KR101748310B1 - 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프 - Google Patents

지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프 Download PDF

Info

Publication number
KR101748310B1
KR101748310B1 KR1020160018977A KR20160018977A KR101748310B1 KR 101748310 B1 KR101748310 B1 KR 101748310B1 KR 1020160018977 A KR1020160018977 A KR 1020160018977A KR 20160018977 A KR20160018977 A KR 20160018977A KR 101748310 B1 KR101748310 B1 KR 101748310B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
profile
circle
outer rotor
inner rotor
Prior art date
Application number
KR1020160018977A
Other languages
English (en)
Inventor
이재천
하오 리우
Original Assignee
계명대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 계명대학교 산학협력단 filed Critical 계명대학교 산학협력단
Priority to KR1020160018977A priority Critical patent/KR101748310B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101748310B1 publication Critical patent/KR101748310B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G06F17/5086—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F2217/12—
    • G06F2217/16—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Abstract

본 발명은 동일한 반경(R 1)을 갖는 기초원 상에 하이포 사이클로이드 곡선의 호와 에피 사이클로이드 곡선의 호를 연결하여 이너 로터의 프로파일을 생성하고, 상기 이너 로터 프로파일에 대응되게 아우터 로터의 프로파일을 생성하여, 이너 로터와 아우터 로터의 프로파일 설계를 최적화할 수 있는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프를 제공한다.

