專利名稱：流體機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體機械，特別涉及軸和葉輪利用過盈配合相互結(jié)合的流體機械。
背景技術(shù)：
在如用于激光起振器中的鼓風(fēng)機那樣的高速旋轉(zhuǎn)型的流體機械中，需要在軸(旋轉(zhuǎn)軸)上高精度、牢固地安裝葉輪。于是以往，例如特開平7-63193號公報(JP-A-7-063193)所記載，通過將葉輪與軸熱壓配合，可以防止可能在兩者的高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的周向的相對變動，進行穩(wěn)定的高速旋轉(zhuǎn)。
另外，如特開2004-60460號公報(JP-A-2004-060460)所記載，也已知僅將設(shè)置于葉輪上的軸孔的一部分利用熱壓配合嵌合在軸上的結(jié)構(gòu)。在JP-A-2004-060460上還記載有如下方法，即將葉輪使其氣體入口側(cè)朝上地放置在底板上，在該狀態(tài)下加熱設(shè)在葉輪軸孔的氣體入口側(cè)的嵌合部來擴大直徑，在將軸從葉輪的上方插入軸孔到規(guī)定位置的時刻，解除加熱，完成熱壓配合。
就現(xiàn)有的流體機械而言，在將葉輪與軸熱壓配合的結(jié)構(gòu)中，一般以在葉輪收縮時葉輪和軸最初配合處為基準，決定兩者的相互固定位置，之后葉輪完全收縮，從而牢固地固定在軸上。這時，在軸上的葉輪的固定位置(即最初配合處的位置)由于各種加工精度的不均勻等，一般難以正確預(yù)測。從而，在軸上將葉輪正確定位于預(yù)先確定的軸線方向位置并固定比較困難，結(jié)果，會擔(dān)心對流體機械的工作可靠性或性能帶來壞影響。
例如，在與葉輪鄰接設(shè)置軸密封件或軸承的結(jié)構(gòu)中，若在軸上的葉輪的軸線方向位置從設(shè)定位置偏移，則在其影響下軸密封件或軸承的軸線方向位置也從設(shè)定位置偏移。特別是若在軸承上產(chǎn)生位置偏移，則在軸的高速旋轉(zhuǎn)中發(fā)生異常振動，也有可能對軸承或流體機械主體產(chǎn)生損傷。不僅在如上述的JP-A-7-063193所記載的將葉輪用軸孔的全體固定在軸上的結(jié)構(gòu)中，而且在如上述的JP-A-2004-060460所記載的將葉輪用軸孔的一部分固定在軸上的結(jié)構(gòu)中，由于特別規(guī)定在軸上的葉輪的固定位置(即最初配合處的位置)比較困難，能同樣引起這種問題。
為了解決這種問題，有時采取如下對策，即當(dāng)進行熱壓配合工序時，直到葉輪完全收縮的期間，通過用壓力機械等夾持葉輪和軸，防止兩者間的在軸線方向的相對位置偏移。另外，也有以縮短直到葉輪收縮完成的時間的目的，準備專用的冷卻機構(gòu)的情況。但是，這些壓力機械或冷卻機構(gòu)等附帶設(shè)備，可能成為增加流體機械的制造成本的主要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在軸和葉輪利用過盈配合而相互結(jié)合的流體機械中，利用簡單的結(jié)構(gòu)能切實地防止當(dāng)結(jié)合軸和葉輪時的兩者間的軸線方向的相對位置偏移，以使安全性及工作可靠性優(yōu)良的廉價且高性能的流體機械。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種流體機械，具備軸；葉輪，其具有插入軸的軸孔，并利用過盈配合與軸結(jié)合；定位部，其設(shè)在軸和葉輪之間，將葉輪定位于軸的預(yù)先確定的位置上；嵌合部，其與定位部鄰接設(shè)在軸孔之中，在軸和葉輪之間形成過盈配合；以及游隙插入部(遊挿部)，其與嵌合部鄰接設(shè)在軸孔之中，在軸和葉輪之間形成間隙。
在上述流體機械中，定位部可以具備與軸及葉輪分開的部件。
而且，定位部可以具備軸及葉輪的至少一方的一部分。
還有，可以通過沿軸線方向改變軸的外徑和葉輪的軸孔的內(nèi)徑的至少一方而形成嵌合部及游隙插入部。


