軸流風機核心部件結構的優化設計

成 立

(蘇州工業職業技術學院精密制造工程系,江蘇 蘇州 215104)

0 前言

軸流風機以功耗低、散熱快、噪音低、節能環保等優點得到廣泛應用。各類軸流風機的定子結構大同小異，不同的是帶轉子風葉部件，從某種程度來說，其結構的優化就意味著工藝過程的簡化，這將直接降低風機的成本。

1 鉚壓式帶轉子風葉結構分析

(a)主視圖 (b)左視圖1—風葉 2—鑄鋁轉子 3—轉軸圖1 鉚壓式帶轉子風葉Fig.1 Rotor blade with riveting pressing

1—鉆頭 2—鉆模板 3—轉子 4—底座 5—轉軸 6—鉸刀 7—定位板 8—鉚壓頭 9—風葉(a)鉆模 (b)鉸孔和壓軸工裝 (c)鉚壓工裝 (d)轉軸 (e)帶軸轉子圖2 鉚壓式帶轉子風葉工裝過程Fig.2 Craft equipment of rotor blade with riveting pressing

該結構的缺點是，由于轉軸孔緊配于鑄鋁轉子的端環平面孔，而純鋁(端環和導條均為純鋁)的強度太差，當風機工作一段時間后，轉軸即發生松動，導致風葉部件發生不規則晃動甚至飛出。

2 帶轉子風葉的制作工藝分析

如圖3所示是交流軸流風機的風葉組件，將轉軸3[圖4(a)]和鑄鋁轉子2[圖4(c)]作為風葉注塑模[2-3](圖5)的嵌件置于模具中，經注射成型后即可獲得該三位一體的風葉部件。

1—風葉 2—鑄鋁轉子 3—轉軸(a)主視圖 (b)左視圖 (c)實物圖圖3 帶轉子風葉Fig.3 Rotor blade

(a)轉軸實物圖 (b)轉軸零件圖 (c)鑄鋁轉子圖4 轉軸和轉子Fig.4 Rotation shaft and rotor

1—復位桿 2—動模導套 3—定模導套 4—限位銷 5—回復橡膠 6—導柱 7—定模板 8—鑄鋁轉子 9—轉軸 10—定位圈 11—澆口套 12—轉軸定位芯 13—動模型芯 14—定模型芯 15—動模葉片型芯 16—定模中間版 17—動模板 18—動模蓋板 19—推桿 20—轉子推桿 21—墊塊 22—推桿固定板 23—推板 24—圓柱頭內六角螺釘 25—底板(a)右視圖(卸去定模) (b)裝配圖圖5 帶轉子風葉的注塑模Fig.5 Injection mould with rotor blade

2.1 工作原理

如圖6所示，在開模狀態下將轉軸9[圖4(a)]和鑄鋁轉子8[圖4(c)]分別插入轉軸定位芯12(圖7)和動模型芯13(圖8)的內孔中；合模后經點澆口注射成型，保壓冷卻開模后，由于回復橡膠5的作用，定模的A—A分型面首先被打開，隨后B—B分型面被打開，啟動注塑機頂出缸，通過推板23、推桿19和20推出風葉；在A—A分型面夾出點澆口廢料便可進入下一個注射循環。

圖6 在注塑模中放入轉子嵌件Fig.6 Insert of the rotor inlay into the injection mold

圖7 轉軸定位芯Fig.7 Positioning core of rotation shaft

圖8 動模型芯Fig.8 Movable model core

2.2 風葉零件的質量分析

風葉的工作環境決定了它是一高速動態零件，其工作時的動態平衡度要求極高。注塑中即使模具各嵌件同軸度安裝極高，可忽略其影響時，也會因塑料充型產生材質致密不均和制造誤差引起葉片極小位置偏差而影響動平衡度，使整臺風機產生一定的振動。因此，對純風葉塑件靜平衡度的檢測勢在必行。

3 測試風葉的獲取

將試樣用模擬轉子(圖9)作為嵌件[4]放置于如圖10所示的模具動模型芯11中，注射成型后可獲得如圖11所示的帶有模擬轉子的測試風葉部件，隨后需在風葉葉片上和模具葉片型面上做好相對應的標號。然后，采用M8圓柱頭內六角螺釘與模擬轉子螺孔旋緊配合后，用力將模擬轉子從風葉中抽離出來，即可得到純粹的測試風葉塑件(圖12)。

