KR100528952B1

KR100528952B1 - 내접 기어 펌프

Info

Publication number: KR100528952B1
Application number: KR10-2000-7002257A
Authority: KR
Inventors: 고스게도시유끼
Original assignee: 스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2005-11-16
Also published as: DE69817378D1; JP3729867B2; ATE247778T1; DE69817378T2; EP1016784A1; WO1999011935A1; EP1016784B1; EP1016784A4; US6244843B1; ES2205538T3; KR20010023608A

Abstract

본 발명의 내접 기어 펌프는 내접 기어 펌프의 이 사이의 간극의 불균일성을 해소함으로써 토출 효율 및 수명의 향상, 잡음의 저감 및 이면 마모의 저감을 성취한다. 특히, 본 발명의 내접 기어 펌프는 외측 기어(1)의 이홈(3)과 이와 대향하는 내측 기어(2)의 이끝(6)이 에피사이클로이드 형상을 갖고, 외측 기어(1)의 이끝(4)과 이와 대향하는 내측 기어(2)의 이홈(5)이 하이포사이클로이드 형상을 갖는다. 각 기어의 피치원 상을 전동하는 4개의 생성원에 의해 사이클로이드를 형성함으로써 외측 기어(1)와 내측 기어(2)가 가장 깊게 맞물리는 위치에서의 이 사이의 간극(C₁)과, 외측 기어와 내측 기어의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 이 사이의 간극(C₂)이 대략 동일하다.

Description

내접 기어 펌프{INTERNAL GEAR PUMP}

본 발명은 모터 등의 구동원에 의해 구동되어 액체 또는 기체를 압축하여 토출하는 회전 펌프에 관한 것으로, 특히 액체 펌프에 적합한 내접 기어 펌프에 관한 것이다.

내연 기관 및 자동 모터에 의한 차량 전동 장치에 사용되는 내접 기어 펌프의 대부분은 트로코이드 기어 이를 가진 것이 사용된다. 트로코이드 기어 이라 함은 외측 기어와 내측 기어 중 어느 한 쪽의 이면이 원호형으로 제한되고, 다른 한 쪽의 기어의 이면이 원호에 의해 규정된 한 쪽 기어의 이의 비정지 회전에 의해 규정되는 것을 의미한다.

본 발명의 개량된 내접 기어 펌프는 내연 기관 및 차량 전동 장치에 있어서 액체 또는 기체를 송출하기 위해 사이클로이드 치형을 구체적으로 사용한 것으로서, 예를 들어 1925년 영국 특허 제233423호 공보나 독일 특허 제3938346호 공보에 기재되어 있다. 상기 독일 특허에 의한 펌프는 서로 잇수가 다른 외측 기어(외측 회전자)와 내측 기어(내측 회전자)를 구비한 내접 기어 펌프에 있어서, 완전한 사이클로이드 치형을 가진 이 및 이홈이 우수한 운동학적 특성을 나타내고 있다.

상기 외측 기어의 이는 엔진의 크랭크 축 또는 자동 기어 상자의 주 샤프트(주축)에 의해 구동되는 내측 기어의 이에 맞물려 있다. 이 내접 기어 펌프에 있어서의 구동축인 크랭크 축 등의 비교적 명백한 반경 방향으로의 이동은 외측 기어의 주위면과 하우징 사이의 간극을 적당하게 설정(외측 기어의 직경 방향의 진동을 허용하는 유극 형성)함으로써 보상된다. 또, 그 보상은 외측 기어를 거의 유극없이 부착하고, 그 후 내측 기어의 베어링과 내측 기어 사이에 상응하는 큰 유극을 형성하는 것에 의해서도 가능하다. 이 경우에는 그 후 내측 기어의 이를 외측 기어의 이와 맞물리게 한다. 이와 같은 펌프는 본 발명의 기술의 적합한 적용 대상이 된다.

도4는 일본 특허 공개 평5-256268호 공보에서 제안되어 있는 평탄화된 사이클로이드 치형의 모형도를 나타내고 있다.

