专利名称：流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体机械，特别涉及轴和叶轮利用过盈配合相互结合的流体机械。
背景技术：
在如用于激光起振器中的鼓风机那样的高速旋转型的流体机械中，需要在轴(旋转轴)上高精度、牢固地安装叶轮。于是以往，例如特开平7-63193号公报(JP-A-7-063193)所记载，通过将叶轮与轴热压配合，可以防止可能在两者的高速旋转中产生的周向的相对变动，进行稳定的高速旋转。
另外，如特开2004-60460号公报(JP-A-2004-060460)所记载，也已知仅将设置于叶轮上的轴孔的一部分利用热压配合嵌合在轴上的结构。在JP-A-2004-060460上还记载有如下方法，即将叶轮使其气体入口侧朝上地放置在底板上，在该状态下加热设在叶轮轴孔的气体入口侧的嵌合部来扩大直径，在将轴从叶轮的上方插入轴孔到规定位置的时刻，解除加热，完成热压配合。
就现有的流体机械而言，在将叶轮与轴热压配合的结构中，一般以在叶轮收缩时叶轮和轴最初配合处为基准，决定两者的相互固定位置，之后叶轮完全收缩，从而牢固地固定在轴上。这时，在轴上的叶轮的固定位置(即最初配合处的位置)由于各种加工精度的不均匀等，一般难以正确预测。从而，在轴上将叶轮正确定位于预先确定的轴线方向位置并固定比较困难，结果，会担心对流体机械的工作可靠性或性能带来坏影响。
例如，在与叶轮邻接设置轴密封件或轴承的结构中，若在轴上的叶轮的轴线方向位置从设定位置偏移，则在其影响下轴密封件或轴承的轴线方向位置也从设定位置偏移。特别是若在轴承上产生位置偏移，则在轴的高速旋转中发生异常振动，也有可能对轴承或流体机械主体产生损伤。不仅在如上述的JP-A-7-063193所记载的将叶轮用轴孔的全体固定在轴上的结构中，而且在如上述的JP-A-2004-060460所记载的将叶轮用轴孔的一部分固定在轴上的结构中，由于特别规定在轴上的叶轮的固定位置(即最初配合处的位置)比较困难，能同样引起这种问题。
为了解决这种问题，有时采取如下对策，即当进行热压配合工序时，直到叶轮完全收缩的期间，通过用压力机械等夹持叶轮和轴，防止两者间的在轴线方向的相对位置偏移。另外，也有以缩短直到叶轮收缩完成的时间的目的，准备专用的冷却机构的情况。但是，这些压力机械或冷却机构等附带设备，可能成为增加流体机械的制造成本的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在轴和叶轮利用过盈配合而相互结合的流体机械中，利用简单的结构能切实地防止当结合轴和叶轮时的两者间的轴线方向的相对位置偏移，以使安全性及工作可靠性优良的廉价且高性能的流体机械。
为了达到上述目的，本发明提供一种流体机械，具备轴；叶轮，其具有插入轴的轴孔，并利用过盈配合与轴结合；定位部，其设在轴和叶轮之间，将叶轮定位于轴的预先确定的位置上；嵌合部，其与定位部邻接设在轴孔之中，在轴和叶轮之间形成过盈配合；以及游隙插入部(遊挿部)，其与嵌合部邻接设在轴孔之中，在轴和叶轮之间形成间隙。
在上述流体机械中，定位部可以具备与轴及叶轮分开的部件。
而且，定位部可以具备轴及叶轮的至少一方的一部分。
还有，可以通过沿轴线方向改变轴的外径和叶轮的轴孔的内径的至少一方而形成嵌合部及游隙插入部。
通过与附图结合的以下适当的实施方式的说明，本发明的上述以及其他目的、特征及优点将更加明确。在该附图中图1是表示本发明的一实施方式的流体机械的轴和叶轮的剖视图；图2是表示图1的流体机械的变形例的剖视图；图3是表示图1的流体机械的另一个变形例的剖视图；图4是表示图1的流体机械的再另一个变形例的剖视图；以及图5是表示图1的流体机械的再另一个变形例的剖视图。
具体实施例方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。在图中，在同样或类似的构成要素上标注了共同的附图标记。
参照附图，图1表示本发明的一实施方式的流体机械10的轴12和叶轮14。图示实施方式的流体机械10是具有离心式鼓风机的结构的机械，叶轮14的叶片构造及壳体(未图示)的构造都可以使用众所周知的构造，所以省略其说明。另外本发明不限于离心式鼓风机，还可以适用于其他各种流体机械。