Description

지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프{Rotors design method for gerotor oil pump and gerotor oil pump manufacturing through it}
본 발명은 자동차의 윤활장치나 변속기 등에 사용되는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진의 윤활장치는 엔진작동을 원활히 하고 수명을 오래 유지하기 위한 필수장치이며 이러한 윤활장치의 구성품 중 하나인 오일펌프는 유량, 내구성, 소음 및 소형화 측면에서 유리한 내접형 기어펌프가 주로 사용된다.
이러한 오일펌프(oil pump)는 자동차의 엔진 등에 장착되어 구동되는 엔진의 필수 기능 부품으로 엔진으로부터 공급받는 기계적인 에너지를 엔진 오일의 압력 에너지 및 속도 에너지로 변환시켜 엔진 내부의 각 습동부에 윤활 오일을 공급하여 부품의 이상 마모, 소착 등이 발생하지 않도록 하는 부품이다. 오일펌프를 구성하는 부품은 전기적인 모터(electric motor), 키이(key), 이너 로터(inner rotor), 아우터 로터(outer rotor), 로터 케이스(rotor case), 오링(O-ring), 스크류(screw) 등으로 구성된다.
오일펌프에서 기타 표준 제품 이외에 로터 케이스는 오일펌프의 사양에 따라 다이캐스팅으로 생산되고 있으며, 아우터 로터 및 이너 로터는 분말 단조로 생산되고 있다.
한편, 임의적으로 생성한 로터를 가지는 지로터(gerotor) 펌프 및 모터는 이너 로터와 아우터 로터로 구성되어 있어 구조가 간단하고 소결 제품의 제작 기술 발달로 가공의 정밀도가 높아짐에 따라 형상이 복잡하더라도 가공이 용이하며, 조립이 쉽고 두 치형 사이에 상대 운동이 적으므로 장기간 사용하여도 효율의 변화가 적으며, 흡입 성능이 우수하다. 또한 피스톤 펌프와 결합된 2연 펌프(tandeum pump)의 흡입 및 저항을 주는 펌프로 널리 사용되고 있으며, 특히 다른 펌프에 비하여 소음이 적어 엔진 윤활을 위한 윤활유의 공급원이나 자동 변속기의 유압원으로 널리 사용되고 있다. 그리고 전체 체적에 비하여 베인이나 기어펌프보다 1회전당의 토출량이 많은 것을 장점으로 가지고 있다. 이러한 이유로 유압 시스템에 널리 사용되고 있으며 최근 가공 기술의 발달과 함께 급격하게 응용성이 점차 확대되어 가고 있는 실정이다.
따라서, 지로터형 펌프의 로터 치형 설계와 관련하여 많은 연구가 수행되어 왔다. Colbourne("Gear Shape and Theoretical Flow Rate in Internal Gear Pumps," Trans. of the CSME, Vol. 3, No. 4 pp. 215-223, 1975)은 이너 로터와 아우터 로터의 접촉을 시뮬레이션하여 이너 로터 치형의 좌표를 구하고 이너 로터와 아우터 로터의 치형 곡선으로 폐쇄되는 챔버에서의 면적을 계산하였다. Sae-gusa("Development of Oil-Pump Rotor with a Trochoidal Tooth Shape," Tran. SAE, 840454. pp. 359-364, 1984) 등은 이너 로터를 고정시키고 아우터 로터를 회전시켜 아우터 로터의 치형인 원호의 중심에 대한 궤적을 구하고, 이너 로터와 아우터 로터의 물림 특성으로부터 이너 로터의 치형을 구하는 식을 유도하여 이너 로터의 치형을 구하는 식을 유도하였다. 또한, Beard("Hypotrochoidal versus Epitrochoidal Gerotor Type Pumps with Special Attention to Volume Change Ratio and Size," ASME Proceedings, Design Automation conferance, Boston, Mass,. Sep. 1987) 등은 하이포트로코이드(Hypotrochoidal)와 에피트로코이드(Epitrochoidal) 사이의 유량 변화를 비교하고 수학적인 관계를 나타냈다. Tsay("Gerotor Pumps-Design Simulation And Contact Analysis," pp. 349-356. 1992)는 절삭과정을 시뮬레이션하여 이너 로터의 치형을 구하는 방법을 발표하였다. 한편, 이성철("Journal of STLE, Vol. 11, No 2, pp 63- 70. 1995) 등은 곡선족(family of curves)을 이용하여 이너 로터의 치형에 대한 식을 유도하고 유압 모터를 대상으로 유량 및 토크 계산 등의 특성 해석을 실시하였다.
