專利名稱：冷卻風(fēng)扇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻風(fēng)扇，詳細(xì)地說，涉及發(fā)動機冷卻用風(fēng)扇。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，已知有由多個葉片構(gòu)成、并且各葉片的外周側(cè)端部彼此之間由環(huán)
連接的冷卻風(fēng)扇(例如，參照專利文獻l:(日本)特表2003 - 531341號公 報)。這樣的風(fēng)扇用于冷卻公共汽車或卡車等的發(fā)動機。
但是，上述專利文獻l中記載的風(fēng)扇，不僅可用于冷卻公共汽車或卡車 等的發(fā)動機，還可以用于冷卻輪式裝料機、推土機、液壓挖掘機、自卸卡車 等建筑機械的發(fā)動機，尤其是受到例如10G (G:重力加速度)那樣的大沖 擊的建筑機械的發(fā)動機。在這種情況下，存在如下問題，即，或異物(巖石 等)撞擊冷卻風(fēng)扇，或泥土等塵垢附著在冷卻扇上導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇不平衡，容 易導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇破損。具體地講，把冷卻風(fēng)扇的最大轉(zhuǎn)速N乘上安全系數(shù)a (a〉1)而得到的轉(zhuǎn)速Na作為設(shè)計條件，求出可承受強度的風(fēng)扇形狀。
但是，如果增大安全系數(shù)a，則由于設(shè)計上的轉(zhuǎn)速Na也變大，因此冷 卻風(fēng)扇所產(chǎn)生的離心力增大，特別是在葉片和環(huán)之間的連接部分的表面容易 產(chǎn)生裂紋。如果不能得到冷卻風(fēng)扇的強度，則不得不將使用上的轉(zhuǎn)速設(shè)定得 較低，導(dǎo)致不能得到所需的風(fēng)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種冷卻風(fēng)扇，該冷卻風(fēng)扇即使用于冷卻在 惡劣條件下使用的建筑機械等的發(fā)動機，也具有充分的強度，并且能確保所 需的風(fēng)量。
本發(fā)明的冷卻風(fēng)扇，具有在旋轉(zhuǎn)軸周圍呈放射狀設(shè)置的多個葉片以及在 各葉片的外周側(cè)設(shè)置的外側(cè)環(huán)，其特征在于所述葉片的數(shù)量設(shè)定為12-16 片，在所述葉片的吹出側(cè)外周部形成有與所述外側(cè)環(huán)連接的、半徑為10~14mm的曲線部，所述外側(cè)環(huán)包括大致圓筒狀的環(huán)本體部以及從該環(huán)本體部 的軸向兩端向徑向外側(cè)延長的環(huán)側(cè)部，并且具有向圓周方向的外側(cè)開口的大 致C字形的截面，所述環(huán)側(cè)部的厚度尺寸設(shè)定為5.5~7.5mm。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，由于葉片數(shù)量設(shè)定為12片以上，因此l片葉 片所承受的離心力變小，即使增大設(shè)計上的轉(zhuǎn)速，也可以維持葉片的強度。 在此，如果將葉片數(shù)量設(shè)定為17片以上，則導(dǎo)致送風(fēng)效率降低，不能得到 所需的風(fēng)量。與此相對，在本發(fā)明中，由于將葉片數(shù)量設(shè)定為16片以下， 因此可以維持送風(fēng)效率并確保所需的風(fēng)量。
另外，在本發(fā)明中，由于葉片的吹出側(cè)外周部和外側(cè)環(huán)之間由半徑為 10mm以上的曲線部連接，因此在增大設(shè)計上的轉(zhuǎn)速的情況下，即使離心力 變大，也可以緩和因葉片和外側(cè)環(huán)之間的連接部的形狀而引起的應(yīng)力集中， 可以維持相對于離心力的連接部的強度。在此，如果將曲線部的半徑設(shè)定為 超過14mm的尺寸，則導(dǎo)致對葉片形狀的影響變大，并且送風(fēng)效率下降，不 能得到所需的風(fēng)量。與此相對，在本發(fā)明中，由于將曲線部的半徑設(shè)定為 14mm以下，因此可以維持送風(fēng)效率并確保所需的風(fēng)量。
而且，在本發(fā)明中，由于把外側(cè)環(huán)的環(huán)側(cè)部的厚度尺寸設(shè)定為5.5mm 以上，因此與外側(cè)環(huán)的圓周方向正交的斷面形狀的斷面系數(shù)變大，所以在增 大設(shè)計上的轉(zhuǎn)速時，即使離心力變大，也可以維持環(huán)側(cè)部(特別是前端部分) 的強度。在此，如果把環(huán)側(cè)部的厚度尺寸設(shè)定為超過7.5mm的尺寸，則變 得不能忽視因外側(cè)環(huán)的重量增加而導(dǎo)致的離心力增大的影響。與此相對，在 本發(fā)明中，由于把厚度尺寸設(shè)定為7.5mm以下，因此即使受到離心力增大 的影響，也可以維持外側(cè)環(huán)的強度。
因此，本發(fā)明的冷卻風(fēng)扇即使被用于冷卻在惡劣條件下使用的建筑機械 等的發(fā)動機，也可以具有充分的強度，并且可確保所需的風(fēng)量。
在本發(fā)明的冷卻風(fēng)扇中，所述葉片和所述外側(cè)環(huán)優(yōu)選由尼龍類樹脂形成。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，由于葉片和外側(cè)環(huán)由尼龍類樹脂形成，因此可 以實現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的輕量化，降低離心力，并且可以維持充分的強度。 在本發(fā)明的冷卻風(fēng)扇中，外徑尺寸優(yōu)選設(shè)定為600mm以上。 根據(jù)如上所述的本發(fā)明，由于外徑尺寸設(shè)定為600mm以上，因此在用 于冷卻例如輪式裝料機、推土機、液壓挖掘機、自卸卡車等建筑機械的發(fā)動機時，因為具有600mm以上的外徑尺寸，所以在無需進一步增大轉(zhuǎn)速的情 況下，可以維持所需的風(fēng)量，并且難以產(chǎn)生因附著物而導(dǎo)致的不平衡，可以 確保充分的強度。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的冷卻風(fēng)扇的主視圖2是圖1中的II - II線剖面圖3是放大表示所述冷卻風(fēng)扇的主要部位的剖面圖4是放大表示本實施方式的實施例的冷卻風(fēng)扇的主要部位的剖面圖;
圖5是用于說明所述實施方式的效果的曲線圖6是用于說明所述實施方式的效果的曲線圖7是用于說明所述實施方式的效果的曲線圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的一實施方式。
圖1是表示本實施方式的冷卻風(fēng)扇1的主視圖，圖2是圖1中的II - n 線剖面圖。
在圖1和圖2中，冷卻風(fēng)扇1的結(jié)構(gòu)包括中央部的鋼制輪轂板2、形 成于該輪轂板2外周部的內(nèi)側(cè)環(huán)3、從該內(nèi)側(cè)環(huán)3以周向等間隔且放射狀設(shè) 置的多個葉片4以及從各葉片4的前端連續(xù)設(shè)置以使各葉片4的前端彼此連 接的外側(cè)環(huán)5。該冷卻風(fēng)扇l構(gòu)成為通過沿著箭頭A的方向繞旋轉(zhuǎn)軸P旋 轉(zhuǎn)，從葉片4的吸氣側(cè)(負(fù)壓側(cè))向吹出側(cè)(圖2中的箭頭B的方向)吹風(fēng)。
輪轂板2構(gòu)成為在旋轉(zhuǎn)軸P周圍具有多個螺栓孔6，通過這些螺栓孔6 可以把冷卻風(fēng)扇1螺栓固定在未圖示的發(fā)動機等的旋轉(zhuǎn)軸上。
內(nèi)側(cè)環(huán)3、葉片4及外側(cè)環(huán)5通過注射成形尼龍類樹脂而一體形成，并 且，輪轂板2鑲嵌成形在內(nèi)側(cè)環(huán)3中。具體地講，通過向鑲嵌成形模內(nèi)注射 溶融樹脂而一體形成內(nèi)側(cè)環(huán)3、葉片4及外側(cè)環(huán)5，從而實現(xiàn)三維形狀的冷 卻風(fēng)扇1。輪轂板2預(yù)先配置在所述成形模內(nèi)，如圖2所示，進行鑲嵌成形 以使其周邊部分被樹脂覆蓋。這樣，可以使冷卻風(fēng)扇1實現(xiàn)輕量化，減小旋 轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力，并且可以充分地維持強度。
葉片4的數(shù)量設(shè)定為12~16片(圖中為14片)。冷卻風(fēng)扇1的葉片外徑尺寸小1設(shè)定為600mm以上850mm以下。 圖3是放大表示圖2的主要部位的剖面圖。
如圖3所示，外側(cè)環(huán)5包括在整個圓周方向上呈大致圓筒狀的環(huán)本體部 51以及從該環(huán)本體部51的軸向兩端向徑向外側(cè)延長的環(huán)側(cè)部52,如圖3所 示，在圓周方向的局部，具有向外側(cè)開口的大致C字形的截面。而且，具有 大致C字形截面的開口部分成為^爭越整個外側(cè)環(huán)5的槽部54。
環(huán)側(cè)部52的厚度尺寸tl設(shè)定為5.5 ~ 7.5mm，比環(huán)本體部51的厚度尺 寸t2大。從環(huán)本體部51的平坦的內(nèi)周面到各環(huán)側(cè)部52的外側(cè)面，由半徑 Rl的曲面部53連接(表示半徑R1的箭頭表示該部位的位置，箭頭的長度 并不表示半徑的大小。關(guān)于其他半徑R也一樣)。
環(huán)側(cè)部52的厚度尺寸tl設(shè)定為比現(xiàn)有的尺寸大。外側(cè)環(huán)5的環(huán)側(cè)部52 在徑向成為冷卻風(fēng)扇1的最靠外側(cè)的部分，在旋轉(zhuǎn)冷卻風(fēng)扇1時是產(chǎn)生最大 離心力的部分。因而，將厚度尺寸tl設(shè)定為比現(xiàn)有厚度尺寸大是確保環(huán)側(cè)部 52的強度的有效方法。
另外，在葉片4上形成有相比外側(cè)環(huán)5，進一步向吹出側(cè)(箭頭B的方 向)突出的突出部41。該突出部41的外周由沿冷卻風(fēng)扇l徑向的直線部42、 在突出部41的徑向外端沿送風(fēng)方向(箭頭B)的直線部43以及連接這些直 線部42 ， 43的半徑R2的圓弧部44形成。
另外，從突出部41的直線部43朝向外側(cè)環(huán)5形成有半徑R3的圓弧部 45.和與該圓弧部連接的半徑R4的曲線部46,在從直線部43到外側(cè)環(huán)5的 半徑R1的曲面部53之間，連續(xù)形成有圓滑的曲面狀部。這樣，葉片4的吹 出側(cè)外周部和外側(cè)環(huán)5之間，由半徑R3的圓弧部45和半徑R4的曲線部46 連接，特別是半徑R4的尺寸比半徑R3的尺寸大，設(shè)定為10 14mm。
如此構(gòu)成的冷卻風(fēng)扇1通過未圖示的發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。而且，例如在 冷卻空氣的吸入式冷卻單元中，通過未圖示的冷卻器吸入冷卻空氣并向發(fā)動 機側(cè)吹出，該冷卻器隔著冷卻風(fēng)扇1設(shè)置在與發(fā)動機相反的一側(cè)。在冷卻風(fēng) 扇1的外周部設(shè)置有包圍該冷卻風(fēng)扇1的未圖示的護罩(、V工，夕K、)，通 過該護罩形成來自冷卻器的冷卻空氣的流路。
一旦冷卻風(fēng)扇1旋轉(zhuǎn)并向B方向送出冷卻空氣，則冷卻風(fēng)扇1的吹出 側(cè)的壓力上升， 一部分冷卻空氣處于從外側(cè)環(huán)5的外側(cè)向冷卻風(fēng)扇1的吸入 側(cè)逆流的狀態(tài)。與此相對，由于在外側(cè)環(huán)5的整個圓周上形成有槽部54,由該槽部54和未圖示的護罩形成迷宮式結(jié)構(gòu)(，匕，少7構(gòu)造)，因此可以抑 制冷卻空氣的逆流，提高冷卻效率。
另外，圖1 ~圖3所示的本實施方式的冷卻風(fēng)扇1的各部分的具體設(shè)定 i"直侈'H口3口下戶斤示。
葉片外徑尺寸cj)l: 620mm
葉片數(shù)量14片
半徑R4: 10mm
厚度尺寸tl: 5.5mm
在此，圖4表示將葉片外徑尺寸小1設(shè)定為比上述值大的850mm時的 冷卻風(fēng)扇1A的形狀。該冷卻風(fēng)扇1A的各部分的具體設(shè)定值例如如下所示。 葉片外徑尺寸小2: 850mm 葉片數(shù)量14片 半徑R8: 13.7mm 厚度尺寸t3: 7.5mm
該冷卻風(fēng)扇1A的半徑R5、 R6、 R7的尺寸，與上述半徑R8同樣地， 被設(shè)定為分別比對應(yīng)于葉片外徑尺寸小為620mm的冷卻風(fēng)扇1的半徑R1、 R2、 R3的尺寸大。
像冷卻風(fēng)扇1、 1A那樣，通過將葉片外徑尺寸4)設(shè)定為600mm以上， 即使不增加轉(zhuǎn)速，也可以確保用于冷卻所需的風(fēng)量。例如，即使是為了冷卻 液壓挖掘機、推土機、輪式裝料機等建筑機械的發(fā)動機而使用冷卻風(fēng)扇1、 1A的情況，由于葉片外徑尺寸(J)為600mm以上，因此即使不增加轉(zhuǎn)速，也 可以確保用于冷卻所需的風(fēng)量。由此，附著物難以導(dǎo)致不平衡，可以維持充 分的強度。
(本實施方式的作用及效果)
關(guān)于冷卻風(fēng)扇1如前所述，將葉片4的數(shù)量設(shè)定為12~ 16片，將葉片 4的吹出側(cè)外周部和外側(cè)環(huán)5之間用半徑為10 ~ 14mm的曲線部連接，以及 將外側(cè)環(huán)5的環(huán)側(cè)部52的厚度尺寸設(shè)定為5.5 ~ 7.5mm,之所以這樣是基于 以下(1) ~ (3)的想法。
(1)發(fā)明者為了研究改變冷卻風(fēng)扇1的葉片數(shù)量所帶來的影響而進行 了模擬。其結(jié)果，如圖5所示，如果僅改變?nèi)~片數(shù)量，則在葉片數(shù)量為12 片以上時，可以判定在1片葉片中產(chǎn)生的應(yīng)力a比葉片的應(yīng)力基準(zhǔn)值cjl小。由此可以判定，通過減小1片葉片所承受的離心力，即使增大設(shè)計上的轉(zhuǎn)速， 為了維持葉片的強度，將葉片數(shù)量設(shè)定為12片以上即可。
另外，還可以判定，如果將葉片數(shù)量設(shè)定為11片以下或17片以上，則 導(dǎo)致送風(fēng)效率降低，不能得到所需的風(fēng)量，與此相對，葉片數(shù)量為12片以 上16片以下時，以設(shè)計上的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)冷卻風(fēng)扇而得到的風(fēng)量Q達到風(fēng)量基 準(zhǔn)值Q1。
由上述情況可以確認(rèn)，通過將葉片數(shù)量設(shè)定為12~16片，可以維持所 需的強度，并且可以得到所需的風(fēng)量。
(2)發(fā)明者為了研究改變冷卻風(fēng)扇1的葉片4和外側(cè)環(huán)5之間的連接 部的半徑R4所帶來的影響而進行了模擬，其結(jié)果，如圖6所示,如果僅改 變連4秦部的半徑R4，則在半徑R4為10mm以上時，可以判定在連4妄部產(chǎn)生 的應(yīng)力cj比葉片4的應(yīng)力基準(zhǔn)值c l小。而且，還可以判定半徑R4為14mm 以下時，以設(shè)計上的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)冷卻風(fēng)扇而得到的風(fēng)量Q超過風(fēng)量基準(zhǔn)值Ql。
由上述情況可以確認(rèn)，即使因增大設(shè)計上的轉(zhuǎn)速而增大離心力，為了緩 和葉片和外側(cè)環(huán)之間的連接部的形狀而導(dǎo)致的應(yīng)力集中，也可以通過半徑為
10mm以上的曲線部連接葉片4的吹出側(cè)外周部和外側(cè)環(huán)5。另外，還可以
判定，為了防止因降低對于葉片形狀的影響而導(dǎo)致送風(fēng)效率下降，可以把曲
線部的半徑R4設(shè)定為14mm以下。
即，可以確認(rèn)，通過將連接部的半徑R4設(shè)定為10~ 14mm,可以維持 所需的強度，并且可以得到所需的風(fēng)量。
(3 )發(fā)明者為了研究改變冷卻風(fēng)扇1的外側(cè)環(huán)5的厚度尺寸tl所帶來 的影響而進行了模擬。其結(jié)果，如圖7所示，如果僅改變厚度尺寸tl,則在 厚度尺寸tl為5.5mm以上時，可以判定外側(cè)環(huán)的斷面系數(shù)Z比外側(cè)環(huán)的強 度上所需的斷面系數(shù)Z1大。而且，還可以判定厚度尺寸tl為7.5mm以下時， 以設(shè)計上的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)冷卻風(fēng)扇時所產(chǎn)生的離心力F比外側(cè)環(huán)的從強度方面 考慮的離心力基準(zhǔn)值F1小。
由上述情況可以判定，通過增大與外側(cè)環(huán)5的圓周方向正交的斷面形狀 的斷面系數(shù)Z,在設(shè)計上的轉(zhuǎn)速增大時即使離心力變大，為了維持環(huán)側(cè)部52 (特別是前端部分)的強度，可以將環(huán)側(cè)部52的厚度尺寸tl設(shè)定為5.5mm 以上。另外，還可以判定，即使受到因外側(cè)環(huán)5的重量增加而導(dǎo)致的離心力 增大的影響，為了維持外側(cè)環(huán)5的強度，可以將厚度尺寸tl設(shè)定為7.5mm以下。
