कॅम

कॅम : साधारणत: कॅम हा कप्पीप्रमाणे एखाद्या दंडावर घट्ट बसवलेलाविकेंद्री (मध्यबिंदूपासून काही अंतरावर असणारा) व फिरणारा यंत्रभाग असून तो त्याच्या सतत संपर्कात राहणाऱ्या भागाला, म्हणजे अनुगामीला, प्रत्येक फेऱ्यात एकदा दूर सरकवतो. दूर सरकविलेला अनुगामी स्प्रिंगच्या साहाय्याने पूर्व स्थानावर येतो. काही प्रकारांत कॅम पूर्ण फेरा न करता एका मर्यादित कोनातच दोलन करतो किंवा एकाच सरळ रेषेत पश्चाग्र (पुढे मागे) सरकतो व अनुगामीलाही सरकवतो. कॅम व अनुगामी ही यांत्रिक जोडी वापरून परिगतीचे (गोल फिरण्याच्या गतीचे) रैखिक (एका रेषेतील) गतीत वा उलट रूपांतर करता येते किंवा रैखिक गतीची दिशा बदलण्याचे कार्य करता येते, तसेच यंत्रभागांना विविध प्रकारच्या गतीही देता येतात. कॅमाचा आकार त्याने अनुगामीला द्यावयाच्या गतीच्या स्वरूपावर व अनुगामीच्या स्पर्शक भागाच्या आकारावर अवलंबून असतो. अंतर्ज्वलन (ज्यातील सिलिंडरातच इंधनाचे ज्वलन होते अशा) एंजिनात झडपा उघडण्यासाठी कॅमांचा उपयोग करतात. कॅमांच्या साहाय्याने स्वयंचलित यंत्रांतील अनेक क्रिया पाहिजे त्या रीतीने व क्रमाने घडवून आणता येतात. कॅम आणि अनुगामी यांचे मुख्य प्रकार आ. १. ते ८ मध्ये दाखविले आहेत.

आ. १ ते ४ मधील कॅम कप्पीप्रमाणे आपल्या अक्षाभोवती गोल फिरणारे व अनुगामी पश्चाग्र गतीचे आहेत. आ. ५ मधील कॅम पश्चाग्र गतीचा आहे व अनुगामीही पश्चाग्र गतीचा वरखाली सरकणारा आहे. आ. ६ मधील कॅम पश्चाग्र गतीचाच पण अनुगामी दोलन गतीचा आहे. आ. ७ मधील कॅम दंडाप्रमाणे फिरणारा आहे व अनुगामी पुढेमागे सरकणारा आहे. आ. ८ मधील कॅम स्पष्ट चालन (अनुगामीला परतीतही स्वत:च चालविणाऱ्या) जातीचा आहे व अनुगामी रूळ बसविलेल्या टोकाचा आहे. या अनुगामीच्या परतीच्या फेरीला स्प्रिंगची जरूरी लागत नाही.

आ. १ मधील कॅम वर्तुळाकृती असल्याने बनविण्यास सोपा असतो. आ. २ मधील स्पर्शरेषी कॅम व आ. ३ मधील चापाचा कॅम यांची घडण केवळ सरळ रेषा व चाप यांनीच झलेली असल्यामुळे त्यांची निर्मिती निर्दोष करता येते. सर्वसाधारण यंत्रात असेच कॅम वापरतात. फार जलद चालणाऱ्या यंत्रांमध्ये मात्र असे कॅम गैरसोईचे होतात व त्या ठिकाणी चक्रज वक्र (एका सरळ रेषषवरून फिरणाऱ्यावर्तुळाच्या परिघावरील एक स्थिर बिंदूच्या बिंदुपथाने तयार होणारा वक्र) योजलेले कॅम वापरतात. आ. २ मधील स्पर्शरेषी कॅमामुळे अनुगामीला मिळणारे चलन आ. ९ मध्ये विस्ताराने दाखविले आहे. आ. ५ व ६ मधील कॅम पश्चाग्र गतीचे असून ते अनुगामीच्या गतीची दिशा किंवा गतिप्रकार बदलतात. आ. ७ मधील कॅम दंडाप्रमाणे फिरणारा असतो व त्यावरील खाचेमुळे अनुगामीला दंडाच्या अक्षीय दिशेने पश्चाग्र गती मिळते. आ. ८ मधील अनुगामीचा संपर्क-रूळ कॅमावरील मार्गदर्शक खाचेतून जातो व त्यामुळे अनुगामीचे चलन सर्वकाळ अचूक होते. ज्या ठिकाणी अनुगामीचा प्रवेग (वेगाच्या वाढीचा दर) जास्त असतो तेथे निरूढीमुळे (जडत्वामुळे) कॅम आणि अनुगामीचा संपर्क तुटण्याची शक्यता असते. अनुगामीचा संपर्क तुटावयाचा असेल, तर तो पहिल्या चालीच्या शेवटी व परतीच्या चालीच्या आरंभी तुटावा अशी योजना करतात. कॅम व अनुगामीचा संपर्क टिकविण्यासाठी स्प्रिंगचा उपयोग करतात. मोटार गाडीच्या एंजिनातील झडपांवर स्प्रिंगा बसवून देखील उच्च प्रवेगामुळे कॅम व अनुगामीचा संपर्क सुटू लागला तर किंवा ज्या ठिकाणी अनुगामीची गती अगदी अचूक पाहिजे असेल, तेथे आ. ८ मध्ये दाखविलेला कॅम वापरतात.

