[국내논문]차량용 사축식 피스톤 펌프의 피스톤 링과 실린더 보어간의 윤활특성에 관한 연구 A study on lubrication characteristics between piston ring and cylinder bore of bent-axis type piston pump for vehicle원문보기
The bent-axis type piston pump which is driven by the piston rod works on the way that the piston rod drives the cylinder block, so the taper angle of the piston rod and the swivel angle between the cylinder block and the shaft are very important design factors. If the above factors cannot satisfy t...
The bent-axis type piston pump which is driven by the piston rod works on the way that the piston rod drives the cylinder block, so the taper angle of the piston rod and the swivel angle between the cylinder block and the shaft are very important design factors. If the above factors cannot satisfy the conditions of optimum design, the friction loss between the cylinder bore and the piston increases, and the pump can even fail to work under conditions of severe friction and wear. Since the piston reciprocates in the cylinder bore with high velocity, and at the same time it rotates on its own axis and revolves on the center of the cylinder block, the decrease of the volume efficiency generated on account of the leakage between the cylinder bore and the piston. Therefore, to prevent this case, the piston ring is designed at the end of the piston, and the friction characteristics between the piston ring and the cylinder bore are in need of research due to its great influence on the performance of piston pump. Thus, in this paper, the elastic hydraulic oil's lubrication analyses of the film thickness, the pressure distribution, and the friction force, and so on, have been performed, and the lubrication characteristics between the piston ring and the cylinder bore are explored by the results of the numerical analysis, and it is contributed to realize the higher efficiency and the more advanced performance of the bent-axis type piston pump.
The bent-axis type piston pump which is driven by the piston rod works on the way that the piston rod drives the cylinder block, so the taper angle of the piston rod and the swivel angle between the cylinder block and the shaft are very important design factors. If the above factors cannot satisfy the conditions of optimum design, the friction loss between the cylinder bore and the piston increases, and the pump can even fail to work under conditions of severe friction and wear. Since the piston reciprocates in the cylinder bore with high velocity, and at the same time it rotates on its own axis and revolves on the center of the cylinder block, the decrease of the volume efficiency generated on account of the leakage between the cylinder bore and the piston. Therefore, to prevent this case, the piston ring is designed at the end of the piston, and the friction characteristics between the piston ring and the cylinder bore are in need of research due to its great influence on the performance of piston pump. Thus, in this paper, the elastic hydraulic oil's lubrication analyses of the film thickness, the pressure distribution, and the friction force, and so on, have been performed, and the lubrication characteristics between the piston ring and the cylinder bore are explored by the results of the numerical analysis, and it is contributed to realize the higher efficiency and the more advanced performance of the bent-axis type piston pump.
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문제 정의
. 따라서, 본 논문에서는 피스톤 링과 실린더 보어 간의 탄성유체윤활해석을 통해서 유막두께, 압력분포, 마찰력 등을 산출하고, 피스톤 링과 실린더 보어간의 윤활 특성을 규명하여 사축식 피스톤펌프의 고효율화 및 성능향상에 기여하고자 한다.
발생하고 있음을 알 수 있다. 그러므로, 사축식 피스톤 펌프에서 피스톤 링과 실린더 보어 간의 윤활 특성을 정확하게 해석하기 위해서는 탄성유체윤활적인 접근방법이 필수적이라 할 수 있으며, 본 연구에서는 이러한 해석방법을 이용하여 토출압력과 회전수에 따른 윤활특성을 살펴보았다.
가설 설정
(2) 윤활유체의 관성은 작기때문에 무시한다.
(3) 탄성체의 변형은 반 무한체의 평면 변형 조건으로 한다.
(4) 윤활유체는 비압죽성이다.
(6) 윤활유체의 점성은 온도변화에 무관하다.
(1) 탄성체의 접촉간극은 미소하므로 윤활유체의 방향으로의 흐름은 무시한다.
제안 방법
그러므로, 본 해석에서는 실린더보어와 피스톤링 간의 상대운동부에 대한 탄성유체윤활해석을 시도하였으며, Fig. 3에 상대운동부간의 경계조건 및 해석모델을 도시하였다.
Table 1과 같은 운전조건하에서, 피스톤 링에 작용하는 수직하중과 피스톤 링의 속도를 입력조건으로 사용하였으며, 이러한 조건에서 사축식 피스톤 펌프의 피스톤 링과 실린더 블록 간의 탄성유체윤활 특성을 살펴보았다.
대상 데이터
Fig. 3에서, 속도 %와 곡률반경 R인 피스톤 링이속도 "2인 반무한체의 실린더 보어 주위를 단위길이당 w의 하중으로 운동하는 것과 같은 2차원 흐름을 해석의 대상으로 했으며, 해석을 위한 가정은 다음과 같다.
성능/효과
그림에서 0~180°사이는 토출구간이고, 180~360°사이는 흡입구간이다. 최소유막두께는 토출구간보다 흡입 구간에서 더 높고, 압력의 영향이 거의 없음을 알 수 있으며, 0와 180°에서 피스톤의 속도는 Zero이지만, 최소유막두께가 최소가 아닌 이유는 Squeeze 효과에 의한 것으로 여겨진다.
그림에서 0~180°는 토출구간이고, 180~360°는 흡입구간이다 . 흡입구간보다 토출구간에서 최소유막두께가 더 작은 것을 알 수 있고, 회전수가 증가함에 따라 최소유막두께가 비례적으로 증가하는 것으로 미루어 최소유막두께와 회전수는 비례관계에 있는 것을 알 수 있다. 이는 Vedge 효과에 의해서 속도가 증가할수록 유막두께가 커지기 때문이다.
1. 피스톤 링과 실린더 보어 간의 윤활상태가 유체윤활에서 탄성유체윤활 영역 내에 있음을 알 수 있다.
2. 피스톤 링과 실린더 보어 사이의 최소유막두께는 주어진 조건에서 , 회전수가 증가할수록 증가하며 , 토출압력의 변화에 대해서는 거의 영향^ 없음을 알 수 있다
후속연구
저감이 우려된다. 따라서, 이를 방지하기 위해서 피스톤의 엔드부에 피스톤 링이 설치되어 있고, 피스톤링과 실린더 보어간의 마찰특성에 따라 펌프의 성능이 크게 좌우되기 때문에 이에 대한 연구가 필요하다
1 은 사축식 피스톤펌프의 구조도를 보여주며, 실린더 블록과 왕복, 자전, 공전 운동을 하는 피스톤(피스톤 링)의 역학적거동은 매우 복잡한다. 따라서, 본 해석을 위해서는 피스톤 링과 실린더 보어 간의 역학적거동해석이 필수적으로 선행하여 , 탄성유체윤활해석에 필요한 기본데이터를 확보해야한다.
또한, 상기 결과의 비교 및 검토를 통해, 피스톤 링과 실린더 보어간의 윤활영역는 유체윤활에서 탄성 유체윤활 영역에 있음을 알 수 있으며, 본 연구는 앞으로 지속적인 연구가 이루어져야 할 이 분야에서 기본적인 토대가 될 것으로 사료된다.
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