캠(cam)의 특징 및 분류

한쪽의 기계요소와 직접 접촉에 의해 지정된 시간, 목적된 운동을 기계적으로 설계된 운동방식으로 소기의 운동을 전달하는 기계요소입니다.

캠 기구(Cam Mechanism)는 원동절에 직선운동이나 회전운동을 주어 피동절에 왕복직선운동 또는 왕복각운동을 주기적으로 일으키는 기구로서 그 운동은 기본적으로 미끄럼 접촉을 하며 또한 그 구조가 간단하면서도 복잡한 운동을 얻을 수 있으므로 자동기계 등에 널리 사용 됩니다. 캠은 회전운동에서 왕복운동으로 변화시키는 도구로 볼 수 있습니다.

널리 알려진 예는 자동차의 캠축으로, 엔진의 회전 운동을 실린더의 흡/배기 밸브 작동에 필요한 왕복운동으로 변환합니다. 순/역방향 운동이나 원형운동을 왕복운동으로 변화시키는 것은 크랭크에 의해서 움직일 수 있습니다.

휠의 동작에 필요한 회전운동을 전환시키고, 피스톤의 왕복운동을 취하는 자동차의 크랭크축은 그 예입니다. 캠은 또한 저장된 정보와 도구전송 정보를 볼 수 있게 합니다. 스크류 머신의 다양한 도구와 척의 움직임, 또는 뮤직 박스의 노트를 지시하는 ‘CAM-DRUM’은 그 예입니다.

캠에 의해 전송되고 저장된 정보는 ‘어떤 행동이 일어나고, 언제쯤 일어날까?’ 라는 질문의 답이 될 수 있습니다. (이 주제를 설명하기에는, 비록 뮤직 박스 캠이 더 나은 예 일지라도, 자동차 캠 샤프트에도 본질적으로 이 물음에 답할 수 있습니다)

어떤 캠은 축에 대해 회전하는 캠으로 만들어진 롤러 follower의 변화가 반영되는 변위 다이어그램에 의해서 특별할 수 있습니다. 이 다이어그램은 반경변위의 그 위치에서 각도 위치와 관련됩니다. 몇 가지 주요 용어는 플레이트 캠의 구조와 연관성이 있습니다. 변위 다이어그램은 전통적으로 음수가 아닌 값을 그래프로 표시합니다.

캠의 분류

1) 평면캠

평면캠은 원동절과 피동절의 접촉점의 궤적이 평면곡선을 그리며 일종의 비구속 캠으로 속도가 빨라지면 캠팔로우가 이탈(Jump)하는 단점이 있습니다. 평면캠의 종류로는 원판캠, 선형캠, 접선캠, 정면캠, 삼각캠, 반대캠, 공역캠 등이 있습니다.

원판캠은 회전 시 회전 중심으로부터의 반지름 거리가 변하도록, 원판의 중심에서 벗어난 점을 회전중심으로 공정한 캠입니다. 선형캠은 캠이 직선운동을 하면 종동절이 상하방향으로 움직입니다. 접선캠은 몇 개의 원호와 원호들을 외접원으로 연결한 윤곽곡선을 갖습니다.

원호원판 캠이라고도 하며, 이에 접하는 직선으로 구성된 캠입니다. 정면캠은 평판에 판캠의 윤곽곡선에 해당하는 홈을 판 것으로 캠이 회전할 때 종동절은 상하운동을 합니다. 삼각캠은 정삼각형의 꼭지점을 중심으로 하고 그 한 변을 반지름으로 하여 그린 원호로써 형성되기 때문에 어디서 측정을 하여도 폭이 같습니다.

반대캠은 링크2가 회전하거나 요동하면 캠을 고정하고 있는 축이 직선운동을 합니다. 공역캠은 2개의 캠을 2개의 롤러 사이에 끼우도 록 하는 캠으로 한쪽의 캠이 종절을 밀고 있을 때, 다른 쪽의 캠은 종절에 의해서 배후로부터 밀리고 있는 상태의 관계가 있습니다.

2) 입체캠

입체캠이란 3차원 캠이라고도 하며 원동절과 피동절의 접촉점의 궤적이 공간곡선을 그리며, 평면캠에 비해서 공간에 차지하는 용적을 작게 할 수 있고 자동기계에 많이 쓰입니다. 입체캠의 종류로는 원통캠, 원추캠, 구면캠, 단면캠, 사판캠, 구형캠 등이 있습니다. 

원통캠은 기계의 구조상 캠의 회전축을 종동절과 평행하게 하고자 할 때 사용되는 캠으로 원통위에 안내 홈으로써 캠의 형상을 형성하며 공작기계에 주로 사용됩니다.

원추캠은 원추 표면에 안내 홈을 가공한 캠으로 종동절이 일정한 각도를 유지하면서 좌우 왕복운동 하도록 하고자 할 때 사용됩니다.

구면캠은 구의 표면에 안내 홈을 가공한 캠으로, 종동절에 좌우 요동운동을 일으킵니다. 단면캠은 원통의 단면에 특수한 형상을 만들어 회전시키면 종동절은 상하운동을 합니다.

경사판캠은 단면 캠과 같은 운동을 합니다. 캠 자체의 중량을 줄일 목적으로 원판을 회전축에 경사지게 설치한 것입니다. 구형캠은 구면에 홈을 파서 만든 것으로 피동절은 상하운동 없이 왕복 선회운동을 합니다.

용어출처 : (주)대동인덱스