캠

3. 변위 선도

캠은 변위 선도로 특징지을 수 있으며, 이는 캠의 표면이 팔로워와 접촉하여 움직일 때 팔로워가 만드는 위치 변화를 반영한다. 표시된 예에서 캠은 축을 중심으로 회전한다. 이 선도는 각도 위치(일반적으로 도)를 해당 위치에서 경험하는 반경 방향 변위와 관련시킨다. 변위 선도는 전통적으로 0이 아닌 값의 그래프로 표시된다. 간단한 변위 선도는 그림 2에 묘사된 대로 일정 속도로 상승한 후 그 사이에 정지하는 팔로워의 움직임을 보여준다.^[4] 상승은 캠 중심에서 팔로워가 멀어지는 움직임이고, 정지는 팔로워가 정지 상태에 있는 움직임이며, 복귀는 캠 중심을 향한 팔로워의 움직임이다.^[5]

4. 캠의 종류

캠은 회전 운동을 왕복 운동으로 바꾸는 장치이다. 자동차의 캠축이 대표적인 예시인데, 엔진의 회전 운동을 실린더의 흡기 및 배기 밸브를 여닫는 왕복 운동으로 변환한다.^[4]

캠은 변위 다이어그램으로 그 특징을 나타낼 수 있다. 변위 다이어그램은 캠의 표면이 팔로워와 접촉하여 움직일 때 팔로워가 움직이는 위치 변화를 반영한다. 다이어그램은 각도 위치에 따른 반경 방향 변위를 나타내며, 일반적으로 0이 아닌 값으로 표시된다. 그림의 예시는 일정 속도로 상승한 후 정지했다가 다시 돌아오는 팔로워의 움직임을 보여준다.^[5]

캠의 형상은 크게 평면 캠과 입체 캠으로 나뉜다.

4. 1. 평면 캠

또한, 스프링, 중력 등에 의존하지 않고, 캠의 윤곽을 따라 동작하는 것을 확동 캠이라고 한다.

4. 2. 입체 캠

또한, 스프링, 중력 등에 의존하지 않고, 캠의 윤곽을 따라 동작하는 것을 '''확동 캠'''이라고 한다.

4. 3. 확동 캠 (Positive Motion Cam)

5. 특수한 형태의 캠

이 유형의 캠은 대칭 하트 모양으로, 롤러의 압력에 의해 캠을 잡고 있는 샤프트를 정해진 위치로 되돌리는 데 사용된다. 초기 모델의 우체국 마스터 시계에서 정확한 시간 신호로부터 활성화된 팔로워가 자동으로 캠에 눌려 시계 시간을 그리니치 표준시와 동기화하는 데 사용되었다.^[14]

이러한 캠은, 예를 들어 기계식 시간 기록 출근부에서 정확히 자정에 날짜 진행 메커니즘을 구동하는 데 사용되었다. 이 캠은 24시간 동안 나선형 경로를 따라 팔로워를 들어 올리며, 날카로운 단절 지점에서 팔로워가 떨어져 날짜 진행을 활성화한다. 출근부와 같이 타이밍 정확성이 요구되는 경우, 롤러 캠 팔로워를 사용하여 낙하 중량을 거의 최대 높이까지 들어 올리고, 마지막 부분에서만 날카로운 가장자리가 있는 솔리드 팔로워가 중량을 넘겨받아 지지하도록 배열했다. 이를 통해 중량이 정확한 순간에 떨어져 정확한 타이밍을 제공했다.^[15] 이는 두 개의 달팽이 캠을 동축으로 장착하여 달성되었는데, 롤러는 처음에 한 캠 위에 놓이고 마지막 솔리드 팔로워는 다른 캠 위에 놓이지만 캠 프로파일과는 접촉하지 않았다. 따라서 롤러 캠은 처음에 중량을 운반하다가 마지막 부분에서 롤러가 아닌 캠의 프로파일이 다른 캠보다 더 많이 상승하여 솔리드 팔로워가 중량을 받게 된다.

6. 선형 캠 (Linear Cam)

선형 캠은 캠 요소가 회전하는 대신 직선으로 움직이는 캠이다.^[16] 캠 요소는 판이나 블록 형태가 일반적이지만, 임의의 단면일 수도 있다.^[16] 주요 특징은 입력이 회전 운동이 아닌 선형 운동이라는 것이다. 캠 프로파일은 판이나 블록의 가장자리에 절단되거나, 요소 면에 슬롯 또는 홈 형태로 존재할 수 있으며, 하나 이상의 입력이 있는 캠의 표면 프로파일일 수도 있다. 선형 캠의 개발은 회전 캠의 개발과 유사하지만, 동일하지는 않다.^[17]

7. 배력 장치

배력장치는 원동절(原動節)의 변위에 비해 종동절의 변위가 매우 작을 때, 종동절에 큰 힘을 낼 수 있게 하는 장치이다.

8. 직선 운동 기구

링크장치로 엄밀한 직선을 그리는 것은 포슬리에 기구가 있지만, 미끄럼기구를 갖지 않는 한 기구가 복잡해진다. 따라서 기구를 간단하게 만들어 근사적인 직선운동으로 만족하는 경우가 많다. 여러 종류의 기구가 있는데, [그림] - 39는 그 일종으로, 점 P가 그리는 렘니스케이트곡선(쌍엽곡선)의 일부가 직선과 거의 비슷하다는 점을 이용하여 선박용 하역 크레인으로 짐을 거의 수평으로 이동하도록 한 기구이다.

