KR101405775B1 - a method for shaping of vane pump housing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 베인 펌프의 하우징 형상에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하우징의 중심과 일정 간격 편심되어 회전하는 로터 내에서 미끄럼 이동 가능하게 결합된 베인이 하우징의 내면과 접촉하여 회전하는 동안 고정길이를 갖는 베인의 양쪽 끝단이 그리는 궤적이 하우징의 내면 윤곽선과 일치하도록 하우징 형상을 결정하는 방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a housing shape of a vane pump, and more particularly, to a housing shape of a vane pump, in which a vane slidably engaged in a rotor rotating in a constant eccentricity with the center of the housing rotates in contact with the inner surface of the housing, And the shape of the housing is determined such that the locus drawn by both ends of the vane coincides with the inner contour of the housing.
종래의 베인 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로부터 유체를 흡입하기 위한 흡입구(110)와, 펌핑된 유체를 토출하기 위한 토출구(120) 및 용적실(130)이 형성된 하우징(100); 상기 용적실에 편심 배치되어 회전하는 로터(200); 상기 로터의 반경 방향을 따라 형성된 베인 홈(210)에 끼위지고 탄성부재에 의해 지지되는 베인(300); 베인 단부가 용적실 내면에 밀착되도록 탄성 지지하는 탄성부재(310);를 포함한 펌프로서, 로터의 회전에 따라 탄성부재에 의해 지지되는 베인의 단부가 용적실 내면과 미끄럼 접촉할 때 용적실 체적이 가변되면서 유체가 흡입되거나 토출되도록 작동한다.1, a conventional vane pump includes a
위와 같은 종래 베인 펌프의 베인(300)은 양단에 두 개의 베인 (300 A,B)이 베인홈(210)에 끼위지고 중간에 탄성부재(310)로 연결된 형태로 되어 있어 하우징 내면의 직경 길이에 따라 베인의 전체길이가 늘어나기도 하고 줄어 들기도 하여 하우징 내면과 밀착하여 회전하게 되어 있다. 이러한 종래의 펌프에서 베인 구조가 베인을 두 개로 나누고 중간을 탄성부재로 연결할 수 밖에 없었던 이유는 아래에서 설명한다.The
도 2는 본 발명의 베인 펌프에서 베인을 끼우고 돌아가는 로터의 외주원(400)과 하우징 내면 윤곽선(500)을 나타낸 도면이다. 붉은 색으로 표시된 O는 로터의 회전 중심을 표시하며 이는 하우징의 가상 중심과 일정간격 편심되어 있고 중심 O를 지나게 표시된 여러개의 직선은 임의의 위치에서의 베인을 표시한 것이다. FIG. 2 is a view showing a
만일 베인이 도 1에 나타난 것처럼 중간에 탄성부재로 연결된 형태가 아니라 도 3에서 나타난 베인(300) 같이 하나의 강체로 되어 있다면 도 2에서 중심 O를 지나는 모든 직선의 길이는 항상 일정해야 한다. 베인의 길이를 L이라고 한다면 베인이 수직으로 위치해 있을 경우나 수평으로 위치해 있을 경우, 그리고 임의의 위치에서 기울어져 있을 경우 모두 직선의 길이는 L로서 일정해야 한다는 것이다. If the vane is in the form of a rigid body such as the
그런데, 로터의 중심은 하우징의 중심과 편심되어 있으므로 (편심이 되어야 용적실의 부피가 변하여 압축작용이 이루어 진다.) 로터가 회전할 때 베인의 양끝단이 이루는 궤적은 진원을 이루지 않게 된다. 그러나 실제 가공에 있어서는 도 2에서 하우징의 내면 윤곽선(500)을 원으로 가공하게 되는데 이는 원 모양이 가공이 제일 간단하고 조립이 용이하기 때문이다. 이렇게 원으로 가공하여 하우징의 내면 윤곽선이 진원(가상원)이 되면 어떤 위치에서는 원의 반지름이 베인보다 짧고 어떤 위치에서는 베인보다 길어지는 현상이 발생하게 된다. However, since the center of the rotor is eccentric with the center of the housing (the volume of the volume chamber is changed by the eccentricity, the compression action is performed). The locus of the ends of the vane at both ends of the rotor is not rounded. However, in actual processing, the
하우징의 내면 형상이 원으로 되어 있는 종래의 베인 펌프는 이런 문제에 대한 하나의 해결책으로 베인의 길이를 가변적으로 만들기 위해 베인을 두 편으로 분리하고 중간에 탄성부재를 끼워 베인이 어떤 위치에 있든지 하우징 내면의 진원 윤곽선에 맞도록 한 것이다.