그러나, 현재까지 발표된 내용들은 이론적 해석에 치중하였고, 더구나 이것을 전산화하여 쉽게 활용한 예는 없어서 실제 설계시 많은 문제점이 있었다. 또한 오일펌프 설계 기술에서 가장 중요한 로터 형상의 설계에 대한 연구가 필요하며, 고성능, 고효율, 저소음, 저진동의 새로운 치형에 대한 연구가 절실한 실정이다. 특히, 오일 펌프의 성능, 진동, 효율에 관련된 인자를 분석하여 치형의 기하학적(geometry), 유체역학적(CFD:computational fluid dynamics), 시스템적(system sumulation) 접근이 요구된다.
대한민국 등록특허 10-0940980호 대한민국 등록특허 10-1101610호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상호 결합되는 이너 로터와 아우터 로터의 프로파일을 설계를 최적화할 수 있는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프를 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법은, 동일한 반경(R 1)을 갖는 기초원 상에 하이포 사이클로이드 곡선의 호와 에피 사이클로이드 곡선의 호를 연결하여 이너 로터의 프로파일을 생성하고, 상기 이너 로터 프로파일에 대응되게 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드가 기초원들의 둘레를 연결할 수 있도록 다음의 식을 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112016016102427-pat00001
Z 1 : 로브(lobe) 수
rh : 하이포 사이클로이드 롤링 원의 반경
re : 에피 사이클로이드 롤링 원의 반경
또한, 상기 이너 로터의 프로파일을 생성하는 상기 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드의 매개 방정식은 다음의 두 식으로 각각 정리되는 것이 바람직하다.
Figure 112016016102427-pat00002
Figure 112016016102427-pat00003
β : 롤링원의 중심과 기초원의 중심에 의해 결정되는 직선의 기울기
다음, 상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 방법은 맞물림 원리에 따라 아우터 로터의 프로파일 좌표를 구하는 기하학적 관계법일 수 있다.
이때, 상기 기하학적 관계법은, 아우터 로터의 피치원은 고정한 상태에서, 이너 로터의 피치원을 회전각도(θ)로 아우터 로터의 피치원을 따라 회전시키면서 생성하는 것이 바람직하다.
상기 이너 로터의 피치원 회전각도(θ)는 다음의 식에 의해 설정되는 것이 바람직하다.
Figure 112016016102427-pat00004
상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하기 위한 분석 방정식은 다음의 식에 의해 설정되는 것이 바람직하다.
Figure 112016016102427-pat00005
한편, 상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 방법은 아우터 로터의 프로파일 좌표를 계산하는 그래픽 접근법일 수 있다.
여기서 상기 그래픽 접근법은 아우터 로터의 피치원은 고정되고, 이너 로터의 피치원이 미끄럼 없이 아우터 로터의 피치원의 안쪽을 따라 회전하고, 이너 로터의 회전을 통해 패밀리 곡선을 형성하며, 외부 포락(enveloping) 곡선으로 아우터 로터의 프로파일을 형성하는 것이 바람직하다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프는, 상기한 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법에 의해 제작된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프는, 이너 로터의 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드 프로파일을 생성하고, 이너 로터의 결합 프로파일인 아우터 로터의 프로파일을 생성하기 때문에 이너 로터와 아우터 로터의 프로파일 설계를 최적화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 트로코이드 형성을 위한 외부 롤링 방법이 도시된 참고도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법을 