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에너지보존과 토크평형을 이용한 제로터 유압모터의 배제용적 해석 - 내부로터 공·자전 경우 -
An Analysis on Volumetric Displacement of Gerotor Hydraulic Motor using Energy Conservation and Torque Equilibrium - Second Report: The Case of a Revolving and Rotating Inner Rotor - 원문보기

유공압건설기계학회지 = Journal of the Korean Society for Fluid Power and Construction Equipments, v.11 no.4, 2014년, pp.15 - 24  

김성동 (Department of Intelligent Mechanical Engineering, Kumoh National Institute of Technology) ,  김대명 (Department of R&D, DeaHwa Industrial Machinery Inc.) ,  함영복 (Extreme Energy Machinery lab, Korea Institute of Machinery & Materials Industrial Machinery)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is difficult to analytically derive a volumetric displacement formula for a gerotor hydraulic motor due to the complexity of the geometric shape of its gear lobes. This work proposes an analytical method for the volumetric displacement, a relatively easy method based upon two physical concepts: c...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 제로터 모터에서 공급되는 유압에너지와 출력 축 에너지 사이의 에너지 보존원리와 로터에 대한 토크평형을 이용하여 배제용적과 유량을 산출하는 방법을 고찰하였다. 내부로터와 외부로터가 맞물려 회전하는 경우에 대한 일차 연구13)에 이어서, 본 연구에서는 Fig. 1에서 보여주는 바와 같이 정지되어 있는 외부로터에 맞물린 내부로터가 공전과 자전의 유성 운동하는 형태에 대하여 고찰하였다. 에너지 보존과 토크 평형을 적용하여 모터의 배제용적과 유량에 관한 공식을 유도하였다.
  • 본 연구에서는 제로터 모터에서 공급되는 유압에너지와 출력 축 에너지 사이의 에너지 보존원리와 로터에 대한 토크평형을 이용하여 배제용적과 유량을 산출하는 방법을 고찰하였다. 내부로터와 외부로터가 맞물려 회전하는 경우에 대한 일차 연구13)에 이어서, 본 연구에서는 Fig.

가설 설정

  • 5) 에너지보존과 토크평형 이용법이 회전날개 길이법과 계산과정의 난이도가 유사하지만, 축의 구동 토크와 배제용적의 상관관계를 직접적으로 보여주기 때문에 토크사양이 주어진 유압모터의 설계에 이용이 효율적일 것이다.
  • 그러므로 순간순간의 피치점의 위치를 알면 각 로브에서의 접촉점을 계산할 수 있다. 실제 가공 시에는 제로터의 원활한 운동을 위하여 틈새를 주지만 본 연구에서는 이상적인 제로터로 가정하여 모든 로브가 서로 접촉하는 경우를 대상으로 한다.
  • 1에서 θ1)만을 출력하는 경우로 국한한다. 즉, 모터 축에 부과되는 부하토크만이 내부로터로 전달되도록 기구가 설치되며, 반경방향의 반작용력은 베어링 부에서 흡수하는 것으로 가정한다.
  • 2의 유압모터에서 공급되는 유압에너지와 출력축의 기계적 토크에너지 사이에 에너지보존 원리를 적용한다. 해석의 편이를 위하여 효율이 100%인 이상적인 경우로 가정하고, 고압부의 압력은 p이며, 저압부의 압력은 0인 상태로 간주한다. 또, 내부로터에 출력구동축이 연결되어서 자전회전(Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제로터 유압 펌프/모터는 어떤 어려움을 가지고 있는가? 일반적으로 제로터 유압 펌프/모터는 기하학적 형상이 매우 복잡하여, 기하학적인 방법으로 용적을 산출하는 것은 매우 어렵다. 제로터 펌프/모터의 배제 용적에 관한 연구는 다음에 설명하는 두 가지 방법 중에 하나로 생각할 수 있다
제로터 형은 어떻게 사용되고 있는가? 제로터 형은 주로 소형 유압 펌프에 사용되고 있으며, 고정 외부로터에 공․자전하는 내부로터를 적용하는 경우에는 저속․고토크용 유압모터로도 응용 되어지고 있다. 일반적으로 제로터는 내접 물림운동을 하며, 모터로 응용되는 경우에 외부로터가 고정 상태에서 내부로터가 공전과 자전이 복합한 운동 형태를 취하기도 하는데, 기구학적으로 유성기어에 해당되어서 감속비를 크게 하는 효과를 얻는다.
내부로터와 외부로터의 접촉점 사이의 용적을 직접 산출하는 방법을 이용하여 배제용적을 산출하는 방법은 어떤 한계가 있는가? 일부의 이전 연구10, 11)에서 내부로터와 외부로터의 접촉점 사이의 용적을 직접 산출하는 방법을 이용하여 배제용적을 산출하는 방법을 제시 하였다. 결과공식의 수식이 매우 복잡하여서 설계에 반영하기에 어려움이 따른다
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참고문헌 (16)