Conventional vane pumps with a circular inner shape of the housing are one solution to this problem. In order to make the length of the vane variable, it is necessary to separate the vane into two pieces and insert the elastic member in the middle, To fit the outline of the inner surface of the housing.
그러나 베인 본체를 두 개로 분리하고 중간에 탄성부재를 끼워서 베인을 만들게 되면 펌핑 과정에서 작업유체가 중간으로 스며들게 되고 슬러지 같은 점성이 높은 작업대상 유체의 경우 시간이 지나면서 탄성부재에 작업물질이 축적되게 되어 베인의 기능을 제대로 못하게 되어 베인펌프 작동 자체가 안 되는 심각한 문제를 발생시킨다. 또한 탄성부재의 탄성력으로 베인이 하우징 내면을 계속 밀어부치게 되어 이로 인한 마모현상이 계속 발생하게 되어 펌프의 내구성에 심각한 문제를 발생시키게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 베인을 일체로 만들게 되면 상기에서 밝힌바와 같이 하우징 내면 형상이 베인이 움직이는 궤적과 일치하지 않는 문제가 발생하게 된다.
However, if the vane body is divided into two and the elastic member is inserted in the middle to form the vane, the working fluid will be impregnated in the middle of the pumping process, and in the case of the fluid having high viscosity such as sludge, This causes the vane to fail to function properly, causing serious problems that prevent the vane pump from operating. Further, due to the elastic force of the elastic member, the vane continues to push on the inner surface of the housing, and the abrasion phenomenon caused by the vane continues to occur, thereby causing a serious problem in the durability of the pump. If the vane is integrally formed to solve such a problem, there arises a problem that the inner surface shape of the housing does not coincide with the trajectory of the vane moving as described above.
베인이 하나의 강체로 된 펌프 중에서 상기의 문제점을 개선하기 위해 제시된 종래의 펌프 중 하나는 하우징의 내면 윤곽선을 원이 아닌 타원으로 제작하여 문제 해결을 시도하였으나 단순히 타원으로 일컬어지는 형상으로 하우징 내면 윤곽을 가공하게 되면 베인의 양끝단이 그리게 되는 정확한 형상과 여전히 일치하지 않게 되어 베인이 회전하는 동안 어떤 위치에서는 베인과 하우징 사이에 틈이 생기고 어떤 위치에서는 베인의 길이가 하우징의 지름보다 길게 되어 베인이 하우징을 파고 드는 현상이 발생한다. One of the conventional pumps proposed to solve the above problems among the pumps having one vane as a rigid body attempts to solve the problem by manufacturing the inner contour of the housing as an ellipse instead of a circle, but as a form called an ellipse, , The two ends of the vane still do not coincide with the exact shape to be drawn so that there is a gap between the vane and the housing at some position while the vane is rotating and the length of the vane at any position is longer than the diameter of the housing, And the phenomenon of pinching the housing occurs.
따라서 본 발명은 로터가 회전할 때 모든 위치에서 베인의 회전 궤적에 정확히 일치하는 하우징 내면의 윤곽을 결정하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for determining the outline of the inner surface of the housing which exactly matches the rotational locus of the vane at all positions when the rotor rotates.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 제공한다. 펌프의 용량에 따라 로터의 반지름(R)을 결정하는 단계; 펌프의 압축성능에 따라 베인의 길이(L)를 결정하는 단계; 베인이 시계 방향으로 회전할 경우 연직축과 베인이 이루는 각(θ)이 0도 에서 180도 까지 변해갈 때 베인의 선단부가 (도 2의 ①지점에서 시작하여 ⑤,⑥,⑦ 지점을 거치면서 다시 ①지점으로 돌아올 때 까지) 그리게 되는 궤적을 연속적으로 구하는 단계:로 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention provides the following method for solving the above problems. Determining a radius (R) of the rotor according to the capacity of the pump; Determining a length (L) of the vane according to the compression performance of the pump; When the vane is rotated in the clockwise direction, when the angle (?) Between the vertical axis and the vane changes from 0 to 180 degrees, the tip of the vane starts to move from the
본 발명은 로터가 하우징 내면과 편심이 되어 있고 일체로 된 베인을 사용하는 베인 펌프에서 베인이 회전하면서 그리게 되는 궤적이 하우징 내면의 윤곽선과 정확히 일치되도록 하우징을 가공함으로써 베인이 로터의 중심을 회전 중심으로 회전하면서 하우징에서 어느 위치에 있더라도 그 지점에서 로터의 중심 O를 중심으로 한 하우징의 대각선 길이가 베인의 길이가 동일하게 되어 베인 끝부분과 하우징 내면간에 마찰이 전혀 발생하지 않게 되어 압축공간이 되는 용적실의 정확한 기밀성이 보장되어 확실한 펌핑 기능을 수행할 수 있고 마모가 일어나지 않으므로 펌프의 내구성이 비약적으로 향상되는 효과를 발생시킨다.In the present invention, the rotor is eccentrically formed with the inner surface of the housing, and the vane is rotated so that the trajectory drawn by the vane in the vane pump using the integral vane exactly matches the contour of the inner surface of the housing, The length of the diagonal line of the housing centered on the center O of the rotor is equal to the length of the vane at that point so that no friction occurs between the vane end and the inner surface of the housing, The accurate airtightness of the volumetric chamber can be ensured and reliable pumping function can be performed, and wear is not caused, so that the durability of the pump is remarkably improved.