실현하기 위한 내부 롤링 방법을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 이너 로터의 트로코이드 프로파일과 아우터 로터의 원호 프로파일을 생성하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드의 조합에 의해 로브의 생성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 이너 로터의 프로파일, 이너 로터와 아우터 로터의 기초원을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 아우터 로터의 피치원을 따라 이너 로터의 피치원이 회전하는 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 그래픽 접근법에 의한 아우터 로터 설계 방법을 보여주는 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
지로터 펌프의 이너 로터에 사용되는 트로코이드 프로파일은 트로코이드의 등거리 곡선이고, 아우터 로터의 프로파일은 반경이 상기 등거리 곡선 값과 동일한 원의 부분적인 원호를 갖는 대응(conjugate) 프로파일이다. 기하학적으로, 패밀리 원들이 그 트로코이드에 위치한 점의 중심에 그려지면, 패밀리 원들의 내부 포락(enveloping) 라인들은 이너 로터의 프로파일을 형성하게 된다. 이러한 방법으로, 이너 로터의 프로파일 파라미터 방정식을 얻을 수 있다.
다음은 트로코이드를 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 반경 r 2 를 갖는 구름원(rolling circle)은 반경 r 1 을 갖는 고정원(fixed circle - 기본원이라고도 함) 둘레를 미끄러짐 없이 회전할 때, 트로코이드 곡선은 고정점 C의 궤적이 된다.
이와 같이 트로코이드를 형성하기 위해 구름원이 고정원의 외부를 회전하는 방식이 외부 롤링 방법이다.
반면, 도 2를 참조하면, 구름원의 반경 r 2 이 고정원의 반경 r 1 보다 더 크고, 두 원들이 내부 접선을 따라 회전한다면, 구름원이 고정원의 내부를 회전하는 방식의 내부 롤링 방법으로도 트로코이드를 형성할 수 있다.
이러한 내부 롤링 방법을 이용한 이너 로터의 프로파일 설계 방법에 대하여 자세히 설명한다.
도 2는 내부 롤링 방법을 사용하여 트로코이드를 형성하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2에서 O 1과 O 2는 각각 기본원과 구름원의 중심이다. 두 원들이 접점 P에 미끄럼 없이 회전할 때, 구름원 상에 있는 고정점 C는 기본원이 갖는 고정 평면 위에 궤적을 형성한다. 이 궤적 C 1 이 트로코이드를 형성하게 된다.
프로파일을 얻기 위해, 기본원의 중심 O 1에 위치되고, x축이 접촉점 P를 통과하는 고정 좌표계 Sf(O 1, x, y)를 만들고, 기본원에 중심 O 1에 위치되는 회전 좌표계 S 1(O 1, x 1, y 1)도 만든다. 그리고 구름원에 고정된 점 O 2에 기초하는 또 하나의 회전 좌표계 S2(O 2, x 2, y 2)를 만든다. 그리고 점 C는 x 2 축 위에 위치되게 한다.
구름원과 기본원 사이에 미끄러짐이 없기 때문에, 기본원이 자신의 센터를 중심으로 φ 1만큼 회전할 때, 구름원도 동일하게 자신의 센터를 중심으로 φ 2 만큼 회전한다.
더욱이, 상기 두 원 사이에 미끄러짐이 없으므로 다음 [수학식 1]이 가능하게 된다.
[수학식 1]
Figure 112016016102427-pat00006
r 1과 r 2를 결정하면, 트로코이드 형상은 상기 점 C로부터 구름원의 중심 O 2까지 거리 L에 구름원의 반경 r 2의 비율에 의해 결정된다. 그 비율은 아래 [수학식 2]로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016016102427-pat00007
여기서, K의 역수를 k라 하면, [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016016102427-pat00008
변환 이론 좌표에 따르면, 좌표계 S 2로부터 좌표계 S 1까지 변환 행렬은 다음[수학식 4]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016016102427-pat00009
회전 좌표계 S2의 점 C의 궤적은 [수학식 5]와 같다.
[수학식 5]