9. 구면 링크 장치의 응용

구면 링크 장치에서는 축선(軸線)이 이루는 중심각이 평면 링크 장치의 링크 길이에 해당하며, 중심각이 90°인 것은 평면 링크 장치의 슬라이더 (미끄럼자)에 해당한다. 구면 링크 장치에서도 4절(節)의 것이 기초적이다. 그 중에서도 실제로 쓰이고 있는 것은 중심각이 90°인 링크 3개를 지니는 구면 양(兩) 미끄럼자 크랭크 연쇄로부터 고정 링크의 교체로 얻어지는 회전 미끄럼자 기구와 요동(搖動) 미끄럼자 기구 등이 주이다. 예전에 기차 천장에 설치된 천장 선풍기의 목 흔들기 기구도 이의 응용이다.

10. 역사

캠은 회전 운동을 왕복 운동으로 바꾸는 장치이다. 가장 흔한 예는 자동차의 캠축인데, 엔진의 회전 운동을 실린더 흡배기 밸브 작동에 필요한 왕복 운동으로 변환한다.

캠은 또한 정보를 저장하고 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 스크류 머신의 다양한 도구와 척의 움직임, 또는 뮤직 박스의 음표를 지시하는 'CAM-DRUM'이 있다.

초기 캠은 기원전 3세기부터 헬레니즘 문명의 수력식 자동화 기기에 내장되었다.^[25] 이후 캠축에 캠을 사용하는 방식이 알 자자리에 의해 채용되었다.^[26] 유럽 기계에는 캠 및 캠축이 14세기부터 나타났다.^[27]

캠 메커니즘은 기원전 600년경 중국에서 캠 모양의 스윙 암이 있는 석궁 방아쇠 메커니즘 형태로 나타났다.^[18] 그러나 초기에는 자체 축을 중심으로 회전하지 않았고, 지속적으로 회전하는 캠은 드물게 사용되었다.^[19] 이후 연구에서 이러한 캠 메커니즘이 실제로 자체 축을 중심으로 회전한다는 것이 밝혀졌다.^[20] 캠은 서한(기원전 206년 – 서기 8년) 후반에 물로 구동되는 족답 해머에 사용되었고, 당나라 시대에는 물로 구동되는 천문 장치, 회전 천구 내부의 스퍼, 모래로 구동되는 시계 내부의 자동 알람, 회전하는 등불 내부의 인공 종이 인형 등에 사용되었다.^[22]

1206년, 알 자자리는 자신의 자동기계에 캠과 캠축을 사용했다.^[26] 1956년, Waldo J Kelleigh는 기계 공학 및 무기 사용을 위해 조절 가능한 캠에 대한 특허를 미국에서 받았다.^[28]

참조

_[1] 백과사전 cam definition https://www.merriam-[...] 2010-04-05
_[2] 서적 Cam Design. Theory of Machines and Mechanisms Oxford University Press, USA.
_[3] 서적 Cam Design and Manufacture https://books.google[...] The Industrial Press, New York.
_[4] 서적 Cam Design and Manufacture The Industrial Press, New York.
_[5] 웹사이트 Introduction to Mechanisms – Cams https://www.cs.cmu.e[...]
_[6] 웹사이트 Cams; their profiles and the velocity and acceleration of their associated followers https://www.codecogs[...] 2013-08-29
_[7] 서적 Cam Design and Manufacture The Industrial Press, New York.
_[8] 웹사이트 Introduction to Mechanisms – Cams https://www.cs.cmu.e[...]
_[9] 서적 Machinery's Handbook, 25th Ed. Industrial Press
_[10] 서적 Gunners Mate 1 & C NAVEDTRA 14110 https://www.scribd.c[...] Naval Education and Training Professional Development and Technology Center
_[11] 학술지 The Mechanical Analog Computers of Hannibal Ford and William Newell https://www.scribd.c[...]
_[12] Youtube House handles Klotz lathe
_[13] 서적 Gunners Mate 1 & C NAVEDTRA 14110 https://www.scribd.c[...] Naval Education and Training Professional Development and Technology Center
_[14] 웹사이트 Motion of heart-shaped cam http://www.technolog[...]
_[15] 웹사이트 Motion of snail drop cam http://www.technolog[...]
_[16] 웹사이트 Linear cam mechanical interlock https://patents.goog[...]
_[17] 웹사이트 Calculation equations:cams http://wikihelp.auto[...] 2013-08-29
_[18] 학술지 Mechanisms in Ancient Chinese Books with Illustrations Springer International Publishing
_[19] 간행물 Science and Civilisation in China, Volume 4: Physics and Physical Technology, Part II: mechanical Engineering Cambridge University Press
_[20] 학술지 Structural Synthethis of Ancient Chinese Original Crossbow
_[21] 문서 Hsiao(2014) p71.
_[22] 문서 Hsiao(2014) p71.
_[23] 문서 Hsiao(2014) p71.
_[24] 문서 Hsiao(2014) p71.
_[25] 간행물 Millstone and Hammer. The Origins of Water Power The University of Hull Press
_[26] 서적 The Universal History of Computing: From the Abacus to the Quantum Computer http://www.banffcent[...] John Wiley & Sons, Inc.
_[27] 서적 De Geschiedenis van het Astronomisch Kunstuurwerk http://odur.let.rug.[...] Den Haag.
_[28] 웹사이트 Cam Patent https://patents.goog[...]