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1. Vane Pump Analysis
1.1. 해석 대상 및 목적
베인 펌프(Vane Pump)는 로터 내에 방사상으로 설치된 홈에 삽입된 베인(vane)이 스프링 및 원심력에 의해 케이스에 내접하여 회전하는 장치로서, 2개의 베인 사이의 작동유를 흡입측에서 토출측으로 강제 압출하는 형식이다. 이러한 방식은 로터를 고정하는 축에 베인과 스프링에 의한 응력 및 로터가 회전함으로써 생기는 응력이 가해지는 시스템이다. 이번 해석의 목표는 로터 고정축의 물성(Material)이 Stainless Steel과 Titanium Alloy일 경우, 축이 받는 응력 및 변형률을 산출하고 둘 중 어떤 Material의 사용이 적절한지 판단하는 것이다.
1.2. 모델링
베인 펌프의 모델링은 다음과 같다.
케이스(캠 링), 로터, 베인으로 구성된 베인 펌프의 기본 구조를 모델링하였다. 로터 고정축이 왼쪽으로 편심되어 있으며, 로터의 홈에 8개의 베인이 삽입되어 있다. 시간 경제성을 고려하여 한 개의 베인만을 모델링하였으며, 베인과 로터 홈 사이에 들어가는 스프링은 별도로 모델링하지 않고 Ansys 프로그램에서 설정할 계획이다.
1.3. 수행 절차
수행 절차는 다음과 같다"
1) Rigid Dynamics 생성(단위: mm, kg, N, s, mV, mA)을 한다.
2) Engineering Data의 Engineering Data Sources 경로로 들어가 Titanium Alloy와 Stainless Steel을 추가한다.
3) 베인 펌프 케이스 - Body-Ground - Fixd, 로터의 구멍과 케이스의 고정축 - Body-Body - Revolute Display, 베인과 로터의 홈 - Body-Body - Translational, 베인 끝단의 면과 케이스 - Contact - Frictionless, 베인의 후면부와 로터 홈의 안쪽면 - Spring - Body-Body와 같은 연결 구속을 설정한다.
4) 로터의 고정축과 로터에 Rotational Velocity 타입의 Joint load를 부여하고, Total Deformation과 Velocity Probe를 Solution에 추가하여 Velocity Probe를 베인에 대한 속도로 규정하고 Solve를 진행한다.
5) Rigid Dynamics에서 해석한 10초 동안의 속도 변화 데이터를 Transient Structural로 변환한다.
1.4. Total Deformation 및 Velocity Probe 해석 결과
편심된 축으로 인해 베인이 홈 속에서 이동되는 모습이 관찰된다. Total Deformation 그래프에 따르면 베인이 초기 위치로 돌아오는 데는 5초가 걸리므로, 10초 동안 베인은 약 두 바퀴를 회전한다는 것을 알 수 있다. 그리고 평균 변형량이 최대가 되는 시점은 베인 펌프가 정반대의 위치에 있다는 것을 의미한다.
Velocity Probe 해석 결과를 통해 베인이 5.273초일 때 가장 빠른 거동을 보인다는 것을 확인할 수 있었다.
1.5. Rigid Dynamics를 Tr...
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