流体机械10具备轴12和具有插入轴12的轴孔16的叶轮14，具有叶轮14利用过盈配合与轴12结合的结构。流体机械10还具备定位部18，其设在轴12和叶轮14之间，将叶轮14定位于轴12的预先确定的位置上；嵌合部20，其与定位部18邻接设在轴孔16之中，在轴12和叶轮14之间形成过盈配合；以及游隙插入部22，其与嵌合部20邻接设在轴孔16之中，在轴12和叶轮14之间形成间隙。
轴12具有沿轴12及叶轮14的旋转轴线A使外径台阶状地改变而延长的阶梯圆筒状的外周面12a，在其轴线方向规定位置上以同心配置固定叶轮14。叶轮14的轴孔16具有沿轴12及叶轮14的旋转轴线A以同一内径延长的圆筒状的内周面16a。固定叶轮14的轴12通过安装在其轴线方向规定位置上的轴承24，可旋转地支撑在未图示的壳体上。在叶轮14和轴承24之间，轴密封件26固定地设置在轴12的轴线方向规定位置上。
轴12的外周面12a包括设置轴承24及轴密封件26的圆筒状的大径部分28；与大径部分28在轴线方向邻接配置，通过与旋转轴线A大致正交的第一环状台肩面12b而稍微缩小直径的圆筒状的中径部分30；以及与中径部分30在轴线方向邻接配置，通过与旋转轴线A大致正交的第二环状台肩面12c而稍微缩小直径的圆筒状的小径部分32。轴密封件26具有与轴12的大径部分28嵌合的圆筒状的基部34，基部34在其轴线方向一端(在图中上端)与轴12的第一环状台肩面12b对齐配置，同时在其轴线方向另一端(在图中下端)与轴承24邻接配置。在轴孔16的内周面16a的从轴线方向一端(在图中下端)到规定长度的第一区域36，叶轮14固定在轴12的中径部分30上。叶轮14的轴孔内周面16a的剩余的区域(第二区域)38非接触地配置在轴12的小径部分32上。
在图示实施方式中，定位部18包括轴12的第一环状台肩面12b；和与轴12及叶轮14的任何一个都是分开的部件的轴密封件26的基部34。叶轮14从轴孔16的轴线方向一端(在图中下端)依次容纳轴12的小径部分32及中径部分30，在与轴孔16的轴线方向一端的开口邻接的轴线方向端面的环状区域14a，与轴12的第一环状台肩面12b和轴密封件26的基部34的轴线方向一端面(在图中上端面)抵接。在该状态下，叶轮14正确地定位于轴12上的轴线方向规定位置上。
另外，在图示实施方式中，通过轴12的外周面12a的中径部分30和轴孔16的内周面16a的第一区域36的协作构成嵌合部20。可以利用加热叶轮14安装在轴12上的“热压配合”和冷却轴12安装在叶轮14上的“冷缩配合”的至少一方的方法(即也包括并用)来确保在嵌合部20的过盈配合构造。轴12的中径部分30的外径和轴孔16的第一区域36的内径设定为可以确保足以实现所需强度的过盈配合构造的过盈量。而且，轴12的中径部分30的轴线方向尺寸设定为足以排除叶轮14的轴线相对轴12的倾斜的大小。再有，在图示实施方式中，通过轴12的外周面12a的小径部分32和轴孔16的内周面16a的第二区域38的协作构成游隙插入部22。
在具有上述结构的流体机械10中，当利用热压配合及冷缩配合的至少一方的方法将轴12固定在叶轮14上时，首先，将轴12的小径部分32及中径部分30依次插入叶轮14的轴孔16中，通过使叶轮14的轴线方向端面的环状区域14a与定位部18(轴12的第一环状台肩面12b及轴密封件26的基部34)抵接，可以将叶轮14正确地定位于轴12上的轴线方向规定位置上。若以该状态放置，则在热压配合的场合加热的叶轮14收缩，另外在冷缩配合的场合冷却的轴12膨胀，在嵌合部20(轴12的中径部分30及轴孔16的第一区域36)上轴12和叶轮14最初配合。这时，利用叶轮14的自重或轻度的外力，可以简单地维持叶轮14的环状区域14a与定位部18抵接的状态，所以在将叶轮14定位于轴12上的轴线方向规定位置上的状态下，轴12和叶轮14在嵌合部20的任意地方最初配合。