Figure 112016016102427-pat00010
회전 좌표계 S 1의 점 C의 궤적은 다음 [수학식 6]과 같이 행렬 형식으로 표현되는 트로코이드이다.
[수학식 6]
Figure 112016016102427-pat00011
직교 좌표 형식에 의한 상기 트로코이드 궤적 방정식을 정리하면 [수학식 7]과 같다.
[수학식 7]
Figure 112016016102427-pat00012
이제, 이너 로터와 아우터 로터의 프로파일 설계 방법에 대하여 설명한다.
트로코이드 형성에 있어서, 미끄러짐이 없는 기본원과 구름원 사이에 상대적인 순간 센터는 접점 P이다. 따라서 라인 PC는 도 2에 나타난 바와 같이 곡선 C 1의 법선이다. 패밀리 원은 트로코이드 C 1과 반경 R 상에 위치된 점들의 중심에 그려지고, 패밀리 원의 내부 포락 라인은 이너 로터의 프로파일 트로코이드 등거리 곡선 C 1 이다. 아우터 로터의 프로파일은 그것의 대응 원호 부분이다.
라인 O 2 C와 트로코이드 법선PC 사이의 각을 θ라 할 때, 사인 법칙은 [수학식 7]과 같이 삼각형 ΔPCO 2에 적용할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112016016102427-pat00013
상기 [수학식 7]은 상기 [수학식 3]에 의해 [수학식 8]과 같이 정리할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112016016102427-pat00014
이 [수학식 8]은 트로코이드 기어의 맞물림 방정식이라 부르고, 아래 [수학식 9]와 같이 정리할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112016016102427-pat00015
앞서 언급한 바와 같이, 이너 로터의 프로파일은 트로코이드의 등거리 곡선이고, 아우터 로터의 프로파일은 반경 R을 갖는 호이다.
맞물림 포인트 M은 공통 법선 PC에 위치된다. 이너 로터의 프로파일 방정식은 논문(Xu, X.Z. (2005) Theoretical Research and Simulation of Internal Cycloid Pump. Ph.D Dissertation, Dongnan University, Nanjing.)에 개재된 복소 벡트의 형성을 이용하여 유도될 수 있는데, 직교 좌표의 프로파일 방정식은 [수학식 10]과 같다.
[수학식 10]
Figure 112016016102427-pat00016
도 3에서는 R = 8.5 mm 로 설정된 이너 로터(청색 실선)의 프로파일을 보여준다. 또한 아우터 로터의 프로파일은 두 부분을 포함하는데, 그 하나는 도 3에서 적색 원의 부분 호이고, 다른 하나는 도 3에서 검정색으로 표현된 아우터 로터의 기본원이다.
이와 같은 내부 롤링 방법을 이용하여 지로터 펌프의 프로파일의 생성이 가능해진다.
이제, 하이포 사이클로이드 곡선과 에피 사이클로이드 곡선을 이용한 트로코이드 프로파일의 생성 방법에 대하여 설명한다.
이너 로터의 프로파일은 하이포 사이클로이드 곡선의 호와 에피 사이클로이드 곡선의 호로 구성된다. 도 4를 참조하면, 반경 방향으로 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드를 연결하기 위해서, 기초원들은 동일한 반경 R 1을 갖는다.
그리고 하이포클로이드와 에피클로이드가 기초원들의 둘레를 연결할 수 있도록 다음 조건을 만족해야 하는데, 하이포 사이클로이드 및 에피 사이클로이드 생성하는 롤링 원들의 원주 합은 기초원 둘레의 Z 1 번째이다. 따라서, 다음 [수학식 11]을 만족한다.
[수학식 11]
Figure 112016016102427-pat00017
물론, 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드는 기초원의 둘레의 한 점에서 연결할 수 있다. 하지만, 그 점에서 그들의 접선 라인들은 다른 기울기를 가지므로 동일하지 않을 수 있다. 그것은 그들 사이에 필렛(fillet)을 추가함으로써 해결할 수 있다.
아래 [수학식 12]와 [수학식 13]에 의해 표현된 하이포 사이클로이드 및 에피 사이클로이드의 매개 방정식을 도출할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112016016102427-pat00018
[수학식 13]
Figure 112016016102427-pat00019
여기서 β 는 파라미터이고, 이 파라미터는 도 4에 도시된 바와 같이 하이포 사이클로이드 또는 에피 사이클로이드의 롤링원의 중심과 기초원의 중심에 의해 결정되는 직선의 기울기이다.
