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사이클로이드 및 원호 곡선을 이용한 제로터 개발
Design of Gerotor Using Cycloid and Circular-Arc Curves 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.3, 2011년, pp.241 - 250  

최태훈 (부산대학교 기계공학부) ,  김문생 (부산대학교 기계공학부) ,  이근수 ((주)삼한 연구소) ,  정성윤 (부산대학교 기계기술연구원) ,  김철 (부산대학교 기계기술연구원)

초록
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본 논문에서는 하이포 및 에피 사이클로이드 곡선 사이에 원호 곡선을 삽입하여 내부로터를 설계하고 로터 회전시뮬레이션 및 간섭회피를 위한 수정법을 통해 외부로터를 설계하는 방식의 제로터를 개발하였다. 또한 접촉점을 이용한 기존의 유량계산법을 사용할 수 없는 경우에 유량 및 유량맥동을 도출할 수 있는 챔버면적 계산법을 개발하였다. 이와 같은 방식의 제로터는 로터 설계시 첨점 및 루프가 발생하지 않으며, 내부로터의 하이포 사이클로이드 및 원호 곡선 연결점에서 새로운 설계변수인 경사각 $\gamma$가 추가되어 편심량 설정시 첨점 및 루프 발생 방지조건 또는 이끝폭의 설계 한계조건으로부터 제한을 받지 않는다. 따라서 설계자는 편심량 및 각도 $\gamma$를 조절함으로써 실제 산업현장에서 보다 효과적으로 로터 최적설계를 수행할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The new gerotor developed in this paper has an inner rotor in which a circular arc is inserted between the hypocycloid and epicycloid curves, whereas the outer rotor is designed using the simulation results for the rotor and a modification method. The new gerotor has no cusps and loops and no limit ...

주제어

#원호   #사이클로이드   #편심량   #유량   #제로터  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • (2) 로터 구성방정식을 도출하고 가상접촉점 생성 양상에 따른 세부적인 면적보정을 통한 챔버면적 계산법을 개발하였으며, 이에 대한 회귀분석을 통해 평균유량 및 유량맥동을 계산할 수 있다.
  • 3.1 절에서 설정된 편심량 및 γ 의 범위에서 내부로터 및 외부로터를 설계하고 챔버면적 계산 및 회귀분석을 통해 Fig. 16 과 같이 한 피치각도 구간의 순간유량 그래프, 편심량, γ, 이끝폭, 수정폭 계수, 평균유량 및 유량맥동 등을 출력하였다.
  • 및 Epicy. 곡선 사이에 원호 곡선을 삽입하여 이끝폭이 자유롭게 조절가능한 내부로터를 설계하고 이를 이용한 외부로터를 설계하여, 언더컷 발생방지 조건 및 로터 이끝 폭에 대한 설계 한계조건에 의해 편심량의 크기가 제한되지 않는 특성의 로터를 개발하였다. 수행된 주요 연구결과는 다음과 같다.
  • 12 의 로터는 Z2보다 적은 개수의 접촉점을 생성하기 때문에 기존 설계방식의 접촉점과로터 중점간의 거리를 이용한 유량계산법은 사용할 수 없다. 따라서 Fig. 13 에서와 같이 외부로터 반 피치각도의 회전 시 최소 점간거리를 갖는 내외부로터 상의 가상접촉점을 탐색하여 내외부로터 사이의 면적이 감소하는 챔버 좌우측 경계영역을 결정 하고, 회전각도 대비 챔버면적 변화율을 계산하여 유량 및 유량맥동을 도출하였다.
  • 여기에서 TypeⅠ과 달리 Type Ⅱ의 방식은 wi 가 0 이 되기 이전에는 언더컷이 발생하지 않기 때문에 평균유량 증가를 위한 편심량 설정 측면에서 보다 유리하다. 따라서 본 논문에서는 Type Ⅱ의 방식을 응용하여 로터를 설계하였다.
  • 본 논문에서는 Z1, e, D.B.P(Distance between points), ρ2max, 로터 두께(w) 및 tp 를 설계변수로 하여 치저부의 하이포 사이클로이드(Hypocy.) 및 치선부의 에피 사이클로이드(Epicy.) 곡선 사이에 원호 곡선을 삽입하여 내부로터를 설계하고, 로터 회전시뮬레이션 및 간섭회피를 위한 수정법을 통해 외부로터를 설계하였다.

