專利名稱：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機(jī)、壓縮機(jī)等具有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
本申請(qǐng)對(duì)2006年3月20日申請(qǐng)的日本國特許申請(qǐng)第2006-77168號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，在此處引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械、如使葉輪高速旋轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)之一來說，具有帶有齒輪的壓縮機(jī)(例如參考特開2001-173594號(hào)公報(bào)以及特開2001-173597號(hào)公報(bào))。參考圖3對(duì)該帶有齒輪的壓縮機(jī)進(jìn)行概要說明。
如圖3所示，帶有齒輪的壓縮機(jī)具有軸箱1。在該軸箱1上，驅(qū)動(dòng)軸2經(jīng)軸承4轉(zhuǎn)動(dòng)自如地設(shè)置，葉輪軸3經(jīng)軸承5旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)置。驅(qū)動(dòng)軸2經(jīng)驅(qū)動(dòng)齒輪6以及被動(dòng)齒輪7與葉輪軸3相連接。
在葉輪軸3的一方的軸端部8上，通過熱壓配合裝配有葉輪11。葉輪11收納在安裝于軸箱1上的殼體13內(nèi)。在殼體13和葉輪軸3之間設(shè)置有軸封裝置15。同樣地在葉輪軸3的另一方的軸端部9上，通過熱壓配合裝配有葉輪12。葉輪12收納在安裝于軸箱1上的殼體14內(nèi)。在殼體14和葉輪軸3之間設(shè)置有軸封裝置16。
在驅(qū)動(dòng)軸2被電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)源(未圖示)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)齒輪6以及被動(dòng)齒輪7使葉輪軸3增速旋轉(zhuǎn)，葉輪11、12同時(shí)被高速旋轉(zhuǎn)。
通過葉輪11的旋轉(zhuǎn)，空氣等流體通過殼體13的吸入口17而被吸入殼體13，在經(jīng)過葉輪11以及回轉(zhuǎn)流道18的過程中被壓縮。受到壓縮的流體通過未圖示的排出口被排出。同樣地通過葉輪12的旋轉(zhuǎn)，空氣等流體通過殼體14的吸入口19被吸入殼體14，在經(jīng)過葉輪12以及回轉(zhuǎn)流道21的過程中被壓縮。受到壓縮的流體通過未圖示的排出口被排出。
在上述構(gòu)成的帶有齒輪的壓縮機(jī)中，當(dāng)由包括葉輪11、12的葉輪軸3等構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)危險(xiǎn)速度)與使旋轉(zhuǎn)部恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)一致時(shí)，存在旋轉(zhuǎn)部共振的可能性。為了抑制旋轉(zhuǎn)部的共振，有必要使旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率不同于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率。例如，在旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率大于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率的情況下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率更大，在旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率小于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率的情況下，優(yōu)選旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率更小。
在上述帶有齒輪的壓縮機(jī)中，軸端部8單臂狀突出，而且軸端部8的直徑與葉輪軸3相比被較細(xì)形成，在它的軸端部8上安裝有具有較重重量的葉輪11。同樣，軸端部9也呈單臂狀突出，而且軸端部9的直徑與葉輪軸3相比被較細(xì)形成，在它的軸端部9上安裝有具有較重重量的葉輪12。如此構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)危險(xiǎn)速度)因軸端部8、9的剛性不同而較大地改變。
一般來說，在設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的情況下，為了滿足所要求的性能，而要確定葉輪的參數(shù)以及轉(zhuǎn)速，而且還要確定其它部位的參數(shù)如葉輪軸3的軸徑等。在各部位的參數(shù)被確定之后，進(jìn)行與旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率有關(guān)的模擬以確認(rèn)旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率。
