캠의 형상설계 및 운동 해석 = Analysis of Cam Shape Design and Motion

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 캠의 회전에 따른 Follower의 운동을 수행하기 위하여 단일 Follower 를 사용하면서 스프링을 이용하여 복원력을 주는 것이다. 캠은 상하로 구동하며 정확한 운동을 전달하며 외형에 따라 기구학적 속도가 변한다. Cam이 고속화됨에 따라서 접촉이 이탈함에 의해 동적이상이 발생하여 원활한 운동을 수행할 수 없는 경우가 발생되기 때문에 정확한 형상이 설계되어야 한다.
본 연구의 대상인 Cam은 반경이 78mm이고, Roller의 반경은 31mm, 최대변위가 61mm로 하였다. 운동 곡선은 유사한 곡선들의 사용이 가능하나 저속도이고 좋은 가속도를 가지며 최적의 상태를 유지할 수 있는 Modified sinusoidal 형태를 선정하였다. Fly wheel은 속도조정 장치의 하나로서 왕복 회전기계와 부하의 변동이 회전속도에 급격한 영향을 주게 되는 기계에 주로 사용된다. 기계의 Crankshaft를 돌리는 데 필요한 회전력은 Fly wheel의 회전에 따라 그 크기가 변동하므로 외부에서 Crankshaft를 돌려주는 힘이 필요하게 된다. Crankshaft를 이용한 작업은 작업시간과 비 작업시간에 대한 비는 작기 때문에 작업소요 에너지를 축적하는 Fly wheel이 필요하다. Fly wheel의 용량은 전동기의 도움 없이도 회전력만으로 작업 소요에너지를 공급하고 남을 수 있을 정도로 충분히 커야 한다. 힘의 회전모우멘트는 각 가속도가 작을수록 Fly wheel의 속도 감소율을 적게 하기 위해 관성모우멘트가 커야 된다. Fly wheel의 소요에너지를 계산하기 위해 에너지 및 마찰손실을 계산하거나 실제 작업일양을 계산하고 있다. 공칭압력 80ton이 발생되는 하사점 위 8mm에서 하사점까지의 일을 행할 경우 실제 작업일양은 800 kg-m으로 계산되었다. 공칭압력은 100ton을 기준으로 하면 발생 위치를 하사점 위 스트로크의 5%로서 계산하면 계산 값이 증가 되어 설계강도의 무리와 가격의 증가를 초래할 수 있다고 판단된다.