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

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]

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。

⇒ 新連載「無償3D CAD『FreeCAD』を使ってみよう」公開中

無償3D CAD「FreeCAD」シリーズ

⇒ オープンソースの無償3D CAD「FreeCAD」を使ってみた

⇒ 無償3D CAD「FreeCAD」でFEM解析に挑戦！

⇒ 無償3D CAD「FreeCAD」でSTLデータのソリッド化に挑戦！

⇒ 無償3D CAD「FreeCAD」でリンク機構の設計に挑戦！

⇒ 無償3D CAD「FreeCAD」で歯車の設計に挑戦！

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。