अनुगामी : आ. १ मध्ये दाखविलेला पात्यासारखे टोक असलेलाअनुगामी फार लवकर झिजतो म्हणून तसला फारसा वापरीत नाहीत. आ. २ मध्ये दाखविलेला टोकावर रूळ बसविलेला अनुगामी दीर्घकालापर्यंत चांगले काम देतो. या दोन्ही प्रकारांत अनुगामीवर पार्श्वभार (बाजूने जोर) येतो व अनुगामीचा मार्गदर्शक झिजून लवकर खराब होतो. आ. ३ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे अनुगामीचे टोक सपाट केले म्हणजे वरील दोष बऱ्याच प्रमाणात टाळता येतो. मोटारगाडीच्या एंजिनामध्ये किंवा इतर ठिकाणी जागेची अडचण असेल तेथे रूळाच्याटोकाऐवजी सपाट टोक असलेला अनुगामी वापरतात. रुळाचा अनुगामी वापरताना कॅमावरील स्पर्शपृष्ठावर जर अंतर्गोल भाग असेल, तर तेथील त्रिज्या कमीतकमी रुळाच्या त्रिज्येइतकी असली पाहिजे. आ. ४ मधील अनुगामीच्या टोकाला विवृत्तपृष्ठीय (ज्याच सर्व प्रतलीय छेद लंबवर्तुळाकार किंवा वर्तुळाकार आहेत अशा पृष्ठाचा) आकार असून त्यामुळे अनुगामीवरचे भार वितरण आदर्श प्रकारचे होते.

अनुगामीचे चलन : अनुगामीला पश्चाग्र (आ. १ ते ५) अथवा दोलित (आ. ६) गती देता येते. कॅम साधारणपणे सम (स्थिर) कोनीय वेगाने फिरत असतो पण अनुगामीचे चलन मात्र विषम गतीने होते. कारण प्रत्येक वेळी सुरुवातीला त्याला वेग घ्यावा लागतो व चालीच्या शेवटी काही कालापर्यंत निश्चल व्हावे लागते. या निश्चल स्थितीच्या अवधीला स्थितकाल असे म्हणतात. अशा स्थितकालाचा भाग कॅमाच्या पृष्ठभागावर कोठेही असू शकतो. कॅमाची परिगती व अनुगामीचा प्रसर (सरक) यांचा संबंध दाखविणाऱ्या आ. ९ मधील वक्रावरून स्थितकाल म्हणजे काय हे लक्षात येईल.

