Lubrication Analysis on a Sliding Part of Cylinder Block/Valve Plate in a Reciprocating Piston Pump
실린더블록/밸브판 부 윤활특성 해석

J.H. Shin, Y.B. Lee, D.S. Jung
2013 Journal of Drive and Control  
현대의 유압시스템은 높은 작동압력과 작동속력, 각종 제어방식 등의 기술들이 고도화 되고 있고, 에 너지의 효율 측면에서는 해결해야 할 과제들이 많다. 특히 시스템이 소형화/고속화 되는 최근의 추세에서 트라이볼로지 관점에서의 연구가 필수적이다. 그간 일본 요코하마 대학의 Atsushi Yamaguchi 1) , 미국 퍼듀 대학의 Monika Ivantynova 2) 등에 의해 피스톤 펌프의 다양한 미끄럼 부들에 관한 윤활해석 이 이루어졌으나, 실린더블록/밸브판 미끄럼 부의 윤 활기구는 형상이 복잡하고 관련 물리 기저가 확실히 밝혀지지 않아 해석이 난해한 실정이다. 본 해설에서는 정밀가공에도 불구하고 여전히 존 재하는 표면의 비편평도(surface non-flatness)를 고 려한 왕복동 사판식(swash-plate type) 피스톤 펌프 에서의 실린더블록과 밸브판 사이의 미끄럼 부에서 의 동적 유막거동과 에너지 손실 분석에 필요한 해 석방법을 소개하고 특정 피스톤 펌프를 대상으로
more » ... 하고 특정 피스톤 펌프를 대상으로 윤 활성능 분석결과를 예시하였다. 2. 왕복동 피스톤 펌프 왕복동 피스톤 펌프는 사판식과 사축식으로 구분이 되는데, 사판식의 윤활문제가 사축식 펌프보다 더 심 (a) Side view (b) Sectional view (A-A' at φ=0) 그림 1 왕복동 사판식 피스톤 펌프 각하고, 두 유형의 기계간에 실린더배럴/밸브판, 피스 톤/실린더 기구라는 공통점이 있으므로 문제의 범위 를 사판식 펌프로 한정해서 다룬다. 2.1 작동 메커니즘 그림1은 전형적인 사판식 액셜 피스톤 펌프의 형 태를 보여준다. 흡입/토출 밸브포트로 구성된 밸브판 과 사판은 하우징에 고정되어 있는 반면, 주축과 실 린더블록은 함께 회전한다. 실린더블록이 회전하는 동안, 각 피스톤들은 사판면의 가이드를 받아 좌우로 왕복운동을 하게 된다. 실린더블록은 구면 스플라인 메커니즘이나 공차로 인해 x, y축에 대해 미소한 회 전운동을 하고 있다. 피스톤이 전진할 때(그림1(a)에 서 보면 피스톤이 왼쪽으로 이동할 때) 작동유체를 배출하게 되고, 반대로 피스톤이 후퇴할 때 유체는 흡입되게 된다. 그림1(b)에서 볼 수 있듯이 밸브판은 작동유체가 드나드는 두 개의 포트를 가진다. 만약 기계가 펌프로 작동할 경우에는 고압포트와 저압포 트는 각각 토출배관과 흡입배관에 연결된다.. 2.2 실린더블록/밸브판 미끄럼 부 실린더블록의 랜드면과 밸브판 사이의 간극을 통 해 누설되는 작동유는 실린더배럴에 가해지는 압축 력을 지지하는 베어링력으로 만들어 낸다. 이러한 형 태는 정압 스러스트 베어링에서 흔히 볼 수 있지만, 실린더압력이 가변적이고 베어링에 가해지는 하중이 실린더압력에 의존적이므로 정압 (hydrostatic) 베어 링으로써 완전하지 않다. 마이크로미터 스케일에서 보면 실린더배럴은 기울어져서 회전을 하므로 추가의 동압(hydrodynamic) 베어링력을 생성하여 블록에 작 용하는 힘의 균형에 필요한 정압 베어링력을 보충해 주는 것으로 보인다. 하지만 그러한 압력발생 메커니 즘이 충분한지에 관해서는 확인된 바가 없다. 2.3 미끄럼 표면의 비편평 형상 그림 2와 같이 정압 액셜 피스톤 펌프의 밸브판
doi:10.7839/ksfc.2013.10.1.056 fatcat:an3vih34encgrjopdif5lvyl7q