일본 특허 공개 평5-256268호는 주지의 펌프에서 발생하는 송출류 맥동에 기인하는 잡음의 발생, 펌프의 효율 저하 및 공동 현상시의 잡음을 저감할 목적으로, 각 기어의 사이클로이드 치형을 평탄화하고 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 위치에서의 이 사이의 간극을 축소하고 있다. 도4의 fh는 기어의 피치원(P) 상의 점(z0)을 기점으로 해서 생성원(re)이 피치원 상을 전동하고, 그 생성원(re)의 원주상의 일점의 궤적에 의해 그려지는 본래의 에피사이클로이드, fr은 피치원(P) 상의 점(z0)을 기점으로 해서 생성원(rh)이 피치원 상을 전동하고, 그 생성원(rh)의 원주상의 일점의 궤적에 의해 그려지는 본래의 하이포사이클로이드, fh3, rh3은 평탄화 후의 에피사이클로이드와 하이포사이클로이드이다.

작동 유체의 압력 맥동, 즉 송출류 맥동이 발생하면 외측 기어와 내측 기어에 기진력(진동 발생력)이 작용하여 양 기어의 이가 반경 방향 및 접선 방향으로 서로 맞부딪혀서 바람직하지 않은 잡음이 발생한다.

일본 특허 공개 평5-256268호는 그 잡음을 억제하려고 하고 있지만, 이 공보의 기술에 의하면 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 점에 있어서의 각 기어의 이 사이의 간극이 상당히 작고, 양 기어의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에 있어서 각 기어 사이의 이 사이의 간극이 크게 형성되어 간극이 불균일한 것으로 되어 있다. 이것은 송출류 맥동이 발생하면 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 위치에서 양 기어의 이가 서로 맞부딪히는 것을 의미하고, 잡음의 억제 효과를 충분히 발휘시키지 못한다.

그리고, 치형의 일부에 첨점(도4의 z1, z2)을 발생시키므로, 헤르츠 응력으로 대표되는 면압의 증대 및 첨점의 치핑이 발생하여 이면 마모도 촉진된다.

또, 상기 현상의 발생 원인은 송출류 맥동 뿐만이 아니다. 통상의 내접 기어 펌프는 내측 기어에 끼워 맞춰져 있는 구동축의 진동에 의해서도 잡음 및 마모가 발생한다. 구동축의 진동은 그대로 내측 기어에 전달되므로, 내측 기어에 기진력이 발생하고 있는 것과 같은 의미이고, 간극의 불균일성에 의해 내측 기어와 외측 기어의 이가 서로 맞부딪힌다.

그리고, 펌핑 챔버내에 있어서의 액포, 기포의 파괴에 의해 발생하는 공동 현상에 의한 송출류 맥동의 현저한 증대는 이의 맞부딪힘이 일어나기 쉬운 구조인 경우, 그 맞부딪힘을 조장하여 잡음 및 이면 마모를 한층 더 촉진시킨다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 잡음 발생을 감소시키고, 또한 기계 효율 및 수명 향상을 꾀할 수 있는 내접 기어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 펌프의 내측 기어와 외측 기어의 맞물림 궤적을 도시한 설명도.

도2의 (a)와 (b)는 본 발명의 내접 기어 펌프의 내측 기어와 외측 기어의 맞물림 상태를 도시한 정면도.

도3은 본 발명의 내접 기어 펌프를 하우징의 덮개를 분리한 상태로 하여 도시한 정면도.

도4는 평탄화된 사이클로이드 치형의 모형도.

본 발명의 기어 펌프는 액체 또는 기체 압송용 펌프에 사용되는 내접 기어 펌프로서, 하기의 구성을 채용한 점에 특징을 갖고 있다.

