Optimal Design of Rotor Profile of Internal Gear Pump for Noise Reduction

An internal gear pump is required to improve the flow rate and noise. Furthermore, such pumps are durable and small in size. In this study, equations of the rotor shape with multiple profiles (ellipse 1-involute-ellipse 2) were derived, and relevant performance parameters (pressure angle, irregularity, and specific sliding) of the internal gear pump to noise were predicted and compared. Rotor profiles and performance parameters were obtained by a prediction algorithm for theoretical analysis, and the effects between the design parameters and the performance parameters were analyzed. Based on the analysis results of the effects, an optimal design of the rotor profile was proposed, and a noise test of the prototype was performed to evaluate the reliability of the design. † Corresponding Author, chulki@pusan.ac.kr C 2014 The Korean Society of Mechanical Engineers 배준호 · 배원병 · 주웅탁 · 김 철 296 각에 따른 챔버면적 변화율을 적분하여 유량 계산 후, 이에 대한 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. Mimmi 등은 한계곡선을 이용하여 로터 설계시 언 더컷을 방지할 수 있는 방법을 개발하였다. Demengo 등은 간섭 및 마모방지를 위한 사이클로이드 로터 를 설계하고 접촉응력 계산 프로그램을 개발하였다. Lee은 제로터의 내부누유 방지 및 가공편의를 위해 내부로터 형상을 원호조합곡선으로 보간하는 방법을 개발하였으며 Ye 등은 외부로터 로브 형상이 원인 경우 첨점 및 루프 발생 방지를 위한 최대 반경 공 식을 보다 간단한 방법으로 유도하였다. Chang 등은 외부로터 로브형상이 원인 경우의 로터 설계 및 이 의 성능인자 계산을 위한 자동화 프로그램을 개발하 였으며 Hsieh 등은 트리코이드 곡선을 이용한 로터 를 설계하고 간섭, 언더컷 방지 및 체적효율 향상을 위한 기법을 개발하였다. Sasaki 등은 내부로터에 인벌루트 곡선을 삽입하여 기존의 개발된 Parachoid rotor 보다 효율이 우수한 Megafloid rotor 를 개발하였 으며, Choi 등은 외부로터 로브형상이 타원 및 인 벌루트 등의 다양한 곡선으로 조합된 로터를 설계하 고 이의 유량 및 유량맥동 계산을 위한 자동화 프로 그램을 개발하였다. 그러나, 소음관련 인자인 압력각, 유량맥동, 미끄럼률의 경우, 각각의 인자가 소음에 미치는 영향도가 다르므로 이론적 해석결과와 실제 소음시험의 결과 비교를 통한 분석이 필요하다. 또한, 다른 성능인자인 유량과의 관계 분석을 통해 기존의 유량성능을 유지 및 개선시키면서 저소음을 가지는 치형 설계에 관한 연구는 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 일정 유량성능을 유지하면서 저소음을 가지는 내접형 기어펌프용 로터를 개발하 기 위하여 설계변수가 다양한 형상의 치형 창출이 가능한 조합된 외부로브형상(타원 1-인벌루트-타원 2)에 대하여 유량 및 소음관련 성능인자인 압력각, 유량맥동, 미끄럼률 관계식을 이용한 성능예측을 수행하였다. 이론적 해석 알고리즘을 통하여 치형 설계 자동화 프로그램을 개발하고 이를 통해 설계 변수와 유량 및 소음관련 성능인자간의 영향도 분 석을 수행하였으며, 해석결과를 바탕으로 치형 최 적설계를 수행하였다. 또한 최적설계된 치형의 시 제품 제작 및 소음 시험을 통해 연구의 신뢰성을 검증하였다.