कॅमाचा आकार : कॅमाची बाह्यरेखा अनुगामीच्या चलनावरून ठरविली जाते. बहुतेक ठिकाणी अनुगामीचे चलन माहीत असते. अनुगामीच्या चलनासाठी मुख्यत्वेकरून ⇨सरल हरात्मक गती, चक्रज, स्थिर वेग, स्थिर प्रवेग आणि स्थिर प्रतिप्रवेग (वेगाचा कमी होण्याचा दर) ही चलने योजिली जातात. अनुगामीचे चलन निश्चित झाल्यावर कॅमाची बाह्यरेखा भूमितीच्या तत्त्वानुसार आरेखनाने ठरविता येते. बाह्यरेखेच्या निश्चितीसाठी गणिती विश्लेषण पद्धतीही वापरता येते, परंतु ही पद्धती फार क्लिष्ट स्वरूपाची असते. साधारणत: अगदी  साध्या बाह्यरेखेसाठी ही पद्धती वापरतात. दुसऱ्या एका पद्धतीनुसार कॅमाचा आकार व बाह्यरेखा पूर्वानुभावरून ठरवितात व मग त्यावरून अनुगामीचे चलन ठरवितात. या पद्धतीने कॅमाचा आकार आपल्याला हवा तसा ठेवता येतो व तो निर्दोष करणेही शक्य असते.

कॅमाच्या स्पर्शपृष्ठावर निरनिराळ्या जातींच्या वक्रांचे भाग घालून अनुगामीचा प्रसर, त्याचा वेग व प्रवेग ही हवी तशी साधता येतात. मंद गतीच्या यंत्रातील कॅमाच्या अनुगामीमध्ये स्थिर प्रवेग व स्थिर प्रतिप्रवेग उत्पन्न करणारे अन्वस्ती (पॅराबोलिक) वक्र वापरतात. सर्वसाधारण यंत्रात अनुगामीला सरल हरात्मक गती देणारे वक्र कॅमाच्या बाह्य रेषेवर वापरतात. असा वक्र वापरला असता अनुगामीचा प्रसर, वेग व प्रवेग कसे बदलत जातात हे आ. १० (अ, आ, इ) या आलेखांत दाखविले आहे.

अतिशय जलद फिरणाऱ्या कॅमाच्या बाह्यरेखेची निश्चिती करणे फार अवघड असते. अशा ठिकाणी गतिकीय (गती व ती निर्माण करणारी प्रेरणा यांच्यातील संबंधांचा अभ्यास करणाऱ्या शास्त्रातील) सिद्धांतांचा उपयोग करून कॅमाच्या गतीमुळे अनुगामीच्या चलनात येणारे दोष टाळता येतील अशा स्पर्शपृष्ठाची निश्चिती करता येते.

बनावटीची द्रव्ये : कॅम व अनुगामी बनविण्याकरिता पोलाद, बीड, कासे, प्‍लॅस्टिक किंवा नायलॉन यांपैकी जोडीने दोन द्रव्ये वापरतात. कॅम व अनुगामी या जोडीमध्ये अनुगामी बनविण्यास सोपा असतो व तो झिजला तर सहज बदलता येतो म्हणून अनुगामी जोडीतील नरम पदार्थांपासून व कॅम कठीण पदार्थांपासून बनवितात. कठीण पोलाद व कासे, पोलाद व नायलॉन अशा जोड्यांत झीज प्रतिबंधक गुण आढळतात. अशा संयोजनाने यंत्रातील आवाज व कंपनेही कमी होतात. कॅम व अनुगामी बनविण्याकरिता कोणती द्रव्ये वापरावीत हे पुष्कळसे पूर्व अनुभवावरून ठरविता येते. द्रव्यांची योग्य निवड झाली, तर या भागांची झीज कमी होते आणि ते दीर्घकाल चांगले कामही देतात.

कॅम बनविण्याच्या पद्धती : कॅमाचा मुख्य भाग प्रथम धातूचे ओतकाम किंवा घडाई करून तयार करतात व नंतर, थोडेच नग असल्यास, त्यावरील कार्यकारी पृष्ठभाग घासून अचूक मापाचा करतात. काही प्रकारांत धातूचे चूर्ण वापरून किंवा प्‍लॅस्टिकसारखे द्रव्य वापरून दाबयंत्रातच संपूर्णपणे कॅम तयार करतात. कॅमाचा कार्यकारी पृष्ठभाग हाताने घासून तयार करणे फार अवघड असते म्हणून कॅम तयार करण्याची खास यंत्रे बनविलेली आहेत. अनुमार्गक नियंत्रण पद्धतीत यंत्रावर कॅमाचा पृष्ठभाग कापताना व घासताना यंत्राला मूलकृतीकडून मार्गदर्शन केले जाते.

संदर्भ : Shigley, J. E. Theory of Machines, New York, 1961.

खाडिलकर, ज. शं.

“