圖9 模擬轉子Fig.9 Simulation rotor

1—復位桿 2—動模導套 3—定模導套 4—限位銷 5—回復橡膠 6—導柱 7—定模板 8—模擬轉子 9—定位圈 10—澆口套 11—動模型芯 12—定模型芯 13—動模葉片型芯 14—定模中間版 15—動模板 16—動模蓋板 17—推桿 18—轉子推桿 19—墊塊 20—推桿固定板 21—推板 22—圓柱頭內六角螺釘 23—底板(a)右視圖(卸去定模) (b)裝配圖圖10 帶模擬轉子的測試風葉的注塑模Fig.10 Injection moulds of blade for test with simulated rotor

(a)主視圖 (b)左視圖圖11 帶模擬轉子的測試風葉Fig.11 Blade for test with simulated rotor

圖12 測試風葉Fig.12 Blade for the test

4 風葉的靜平衡檢測工藝

送檢平衡度的風葉(圖12)應僅為風葉塑件本身，需去除鑄鋁轉子和轉軸的影響，故其質量很小，可視其為靜不平衡旋轉件。風葉塑件的不平衡靜力矩是因其質心偏離回轉軸而產生的，采用靜平衡導軌架進行平衡實驗，可找出風葉不平衡質點的具體位置和大小。

4.1 導軌式靜平衡架簡介

如圖13所示，靜平衡架[5]，兩根鋼制刀口形導軌互相平行，并被置于同一水平面內。使用該工裝前水平須校正到位。方法是在2條刀口尺4上放置一水平儀，通過調整校平錐1的細牙螺紋，促使水平儀水泡移至中間位置，以使工作平面獲得理想的水平度，這是修正風葉誤差的首要保證。

1—校平錐 2—底座 3—支軸 4—刀口尺 5—滾動芯軸(硬鋁) 6—定位芯(硬鋁) 7—被測風葉(a)主視圖 (b)左視圖圖13 靜平衡導軌架Fig.13 Static balance guiding track framework

4.2 靜平衡導軌架的原理與操作

如圖13所示的靜平導軌衡架，其滾動芯軸5和定位芯6采用的均是硬鋁棒車削件，硬鋁棒質量小可有效地減少裝置的測量誤差。滾動芯軸經校直后采用熱套法與定位芯進行過盈相配。實驗時，將葉片上帶有標號的風葉7套在定位芯6上，來回輕撥動葉片轉動，使滾動芯軸5在二刀口尺4上反復滾動(尺尖上的摩擦力非常小)。待其停止轉動后觀察處于下部位置的葉片標號，若風葉停轉后處于下部位置的葉片標號是隨機的，說明風葉平衡度達標；若風葉停轉時總出現同一標號葉片位于下部，說明該葉片上的某些質點偏重，相對風葉中心的極慣性矩偏大。

4.3 配重法修模

找出質點大的葉片后，采用配重法在其對面葉片外緣粘上適量的配重泥，在導軌架上來回滾動實驗，通過增減配重泥直到風葉保持平衡。根據配重泥的質量和所在位置，在模具相應葉片型芯位置處銼去等重，修配后的模具組裝后再試模[6]，直至獲得合格的風葉。

圖14 通孔金屬風葉Fig.14 Perforated metal blade

對于中心具有通孔的風葉(圖14)，可將定位芯5移至滾動芯軸的中間，則風葉處在兩導軌中間時(圖15)即可檢查，測試方法同上。

1—校平錐 2—底座 3—支軸 4—刀口尺 5—滾動芯軸 (硬鋁) 6—被測風葉 7—定位芯(硬鋁)(a)主視圖 (b)左視圖圖15 通孔型風葉的靜平衡檢測Fig.15 Static balance test of perforated metal blade

5 特點分析

本工藝以鑄鋁轉子和轉軸為嵌件，通過注塑模具將其與風葉合為一體，在保證平衡度和同軸度的前提下，改進了傳統的鉚壓緊固或過盈配合工藝，在提高生產效率的同時降低了制造成本；在風葉平衡度檢測時，為了消除轉子質量的影響，運用模擬轉子替代鑄鋁轉子作為嵌件進行注塑，正常開模推出帶模擬轉子的風葉后，手工拔出該模擬轉子，以純粹的塑料風葉進行靜平衡測試并修模，有效地規避了因轉子因素而給修模方案帶來的誤判；靜平衡導軌架結構簡單，先期水平校正至關重要，按所獲結果修模，效果精準可靠。

6 結論

(1)采用注射成型技術，設計一對帶軸轉子作為嵌件注射成型的風葉注塑模具；

(2)采用可拆卸模擬轉子作為嵌件注射成型技術，獲得測試用的純粹風葉；

(3)利用便捷的靜平衡架對純粹風葉進行靜平衡測試，采用去重法修模精準可。

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