즉, 외측 기어와, 상기 외측 기어에 내접하여 맞물리는 내측 기어와, 이들 기어를 수납하는 하우징을 구비하고, 외측 기어의 이홈과 이와 대향하는 내측 기어의 이끝은 에피사이클로이드 형상을 갖고, 외측 기어의 이끝과 이와 대향하는 내측 기어의 이홈은 하이포사이클로이드 형상을 갖는 내접 기어 펌프에 있어서, 외측 기어의 에피사이클로이드 형상(fh1)은 피치원 상을 전동하는 제1 생성원(re1)의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 내측 기어의 에피사이클로이드 형상(fh2)은 피치원 상을 전동하는 제2 생성원(re2)의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 외측 기어의 하이포사이클로이드 형상(fr1)은 피치원 상을 전동하는 제3 생성원(rh1)의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 내측 기어의 하이포사이클로이드 형상(fr2)은 피치원 상을 전동하는 제4 생성원(rh2)의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 생성원(re1, re2, rh1, rh2)의 각 반경은 각각 다르고, 외측 기어의 이끝과 이와 대향하는 내측 기어의 이홈 사이의 간극이 제3, 제4 생성원(rh1, rh2)의 직경차와 대략 동일하고, 외측 기어의 이홈과 이와 대향하는 내측 기어의 이끝 사이의 간극이 제1, 제2 생성원(re1, re2)의 직경차와 대략 동일하고, 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 점에 있어서의 외측 기어와 내측 기어 사이의 간극과, 외측 기어와 내측 기어의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 외측 기어와 내측 기어의 이끝 사이의 간극이 대략 동일해지는 구성으로 하여 상기 목적을 달성하는 것이다.

본 발명에 따르면, 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 점에 있어서의 이 사이의 간극과, 외측 기어와 내측 기어의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 이 사이의 간극이 대략 동일해지도록 했으므로, 압축 효율 및 수명의 향상, 더 나아가서는 잡음의 저감 및 이면 마모의 저감을 꾀할 수 있다.

도1에 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도시한다. fh1, fr1은 도2의 (a)와 (b)에 도시한 외측 기어(1)의 이홈(3) 및 이끝(4)의 형상을 규정하는 에피사이클로이드와 하이포사이클로이드를 나타낸다. fh1은 피치원(P) 상의 점(z0)을 기점으로 해서 제1생성원(re1)이 피치원 상을 전동하여, 그 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로서 형성된다. fr1은 마찬가지로 피치원 상의 점(z0)을 기점으로 해서 제3 생성원(rh1)이 피치원 상을 전동하여, 그 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로서 형성된다.

fh2, fr2는 도2의 (a)와 (b)에 도시한 내측 기어(2)의 이끝(6) 및 이홈(5)의 형상을 규정하는 에피사이클로이드와 하이포사이클로이드를 나타낸다. fh2는 피치원(P) 상의 점(z0')을 기점으로 해서 제2 생성원(re2)이 피치원 상을 전동하여, 그 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로서 형성된다. fr2는 마찬가지로 피치원 상의 점(z0')을 기점으로 해서 제4 생성원(rh2)이 피치원 상을 전동하여, 그 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로서 형성된다.

또, 피치원(P)은 도2의 (a)와 (b)의 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 각각의 피치원을 의미하는데, 도1에 있어서는 편의상 동일한 피치원으로서 표시되어 있다. 외측 기어(1)와 내측 기어(2) 사이의 간극(CR)은 생성원(re1, re2, rh1, rh2) 직경의 차에 의해 발생하므로, 외측 기어(1)와 이와 대향하는 내측 기어(2) 사이에는 양자가 가장 깊게 맞물리는 영역에서는 대략 동일한 간극이 발생하게 된다.

본 발명의 내접 기어 펌프는 도3에 도시된 바와 같이, 외측 기어(1)와 외측 기어보다도 잇수가 적은 내측 기어(2)가 하우징(10) 내에 배치되고(하우징의 덮개는 도시 생략), 내측 기어(2)가 외측 기어(1)의 회전 중심으로부터 편심된 위치에 회전 중심을 갖도록 배치되고, 그 내측 기어(2)와 동축에 배치되는 구동축(도시 생략)에 의해 회전 구동되는 구조를 갖는다. 하우징(10)은 통상의 펌프와 마찬가지로 흡인구(7) 및 토출구(8)를 갖고 있다. 내측 기어(2)와 외측 기어(1) 사이에는 양 기어의 회전에 의해 용적 변화를 발생하는 챔버(펌핑 챔버)(9)가 만들어지고, 그 챔버(9)가 흡인구(7)와 연통하고 있는 위치에서 챔버(9) 내로 액체 또는 기체가 흡입되고, 그 액체 또는 기체가 압축 공정으로 옮겨진 챔버내에서 압축되어 토출구(8)로부터 송출된다.