例如，在模擬的結(jié)果為旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率與恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率一致的情況下、或者是稍大于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率而存在旋轉(zhuǎn)部共振的可能性的情況下，為了使旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率變得更大而采取了提高旋轉(zhuǎn)部的剛性等解決措施。作為簡(jiǎn)便的解決措施來說，使軸端部8、9的軸徑變大以提高葉輪軸3的剛性。
但是，在加大軸端部8、9的軸徑時(shí)，為了在軸端部8和葉輪11的配合部以及軸端部9和葉輪12的配合部取得既定的配合力而葉輪11、12(尤其在軸端部的前端附近)上所必須的壁厚有可能產(chǎn)生不足。在該情況下軸端部8、9的軸徑受到限制。
如果不能使軸端部8、9的軸徑成為所需尺寸時(shí)，則不得不變更存在于軸端部8、9之間的葉輪軸3的直徑，包括葉輪軸3的支持部在內(nèi)，均需要對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械整體進(jìn)行重新研究。其結(jié)果是需要較多的時(shí)間和勞力以確定各部位的最終的參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，可改變旋轉(zhuǎn)部的剛性以不至產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率與恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)頻率一致、或者是其差值很小的情況，從而可不用對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的整體進(jìn)行重新研究地制作。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的第一方式，包括恒定旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和裝配在該葉輪軸的軸端部上的葉輪，上述軸端部和上述葉輪的配合部具有緊密配合部和間隙配合部，通過上述緊密配合部進(jìn)行上述葉輪軸和上述葉輪之間的扭矩傳遞，上述間隙配合部處的上述軸端部形成為，在使包括上述葉輪的上述葉輪軸恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，抑制包括上述葉輪的上述葉輪軸的共振。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的第二方式，包括恒定旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和裝配在該葉輪軸的軸端部上的葉輪，上述軸端部和上述葉輪的配合部具有緊密配合部和間隙配合部，上述緊密配合部設(shè)置成進(jìn)行上述葉輪軸和上述葉輪之間的扭矩傳遞，上述間隙配合部處的上述軸端部形成為，根據(jù)與包括上述葉輪的上述葉輪軸的固有振動(dòng)頻率有關(guān)的數(shù)值模擬所獲得的固有振動(dòng)頻率解析結(jié)果，在使包括上述葉輪的上述葉輪軸恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，抑制包括上述葉輪的上述葉輪軸的共振。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，上述緊密配合部與上述間隙配合部相比，可以配置在更靠上述軸端部的前端。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，上述軸端部的間隙配合部的直徑既可以大于上述緊密配合部的直徑，也可以小于上述緊密配合部的直徑。
在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，上述軸端部的間隙配合部既可以形成為直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變大；也可以形成為直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變小。
根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，既是簡(jiǎn)單的構(gòu)造，又可抑制包括葉輪的葉輪軸的共振。此外，在為了抑制共振而在進(jìn)行軸端部的變更的情況，也不必對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械整體進(jìn)行重新研究，所以可短時(shí)間且簡(jiǎn)單地進(jìn)行變更作業(yè)，結(jié)果可實(shí)現(xiàn)制作費(fèi)的降低。


圖1是表示本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)施方式的圖，是表示在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中所具備的葉輪軸的要部的側(cè)視圖。
圖2是表示葉輪軸的變形例的側(cè)視圖。
圖3是表示旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一例的概要圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖來說明用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選形式。
圖1是表示作為本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械之一的帶有齒輪的壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)部的一部分的圖。在圖1中，對(duì)于與圖3示出的構(gòu)成要件相同的構(gòu)成要件采用同一附圖標(biāo)記并省略說明。此外，圖1中的箭頭A表示軸承的中心位置。