通過與附圖結(jié)合的以下適當(dāng)?shù)膶嵤┓绞降恼f明，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征及優(yōu)點將更加明確。在該附圖中圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的流體機械的軸和葉輪的剖視圖；圖2是表示圖1的流體機械的變形例的剖視圖；圖3是表示圖1的流體機械的另一個變形例的剖視圖；圖4是表示圖1的流體機械的再另一個變形例的剖視圖；以及圖5是表示圖1的流體機械的再另一個變形例的剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。在圖中，在同樣或類似的構(gòu)成要素上標注了共同的附圖標記。
參照附圖，圖1表示本發(fā)明的一實施方式的流體機械10的軸12和葉輪14。圖示實施方式的流體機械10是具有離心式鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)的機械，葉輪14的葉片構(gòu)造及殼體(未圖示)的構(gòu)造都可以使用眾所周知的構(gòu)造，所以省略其說明。另外本發(fā)明不限于離心式鼓風(fēng)機，還可以適用于其他各種流體機械。
流體機械10具備軸12和具有插入軸12的軸孔16的葉輪14，具有葉輪14利用過盈配合與軸12結(jié)合的結(jié)構(gòu)。流體機械10還具備定位部18，其設(shè)在軸12和葉輪14之間，將葉輪14定位于軸12的預(yù)先確定的位置上；嵌合部20，其與定位部18鄰接設(shè)在軸孔16之中，在軸12和葉輪14之間形成過盈配合；以及游隙插入部22，其與嵌合部20鄰接設(shè)在軸孔16之中，在軸12和葉輪14之間形成間隙。
軸12具有沿軸12及葉輪14的旋轉(zhuǎn)軸線A使外徑臺階狀地改變而延長的階梯圓筒狀的外周面12a，在其軸線方向規(guī)定位置上以同心配置固定葉輪14。葉輪14的軸孔16具有沿軸12及葉輪14的旋轉(zhuǎn)軸線A以同一內(nèi)徑延長的圓筒狀的內(nèi)周面16a。固定葉輪14的軸12通過安裝在其軸線方向規(guī)定位置上的軸承24，可旋轉(zhuǎn)地支撐在未圖示的殼體上。在葉輪14和軸承24之間，軸密封件26固定地設(shè)置在軸12的軸線方向規(guī)定位置上。
軸12的外周面12a包括設(shè)置軸承24及軸密封件26的圓筒狀的大徑部分28；與大徑部分28在軸線方向鄰接配置，通過與旋轉(zhuǎn)軸線A大致正交的第一環(huán)狀臺肩面12b而稍微縮小直徑的圓筒狀的中徑部分30；以及與中徑部分30在軸線方向鄰接配置，通過與旋轉(zhuǎn)軸線A大致正交的第二環(huán)狀臺肩面12c而稍微縮小直徑的圓筒狀的小徑部分32。軸密封件26具有與軸12的大徑部分28嵌合的圓筒狀的基部34，基部34在其軸線方向一端(在圖中上端)與軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b對齊配置，同時在其軸線方向另一端(在圖中下端)與軸承24鄰接配置。在軸孔16的內(nèi)周面16a的從軸線方向一端(在圖中下端)到規(guī)定長度的第一區(qū)域36，葉輪14固定在軸12的中徑部分30上。葉輪14的軸孔內(nèi)周面16a的剩余的區(qū)域(第二區(qū)域)38非接觸地配置在軸12的小徑部分32上。
在圖示實施方式中，定位部18包括軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b；和與軸12及葉輪14的任何一個都是分開的部件的軸密封件26的基部34。葉輪14從軸孔16的軸線方向一端(在圖中下端)依次容納軸12的小徑部分32及中徑部分30，在與軸孔16的軸線方向一端的開口鄰接的軸線方向端面的環(huán)狀區(qū)域14a，與軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b和軸密封件26的基部34的軸線方向一端面(在圖中上端面)抵接。在該狀態(tài)下，葉輪14正確地定位于軸12上的軸線方向規(guī)定位置上。