로브(lobe) 넘버 Z 1=6을 갖는 이너 로터의 전체 프로파일은 도 5에 도시되어 있다.
두 로터들의 맞물림 원리를 설명한다. 이너 로터와 아우터 로터가 그들의 중심 O 1과 O 2의 둘레를 함께 회전할 때, 도 5에 도시된 바와 같이 각각 반경 R 1과 R 2 은 갖는 그들의 피치원들도 미끄러짐 없이 점 P에 접촉하면서 실제로 회전한다. 여기서 이너 로터의 기초원은 여기서 피치원으로 선택된다. 이너 로터의 로브 수는 Z 1=6 이고, 두 로터 사이의 거리는 편심 e 이다. 이때 다음과 같은 [수학식 14]가 성립한다.
[수학식 14]
Figure 112016016102427-pat00020
이너 및 아우터 로터가 회전할 때, 이 두 로터의 프로파일은 한 쌍의 결합된 프로파일을 형성하게 된다.
이제, 상기한 바와 같은 이너 로터의 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드로부터, 아우터 로터의 프로파일을 유도하는 방법을 설명한다.
하나는 맞물림 원리에 따라 아우터 로터의 프로파일 좌표를 구하는 기하학적 관계법이고, 다른 하나는 아우터 로터의 프로파일 좌표를 계산하는 그래픽 접근법이다.
먼저, 이너 및 아우터 로터의 기하학적 관계는 아우터 로터의 프로파일을 도출하기 위한 분석된다.
아우터 로터의 피치원은 고정되고, 이너 로터의 피치원은 회전각도 θ로 그 전자를 따라 회전한다. 이너 로터의 피치원의 중심 O 1은 도 6에 나타낸 바와 같이 접점 P에서 P'로 이동함으로써 O' 1 까지 이동한다.
이너 및 아우터 로터의 회전 호가 동일한 길이라는 것을 고려하면, 이너 로터의 회전 각도는 [수학식 15]와 같다.
[수학식 15]
Figure 112016016102427-pat00021
상기 회전 각도에서, 이너 및 아우터 로터의 접점은 이너 및 아우터 로터의 대응하는 좌표 Nin(xin, yin)과 Nout(xout, yout)를 갖는 점 N 이다.
이너 로터의 점 Nin(xin, yin)의 편각을 고려하면, 다음의 [수학식 16]이 수립된다.
[수학식 16]
Figure 112016016102427-pat00022
이제, 회전 행렬을 이용할 수 있는데, 대응 점 Nout(xout, yout)의 좌표는 아우터 로터의 프로파일을 생성을 위해 분석 방정식을 제공하는 [수학식 17]로 표시된다.
[수학식 17]
Figure 112016016102427-pat00023
다음, 아우터 로터의 결합 프로파일을 얻기 위한 그래픽 접근법은 간단하고 직관적이며 실용적이지만 정밀도가 낮은 단점이 있다. 그러나, 그래픽 접근법은 컴퓨터 등의 도움을 이용하여 크게 향상시킬 수 있다.
이 방법에 의해, 먼저 아우터 로터는 고정되고, 이너 로터의 피치원이 미끄럼 없이 아우터 로터의 피치원의 안쪽을 따라 회전하게 된다. 이너 로터의 회전으로, 그것의 로브 프로파일은 패밀리 곡선을 형성하며, 외부 포락(enveloping) 곡선은 도 7에 도시된 바와 같이 아우터 로터의 프로파일을 형성한다.
이너 로터가 서로 다른 회전 각도일 때 로브 프로파일의 좌표와, 아우터 로터의 프로파일인 외부 포락 곡선의 좌표를 찾는 것은 수치 계산으로 어렵지 않게 해결할 수 있다.
상기한 바와 같이 트로코이드 프로파일 생성 방법은 지로터 펌프에 폭넓게 적용될 수 있다.
즉, 본 발명의 트로코이드 프로파일 생성 방법은, 먼저 이너 로터의 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드 프로파일을 생성한다. 그리고 이너 로터의 결합 프로파일인 아우터 로터의 프로파일을 생성한다. 아우터 로터의 트로코이드를 구하기 위해 기하학적 관계를 분석하여 결합 곡선의 분석 방정식을 얻거나, 수치 계산을 통한 그래픽 접근법으로 가능해지게 된다.
이와 같은 과정을 통해 상호 결합되는 이너 로터와 아우터 로터의 프로파일을 설계를 최적화할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 동일한 반경(R 1)을 갖는 기초원 상에 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드가 생성하는 롤링 원들의 원주 합은 다음 식과 같이, 상기 기초원의 둘레의 Z1 번째이고,
    Figure 112017025785896-pat00036
    ,
    Z 1 : 로브(lobe) 수, rh : 하이포 클로이드 롤링 원의 반경, re : 에피 클로이드 롤링 원의 반경