接着，通过相互接触的轴12和叶轮14进行热交换，使轴12的膨胀和叶轮14的收缩实质上同时进行，从而完成在嵌合部20的过盈配合。如图1用箭头所示，之后产生的轴12的膨胀和叶轮14的收缩向相互反方进行，通过游隙插入部22(轴12的小径部分32及轴孔16的第二区域38)的存在，这种向反向的两者的热变形可顺利进行。然后，在轴12及叶轮14的双方的热变形结束的时刻，完成叶轮14向轴12的安装作业。这样安装在轴12上的叶轮14成为在轴线方向的位置精度极高的部件。
这样，在流体机械10中，当利用热压配合及冷缩配合的至少一方的方法将轴12固定在叶轮14上时，通过与定位部18邻接地在轴孔16内设置嵌合部20，可以容易且切实地特别规定叶轮14在轴12上的固定位置(即最初配合处的位置)，实现在嵌合部20的过盈配合。而且，通过在轴孔16内与嵌合部20邻接设置游隙插入部22，可以将过盈配合后的轴12的膨胀方向及叶轮14的收缩方向控制为规定方向。其结果，可以利用简单的结构切实地防止当相互结合轴12和叶轮14时两者间的轴线方向的相对位置偏移，提高叶轮14在轴12上的轴线方向位置精度，同时还可提高安装在轴12上的轴承24及轴密封件26等其他部品的轴线方向位置精度。从而流体机械10成为安全性及工作可靠性优良的廉价且高性能的机械。
另外，在利用热压配合及冷缩配合的至少一方的方法确保轴12和叶轮14的过盈配合的上述结构中，轴12和叶轮14由互相热收缩率不同的材料制作，从促进过盈配合作用的观点来看这是有利的。
在上述流体机械10中，定位部18也可以仅由轴密封件26的基部34(即与轴12及叶轮14分开的部件)和轴12的第一环状台肩面12b(即轴12的一部分)的任何一方构成。若挪用与叶轮14邻接安装在轴12上的轴密封件26等其他部品构成定位部18，则可以减少加工工时及部品件数。另一方面，若由轴12及叶轮14的至少一方的一部分构成定位部18，则可以维持稳定的位置决定功能。
另外，可以通过沿轴线方向改变轴12的外周面12a的直径尺寸和叶轮14的轴孔16的内周面16a的直径尺寸的至少一方，形成嵌合部20及游隙插入部22。根据这种结构，可以极简单地构成嵌合部20及游隙插入部22。以下，参照图2～图5，说明上述流体机械10的各种变形例。另外，在图2～图5中，在与图1的流体机械10对应的构成要素上标注共同的附图标记，省略重复说明。
在图2所示的变形例中，在轴12的外周面12a上，代替上述中径部分30，设有从第一环状台肩面12b到小径部分32之间外径尺寸逐渐减小的锥形部分40。在与第一环状台肩面12b邻接的部位，锥形部分40以过盈配合状态与叶轮14的轴孔16的与定位部18侧的开口端邻接的上述第一区域36的末端部分36a配合，构成嵌合部20。在该结构中，通过充分确保在嵌合部20的过盈配合的过盈量，可以实现所需强度的嵌合，同时通过定位部18(轴12的第一环状台肩面12b及轴密封件26的基部34)的作用，可以排除叶轮14相对轴12的轴线的倾斜。根据这种结构，也得到与图1所示的流体机械10同等的作用效果。
在图3所示的变形例中，从轴12的外周面12a省略上述中径部分30及第二环状台肩面12c，做成大径部分28和小径部分32通过第一环状台肩面12b而邻接的形状，另一方面，将叶轮14的轴孔16的内周面16a形成为包括由小径的圆筒面构成的上述第一区域36和由比第一区域36的直径还大的圆筒面构成的第二区域38的阶梯圆筒状。叶轮14的轴孔16的第一区域36以过盈配合状态与轴12的小径部分32的与第一环状台肩面12b邻接的基端区域42配合，构成嵌合部20。在该结构中，通过充分确保在嵌合部20的过盈配合的过盈量及轴线方向长度，可以实现所需强度的嵌合，同时可以排除叶轮14的轴线相对轴12的倾斜。根据这种结构，也得到与图1所示的流体机械10同等的作用效果。
在图4所示的变形例中，与图3的结构同样，将轴12的外周面12a做成大径部分28和小径部分32通过第一环状台肩面12b邻接的形状，另一方面，在叶轮14的轴孔16的内周面16a上，设有由大径的圆筒面构成的上述第二区域38和从第二区域38到定位部18侧的开口端之间内径尺寸逐渐减小的锥形区域44。在与定位部18侧的开口端邻接的部位，轴孔16的锥形区域44以过盈配合状态与轴12的小径部分32的与第一环状台肩面12b邻接的末端部分32a配合，构成嵌合部20。在该结构中，通过充分确保在嵌合部20的过盈配合的过盈量，可以实现所需强度的嵌合，同时通过定位部18(轴12的第一环状台肩面12b及轴密封件26的基部34)的作用，可以排除叶轮14的轴线相对轴12的倾斜。根据这种结构，也得到与图1所示的流体机械10同等的作用效果。