통상, 회전 펌프를 사용하면 제조 오차 등에 의해 구동축에 진동이 발생한다. 구동축의 진동은 그대로 내측 기어(2)에 전달되고, 내측 기어(2)의 이면과 맞물림으로써 외측 기어(1)에 전달된다. 이로써, 구동축의 진동은 이론상의 양 기어의 맞물림으로부터의 어긋남을 발생시키고, 양 기어에 예상하지 못한 이의 마모가 발생하는 동시에, 양 기어의 이 끼리 맞닿음으로써 잡음을 발생시킨다. 그리고, 외측 기어(1)와 하우징(10)이 기계적으로 가압되어 최악의 경우는 기어의 파손이라는 사태가 발생한다.

이 결과, 종래 기술에 있어서는 이 사이의 간극의 불균일성에 의해 발생하는 상기의 결점을 없애기 위해, 구동축의 진동을 엄밀한 제조를 행하여 작게 억제하거나, 또는 외측 기어(1)와 하우징(10) 사이의 간극을 큰 것으로 할 필요가 있었다.

그러나, 외측 기어(1)와 하우징(10) 사이의 간극을 크게 하는 행위는 펌프의 토출량을 저하시키는 행위에 지나지 않는다. 왜냐하면, 기어의 회전에 따른 챔버(9)의 용적 축소에 의해 압축된 유체가 그 간극을 통해서 고압 부분으로부터 저압 부분으로 역류하기 때문이다.

본 발명은 외측 기어(1)와 내측 기어(2)가 가장 깊게 맞물리는 점(가장 깊은 맞물림부)에 있어서의 각 기어 이 사이의 간극과, 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 각 기어 이 사이의 간극이 대략 동일해지는 구성으로 하여 이 사이의 간극의 불균일성을 해소한다.

물론, 이 사이의 간극의 균일성은 4개의 생성원의 직경에 적당한 차를 둠으로써 달성된다.

그 결과, 치형 형상의 연속성을 해치지 않고, 환언하면 치형 형상의 일부에 첨점을 발생시키지 않고 매끄러운 치형을 실현하여 첨점을 기점으로 하는 이면 마모의 발생을 억제할 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 내측 기어(2)의 잇수, 외측 기어(1)의 잇수, 에피사이클로이드를 생성하는 생성원의 직경과 하이포사이클로이드를 생성하는 생성원의 직경 및 그 비에는 전혀 구속받지 않고 이 사이의 간극의 균일성과 치형 형상의 연속성이 보증된다. 또, 이 사이의 간극의 양(크기)도 펌프의 필요 토출량에 따라서 선택되어야 하는 것이다.

도2의 (a)와 (b)에 본 발명의 내접 기어 펌프의 기어의 맞물림 상태를 도시한다. 도2의 (a)는 내측 기어(2)의 이끝(6)과 외측 기어(1)의 이홈(3)의 가장 깊은 맞물림 상태를 나타내고, 도2의 (b)는 내측 기어(2)의 이홈(5)과 외측 기어(1)의 이끝(4)의 가장 깊은 맞물림 상태를 나타낸다.

도면 부호 1은 외측 기어, 2는 내측 기어, 3, 4는 외측 기어(1)의 이홈과 이끝을 나타낸다. 5, 6은 내측 기어(2)의 이홈, 이끝을 나타낸다. 또, C₁은 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 가장 깊은 맞물림부에 있어서의 이끝과 이홈 사이의 간극이고, C₂는 맞물림이 가장 얕아지는 영역(가장 깊은 맞물림부의 반대 영역)에 있어서의 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 이끝 사이의 간극을 나타낸다. C₃은 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 축심의 편심량을 나타낸다.

