ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2001 года по МПК F04D19/00 

Изобретения относятся к вентиляторостроению и могут быть использованы в составе систем терморегулирования изделий авиационной и ракетной техники.

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 повышенный уровень шума, вызванный турбулизацией потока в сферической расточке корпуса.

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 является накладываемые им ограничения на длину втулки для обеспечения возможности ее разворота, а также необходимость монтажа электродвигателя внутри установленной в корпусе втулки.

Недостатка, свойственного указанному выше устройству, лишен выбранный в качестве прототипа осевой вентилятор, содержащий цилиндрический корпус, установленную в нем втулку с выступами, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также размещенные между корпусом и выступами втулки съемные бобышки, оси которых перпендикулярны оси вентилятора, и винты, стягивающие корпус со втулкой через отверстия в бобышках [2] . Боковые поверхности бобышек выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям бобышек.

Недостатка, свойственного указанному выше способу, лишен выбранный в качестве прототипа способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке втулки внутрь корпуса, совмещении осей втулки и корпуса, монтаже электродвигателя и рабочего колеса, установке съемных бобышек и закреплении втулки на корпусе через бобышки [2].

Недостатком осевого вентилятора-прототипа является низкая вибропрочность вентилятора, что вызвано малой жесткостью крепления бобышек к корпусу. Указанное крепление осуществляется винтами и штифтами, однако при виброперегрузках, характерных для ракетной техники, в местах заделки штифтов и винтов наблюдаются упругие деформации, приводящие на определенных частотах к резонансному усилению колебаний втулки, в которой установлен электродвигатель с рабочим колесом, т.к. цилиндрические поверхности бобышек и корпуса не воспринимают осевые и угловые усилия. Другим недостатком вентилятора-прототипа является низкая технологичность, вызванная необходимостью выполнения выступов на втулке, что приводит к низкому коэффициенту использования материала и значительной высоте микронеровностей в местах перехода от боковых поверхностей выступов к наружной цилиндрической поверхности втулки.

Недостатком способа-прототипа является низкая технологичность, вызванная необходимостью снятия технологических винтов и выполнения при сборке отверстий под штифты для обеспечения неизменного взаимного положения втулки и корпуса.

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

Технический результат достигается за счет того, что в известном осевом вентиляторе, содержащем цилиндрический корпус, установленную в нем втулку, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также размещенные между корпусом и втулкой съемные бобышки, оси которых перпендикулярны оси вентилятора, а боковые поверхности выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям бобышек, и винты, стягивающие корпус со втулкой через отверстия в бобышках, согласно изобретению наружная поверхность втулки выполнена цилиндрической, а торцовые поверхности каждой бобышки выполнены в виде участков тора, расположенных снаружи от его осевой окружности, причем экваториальная плоскость каждого тора проходит через ось соответствующей бобышки и ось вентилятора, а на внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки в местах контакта с ними торовых поверхностей бобышек выполнены выемки с поверхностями, повторяющими торовые поверхности бобышек, при этом максимальные размеры выемок на внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки в плоскости, перпендикулярной оси вентилятора и проходящей через центры торов, меньше или равны радиусу меридиана тора, а размер бобышек вдоль оси вентилятора меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки. Для достижения минимального аэродинамического сопротивления центры торов рекомендуется размещать на окружности с диаметром, равным полусумме диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки, а направляющую цилиндрической поверхности каждой бобышки выполнять в виде линии пересечения соответствующего тора с одной из цилиндрических поверхностей пары "внутренняя поверхность корпуса - наружная поверхность втулки".

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе сборки осевого вентилятора, заключающемся в установке втулки внутрь корпуса, совмещении осей втулки и корпуса, монтаже электродвигателя и рабочего колеса, размещении съемных бобышек в кольцевом пространстве между корпусом и втулкой в их рабочем положении, соответствующем прохождению их плоскостей симметрии через ось вентилятора, и закреплении втулки на корпусе через бобышки винтами, согласно изобретению перед размещением бобышек в рабочем положении их разворачивают до положения, при котором экваториальные плоскости торовых поверхностей бобышек проходят через ось вентилятора и размер бобышек в экваториальных плоскостях по осям, перпендикулярным оси вентилятора, меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки, после чего совмещают центры торовых поверхностей бобышек и выемок на корпусе и втулке, производят разворот бобышек в экваториальных плоскостях торов до положения, в котором оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора, после чего производят закрепление втулки на корпусе через бобышки винтами. Совокупность всех указанных существенных признаков устройства позволяет обеспечить повышение вибропрочности (за счет обеспечения восприятия осевых и угловых сил торовыми поверхностями бобышек) и технологичности (благодаря устранению необходимости фрезерования выступов). Совокупность всех указанных существенных признаков способа позволяет собрать описанную конструкцию и повысить технологичность сборки за счет устранения технологических винтов и выполнения при сборке отверстий под штифты. 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, поперечное сечение по оси бобышки (увеличено); на фиг. 3, 4, 5 показаны операции процесса сборки.