另外，在圖示實施方式中，通過軸12的外周面12a的中徑部分30和軸孔16的內(nèi)周面16a的第一區(qū)域36的協(xié)作構(gòu)成嵌合部20?？梢岳眉訜崛~輪14安裝在軸12上的“熱壓配合”和冷卻軸12安裝在葉輪14上的“冷縮配合”的至少一方的方法(即也包括并用)來確保在嵌合部20的過盈配合構(gòu)造。軸12的中徑部分30的外徑和軸孔16的第一區(qū)域36的內(nèi)徑設(shè)定為可以確保足以實現(xiàn)所需強度的過盈配合構(gòu)造的過盈量。而且，軸12的中徑部分30的軸線方向尺寸設(shè)定為足以排除葉輪14的軸線相對軸12的傾斜的大小。再有，在圖示實施方式中，通過軸12的外周面12a的小徑部分32和軸孔16的內(nèi)周面16a的第二區(qū)域38的協(xié)作構(gòu)成游隙插入部22。
在具有上述結(jié)構(gòu)的流體機械10中，當(dāng)利用熱壓配合及冷縮配合的至少一方的方法將軸12固定在葉輪14上時，首先，將軸12的小徑部分32及中徑部分30依次插入葉輪14的軸孔16中，通過使葉輪14的軸線方向端面的環(huán)狀區(qū)域14a與定位部18(軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b及軸密封件26的基部34)抵接，可以將葉輪14正確地定位于軸12上的軸線方向規(guī)定位置上。若以該狀態(tài)放置，則在熱壓配合的場合加熱的葉輪14收縮，另外在冷縮配合的場合冷卻的軸12膨脹，在嵌合部20(軸12的中徑部分30及軸孔16的第一區(qū)域36)上軸12和葉輪14最初配合。這時，利用葉輪14的自重或輕度的外力，可以簡單地維持葉輪14的環(huán)狀區(qū)域14a與定位部18抵接的狀態(tài)，所以在將葉輪14定位于軸12上的軸線方向規(guī)定位置上的狀態(tài)下，軸12和葉輪14在嵌合部20的任意地方最初配合。
接著，通過相互接觸的軸12和葉輪14進行熱交換，使軸12的膨脹和葉輪14的收縮實質(zhì)上同時進行，從而完成在嵌合部20的過盈配合。如圖1用箭頭所示，之后產(chǎn)生的軸12的膨脹和葉輪14的收縮向相互反方進行，通過游隙插入部22(軸12的小徑部分32及軸孔16的第二區(qū)域38)的存在，這種向反向的兩者的熱變形可順利進行。然后，在軸12及葉輪14的雙方的熱變形結(jié)束的時刻，完成葉輪14向軸12的安裝作業(yè)。這樣安裝在軸12上的葉輪14成為在軸線方向的位置精度極高的部件。
這樣，在流體機械10中，當(dāng)利用熱壓配合及冷縮配合的至少一方的方法將軸12固定在葉輪14上時，通過與定位部18鄰接地在軸孔16內(nèi)設(shè)置嵌合部20，可以容易且切實地特別規(guī)定葉輪14在軸12上的固定位置(即最初配合處的位置)，實現(xiàn)在嵌合部20的過盈配合。而且，通過在軸孔16內(nèi)與嵌合部20鄰接設(shè)置游隙插入部22，可以將過盈配合后的軸12的膨脹方向及葉輪14的收縮方向控制為規(guī)定方向。其結(jié)果，可以利用簡單的結(jié)構(gòu)切實地防止當(dāng)相互結(jié)合軸12和葉輪14時兩者間的軸線方向的相對位置偏移，提高葉輪14在軸12上的軸線方向位置精度，同時還可提高安裝在軸12上的軸承24及軸密封件26等其他部品的軸線方向位置精度。從而流體機械10成為安全性及工作可靠性優(yōu)良的廉價且高性能的機械。
另外，在利用熱壓配合及冷縮配合的至少一方的方法確保軸12和葉輪14的過盈配合的上述結(jié)構(gòu)中，軸12和葉輪14由互相熱收縮率不同的材料制作，從促進過盈配合作用的觀點來看這是有利的。
在上述流體機械10中，定位部18也可以僅由軸密封件26的基部34(即與軸12及葉輪14分開的部件)和軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b(即軸12的一部分)的任何一方構(gòu)成。若挪用與葉輪14鄰接安裝在軸12上的軸密封件26等其他部品構(gòu)成定位部18，則可以減少加工工時及部品件數(shù)。另一方面，若由軸12及葉輪14的至少一方的一部分構(gòu)成定位部18，則可以維持穩(wěn)定的位置決定功能。
另外，可以通過沿軸線方向改變軸12的外周面12a的直徑尺寸和葉輪14的軸孔16的內(nèi)周面16a的直徑尺寸的至少一方，形成嵌合部20及游隙插入部22。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以極簡單地構(gòu)成嵌合部20及游隙插入部22。以下，參照圖2～圖5，說明上述流體機械10的各種變形例。另外，在圖2～圖5中，在與圖1的流體機械10對應(yīng)的構(gòu)成要素上標注共同的附圖標記，省略重復(fù)說明。
