히 살펴보면, 우선 종동절의 운동을 정의하는 변위선도를 작성하고, 다음에는 이러한 변위선도에 따라 캠 윤곽을 설계하는 것이다. 이러한 캠의 설계과정에서 종동절은 항상 캠 윤곽에 접촉하고 있다고 전제된다. 그러나 실제 기구에서 종동절과 캠 윤곽과의 분리현상이 발생할 수도 있으며, 이 경우 종동절의 운동은 설계자의 의도에 따르지 못하므로 전체 기계의 정상적인 작동을 기대할 수 없게 된다. 이러한 접촉 분리 현상은 캠 변위선도의 형태나 종동절 복귀스프링 강도의 부 적절성 등에 기인한다.
이상과 같은 관점에서 본 실험에서는 캠의 원리 및 운동을 이해하고 그래프가 출력되면 그래프를 해석하는 방법을 얻고 캠 설계 시 고려해야 할 사항 등을 고찰해본다.
2.실험이론
<그림1.캠의 원리>
Ⅱ.본론
3.실험장치
<그림2. analysis machine 및 cam>
4.실험방법
1) 캠 해석장치와 캠 동작기계의 전원스위치를 ON시킨다.
2) analysis machine의 전원을 켜고 회전속도와 다이얼을 돌려 80RPM에 맞춘다.
3) Cam이 제대로 구동되는지 확인한다.
4) coder의 전원을 켜고 캠이 안정화가 되었을 때 변위 및 가속도 그래프를 출력시킨다.
5) coder를 통해 얻은 변위와 가속도의 그래프를 통해 이론치와 비교해본다.
6) 편심거리 e를 변화시켜가며 위 실험을 반복한다.
Ⅲ.결론
5.결과 및 토의
실험 데이터와 이론 데이터 간 비교
이론data (※ e=1.5 , 80rpm일 때)
공식
값
각속도(w)
주기(T)
올라간 높이(h)
속도()
가속도()
<표1. 이론data 값>
<그래프1. 이론data의 그래프>
실험data
<그래프2. 실험data의 그래프>
이 실험데이터의 종이는 DISPLACEMENT를 X축으로 한 칸은 0.5s를 표시하고 있고,
Y축으로는 한 칸에 1cm의 길이를 표시하고 있다.
그래프에서 보는바와 같이 실험데이터에서 주기(T)는 0.7s~0.75s를 나타내고 있으며, 변위h또한 이론값과 비슷한 (이론 데이터를 보면 2.96cm이다), 약3cm의 변위를 나타나고 있다. 이론데이터를 기초로 한 그래프에서 위와 아래 끝이 조금씩 불안한 형태를 하고 있는데, 실험데이터에서는 변위는 매끈한 sin그래프인 반면에 가속도 그래프는 끝이 불안정한 sin그래프의 형상을 띄고 있다. 그리고, 실험데이터와 이론데이터의 시작점이 틀린 이유는 실험데이터는 Rpm의 안정을 위해 실험이 진행되던 중간에 측정을 하여서 이다.
그래프 및 그래프 해석
<그래프3. Rpm을 50으로 했을 때의 그래프>
<그래프4. Rpm을 125으로 했을 때의 그래프>
<그래프5. e=5일 때의 변위-시간, 가속도-시간 그래프>
이론으로 구한 그래프와, 위의 3가지 그래프를 보면, 처음에 Rpm이 50 인 그래프와 Rpm이 125인 그래프에서는 h에는 변화가 없고, 가속도와 속도에만 변화가 있는 것을 확인할 수가 있었다. 그리고 3번째 e를 5로 하였을 때는, h와 가속도와 속도 모두 크게 변화함을 볼 수 있었다. 이것은 Rpm에 변화를 주었을 때에는 올라가는 높이(h)가 그대로여서 단지 속도에만 변화가 생겼는데, 편심거리(e)에 변화를 주게 되면, 길어짐에 의하여서 일정한 Rpm으로 돌아야 하므로 속도와 가속도가 그에 따라 변하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 가속도 그래프는 sin그래프인 것 같기는 하였으나 매끈한 sin 그래프는 아니었다.
편심거리와 위 데이터간의 관계
그래프를 비교하여 보면, 편심거리가 e=1.5일 때와 e=5일 때의 주기는 같고, 진폭은 변함을 볼 수 있다. 그리고 진폭은 비례관계에 있는 것을 확인할 수 있고, 위에서 말한 것과 같이, e가 변함에 따라 Rpm을 일정하게 유지하기 위하여, 속도와 가속도가 늘어남을 볼 수 있었다.(편심거리의 둘레의 길이가 늘어나므로)
실험을 통해 얻은 점
이번 실험을 하면서, 이론으로 배웠던 캠을 보고, 사용법을 알 수 있었고, 캠의 구동원리를 다시 한 번, 눈으로 보고 이해하는 시간을 가질 수 있었다. 속도와 가속도가 변위의 미분과 속도의 미분이라는 것을 증명하고 확인 할 수 있었다.
우리 생활에서 캠이 쓰이는 곳
1)CNC 장치 2)자동선반의 바이트 3)자동차 엔진 밸브의 개폐장치.
4)자전거 5)미싱 6)식품제조기
7)컴퓨터 프레스
캠의 다양한 형상
<그림3. 캠의 종류>
캠 설계 시 고려해야 할 사항
캠 윤곽 생성시와 종동절의 운동프로그램 합성에서 종동절과 직선 부분에서 접촉이 이루어질 때 발생하는 소음 및 고속에서 종동절이 튀어나오는 현상에 의한 충격 완화 방법이 필요하다. (대개는 종동절에 롤러를 사용하는 방법이 사용된다)
참고) 캠 선택 시 주위 사항.
1) 입출력 운동의 형식과 방향, 부하 및 그 변동의 대소 <그림4. 캠>
2) 작동 속도의 고저
3) 장치 점유공간의 대소에 따라서 결정
실험에서 이론값과 실험값이 차이가 나는 까닭
실험data와 이론data를 비교하면, 주기와 올라간 거리(h)에서는 크게 차이가 없었지만, sin그래프에서 끝이 조금 튀는 부분이 발견되는데, 이 실험은 처음에 우리가 조절하는 것은 Rpm값과 편심거리이기 때문에, 사람에 의한 편심거리의 측정 시 오차와 다이얼 조작 시 오차를 우선 생각할 수 있으며, 회전운동에 대한 기계 안에서의 윤활을 생각할 수 있었다.
참고문헌
인터넷 사이트
<그림. 캠의종류>
http://imagebingo.naver.com/album/image_view.htm?uid=gusdnang1004&bno=21909&nid=5018
캠의 모양과 사용되는 곳.
http://data.edunet.net:9000/TeachSW/14/53/B2/0/daegu/03.html
유니온 테크:
http://www.uniontek.co.kr/
블로그
http://blog.naver.com/ytahn23?Redirect=Log&logNo=6993633
서적
기구학- Kenneth J. Waldron, Gary L. Kinzel [공저], 권성규[등역]
최신기구학- 남무호, 송용규 [공저]
기구학- 백승렬, 심규석 [공저]
기구 설계학-George H.Martin