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» 2016年07月11日 10時00分 UPDATE

無償CADレビュー:無償3D CAD「FreeCAD」で板カムの設計に挑戦! (1/5)

今回は、板カムの設計方法について説明するとともに、無償3D CAD「FreeCAD」で部品をモデリングしてみる。

[伊藤孝宏,MONOist]

 カムは自身の形状により、回転運動から、ロッドを上下させる直線運動やレバーを搖動させる搖動運動に変換するもので、機械設計における基本要素の1つです。カムには、円板の端面を利用する板カムや、円筒の端面を利用する円筒カムなどがありますが、今回は、板カムの設計方法について説明し、併せてFreeCADでモデリングを行います。

カム設計の基本

 カムを設計するには、はじめにタイミング線図を作成する必要があります。タイミング線図とは、図1左に示す時間−位置線図で、横軸は時間を、縦軸は下端からの相対距離を示します。

図1:タイミング線図とカム形状

 この場合、カムの回転に伴い、カムと接触するロッドは、5秒間下端の位置にあり、続いて2秒で上端に移動します。その後、5秒間上端の位置にあり、2秒で下端に移動します。

 図1右側が対応するカム形状で、上端と下端に対応する角度が停留角と呼ばれ、上昇と降下に対応する角度が割付角と呼ばれます。

 停留角と割付角は、タイミング線図から下記の(1)〜(4)式で計算できます。

 なお、回転速度[r/min]は、タイミング線図が秒単位の場合、(5)式で求められます。

 図1の場合、14秒間で1回転するため、回転速度は約4.29r/minとなります。また、下端と上端の停留角は(1)式、(3)式から約129度、上昇と降下の割付角は(2)式、(4)式から約51度になります。

 次に、カムは大きさを持っているため、下端においてもある程度の半径が必要となります。すなわち、下端と上端の半径は、ある一定の半径±ストローク÷2となります。この、ある一定の半径のことをカム有効径と呼びます。カム有効径は、下記(6)式で求められます。

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