軸流風(fēng)機(jī)核心部件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

成 立

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密制造工程系,江蘇 蘇州 215104)

0 前言

軸流風(fēng)機(jī)以功耗低、散熱快、噪音低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。各類軸流風(fēng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)大同小異，不同的是帶轉(zhuǎn)子風(fēng)葉部件，從某種程度來說，其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化就意味著工藝過程的簡化，這將直接降低風(fēng)機(jī)的成本。

1 鉚壓式帶轉(zhuǎn)子風(fēng)葉結(jié)構(gòu)分析

(a)主視圖 (b)左視圖1—風(fēng)葉 2—鑄鋁轉(zhuǎn)子 3—轉(zhuǎn)軸圖1 鉚壓式帶轉(zhuǎn)子風(fēng)葉Fig.1 Rotor blade with riveting pressing

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

該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是，由于轉(zhuǎn)軸孔緊配于鑄鋁轉(zhuǎn)子的端環(huán)平面孔，而純鋁(端環(huán)和導(dǎo)條均為純鋁)的強(qiáng)度太差，當(dāng)風(fēng)機(jī)工作一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)軸即發(fā)生松動，導(dǎo)致風(fēng)葉部件發(fā)生不規(guī)則晃動甚至飛出。

2 帶轉(zhuǎn)子風(fēng)葉的制作工藝分析

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

1—風(fēng)葉 2—鑄鋁轉(zhuǎn)子 3—轉(zhuǎn)軸(a)主視圖 (b)左視圖 (c)實(shí)物圖圖3 帶轉(zhuǎn)子風(fēng)葉Fig.3 Rotor blade

(a)轉(zhuǎn)軸實(shí)物圖 (b)轉(zhuǎn)軸零件圖 (c)鑄鋁轉(zhuǎn)子圖4 轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子Fig.4 Rotation shaft and rotor

1—復(fù)位桿 2—?jiǎng)幽?dǎo)套 3—定模導(dǎo)套 4—限位銷 5—回復(fù)橡膠 6—導(dǎo)柱 7—定模板 8—鑄鋁轉(zhuǎn)子 9—轉(zhuǎn)軸 10—定位圈 11—澆口套 12—轉(zhuǎn)軸定位芯 13—?jiǎng)幽Ｐ托?14—定模型芯 15—?jiǎng)幽Ｈ~片型芯 16—定模中間版 17—?jiǎng)幽０?18—?jiǎng)幽Ｉw板 19—推桿 20—轉(zhuǎn)子推桿 21—墊塊 22—推桿固定板 23—推板 24—圓柱頭內(nèi)六角螺釘 25—底板(a)右視圖(卸去定模) (b)裝配圖圖5 帶轉(zhuǎn)子風(fēng)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(tài)下將轉(zhuǎn)軸9[圖4(a)]和鑄鋁轉(zhuǎn)子8[圖4(c)]分別插入轉(zhuǎn)軸定位芯12(圖7)和動模型芯13(圖8)的內(nèi)孔中；合模后經(jīng)點(diǎn)澆口注射成型，保壓冷卻開模后，由于回復(fù)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(jī)頂出缸，通過推板23、推桿19和20推出風(fēng)葉；在A—A分型面夾出點(diǎn)澆口廢料便可進(jìn)入下一個(gè)注射循環(huán)。

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

圖7 轉(zhuǎn)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(fēng)葉零件的質(zhì)量分析

風(fēng)葉的工作環(huán)境決定了它是一高速動態(tài)零件，其工作時(shí)的動態(tài)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(shí)，也會因塑料充型產(chǎn)生材質(zhì)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(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定的振動。因此，對純風(fēng)葉塑件靜平衡度的檢測勢在必行。

3 測試風(fēng)葉的獲取

將試樣用模擬轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的測試風(fēng)葉部件，隨后需在風(fēng)葉葉片上和模具葉片型面上做好相對應(yīng)的標(biāo)號。然后，采用M8圓柱頭內(nèi)六角螺釘與模擬轉(zhuǎn)子螺孔旋緊配合后，用力將模擬轉(zhuǎn)子從風(fēng)葉中抽離出來，即可得到純粹的測試風(fēng)葉塑件(圖12)。