在圖2所示的變形例中，在軸12的外周面12a上，代替上述中徑部分30，設(shè)有從第一環(huán)狀臺肩面12b到小徑部分32之間外徑尺寸逐漸減小的錐形部分40。在與第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的部位，錐形部分40以過盈配合狀態(tài)與葉輪14的軸孔16的與定位部18側(cè)的開口端鄰接的上述第一區(qū)域36的末端部分36a配合，構(gòu)成嵌合部20。在該結(jié)構(gòu)中，通過充分確保在嵌合部20的過盈配合的過盈量，可以實現(xiàn)所需強度的嵌合，同時通過定位部18(軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b及軸密封件26的基部34)的作用，可以排除葉輪14相對軸12的軸線的傾斜。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，也得到與圖1所示的流體機械10同等的作用效果。
在圖3所示的變形例中，從軸12的外周面12a省略上述中徑部分30及第二環(huán)狀臺肩面12c，做成大徑部分28和小徑部分32通過第一環(huán)狀臺肩面12b而鄰接的形狀，另一方面，將葉輪14的軸孔16的內(nèi)周面16a形成為包括由小徑的圓筒面構(gòu)成的上述第一區(qū)域36和由比第一區(qū)域36的直徑還大的圓筒面構(gòu)成的第二區(qū)域38的階梯圓筒狀。葉輪14的軸孔16的第一區(qū)域36以過盈配合狀態(tài)與軸12的小徑部分32的與第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的基端區(qū)域42配合，構(gòu)成嵌合部20。在該結(jié)構(gòu)中，通過充分確保在嵌合部20的過盈配合的過盈量及軸線方向長度，可以實現(xiàn)所需強度的嵌合，同時可以排除葉輪14的軸線相對軸12的傾斜。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，也得到與圖1所示的流體機械10同等的作用效果。
在圖4所示的變形例中，與圖3的結(jié)構(gòu)同樣，將軸12的外周面12a做成大徑部分28和小徑部分32通過第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的形狀，另一方面，在葉輪14的軸孔16的內(nèi)周面16a上，設(shè)有由大徑的圓筒面構(gòu)成的上述第二區(qū)域38和從第二區(qū)域38到定位部18側(cè)的開口端之間內(nèi)徑尺寸逐漸減小的錐形區(qū)域44。在與定位部18側(cè)的開口端鄰接的部位，軸孔16的錐形區(qū)域44以過盈配合狀態(tài)與軸12的小徑部分32的與第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的末端部分32a配合，構(gòu)成嵌合部20。在該結(jié)構(gòu)中，通過充分確保在嵌合部20的過盈配合的過盈量，可以實現(xiàn)所需強度的嵌合，同時通過定位部18(軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b及軸密封件26的基部34)的作用，可以排除葉輪14的軸線相對軸12的傾斜。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，也得到與圖1所示的流體機械10同等的作用效果。
