캠 기구 계산기 & 시뮬레이터

🚀 캠 기구 계산기 & 시뮬레이터

캠 기하 형상 설계

캠 윤곽 프로파일

종동절 헤드 형태

기초원 반경 (Rb) (20.0 ~ 80.0 mm)

최대 리프트 변위 (h) (5.0 ~ 40.0 mm)

캠 회전 속도 (N) (10 ~ 400 RPM)

RPM

기구 구동 프리셋

캠 기구 2D 회전 애니메이션 & S-V-A 선도

접촉 충격: 정상 슬라이딩

현재 회전각 (θ) 120.4°

실시간 종동절 리프트 (s) 12.5 mm

최대 가속도 (a_max) 2.4 m/s²

현재 종동절 리프트 변위 (s)

12.50 mm

설계 구동 범위: 0.0 ~ 20.0 mm

윤곽: 편심 원형 캠 (Rb = 45.0mm)

구동 속도 범위 (v_max / v_min)

최대 (v_max) 0.00 m/s

최소 (v_min) 0.00 m/s

실시간 구동 속도 (v) 0.00 m/s

구동 가속도 범위 (a_max / a_min)

최대 (a_max) 0.0 m/s²

최소 (a_min) 0.0 m/s²

실시간 구동 가속도 (a) 0.0 m/s²

가속도 급변 충격 (Jerk) 지표 우수 (저진동)

캠 역학 해석 관계식

v = (ds/dθ) × ω [m/s]

a = (d²s/dθ²) × ω² [m/s²]

💡 간편 사용 설명서

캠 프로파일(Profile) 선정: 편심 원형 캠(Eccentric), 대칭 등속도 캠(Heart), 급격낙하 캠(Pear) 중 프로파일 설계를 선택합니다.
기초 치수 조절: 캠의 기준이 되는 기초원 반경(Rb)과 최대 리프트 행정(h)을 설정합니다.
종동절(Follower) 유형 지정: 롤러(Roller), 평판(Flat-face), 나이프(Knife-edge) 중 기구학적 접촉 단면을 선택합니다.
작동 RPM 기동: 캠의 회전 속도(N)를 설정합니다.
S-V-A 선도 및 점핑 검증: 실시간 2D 회전 구동 속에서 종동절의 상승·하강 거동을 관찰하고, 실시간 변위(s)-속도(v)-가속도(a) 선도를 통해 캠 가속도 급변에 따른 충격(Jerk) 구간을 진단합니다.

📚 상세 기계공학 해설 및 캠 기구 설계 선도 (VDI 2143) 확인하기 ▼

1. 캠 기구(Cam Mechanism)의 정의와 동력 전달 메커니즘

캠 기구(Cam Mechanism)는 구동축의 단순 연속 회전 운동을 종동절(Follower)의 복잡한 왕복, 요동 또는 간헐 운동으로 즉각 변환할 수 있어 자동 기계, 엔진 밸브 개폐 기구, 인덱싱 장치 등에 널리 쓰이는 대표적인 고차 고페어(Higher Pair) 기구 요소입니다. 캠의 윤곽곡선인 **프로파일(Cam Profile)**에 의해 종동절의 가속도 특성이 결정되므로, 진동과 소음을 억제하기 위한 정밀 프로파일 설계가 매우 중요합니다.

2. 캠 종류별 수학적 운동 방정식 및 변위 선도

대표적인 캠 윤곽의 각도 θ에 따른 변위(Lift) s(θ) 방정식은 다음과 같습니다:

편심 원형 캠 (Circular Eccentric Cam): 편심량 e = h / 2에 대해 고조파 운동(Harmonic Motion)을 따릅니다.
s(θ) = e · (1 - cosθ)
하트 캠 (Heart Cam – 대칭 등속 캠): 회전각에 비례하여 변위가 선형적으로 상승 및 하강합니다. θ ≤ π 구간에서:
s(θ) = h · (θ / π)
배형 캠 (Pear Cam – 고성능 밸브 캠): 완만한 상승(240°) 후 급격한 낙하와 정지(Dwell) 구간을 형성하여 흡배기 밸브 오버랩에 적합합니다.

종동절의 운동은 캠의 각속도 ω = (2π · N) / 60에 대해 시간 미분하여 계산됩니다. 즉, 속도 v = (ds/dθ) · ω, 가속도 a = (d²s/dθ²) · ω²이 성립합니다.

3. 종동절 접촉 형태와 압력각(Pressure Angle) 제어

종동절 끝단의 기하학적 형태는 마찰 손실 및 접촉 응력 분산에 결정적인 영향을 줍니다:

롤러 종동절 (Roller Follower): 회전 접촉으로 마찰 저항이 가장 작고 내마모성이 우수하여 초고속 크랭크 캠에 널리 활용됩니다.
평판 종동절 (Flat-Face Follower): 마찰은 미끄럼 마찰이나 접촉면적이 커 정렬 오차에 강하며 큰 힘 전달이 유리합니다.
나이프 에지 종동절 (Knife-Edge Follower): 정밀한 프로파일 추종이 가능하지만 집중 접촉 응력으로 마멸이 심해 계측장비 외 실무에서는 기피됩니다.

캠 설계 시 압력각(종동절 운동 방향과 캠 접촉부 법선 사이의 각도)이 30° 이상으로 커지면 전단 측방향 분력이 급증하여 종동절 가이드의 바인딩(쐐기 고착) 파손이 발생하므로 이를 회피하기 위한 기초원 확장이 권장됩니다.

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