Осевой вентилятор содержит цилиндрический корпус 1, установленную в нем втулку 2, в которой размещен электродвигатель 3, и рабочее колесо 4, установленное на его валу. Между корпусом 1 и втулкой 2 размещены съемные бобышки 5, оси 6 которых перпендикулярны оси вентилятора, а боковые поверхности 7 выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осям 6 бобышек. Винты 8 стягивают корпус 1 со втулкой 2 через отверстия 9 в бобышках 5. Наружная поверхность втулки 2 выполнена цилиндрической, а торцовые поверхности 10 каждой бобышки 5 выполнены в виде участков тора 11, расположенных снаружи от его осевой окружности 12, причем экваториальная плоскость 13 каждого тора проходит через ось 6 соответствующей бобышки и ось 14 вентилятора (на фиг. 1 эти плоскости лежат в плоскости чертежа). Под термином "снаружи от осевой окружности тора", используемом для краткости в формуле изобретения, автор понимает нахождение точек тора снаружи цилиндра, проходящего через осевую окружность тора перпендикулярно его экваториальной плоскости. Термины, характеризующие тор, приведены в соответствии с [3]. На внутренней поверхности корпуса 1 и наружной поверхности втулки 2 в местах контакта с ними торовых поверхностей 10 бобышек 5 выполнены выемки 15 и 16 соответственно с поверхностями, повторяющими торовые поверхности 10 бобышек 5. Размер бобышек L вдоль оси 14 вентилятора меньше или равен полуразности диаметров D (внутренней поверхности корпуса) и d (наружной поверхности втулки). Центры торов 11 размещены на окружности диаметром D₀, равном полусумме диаметров D и d. Максимальные размеры H выемок 15 на внутренней поверхности корпуса 1 и h выемок 16 на наружной поверхности втулки 2 в плоскости, перпендикулярной оси 14 вентилятора и проходящей через центры 17 торов, меньше или равны радиусу R меридиана 18 тора. Направляющая цилиндрической поверхности каждой бобышки 5 выполнена в виде линии пересечения соответствующего тора 11 с наружной цилиндрической поверхностью втулки 2.

Вентилятор работает следующим образом. При включении электродвигателя 3 начинает вращаться колесо 4, создавая поток воздуха. Опора втулки 2 на корпус 1 осуществляется через торовые поверхности 10 бобышек 5 и торовые поверхности выемок 15 и 16, что снижает контактные напряжения и повышает прочность вентилятора. Винты 8 также разгружены от срезающих усилий и работают только на растяжение, что дало возможность устранить из конструкции вентилятора имеющиеся в прототипе штифты. Механическая обработка втулки легко выполнима, т.к. отсутствуют уступы при переходе от цилиндрической ее поверхности к выемкам 16. Условие "максимальные размеры H и h выемок меньше или равны радиусу R меридиана 18 тора" необходимы для обеспечения выемкам 15 и 16 удобной для обработки формы (в противном случае затруднен вывод инструмента из выемок). Размещение центров торов 11 на окружности диаметром D₀, равном полусумме диаметров D и d, позволяет обеспечить отсутствие уступов между бобышками и корпусом и втулкой в крайних сечениях бобышек, проходящих через ось вентилятора. То, что направляющая цилиндрической поверхности (криволинейный цилиндр) каждой бобышки 5 выполнена в виде линии пересечения соответствующего тора 11 с наружной цилиндрической поверхностью втулки 2, обеспечивает полное отсутствие каких-либо уступов в месте сопряжения бобышки со втулкой и минимально возможные врезы в наружную поверхность корпуса. Два последних условия не являются необходимыми для достижения заявленного технического результата, но позволяют минимизировать аэродинамическое сопротивление вентилятора и поэтому вынесены в зависимый пункт формулы изобретения.