在图5所示的变形例中，代替并用轴密封件26的上述定位部18，在叶轮14的轴孔16的内部，采用了由轴12及叶轮14的双方的一部分构成的定位部46。具体地，将轴12的外周面12a做成大径部分28和小径部分32通过第一环状台肩面12b邻接的形状，同时做成将大径部分28从轴密封件26的基部34突出地延长并插入叶轮14的轴孔16的结构。另一方面，将叶轮14的轴孔16的内周面16a形成为阶梯圆筒状，该阶梯圆筒状包括与轴密封件26侧的开口端邻接的大径的第一区域36；与相反侧的开口端邻接的大径的第二区域38；以及位于第一区域36及第二区域48之间的小径的第三区域48。在叶轮14的轴孔16的第一区域36和第三区域48之间，形成与轴线A大致正交的环状台肩面16b。叶轮14的轴孔16的环状台肩面16b与轴12的第一环状台肩面12b协作，构成定位部46。而且，叶轮14的轴孔16的第三区域48以过盈配合状态与轴12的小径部分32的与第一环状台肩面12b邻接的基端区域50配合，构成嵌合部20。
在上述结构中，当利用热压配合及冷缩配合的至少一方的方法将轴12固定在叶轮14上时，首先，将轴12的小径部分32及大径部分28依次插入叶轮14的轴孔16中，通过使轴12的第一环状台肩面12b和叶轮14的轴孔16的环状台肩面16b相互抵接，可以利用定位部46的作用将叶轮14切实地定位于轴12上的轴线方向规定位置上。在该状态下，通过在嵌合部20(轴12的小径部分32的基端区域50及轴孔16的第三区域48)完成过盈配合，可以将叶轮14在正确地定位于轴12上的轴线方向规定位置上的状态下安装在轴12上。另外，在嵌合部20相互接触的轴12和叶轮14进行热交换期间的两者的热变形，沿图5用箭头表示的方向进行。在该结构中，通过在轴孔16内互相邻接设置定位部46和嵌合部20，也可以容易且切实地特别规定叶轮14在轴12上的固定位置(即最初配合处的位置)，实现在嵌合部20的过盈配合。其结果，得到与图1所示的流体机械10同等的作用效果。
以上，结合本发明的适当的实施方式说明了本发明，但对于本领域技术人员来说应该理解在不脱离本发明的公开范围的情况下可以进行各种修正及变更。
权利要求
1.一种流体机械(10)，具备轴(12)和具有插入该轴的轴孔(16)的叶轮(14)，该叶轮利用过盈配合与该轴结合，其特征在于，具备定位部(18)，其设在上述轴和上述叶轮之间，将该叶轮定位于该轴的预先确定的位置上；嵌合部(20)，其与上述定位部邻接地设在上述轴孔之中，在上述轴和上述叶轮之间形成上述过盈配合；以及游隙插入部(22)，其与上述嵌合部邻接地设在上述轴孔之中，在上述轴和上述叶轮之间形成间隙。
2.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，上述定位部具备与上述轴及上述叶轮分开的部件(34)。
3.根据权利要求1所述的流体机械，其特征在于，上述定位部具备上述轴及上述叶轮的至少一方的一部分(12b)。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的流体机械，其特征在于，通过沿轴线方向使上述轴的外径和上述叶轮的上述轴孔的内径的至少一方改变，形成上述嵌合部及上述游隙插入部。
全文摘要
本发明涉及一种流体机械，具备轴和具有插入轴的轴孔的叶轮，叶轮利用过盈配合与轴结合。流体机械具备定位部，其设在轴和叶轮之间，将叶轮定位于轴的预先确定的位置上；嵌合部，其与定位部邻接设在轴孔之中，在轴和叶轮之间形成过盈配合；以及游隙插入部，其与嵌合部邻接设在轴孔之中，在轴和叶轮之间形成间隙。
文档编号F04D29/62GK1975173SQ20061016290
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月29日 优先权日2005年12月1日
发明者川合晓, 太田一也, 江川明 申请人:发那科株式会社