    상기 하이포 사이클로이드의 곡선의 호와 상기 에피 사이클로이드의 곡선의 호를 연결하여 이너 로터의 프로파일을 생성하는데, 상기 이너 로터의 프로파일을 생성하는 상기 하이포 사이클로이드와 에피 사이클로이드의 매개 방정식은 다음의 두 식으로 각각 정리되고,
    Figure 112017025785896-pat00037

    Figure 112017025785896-pat00038

    β : 롤링원의 중심과 기초원의 중심에 의해 결정되는 직선의 기울기

    상기 이너 로터의 프로파일에 대응되게 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 방법은 맞물림 원리에 따라 상기 아우터 로터의 프로파일 좌표를 구하는 기하학적 관계법인 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기하학적 관계법은, 상기 아우터 로터의 피치원은 고정한 상태에서, 상기 이너 로터의 피치원을 회전각도(θ)로 상기 아우터 로터의 피치원을 따라 회전시키면서 생성하는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이너 로터의 피치원 회전각도(θ)는 다음의 식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
    Figure 112017025785896-pat00039
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하기 위한 분석 방정식은 다음의 식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
    Figure 112017025785896-pat00040
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 아우터 로터의 프로파일을 생성하는 방법은 상기 아우터 로터의 프로파일 좌표를 계산하는 그래픽 접근법인 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 그래픽 접근법은 상기 아우터 로터의 피치원은 고정되고, 상기 이너 로터의 피치원이 미끄럼 없이 상기 아우터 로터의 피치원의 안쪽을 따라 회전하고, 상기 이너 로터의 회전을 통해 패밀리 곡선을 형성하며, 외부 포락(enveloping) 곡선으로 상기 아우터 로터의 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 지로터 오일 펌프.
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020160018977A 2016-02-18 2016-02-18 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프 KR101748310B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160018977A KR101748310B1 (ko) 2016-02-18 2016-02-18 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160018977A KR101748310B1 (ko) 2016-02-18 2016-02-18 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101748310B1 true KR101748310B1 (ko) 2017-06-27

Family

ID=59514625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160018977A KR101748310B1 (ko) 2016-02-18 2016-02-18 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101748310B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113916178A (zh) * 2021-09-18 2022-01-11 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种基于三坐标测量平台的转子检测优化方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101251632B1 (ko) * 2011-12-30 2013-04-08 부산대학교 산학협력단 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101251632B1 (ko) * 2011-12-30 2013-04-08 부산대학교 산학협력단 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Profile Design and Numerical Calculation of Instantaneous Flow Rate of a Gerotor Pump", Journal of Applied Mathematics and Physics(pp. 92-97), 2015. 3.
"내부로터가 다양한 곡선의 조합으로 구성된 제로터의 설계", 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집(pp. 263-264), 2009년 10월*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113916178A (zh) * 2021-09-18 2022-01-11 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种基于三坐标测量平台的转子检测优化方法
CN113916178B (zh) * 2021-09-18 2024-05-28 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种基于三坐标测量平台的转子检测优化方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4243498B2 (ja) リング歯車マシンクリアランス
Stosic et al. Geometry of screw compressor rotors and their tools
KR101948229B1 (ko) 지로터 펌프의 치형 설계 방법 및 그것에 의해 제작된 지로터 펌프
KR100940980B1 (ko) 지로터 오일 펌프용 로터 설계 자동화 시스템
KR101101610B1 (ko) 다양한 치형곡선을 이용한 지로터 오일펌프의 로터 설계 방법
EP0158514B1 (en) Screw rotors
KR20160144948A (ko) 이중 로터결합 지로터 펌프
CN101714173B (zh) 具有齿形形状的内齿轮油泵用转子设计自动化系统
CA2890853C (en) Reduced noise screw machines
Mimmi et al. Analytical model of a particular type of positive displacement blower
KR101748310B1 (ko) 지로터 오일 펌프의 로터 설계 방법 및 이를 통해 제작된 지로터 오일 펌프
KR101269057B1 (ko) 지로터 펌프 및 그 설계 방법
KR101251632B1 (ko) 지로터 오일 펌프 및 그 설계 방법
CN105593467A (zh) 正排量式齿轮泵浦
Prakash et al. Design and analysis of gerotors of main gear box lubricating oil pump
Pan et al. A numerical method for the analysis of the theoretical flow in crescent-type internal gear machines with involute teeth profile
Lee et al. Optimal design of gerotor profile with lemniscate lobe shape for noise reduction
KR20050055652A (ko) 지로터 오일 펌프용 통합적 설계 자동화 시스템 및 설계방법
Sang et al. Performance optimization of an oil ellipse gerotor pump for automotive engine
CN107829931A (zh) 一种双螺杆真空泵转子型线
JPH08189485A (ja) スクリュー機械
KR100578166B1 (ko) 최적의 트로코이드 치형을 가지는 지로터 펌프의 설계 방법
KR101238906B1 (ko) 지로터 펌프의 설계 방법
Garside A new Wankel-type compressor and vacuum pump
Gannesh et al. Fixed displacement gerotor oil pump (FDOP): a survey

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant