Осевой вентилятор и способ его сборки

 

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в составе вентиляторов транспортных средств. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение технологичности. Осевой вентилятор содержит корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями. Решетка выполнена заодно с корпусом в виде выступающих из него в сторону оси вентилятора пальцев, свободные концы которых размещены на окружности диаметром, равным или большим диаметра ступицы, а пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса хотя бы при одном законе изменения шага. При сборке вентилятора рабочее колесо проводят через щели между пальцами решетки за счет приведения колеса во вращательное движение относительно оси вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретения относятся к вентиляторостроению и могут быть использованы в составе вентиляторов транспортных средств.

Известен осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем втулку с радиальными выступами, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу [1]. Недостатком этого осевого вентилятора является повышенная травмоопасность, вызванная свободным доступом к вращающимся лопастям рабочего колеса.

Известен способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке втулки с выступами внутрь корпуса, монтаже электродвигателя и рабочего колеса и закреплении втулки на корпусе, причем перед установкой втулку разворачивают до положения, в котором она имеет максимальный габаритный размер меньше диаметра цилиндрической поверхности корпуса, совмещают оси сферических поверхностей втулки и корпуса, производят разворот втулки до совмещения продольных осей втулки и корпуса и совмещения сферических поверхностей выступов втулки и корпуса [1]. Недостатком этого способа являются накладываемые им ограничения на длину втулки для обеспечения возможности ее разворота, а также необходимость монтажа электродвигателя внутри установленной в корпусе втулки.

Недостатка, свойственного указанному ранее вентилятору, лишен выбранный в качестве прототипа осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями [2]. Защитная решетка, конструктивно оформленная в виде фланца с сеткой, преграждает доступ к вращающимся лопастям рабочего колеса. Недостатка, свойственного указанному ранее способу, лишен выбранный в качестве прототипа способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке электродвигателя в корпус, монтаже рабочего колеса на его валу и креплении защитной решетки [2].

Недостатком осевого вентилятора - прототипа является сложность конструкции, что вызвано выполнением решетки в виде отдельной сборочной единицы, крепящейся к корпусу вентилятора. Недостатком способа - прототипа является низкая технологичность, вызванная наличием в технологическом процессе сборки операции установки и крепления решетки к корпусу.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных изобретений, является упрощение конструкции и повышение технологичности.

Технический результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями, согласно изобретению решетка выполнена заодно с корпусом в виде выступающих из него в сторону оси вентилятора пальцев, свободные концы которых размещены на окружности диаметром, равным или большим диаметра ступицы, а пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса хотя бы при одном законе изменения шага.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе сборки осевого вентилятора, заключающемся в установке электродвигателя в корпус и монтаже рабочего колеса на его валу, согласно изобретению перед монтажом рабочее колесо проводят через щели между пальцами решетки за счет приведения колеса во вращательное движение относительно оси вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя. Совокупность всех указанных существенных признаков устройства позволяет обеспечить упрощение конструкции (за счет снижения числа деталей). Совокупность всех указанных существенных признаков способа позволяет собрать описанную конструкцию и повысить технологичность сборки за счет устранения операции установки и крепления решетки к корпусу. Поскольку заявленное в формуле изобретения устройство не может быть собрано посредством какого-либо другого, кроме указанного, способа, и так как способ позволяет собрать только устройство, геометрия которого удовлетворяет лишь заявленной формуле устройства, то очевидно, что в заявке описана группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом. Так как заявленные совокупности существенных признаков устройства и способа позволяют получить указанный технический результат, то заявленные устройство и способ соответствуют критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения осевого вентилятора, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, вид со стороны решетки, на фиг. 3 - поперечное сечение по цилиндрической поверхности А-А (развернуто), на фиг. 4,5 показаны операции процесса сборки.

Осевой вентилятор содержит корпус 1, установленный в нем электродвигатель 2, на валу которого размещено рабочее колесо 3 в виде ступицы 4 диаметра d с лопастями 5. Перед лопастями 5 размещена защитная решетка 6. Решетка 6 выполнена заодно с корпусом 1 в виде выступающих из него в сторону оси 7 вентилятора пальцев 8, свободные концы 9 которых размещены на окружности диаметром D, большим диаметра d ступицы. Электродвигатель 2 крепится к корпусу 1 винтами 10. Пальцы 8 решетки выполнены охватывающими геометрическое место 11 образованных винтовыми линиями переменного шага 12 траекторий точек 13 рабочего колеса (или, что то же самое, след, образованный точками 13 рабочего колеса) хотя бы при одном законе изменения шага, в данном примере - при постоянной величине шага для упрощения объяснения сущности изобретения. На фиг. 3 линиями 12 показаны траектории крайних точек 13 сечений лопастей, а совокупность траекторий всех точек сечения лопасти показана областями 11.

Вентилятор работает следующим образом: при включении электродвигателя 2 начинает вращаться колесо 3, лопасти 5 которого создают поток воздуха. При этом вращающиеся лопасти 5 ограждены от возможности случайного контакта с ними пальцами 8 защитной решетки 6. Поскольку свободные концы 9 пальцев 8 размещены на окружности диаметром D, большим диаметра d ступицы 4, то ступица при вращении не задевает их. Теоретически возможно равенство диаметров D и d при идеальной соосности вала электродвигателя 2 с окружностью, на которой размещены свободные концы 9 пальцев 8, поэтому оговаривается как наиболее обобщающее условие "равным или большим диаметра ступицы". Пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса для обеспечения возможности провести лопасти рабочего колеса сквозь щели между пальцами 8 решетки хотя бы при одном законе изменения шага. Указанная геометрическая зависимость является общей для всех возможных сочетаний геометрических параметров лопастей и пальцев и приведена в формуле, т.к. невозможно задать алгебраический закон для всех указанных возможных сочетаний. Это условие для сечения А-А (по одному конкретному значению диаметра сечения) проиллюстрировано на фиг. 3: при вращении колеса по винтовой линии постоянного шага все точки лопастей находятся внутри затемненных областей 11 и не пересекаются с сечениями пальцев 8. Аналогичное условие должно выполняться на всех цилиндрических сечениях, начиная от диаметра ступицы и кончая наружным диаметром лопастей. Наличие "пустых" промежутков между сечениями пальцев 8 объясняется разным числом лопастей (четыре) и пальцев (шестнадцать) в данном примере. В предельном же случае (при большом количестве пальцев, значительной разнице углов установки лопасти на разных радиусах сечения) проход лопастей между пальцами решетки может быть возможен только по одной траектории рабочего колеса, т. е. при одном законе изменения шага винтовой линии траекторий точек лопастей колеса (из условия сплошности материала колеса вытекает, что все различные его точки движутся по винтовым линиям разного диаметра, но одинакового между собой в каждый момент движения шага). Математически, строго говоря, каждая точка рабочего колеса (при сборке вентилятора) движется не по одной винтовой линии с переменным шагом (в определении винтовой линии подразумевается постоянство шага), а по последовательности винтовых линий с различными шагами (в частном случае - по одной винтовой линии постоянного шага), однако для краткости формулы автор использовал термин "винтовые линии переменного шага". Несмотря на большое количество возможных сочетаний профилей пальцев с профилями лопастей, задача проверки условия "охватывания" легко осуществляется методами начертательной геометрии (проверкой отсутствия интерференции между цилиндрическими сечениями лопастей и пальцев) и решением с помощью компьютерной техники. В результате использования заявленного устройства существенно упрощается конструкция вентилятора, к минимуму сводится количество деталей и сборок, а также крепежных изделий. Выполнение корпуса совместно с решеткой легко осуществимо методами литья, формования из пластмасс и приводит к существенному снижению материалоемкости вентилятора. Способ сборки осуществляют следующим образом: электродвигатель 2 устанавливают внутрь корпуса 1 и закрепляют винтами 10 (это положение показано на фиг. 4). Далее ось рабочего колеса 3 совмещают с осью 7 и колесо 3 проводят через щели между пальцами 8 решетки 6 за счет приведения его во вращательное движение относительно оси 7 вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя 2 (движение схематично показано стрелкой на фиг. 5, а траектории прохода точек лопастей при этом - на фиг. 3). За счет этого движения лопасти 5 огибают пальцы 8, это движение сборщик производит от руки, т.к. пальцы 8 являются естественным ограничителем возможных перемещений колеса 3. Т.к. геометрические параметры устройства удовлетворяют изложенному в формуле изобретения критерию, то указанная операция возможна как минимум при одной траектории движения точек рабочего колеса. После проведения колеса в пространство между решеткой 6 и электродвигателем 2 (или одновременно с этой операцией) ступицу 4 рабочего колеса монтируют на его валу электродвигателя 2, т.к. их оси совпадают, и фиксируют на валу, это положение показано на фиг. 1. В граничном случае, когда пальцы охватывают лопасти в плане (на виде по оси 7, что возможно при малой ширине лопастей), движение колеса в процессе его проведения через щели в решетке вырождается в прямолинейное, что, впрочем, не противоречит формуле изобретения (его можно трактовать как вращение с нулевой скоростью одновременно с поступательным движением). В результате использования способа сборки повышается технологичность за счет устранения операции установки и крепления решетки к корпусу и снижается себестоимость. Полученные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в составе вентиляторов транспортных средств.

Источники информации 1. Патент Российской федерации N 2061907, кл. F 04 D 19/00, 1993.

2. К.А. Ушаков, И.В. Брусиловский, А.Р. Бушель. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1960, стр. 396, 398, рис. 229 (прототип).

Формула изобретения

1. Осевой вентилятор, содержащий корпус, установленный в нем электродвигатель с размещенным на его валу рабочим колесом в виде ступицы с лопастями, а также защитную решетку, размещенную перед лопастями, отличающийся тем, что решетка выполнена заодно с корпусом в виде выступающих из него в сторону оси вентилятора пальцев, свободные концы которых размещены на окружности диаметром, равным или большим диаметра ступицы, а пальцы решетки выполнены охватывающими геометрическое место образованных винтовыми линиями переменного шага траекторий точек рабочего колеса хотя бы при одном законе изменения шага.

2. Способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке электродвигателя в корпус и монтаже рабочего колеса на его валу, отличающийся тем, что перед монтажом рабочее колесо проводят через щели между пальцами решетки за счет приведения колеса во вращательное движение относительно оси вентилятора одновременно с поступательным движением в направлении электродвигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5