在圖5所示的變形例中，代替并用軸密封件26的上述定位部18，在葉輪14的軸孔16的內(nèi)部，采用了由軸12及葉輪14的雙方的一部分構(gòu)成的定位部46。具體地，將軸12的外周面12a做成大徑部分28和小徑部分32通過第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的形狀，同時做成將大徑部分28從軸密封件26的基部34突出地延長并插入葉輪14的軸孔16的結(jié)構(gòu)。另一方面，將葉輪14的軸孔16的內(nèi)周面16a形成為階梯圓筒狀，該階梯圓筒狀包括與軸密封件26側(cè)的開口端鄰接的大徑的第一區(qū)域36；與相反側(cè)的開口端鄰接的大徑的第二區(qū)域38；以及位于第一區(qū)域36及第二區(qū)域48之間的小徑的第三區(qū)域48。在葉輪14的軸孔16的第一區(qū)域36和第三區(qū)域48之間，形成與軸線A大致正交的環(huán)狀臺肩面16b。葉輪14的軸孔16的環(huán)狀臺肩面16b與軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b協(xié)作，構(gòu)成定位部46。而且，葉輪14的軸孔16的第三區(qū)域48以過盈配合狀態(tài)與軸12的小徑部分32的與第一環(huán)狀臺肩面12b鄰接的基端區(qū)域50配合，構(gòu)成嵌合部20。
在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)利用熱壓配合及冷縮配合的至少一方的方法將軸12固定在葉輪14上時，首先，將軸12的小徑部分32及大徑部分28依次插入葉輪14的軸孔16中，通過使軸12的第一環(huán)狀臺肩面12b和葉輪14的軸孔16的環(huán)狀臺肩面16b相互抵接，可以利用定位部46的作用將葉輪14切實地定位于軸12上的軸線方向規(guī)定位置上。在該狀態(tài)下，通過在嵌合部20(軸12的小徑部分32的基端區(qū)域50及軸孔16的第三區(qū)域48)完成過盈配合，可以將葉輪14在正確地定位于軸12上的軸線方向規(guī)定位置上的狀態(tài)下安裝在軸12上。另外，在嵌合部20相互接觸的軸12和葉輪14進行熱交換期間的兩者的熱變形，沿圖5用箭頭表示的方向進行。在該結(jié)構(gòu)中，通過在軸孔16內(nèi)互相鄰接設(shè)置定位部46和嵌合部20，也可以容易且切實地特別規(guī)定葉輪14在軸12上的固定位置(即最初配合處的位置)，實現(xiàn)在嵌合部20的過盈配合。其結(jié)果，得到與圖1所示的流體機械10同等的作用效果。
以上，結(jié)合本發(fā)明的適當(dāng)?shù)膶嵤┓绞秸f明了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)該理解在不脫離本發(fā)明的公開范圍的情況下可以進行各種修正及變更。
權(quán)利要求
1.一種流體機械(10)，具備軸(12)和具有插入該軸的軸孔(16)的葉輪(14)，該葉輪利用過盈配合與該軸結(jié)合，其特征在于，具備定位部(18)，其設(shè)在上述軸和上述葉輪之間，將該葉輪定位于該軸的預(yù)先確定的位置上；嵌合部(20)，其與上述定位部鄰接地設(shè)在上述軸孔之中，在上述軸和上述葉輪之間形成上述過盈配合；以及游隙插入部(22)，其與上述嵌合部鄰接地設(shè)在上述軸孔之中，在上述軸和上述葉輪之間形成間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，上述定位部具備與上述軸及上述葉輪分開的部件(34)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體機械，其特征在于，上述定位部具備上述軸及上述葉輪的至少一方的一部分(12b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項所述的流體機械，其特征在于，通過沿軸線方向使上述軸的外徑和上述葉輪的上述軸孔的內(nèi)徑的至少一方改變，形成上述嵌合部及上述游隙插入部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流體機械，具備軸和具有插入軸的軸孔的葉輪，葉輪利用過盈配合與軸結(jié)合。流體機械具備定位部，其設(shè)在軸和葉輪之間，將葉輪定位于軸的預(yù)先確定的位置上；嵌合部，其與定位部鄰接設(shè)在軸孔之中，在軸和葉輪之間形成過盈配合；以及游隙插入部，其與嵌合部鄰接設(shè)在軸孔之中，在軸和葉輪之間形成間隙。
文檔編號F04D29/62GK1975173SQ20061016290
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月1日
發(fā)明者川合曉, 太田一也, 江川明 申請人:發(fā)那科株式會社