圖9 模擬轉(zhuǎn)子Fig.9 Simulation rotor

1—復(fù)位桿 2—?jiǎng)幽?dǎo)套 3—定模導(dǎo)套 4—限位銷 5—回復(fù)橡膠 6—導(dǎo)柱 7—定模板 8—模擬轉(zhuǎn)子 9—定位圈 10—澆口套 11—?jiǎng)幽Ｐ托?12—定模型芯 13—?jiǎng)幽Ｈ~片型芯 14—定模中間版 15—?jiǎng)幽０?16—?jiǎng)幽Ｉw板 17—推桿 18—轉(zhuǎn)子推桿 19—墊塊 20—推桿固定板 21—推板 22—圓柱頭內(nèi)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(zhuǎn)子的測試風(fēng)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(zhuǎn)子的測試風(fēng)葉Fig.11 Blade for test with simulated rotor

圖12 測試風(fēng)葉Fig.12 Blade for the test

4 風(fēng)葉的靜平衡檢測工藝

送檢平衡度的風(fēng)葉(圖12)應(yīng)僅為風(fēng)葉塑件本身，需去除鑄鋁轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸的影響，故其質(zhì)量很小，可視其為靜不平衡旋轉(zhuǎn)件。風(fēng)葉塑件的不平衡靜力矩是因其質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸而產(chǎn)生的，采用靜平衡導(dǎo)軌架進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)，可找出風(fēng)葉不平衡質(zhì)點(diǎn)的具體位置和大小。

4.1 導(dǎo)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(dǎo)軌互相平行，并被置于同一水平面內(nèi)。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(diào)整校平錐1的細(xì)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(fēng)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(fēng)葉(a)主視圖 (b)左視圖圖13 靜平衡導(dǎo)軌架Fig.13 Static balance guiding track framework

4.2 靜平衡導(dǎo)軌架的原理與操作

如圖13所示的靜平導(dǎo)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(zhì)量小可有效地減少裝置的測量誤差。滾動芯軸經(jīng)校直后采用熱套法與定位芯進(jìn)行過盈相配。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將葉片上帶有標(biāo)號的風(fēng)葉7套在定位芯6上，來回輕撥動葉片轉(zhuǎn)動，使?jié)L動芯軸5在二刀口尺4上反復(fù)滾動(尺尖上的摩擦力非常小)。待其停止轉(zhuǎn)動后觀察處于下部位置的葉片標(biāo)號，若風(fēng)葉停轉(zhuǎn)后處于下部位置的葉片標(biāo)號是隨機(jī)的，說明風(fēng)葉平衡度達(dá)標(biāo)；若風(fēng)葉停轉(zhuǎn)時(shí)總出現(xiàn)同一標(biāo)號葉片位于下部，說明該葉片上的某些質(zhì)點(diǎn)偏重，相對風(fēng)葉中心的極慣性矩偏大。

4.3 配重法修模

找出質(zhì)點(diǎn)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(dǎo)軌架上來回滾動實(shí)驗(yàn)，通過增減配重泥直到風(fēng)葉保持平衡。根據(jù)配重泥的質(zhì)量和所在位置，在模具相應(yīng)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(fēng)葉。

圖14 通孔金屬風(fēng)葉Fig.14 Perforated metal blade

對于中心具有通孔的風(fēng)葉(圖14)，可將定位芯5移至滾動芯軸的中間，則風(fēng)葉處在兩導(dǎo)軌中間時(shí)(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(fēng)葉 7—定位芯(硬鋁)(a)主視圖 (b)左視圖圖15 通孔型風(fēng)葉的靜平衡檢測Fig.15 Static balance test of perforated metal blade

5 特點(diǎn)分析

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

6 結(jié)論

(1)采用注射成型技術(shù)，設(shè)計(jì)一對帶軸轉(zhuǎn)子作為嵌件注射成型的風(fēng)葉注塑模具；

(2)采用可拆卸模擬轉(zhuǎn)子作為嵌件注射成型技術(shù)，獲得測試用的純粹風(fēng)葉；

(3)利用便捷的靜平衡架對純粹風(fēng)葉進(jìn)行靜平衡測試，采用去重法修模精準(zhǔn)可。

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