即，可以確認(rèn)，通過將外側(cè)環(huán)5的厚度尺寸tl設(shè)定為5.5 ~7.5mm,可 以維持所需的強度。
另外，用于實施本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)、方法等，雖然在上述記載中公開， 但是本發(fā)明并不限于此。即，雖然本發(fā)明主要圖示并說明了特定的實施方式， 但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案及目的范圍的情況下， 可以對上述實施方式在形狀、材質(zhì)、數(shù)量、其他詳細(xì)結(jié)構(gòu)方面進行各種變形。
因此，限定在上述說明中公開的形狀、材質(zhì)等的記載，是為了便于理解 本發(fā)明而例示的記載，并不是限定本發(fā)明的記載，所以，關(guān)于超出那些限定 形狀、材質(zhì)等的一部分或者全部的部件名稱的記載，也應(yīng)包含在本發(fā)明中。
例如，在所述實施方式中，冷卻風(fēng)扇構(gòu)成為包括輪轂板2和內(nèi)側(cè)環(huán)3， 但是輪轂板2或內(nèi)側(cè)環(huán)3的結(jié)構(gòu)并不限于此。
另外，在所述實施方式中，內(nèi)側(cè)環(huán)3、葉片4及外側(cè)環(huán)5由尼龍類樹脂 形成，例如也可由類似玻璃纖維強化聚酰胺的樹脂形成。而且，內(nèi)側(cè)環(huán)3、 葉片4及外側(cè)環(huán)5—體形成，但是，在本發(fā)明中，至少葉片4和外側(cè)環(huán)5 — 體形成即可。
另夕卜，說明了所述實施方式的冷卻風(fēng)扇被使用于冷卻空氣的吸入式冷卻 單元的情況，但是并不限于此，例如在加熱空氣(被發(fā)動機加熱的空氣)的 吸入式冷卻單元中，也可以通過在冷卻風(fēng)扇和發(fā)動機之間設(shè)置的、未圖示的 冷卻器冷卻加熱空氣，向與發(fā)動機相反的一側(cè)吹出。
另夕卜，所述實施方式的冷卻風(fēng)扇并不限于用發(fā)動機驅(qū)動，也可以用電動 才幾或液壓馬達驅(qū)動。
權(quán)利要求
1. 一種冷卻風(fēng)扇，具有在旋轉(zhuǎn)軸周圍呈放射狀設(shè)置的多個葉片以及在各葉片的外周側(cè)設(shè)置的外側(cè)環(huán)，其特征在于 所述葉片的數(shù)量設(shè)定為12 ~ 16片，14mm的曲線部，所述外側(cè)環(huán)包括大致圓筒狀的環(huán)本體部以及從該環(huán)本體部的軸向兩端 向徑向外側(cè)延長的環(huán)側(cè)部，并且具有向圓周方向的外側(cè)開口的大致C字形的 截面，所述環(huán)側(cè)部的厚度尺寸i殳定為5.5 ~ 7.5mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于 所述葉片和所述外側(cè)環(huán)由尼龍類樹脂形成。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的冷卻風(fēng)扇，其特征在于 外徑尺寸i殳定為600mm以上。
全文摘要
一種冷卻風(fēng)扇，具有在旋轉(zhuǎn)軸周圍呈放射狀設(shè)置的多個葉片(4)以及在各葉片(4)的外周側(cè)設(shè)置的外側(cè)環(huán)(5)。該冷卻風(fēng)扇中，葉片(4)的數(shù)量設(shè)定為12～16片，葉片(4)的吹出側(cè)外周部和外側(cè)環(huán)(5)之間通過半徑(R4)為10～14mm的曲線部(46)連接。外側(cè)環(huán)(5)包括大致圓筒狀的環(huán)本體部(51)以及從該環(huán)本體部(51)的軸向兩端向徑向外側(cè)延長的環(huán)側(cè)部(52)，并且具有向圓周方向的外側(cè)開口的大致C字形的截面。環(huán)側(cè)部(52)的厚度尺寸(t1)設(shè)定為5.5～7.5mm。
文檔編號F04D29/18GK101311551SQ200810108809
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者坪田晴弘, 松木照幸, 辻野正雄, 高橋英美 申請人:株式會社小松制作所