  1. J. R. Colbourne, "The geometry of trochoid envelopes and their application in rotary pumps", Mechanism and Machine Theory, Vol. 9, pp. 421-435, 1974. 

  2. Sung-Chul Lee and Sung-Nam Lee, "Design and Analysis of Gerotor for Hydraulic Motors", Journal of The Korean Society of Tribologists & Lubrication Engineers, Vol.11, No. 2, pp. 63-70, 1995. 

  3. Y. J. Chang, J. H. Kim, C. H. Jeon, Chul Kim and S. Y. Jung, "Development of an Integrated System for the Automated Design of a Gerotor Oil Pump", J. Mech. Des. 129, 1099, 2007. 

  4. J. S. Seo, H. S. Chung, H. M, Jeong, "A Study on Gerotor Design with Optimum Tip Clearance for Low Speed High Torque Gerotor Hydraulic Motor ", Journal of the Korea Society for Power System Engineering, Vol. 10, No.4 , pp.119-126, 2006. 

  5. J. H. kim, J. H. Park, S. Y. Jung, J. H. Son, C. Kim, "Optimal Design of Tooth Profile for High-Efficiency Gerotor Oil Pump ", Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol.22, No.5, pp.28-36, 2005. 

  6. J. H. Kim, C. Kim, C. H. Kim, "Optimum design on the lobe shapes of Gerotor Oil Pump", Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol.23, No.4, pp.124-131, 2006. 

  7. C. B. Tsay and C. Y. Yu., "Mathematical Model for the Profile of Gerotor Pumps.," J. CSME, Vol.10, No.1, pp.41-47, 1989. 

  8. C. Y. Yu and C. B. Tsay, Mathematical Model of Gerotor Pump Applicable to Its Characteristic Study," J. CSME, Vol.11, No.4, pp.385-391, 1990. 

  9. D. W. Dudley, "Handbook of Practical Gear Design", pp.1.33, McGraw-Hill, New York, 1984. 

  10. J. R. Colbourne, "Gear Shape and Theoretical Flow Rate in Internal Gear Pumps", Transactions of Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 3 No. 4, pp.215-223, 1975. 

  11. Sung-Chul Lee, "Profile Design of the Inner Rotor of a Gerotor by the Composite Curve of Circular Arcs", Journal of the Korean Society of Tribologists & Lubrication Engineers, Vol. 22, No. 2, pp 79-86, 2006. 

  12. S. D. Kim, D. M. Kim, Y. B. Han, C. H. Han, "An Analysis on Volumetric Displacement of Gerotor Pump/Motor Using Vane Length", Journal of the Korea fluid power systems society, Vol.8, No2, pp 8-16, 2011. 

  13. S. D. Kim, D. M. Kim and Y. B. Ham, "An Analysis on Volumetric Displacement of Hydraulic Gerotor Pump/Motor using Energy and Torque Equilibrium -First Report: Case of Rotation of Inner and outer Rotors-", Journal of the Korean Society of Fluid power and Construction Equipment, Vol.10, No.2, pp 13-22, 2013. 

  14. Noah D Manring, Suresh B. Kasaragadda, "The Theoretical Flow Ripple of an External Gear Pump", Transaction of ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 125, pp. 396-404, 2003. 

  15. Daniel C. H. Yang, Jia Yan, Shih-Hsi Tong, "Flowrate Formulation of deviation Function Based Gerotor Pumps", Transaction of ASME, Journal of Mechanical Design, Vol. 32, 2010. 

  16. L Ivanovic, G Devedzic, N Miric and S Cukovic, "Analysis of forces and moments in gerotor pumps", Proc. IMechE Vol. 224 Part C: J. Mechanical Engineering Science, 2010. 

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