대상 데이터

  • 및 Epicy. 곡선 사이에 곡률반경이 ra 인 Circular arc(원호 곡선)를 삽입 하였다. 여기에서 Hypocy.

데이터처리

  • ) 곡선 사이에 원호 곡선을 삽입하여 내부로터를 설계하고, 로터 회전시뮬레이션 및 간섭회피를 위한 수정법을 통해 외부로터를 설계하였다. 또한 가상접촉점 생성 양상에 따른 면적보정을 통해 토출영역의 챔버면적을 계산하고 이에 대한 회귀분석을 통해 평균유량 및 유량맥동을 계산하였다.

이론/모형

  • Table 1 및 2 의 CFD 유체유동해석은 standard k-ε 난류모델과 bubble dynamics 등의 영향을 고려한 케비테이션 모델이 적용되었으며, 액체상태 밀도는 808kg/m3 , 기체상태에서는 0.0004kg/m3 이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자동차 엔진에서 오일펌프의 에너지 손실률은 얼마나 차지하는가? 자동차 엔진 윤활시스템의 구성품 중 하나인 오일펌프에서의 에너지 손실률은 엔진 전체에서 약 10~30%를 차지한다.(1) 이에 오일펌프로터 두께를 줄이면 구동력 감소에 따라 오일펌프에서의 에너지 손실률이 저감되어 연비를 개선할 수 있으나 두께 감소로 인해 유량도 함께 감소하게 된다.
오일펌프로터 두께를 줄일 떄의 장점과 문제점은 무엇인가? 자동차 엔진 윤활시스템의 구성품 중 하나인 오일펌프에서의 에너지 손실률은 엔진 전체에서 약 10~30%를 차지한다.(1) 이에 오일펌프로터 두께를 줄이면 구동력 감소에 따라 오일펌프에서의 에너지 손실률이 저감되어 연비를 개선할 수 있으나 두께 감소로 인해 유량도 함께 감소하게 된다. 따라서 로터 두께를 줄이더라도 유량 조건 충족 및 마멸/구동소음 저감을 위해 고유량 및 저맥동 특성의 로터 개발이 요구된다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (13)

  1. Sasaki, H., Inui, N., Shimada, Y. and Ogata, D., 2008, 

  2. Colbourne, J. R., 1975, "Gear Shape and Theoretical Flow Rate in Internal Gear Pumps," Trans. of the CSME, Vol. 3, No. 4, pp. 215-223. 

  3. Saegusa, Y., Urashima, K., Sugimoto, M., Onoda, M. and Koiso, T., 1984, "Development of Oil-Pump Rotors with a Trochoidal Tooth Shape," SAE paper, No. 840454. 

  4. Beard, J. E., Hall, A. S. and Soedel, W., 1991, "Comparison of Hypotrochoidal and Epitrochoidal Gerotors," ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 113, pp. 133-141. 

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  5. Fabiani, M., Manco, S. Nervegna, N. and Rundo, M., 1999, "Modelling and Simulation of Gerotor Gearing in Lubricating Oil Pumps," SAE, No. 1999-01-0626. 

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  8. Lee, S. C., 2006, "Profile Design of the Inner Rotor of a Gerotor by the Composite Curve of Circular Arcs," Journal of the KSTLE, Vol. 22, No. 2, pp. 79-86. 

  9. Chang, Y. J., Kim, J. H., Jeon, C. H., Kim, C. and 

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  10. Hsieh, C. F. and Hwang, J. H., 2007, "Geometric Design for a Gerotor Pump with High Area Efficiency," ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 129, No. 12, pp. 1269-1277. 

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  11. Jung, S. Y., Kim, M. S., Cho, H. Y. and Kim, C., 2009, "Development of an Automated Design System for Oil Pumps with Multiple Profiles(Circle, Ellipse and Involute)," Journal of KSPE, Vol. 26, No. 3, pp. 103-112. 

  12. Ye, Z., Zhang, W., Huang, Q. and Chen, C., 2006, 

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  13. Sumimoto Electric Sintered Allowy, LTD., 2006, "Internal Gear Pump and Inner Rotor of the Pump," KRpatent, 10-2006-0032634. 

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