도 1은 베인의 중앙이 탄성부재로 연결된 종래의 베인펌프를 나타낸 도면이다.
도 2는 로터의 외주원과 하우징 내면 윤곽선을 그린 도면이다.
도 3은 베인의 하나의 강체로 된 베인펌프를 나타낸 도면이다.1 is a view of a conventional vane pump in which the center of the vane is connected to an elastic member.
FIG. 2 is a view showing the outer circumference circle of the rotor and the inner contour of the housing. FIG.
3 is a view showing a vane pump made of one rigid body of a vane.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 다음과 같다. 먼저 펌프가 사용되는 용도와 작업 내용에 따라 펌프의 용량을 결정하고 적정한 용량이 결정되면 이에 따라 로터의 크기(반지름 R)를 결정한다. 로터의 크기가 결정되면 압축성능을 결정해야 하는데 이는 베인의 총길이(L)로 결정된다. 아래에서 d가 클수록 용적실(130) 즉, 압축공간이 커지게 되고 압축성능이 커지게 된다. 로터의 반지름 R과 베인의 길이 L이 결정되면 하우징의 내면의 윤곽선은 다음과 같이 결정된다.(도4 참조)
Specific details for carrying out the present invention are as follows. First, determine the capacity of the pump according to the purpose and application of the pump and determine the size (radius R) of the rotor accordingly. Once the size of the rotor is determined, the compression performance must be determined, which is determined by the total length (L) of the vane. As d becomes larger, the
여기서, here,
R: 로터의 반지름 R : Radius of the rotor
L: 베인의 길이 L : Length of the vane
2d: 베인의 총길이와 로터 직경의 차이. 또는 베인이 수직위치에 있을 때 (y축과 일치할 때) 하우징 내면의 연직 폭과 로터 직경의 차이 (2d = L -2R) 2d : The difference between the total length of the vane and the rotor diameter. Or the difference between the vertical width of the inner surface of the housing and the rotor diameter (2d = L -2R) when the vane is in the vertical position (in line with the y-axis)
θ: 베인이 시계방향으로 회전할 때 양의 y축과 베인이 이루는 각 (호도법으로 표시되며 θ : The angle between the positive y-axis and the vane when the vane rotates clockwise
0 °≤θ≤ 180°) 0 DEG ≤
r : 베인이 θ 만큼 회전했을 때 베인의 끝단이 위치한 점(도 4에서 P점)과 로터의 중심까지의 거리 r : Distance between the point where the vane end is located (point P in FIG. 4) and the center of the rotor when the vane is rotated by?
라고 할 때
When
r은 θ가 0일 때 r=R 이 되고 θ가 180 일 때 r= R+2d 가 되어야 한다. r should be r = R when θ is 0 and r = R + 2d when θ is 180.
r이 0 에서 180 사이에서 초기값 R에서 최종값 R+2d 까지 선형적으로 증가하므로 임의의 각 Since r increases linearly from the initial value R to the final value R + 2d from 0 to 180,
θ에서 r= R + (d/90)*θ (1) 의 식이 만들어진다. (도 5 참조)
The formula of r = R + (d / 90) * θ (1) is made at θ . (See Fig. 5)
상기 (1)식에서 얻은 r을 기준으로 P점의 x-y 좌표계에서 x, y의 좌표값을 알아보면 If the coordinate values of x and y in the x-y coordinate system of the point P based on the r obtained in the above expression (1)
x 좌표 = r*sinθ = {R + (d/90)*θ}*sinθ x coordinate = r * sin? = {R + (d / 90) *?} sin?
y 좌표 = r*cosθ = {R + (d/90)*θ)}*cosθ 로 표시된다.
y coordinate = r * cos? = {R + (d / 90) *?)} cos?
