フリー（無償）の3D CADソフト「FreeCAD」を試す

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。

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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。

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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