Recently, the technologies related to the swash plate type oil hydraulic piston pump are requiring extreme technologies to overcome the limit of high efficiency in cope with high speed and pressure, and are devoted to compact the unit, to gain low noise level, and to adopt electronic technologies, a...
Recently, the technologies related to the swash plate type oil hydraulic piston pump are requiring extreme technologies to overcome the limit of high efficiency in cope with high speed and pressure, and are devoted to compact the unit, to gain low noise level, and to adopt electronic technologies, and the question regarding to maximize the mechanical efficiency, that is, to minimize the torque loss by minimizing the leakage loss in the relative sliding region but these are in trade-off relation that tribological responding is very difficult. Cylinder block-valve pate in high speed relative sliding motion has the characteristics that should be extremely controlled for the optimization of these leakage loss and mechanical efficiency, and pressure resistance designing of them is important for high pressure performance. But, studies on the stress analysis of these parts have not been performed briskly, so in this paper the stress distribution and the region where the highest displacement appears are described through the static stress analysis using CATIA V5. Through the future studies on these theme, it has the purpose of finding the suitable materials for the other parts as well as cylinder block and valve plate, in cope with high pressure operation through the stress analysis with the most similar conditions for the practical operation.
Recently, the technologies related to the swash plate type oil hydraulic piston pump are requiring extreme technologies to overcome the limit of high efficiency in cope with high speed and pressure, and are devoted to compact the unit, to gain low noise level, and to adopt electronic technologies, and the question regarding to maximize the mechanical efficiency, that is, to minimize the torque loss by minimizing the leakage loss in the relative sliding region but these are in trade-off relation that tribological responding is very difficult. Cylinder block-valve pate in high speed relative sliding motion has the characteristics that should be extremely controlled for the optimization of these leakage loss and mechanical efficiency, and pressure resistance designing of them is important for high pressure performance. But, studies on the stress analysis of these parts have not been performed briskly, so in this paper the stress distribution and the region where the highest displacement appears are described through the static stress analysis using CATIA V5. Through the future studies on these theme, it has the purpose of finding the suitable materials for the other parts as well as cylinder block and valve plate, in cope with high pressure operation through the stress analysis with the most similar conditions for the practical operation.
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문제 정의
그러나, 더 정확한 해석결과를 얻기 위해서는 이번 해석에서는 제외한 cylinder bush를 결합한 상태로서의 실린더 블록에 대해 이종재질간의 접합요소에 대한 응력해석법을 적용시켜야 하겠고, 펌프가 정지상태에서 힘을 받는 물체가 아니므로 실제운전시에 해당하는 해석 조건을 찾는게 앞으로의 연구 목적이다.
그러나, 지금까지 유압펌프의 응력해석에 대한 연구는 그렇게 활발하게 이루어지지는 않았다[1]. 따라서, 본 연구에서는 이와 같은 고압화에 대응하기 위해 사판식 피스톤 펌프의 실린더 블록과 밸브 플레이트에 대해 정적응력해석을 수행하였다. 이 연구를 통해 실린더 블록과 밸브 플레이트에 있어서 응력분포와 변위의 형태에 관하여 살펴보았다.
물론, A-2, A-3와 같은 가정은 이론적으로만 가능하며, 응력을 지지하는 방향을 정확히 파악하기 위한 것이 그 목적이다.
따라서, 본 연구에서는 이와 같은 고압화에 대응하기 위해 사판식 피스톤 펌프의 실린더 블록과 밸브 플레이트에 대해 정적응력해석을 수행하였다. 이 연구를 통해 실린더 블록과 밸브 플레이트에 있어서 응력분포와 변위의 형태에 관하여 살펴보았다.
가설 설정
밸브 플레이트의 경우에는 토출포트 부위에만 압력이 작용한다는 가정하에 응력해석을 수행하였다. 작용압력은 40MPa, 45MPa, 50MPa로 주었다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 모델은 배출용적 140cc/rev인 펌프의 실린더 블록과 밸브 플레이트이며, 실린더 블록의 응력해석에 사용된 재질은 steel(ASTM-A36)이고, 밸브 플레이트에 사용된 재질은 황동으로 그 기계적 성질은 Table 1과 같고, Fig. 1~2에 본 해석에 사용된 실린더 블록과 밸브 플레이트의 형상을 보여주고 있다.
4는 각각 본 해석을 위해 구성된 실린더 블록과 밸브 플레이트의 유한 요소 모델을 도시한 것이다. 사용된 요소는 Octree Tetrahedron구조, 여기서 Octree란 하위노드가 8개인 트리구조를 말하고 Tetrahedrone 요소의 모양 즉, 사면체요소임을 나타낸다. 요소의 수는 실린더 블록의 경우 182, 475개이고 절점의 수는 40, 027, 밸브 플레이트의 경우는 요소의 수는 33,079이고 절점의 수는 8,033개이다.
성능/효과
1. 실린더 블록의 경우 5개의 실린더 보어에 압력이 작용한다고 가정했을 경우에 전체 실린더 보어에 압력이 작용한다고 가정했을 때보다 더 큰 응력값과 변위값을 가짐을 알 수 있었고, 이것은 축에 대해 비대칭에 의한 결과라고 생각된다.
2. 밸브 플레이트의 경우 사용재질에 대해 45, 50MPa이 작용시에는 허용응력 값을 넘어 사용에 부적절함을 알 수 있었고, 재질에 대한 검토가 요구됨을 알 수 있었다.
반복적인 응력을 받는 부품의 경우에 통상적으로 사용 재질 항복응력의 30~40%이내가 되고 최대 변위량이 설계허용치 이하가 되어야 함이 바람직하다. 50MPa이 작용했을 경우는 본 해석에 사용된 재질 항복강도의 34.7% 정도로 안전하다고 할 수 있다.
Fig. 5에서 A-2(실린더 보어의 반경방향으로만 압력을 가한 경우), A-3(실린더 보어의 밑부분으로 축방향과 평행하게 압력을 준 경우)에 최대 응력값이 A-2의 값이 훨씬 크게 나온 것으로 보아 실린더 블록에서 발생하는 응력은 반경방향으로의 작용압력이 더 큰 영향을 주고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
각각의 경우에 대해서 작용압력이 5MPa씩 증가할 때에 최대 응력과 최대 변위량도 그에 따라 비례적으로 증가함을 알 수 있다.
따라서 본 해석에 사용된 황동은 40MPa정도까지는 안전하게 사용될 수 있을 것이라 생각되나 그 이상의 압력에서의 사용을 위해서는 재질의 변경이나 설계변경이 요구됨을 알 수 있다. Fig.
후속연구
따라서, 본 연구를 통하여 정적인 조건에서 사판식 피스톤 펌프의 실린더 블록과 밸브 플레이트에 발생하는 응력 및 변형량을 명확하게 얻어낼 수 있었고 이를 실제 설계 자료로 적용할 수 있을 것으로 여겨진다.
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