이렇게 하여 0도 에서 180 도 사이에서 θ가 1도씩 증가할 때 각 지점의 x,y 좌표를 구하여 이를 연결하면 베인의 끝단이 움직이면서 그리는 궤적과 정확히 일치하는 윤곽선을 얻을 수 있다. 또한 180도 부터 360도 까지의 나머지 반에 해당하는 형상은 0에서 180 까지의 윤곽선을 y축을 중심으로 대칭하여 가공하면 얻을 수 있다. 실제 가공에서는 공구의 가공공차를 고려하면 1도 분할은 의미가 없고 θ를 2도씩 증가시킬 때 x,y 좌표를 구하여 그 좌표들을 가지고 하우징 내면 가공을 하여도 정확한 내면 윤곽선을 구할 수 있다. Thus, when θ increases by 1 degree from 0 ° to 180 °, you can obtain the x and y coordinates of each point and connect them to obtain the outline that exactly matches the trajectory drawn by moving the end of the vane. Also, the shape corresponding to the other half from 180 to 360 degrees can be obtained by symmetrically processing the contour line from 0 to 180 about the y-axis. In actual machining, considering the machining tolerance of the tool, there is no point in dividing 1 degree, and when the θ is increased by 2 degrees, the x and y coordinates are obtained and the inner contour can be obtained even if the inner surface of the housing is processed with the coordinates.
몇 가지 특수각에서 식을 검증해 보면 θ가 90 일 때 즉 P가 도 2에서 ⑤ 지점에 올 때 θ=90을 대입하면 x = R+d 가 되고 y = 0 가 되고 반대편 Q는 ⑦지점에 오게 되고 두 지점의 길이는 2R+2d가 되어 베인의 전체 길이와 일치한다. When θ is 90, that is, when P comes to ⑤ in Fig. 2, θ = 90 is substituted for x = R + d and y = 0 and the opposite Q is at ⑦ The length of the two points is 2R + 2d, which corresponds to the total length of the vane.
θ가 30도일때 즉, 도 2에서 베인의 끝단이 A,B에 위치해 있을 때 (1)식에 의하면 OA = r= R + (d/90)*30 = R + d/3 이 되고 OB의 길이는 OC와 대칭이고R = (d / 90) * 30 = R + d / 3 when the angle θ is 30 degrees, that is, when the ends of the vanes are located at A and B in FIG. Length is symmetrical to OC
OC 는 θ가 150도인 경우에 해당하므로 OC = R + (d/90)*150 = R + 5d/3,OC = R + (d / 90) * 150 = R + 5d / 3,
따라서 AB = OA +OB = OA + OC = R + d/3 + R + 5d/3 = 2R + 2d가 되어 베인의 길이와 일치하게 된다.
Therefore, AB = OA + OB = OA + OC = R + d / 3 + R + 5d / 3 = 2R + 2d.
100 : 하우징 110 : 흡입구
120 : 토출구 130 : 용적실
200 : 로터 210 : 베인 결합용 홈
300 : 베인 300A : 분리형 베인의 일편
300B : 분리형 베인의 또 다른 일편 310 : 탄성부재
400 : 로터의 외주원 500 : 하우징 내면의 궤적100: housing 110: inlet
120: discharge port 130: volumetric chamber
200: rotor 210: groove for vane coupling
300: Vane 300A: One piece of detachable vane
300B: Another piece of detachable vane 310: Elastic member
400: outer circle of the rotor 500: locus of the inner surface of the housing
Claims (2)
펌프의 압축성능에 따라 베인(300)의 길이(L)를 결정하는 단계;
상기 베인(300)이 시계 방향으로 회전할 경우 연직축(양의 y축)과 상기 베인(300)이 이루는 각(θ)이 0도 에서 180도 까지 변해갈 때 상기 베인의 선단부가 그리게 되는 궤적을 구하는 단계:
상기 베인의 선단부가 그린 궤적과 상기 궤적을 y축을 중심으로 대칭 이동시켜 이들을 연결한 선이 나타내는 형상을 펌프 하우징 내면 형상으로 결정하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 베인을 가진 베인펌프의 하우징 형상 결정방법.
Determining a radius (R) of the rotor according to the capacity of the pump;
Determining the length L of the vane 300 according to the compressive performance of the pump;
When the vane 300 rotates in the clockwise direction, when the angle? Formed by the vertical axis (positive y axis) and the vane 300 changes from 0 degrees to 180 degrees, a trajectory in which the tip of the vane is drawn Steps to Obtain:
Symmetrically moving the drawn locus of the vane with the locus and the locus about the y-axis, and determining a shape represented by a line connecting the locus and the locus as the inner shape of the pump housing; Wherein the vane pump has an integral vane.
x = {R + (d/90)*θ}*sinθ
y = {R + (d/90)*θ}*cosθ 2. The method according to claim 1, wherein the x and y coordinates of the locus in the step of obtaining the trajectory of drawing the leading end of the vane are expressed by the following equations, respectively.
x = {R + (d / 90) *?} sin?
y = {R + (d / 90) *?} * cos?
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- 2012-12-31 KR KR1020120158771A patent/KR101405775B1/en active IP Right Grant
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