들의 오토마타에 그것을 사용한 알자자리와 슈타리에 의해 나중에 메커니즘에 나타났다.[26]캠과 캠샤프트는 14세기부터 유럽 메커니즘에 등장했다.[27]전기 기구 회사의 Waldo J Kelleigh는 기계 공학 및 무기 제조에 사용하기 위해 1956년 미국에서 조절 가능한 캠을[28] 특허를 얻었다.

참고 항목

  • 왕복 운동 – 반복적인 앞뒤 선형 운동
  • 캠 엔진 – 피스톤이 캠 구동축을 구동하는 왕복 엔진
  • 스와시플레이트 – 왕복 운동과 회전 운동 사이에서 변환하는 메커니즘
  • 크랭크(메커니즘) – 중앙선에서 멀리 떨어진 로테이닝 샤프트로 모션을 전달하는 간단한 기계
  • 편심(메커니즘) – 회전 축에 고정된 원형 디스크로 축의 중앙 오프셋을 사용하여 회전 축에 고정

참조

  1. ^ "cam definition". Merriam Webster. Retrieved 2010-04-05. a rotating or sliding piece (as an eccentric wheel or a cylinder with an irregular shape) in a mechanical linkage used especially in transforming rotary motion into reciprocating motion or vice versa
  2. ^ Shigley, J.; Uicker, J. (2010). Cam Design. Theory of Machines and Mechanisms (4 ed.). Oxford University Press, USA. p. 200.
  3. ^ Jensen, Preddben w. (1965). Cam Design and Manufacture. The Industrial Press, New York. p. 1. ISBN 9780824775124.
  4. ^ Cam Design and Manufacture. The Industrial Press, New York. p. 8.
  5. ^ 메커니즘 소개 - 캠"라이즈"는 추종자의 캠 중심에서 멀어지는 움직임이고, 드웰은 추종자가 정지해 있는 움직임이며, 리턴은 추종자의 캠 중심 방향의 움직임이다."
  6. ^ "Cams; their profiles and the velocity and acceleration of their associated followers". Retrieved 29 August 2013.
  7. ^ Jensen, Preben w. (1965). Cam Design and Manufacture. The Industrial Press, New York. p. 1.
  8. ^ 메커니즘 소개 - 캠 "팔로워는 캠축 회전 축에 수직인 평면에서 이동한다."
  9. ^ Oberg, Erik (1996). Machinery's Handbook, 25th Ed. Industrial Press. pp. 1050–1055.
  10. ^ Bomar; Null; Wallace (1996). Gunners Mate 1 & C NAVEDTRA 14110. Naval Education and Training Professional Development and Technology Center. p. 4–2.
  11. ^ Clymer, A. Ben (1993). "The Mechanical Analog Computers of Hannibal Ford and William Newell". IEEE Annals of the History of Computing. 15 (2): 19–34. doi:10.1109/85.207741. S2CID 6500043.
  12. ^ 유튜브에서 Klotz 선반을 다루는 집
  13. ^ Bomar, Null, and Wallace (1996). Gunners Mate 1 & C NAVEDTRA 14110. Naval Education and Training Professional Development and Technology Center. p. 4–1.{{cite book}}: CS1 maint : 복수이름 : 작성자 목록(링크)
  14. ^ 하트형 캠의 동작
  15. ^ 달팽이 드롭캠 모션
  16. ^ "Linear cam mechanical interlock".
  17. ^ "Calculation equations:cams". Retrieved 29 August 2013.
  18. ^ Kuo-Hung Hsiao; Hong-SenYan (2014). "Mechanisms in Ancient Chinese Books with Illustrations". Springer International Publishing: 70–71. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  19. ^ Joseph Needham: 중국의 과학과 문명화, 제4권: 물리학과 물리 기술, 제2부: 기계 공학, 케임브리지 대학교 출판부, 1965년, 페이지 84
  20. ^ Kuo-Hung Hsiao (2013). "Structural Synthethis of Ancient Chinese Original Crossbow": 270. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  21. ^ 시아오(2014) p71.
  22. ^ 시아오(2014) p71.
  23. ^ 시아오(2014) p71.
  24. ^ 시아오(2014) p71.
  25. ^ Lewis, M. J. T. (1997), Millstone and Hammer. The Origins of Water Power, The University of Hull Press, pp. 84–88, ISBN 0-85958-657-X
  26. ^ Georges Ifrah (2001). The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quantum Computer (PDF). Translated by E.F. Harding. John Wiley & Sons, Inc. p. 171. Archived from the original (PDF) on October 8, 2006.
  27. ^ A. Lehr (1981). De Geschiedenis van het Astronomisch Kunstuurwerk. Den Haag. p. 227. Archived from the original on October 25, 2010.
  28. ^ "Cam Patent".

외부 링크