Способ сборки осуществляют следующим образом. Втулку 2 устанавливают внутрь корпуса 1, совмещают оси втулки и корпуса и производят монтаж электродвигателя 3 и рабочего колеса 4 (см. фиг. 3). Затем бобышки 5 разворачивают до положения, при котором экваториальные плоскости 13 торовых поверхностей 10 бобышек проходят через ось 14 вентилятора и размер бобышек в экваториальных плоскостях по осям, перпендикулярным оси вентилятора, меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса 1 и наружной поверхности втулки 2 (фиг. 4). Далее совмещают центры торовых поверхностей 10 бобышек и выемок 15 на корпусе и 16 на втулке путем осевого перемещения бобышек 5 в кольцевое пространство между корпусом 1 и втулкой 2 (направление показано стрелками на фиг. 4; перемещение возможно, т.к. размер бобышек L вдоль оси 14 вентилятора меньше или равен полуразности диаметров D и d) и совмещения осей трех вышеупомянутых поверхностей, например, применением шаблонов. После этого производят разворот бобышек 5 в экваториальных плоскостях 13 торов 11 (направление показано стрелками на фиг. 5; разворот возможен, т.к. тор является телом вращения, а торцовые поверхности бобышек 10 и выемки 15 и 16 являются торами с одними и теми же параметрами) до положения, в котором оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора, и закрепление втулки 2 на корпусе 1 через бобышки 5 винтами 8, что показано на фиг. 1. В результате использования способа сборки повышается технологичность за счет устранения операции снятия технологических винтов и выполнения при сборке отверстий под штифты, т.к. неизменное взаимное положение втулки и корпуса обеспечивается за счет изготовленных в деталях торовых поверхностей. Полученные преимущества позволяют рекомендовать заявленное техническое решение для использования в изделиях авиационной и космической техники.

Литература
1. Патент Российской Федерации N 2061907, кл. F 04 D 19/00, 1993 г.

2. Патент Российской Федерации N 2133383, кл. F 04 D 19/00, 1999 г. (прототип).

3. Математическая энциклопедия, М., "Советская энциклопедия", 1985, т. 5, стр. 405, статья "Top".

Изобретение относится к вентиляторостроению и может быть использовано в системах терморегулирования авиационной и ракетной техники. Техническим результатом является повышение вибропрочности и технологичности. Осевой вентилятор содержит корпус, установленную в нем цилиндрическую втулку с электродвигателем и рабочее колесо, а также бобышки между корпусом и втулкой. Торцовые поверхности каждой бобышки выполнены в виде участков тора, а на поверхностях корпуса и втулки в местах контакта с ними торовых поверхностей бобышек выполнены выемки с поверхностями, повторяющими торовые поверхности бобышек. Размер бобышек вдоль оси вентилятора меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки. При сборке вентилятора бобышки разворачивают до положения, при котором размер бобышек по осям, перпендикулярным оси вентилятора, меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки, затем совмещают центры торовых поверхностей бобышек и выемок на корпусе и втулке, производят разворот бобышек в экваториальных плоскостях торов до положения, в котором оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора, и монтируют электродвигатель и рабочее колесо. 2 c. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Осевой вентилятор, содержащий корпус, установленную в нем втулку, в которой размещен электродвигатель, и рабочее колесо, установленное на его валу, а также размещенные между корпусом и втулкой съемные бобышки, оси которых перпендикулярны оси вентилятора, а боковые поверхности выполнены в виде криволинейных цилиндров с образующими, параллельными осями бобышек, и винты, стягивающие корпус со втулкой через отверстия в бобышках, отличающийся тем, что наружная поверхность втулки выполнена цилиндрической, а торцовые поверхности каждой бобышки выполнены в виде участков тора, расположенных снаружи от его осевой окружности, причем экваториальная плотность каждого тора проходит через ось соответствующей бобышки и ось вентилятора, а на внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки в местах контакта с ними торовых поверхностей бобышек выполнены выемки с поверхностями, повторяющими торовые поверхности бобышек, при этом максимальные размеры выемок на внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки в плоскости, перпендикулярной оси вентилятора и проходящей через центры торов, меньше или равны радиусу меридиана тора, а размер бобышек вдоль оси вентилятора меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки. 2. Способ сборки осевого вентилятора, заключающийся в установке втулки внутрь корпуса, совмещении осей втулки и корпуса, монтаже электродвигателя и рабочего колеса, размещении съемных бобышек в кольцевом пространстве между корпусом и втулкой в их рабочем положении, соответствующем прохождению их плоскостей симметрии через ось вентилятора, и закреплении втулки на корпусе через бобышки винтами, отличающийся тем, что перед размещением бобышек в рабочем положении их разворачивают до положения, при котором экваториальные плоскости торовых поверхностей бобышек проходят через ось вентилятора и размер бобышек в экваториальных плоскостях по осям, перпендикулярным оси вентилятора, меньше или равен полуразности диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки, после чего совмещают центры торовых поверхностей бобышек и выемок на корпусе и втулке, производят разворот бобышек в экваториальных плоскостях торов до положения, в котором оси бобышек перпендикулярны оси вентилятора, после чего производят закрепление втулки на корпусе через бобышки винтами. 3. Осевой вентилятор по п.1, отличающийся тем, что центры торов размещены на окружности с диаметром, равным полусумме диаметров внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности втулки, а направляющая цилиндрической поверхности каждой бобышки выполнена в виде линии пересечения соответствующего тора с одной из цилиндрических поверхностей пары внутренняя поверхность корпуса - наружная поверхность втулки.