다음에, 본 발명의 펌프에 있어서의 내측 기어 및 외측 기어의 대표적인 치수 제원을 나타낸다.

내측 기어 잇수 : 10개

내측 기어 피치원 직경 : 64.00 ㎜

내측 기어 에피사이클로이드 생성원 직경 : 2.50 ㎜

내측 기어 하이포사이클로이드 생성원 직경 : 3.90 ㎜

외측 기어 잇수 : 11개

외측 기어 피치원 직경 : 70.40 ㎜

외측 기어 에피사이클로이드 생성원 직경 : 2.56 ㎜

외측 기어 하이포사이클로이드 생성원 직경 : 3.84 ㎜

내측 기어와 외측 기어의 축심의 편심량 : 3.20 ㎜

상기 제원으로 치형을 작성하여 그 간극을 측정하면, 외측 기어(1)와 내측 기어(2)가 가장 깊게 맞물리는 점에 있어서의 이 사이의 간극[도2의 (a) 또는 (b)의 C₁]은 대략 0.06 ㎜가 되고, 외측 기어(1)와 내측 기어(2)의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 이 사이의 간극[도2의 (a) 또는 (b)의 C₂]은 전자와 대략 동일하게 대략 0.06 ㎜가 된다.

또, 치형 형상의 일부를 확대하면 에피사이클로이드의 개시점 또는 종료점과, 하이포사이클로이드의 개시점 또는 종료점이 첨점을 발생시키지 않고 연속성을 확보하고 있음을 알 수 있다.

도3에, 도1 및 도2의 내접 기어를 하우징(10)에 수납한 상태를 도시한다. 도면 부호 7은 흡인구, 8은 배출구, 9는 챔버, 10은 하우징이다. 하우징(10)에는 기어 수납실을 밀봉하는 덮개(도시 생략)가 부착된다.

또, 시작품에 의한 시험 결과로부터 본 발명의 구조를 가진 내접 기어 펌프는 종래 기술의 동종 펌프에 비해 수명 및 기계 효율이 모두 비약적으로 향상됨을 알 수 있었다.

Claims

외측 기어와, 해당 외측 기어에 내접하여 맞물리는 내측 기어와, 이들 기어를 수납하는 하우징을 구비하고, 외측 기어의 이홈과 이와 대향하는 내측 기어의 이끝은 에피사이클로이드 형상을 갖고, 외측 기어의 이끝과 이와 대향하는 내측 기어의 이홈은 하이포사이클로이드 형상을 갖는 내접 기어 펌프에 있어서,

외측 기어의 에피사이클로이드 형상은 외측 기어의 피치원 상을 전동하는 제1 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 내측 기어의 에피사이클로이드 형상은 내측 기어의 피치원 상을 전동하는 제2 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 외측 기어의 하이포사이클로이드 형상은 외측 기어의 피치원 상을 전동하는 제3 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 내측 기어의 하이포사이클로이드 형상은 내측 기어의 피치원 상을 전동하는 제4 생성원의 원주상의 일점의 궤적으로 형성되고, 생성원의 각 반경은 각각 다르고, 외측 기어의 이끝과 이와 대향하는 내측 기어의 이홈 사이의 간극이 제3, 제4 생성원의 직경차와 대략 동일하고, 외측 기어의 이홈과 이와 대향하는 내측 기어의 이끝 사이의 간극이 제1, 제2 생성원의 직경차와 대략 동일하고, 외측 기어와 내측 기어가 가장 깊게 맞물리는 점에 있어서의 외측 기어와 내측 기어 사이의 간극과, 외측 기어와 내측 기어의 맞물림이 가장 얕아지는 영역에서의 외측 기어와 내측 기어의 이끝 사이의 간극이 대략 동일한 것을 특징으로 하는 내접 기어 펌프.