在葉輪軸3的端部形成有直徑小于葉輪軸3的軸端部8。軸端部8和葉輪11的配合部包括緊密配合部和間隙配合部。軸端部8包括裝配部8a，熱壓配合葉輪11；軸端加強(qiáng)部8b，與裝配部8a相比直徑較大且與葉輪軸3相比直徑較小。另一方面，在葉輪11上穿設(shè)有配合孔23。配合孔23是具有裝配孔23a和松動(dòng)孔23b的階梯孔，其中，裝配孔23a將裝配部8a牢固地緊密配合，松動(dòng)孔23b將軸端加強(qiáng)部8b較松地間隙配合。緊密配合部由裝配部8a和裝配孔23a構(gòu)成，間隙配合部由軸端加強(qiáng)部8b和松動(dòng)孔23b構(gòu)成。
將葉輪11熱壓配合在軸端部8上，而且螺母24螺紋安裝在軸端部8的前端上，從而被固定在軸端部8上。
裝配部8a的軸徑設(shè)定成穿設(shè)葉輪11的裝配孔23a的部分的壁厚度取為在熱壓配合時(shí)所需的大小。此外，裝配部8a的軸長(zhǎng)設(shè)定成用于由熱壓配合產(chǎn)生的緊固力進(jìn)行葉輪11和葉輪軸3之間的扭矩傳遞所足夠的大小。軸端加強(qiáng)部8b，為了在熱壓配合裝配部8a和裝配孔23a時(shí)不使軸端加強(qiáng)部8b和松動(dòng)孔23b相互干擾，而相對(duì)于松動(dòng)孔23b設(shè)置充分的間隙以間隙配合。
在使葉輪11高速旋轉(zhuǎn)的狀況下，葉輪11的離心力較大地作用于穿設(shè)葉輪11的松動(dòng)孔23b的部分，在該離心力的作用下松動(dòng)孔23b擴(kuò)大。即，穿設(shè)松動(dòng)孔23b的部分是即使假設(shè)將軸端加強(qiáng)部8b熱壓配合于松動(dòng)孔23b中，在離心力的作用下孔也會(huì)擴(kuò)大的部分，熱壓配合的效果難以發(fā)揮或者是根據(jù)情況不同而不會(huì)發(fā)揮。因而，即使將軸端加強(qiáng)部8b間隙配合在松動(dòng)孔23b中或者是使軸端加強(qiáng)部8b的直徑小于裝配部8a的直徑(參考圖2)，都不會(huì)對(duì)葉輪11的緊固力帶來影響，不會(huì)導(dǎo)致緊固力的不足。
如上所述，在葉輪3中，對(duì)固有振動(dòng)頻率帶來最大影響的部分是軸徑被較細(xì)地形成、安裝了葉輪11的軸端部8。通過提高軸端部8的剛性，可提高葉輪軸3的剛性?；蛘呤峭ㄟ^降低軸端8的剛性以降低葉輪軸3的剛性。
即通過加大軸端加強(qiáng)部8b的直徑可提高葉輪軸3的剛性，所以可加大葉輪軸3的固有振動(dòng)頻率而不會(huì)對(duì)葉輪11和葉輪軸3之間的扭矩傳遞帶來影響。通過減小軸端加強(qiáng)部8b的直徑可降低葉輪軸3的剛性，所以可減小葉輪軸3的固有振動(dòng)頻率?；蛘呤峭ㄟ^變更軸端加強(qiáng)部8b的形狀來改變?nèi)~輪軸3的剛性，所以可將葉輪軸3的固有振動(dòng)頻率加大或者減小。另外，在變更軸端加強(qiáng)部8b的直徑的大小或者是變更軸端加強(qiáng)部8b的形狀的情況下，無需對(duì)葉輪軸3或葉輪11等除軸端加強(qiáng)部8b以外的部位施加任何變更。因而，不會(huì)變更作為帶有齒輪的壓縮機(jī)的性能，即可使葉輪軸3的剛性改變。
作為確定軸端加強(qiáng)部8b的直徑的情況的順序的一例，首先確定葉輪11的參數(shù)、恒定轉(zhuǎn)速、軸承的參數(shù)等，以滿足作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械所要求的性能。接下來暫時(shí)確定軸端加強(qiáng)部8b的直徑。然后進(jìn)行使旋轉(zhuǎn)部(即包括葉輪11的葉輪軸3)恒定旋轉(zhuǎn)情況下的數(shù)值模擬(固有振動(dòng)頻率解析)，以求出旋轉(zhuǎn)部的旋轉(zhuǎn)危險(xiǎn)速度、即固有振動(dòng)頻率。
上述模擬的結(jié)果是，在旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率與恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率一致的情況下，或者是稍大于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)而存在旋轉(zhuǎn)部共振的可能性的情況下，加大軸端加強(qiáng)部8b的直徑或者是變更形狀。由此，可提高葉輪軸3的剛性，所以不會(huì)對(duì)葉輪11和葉輪軸3之間的扭矩傳遞帶來影響，可使旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)。
此外，上述模擬的結(jié)果是，在旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率與恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)一致的情況下，或者是稍小于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率而存在旋轉(zhuǎn)部共振的可能性的情況下，減小軸端加強(qiáng)部8b的直徑或者是變更形狀。由此，可降低葉輪軸3的剛性，所以可使旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率遠(yuǎn)小于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率。
在變更了軸端加強(qiáng)部8b的大小或形狀之后，再次進(jìn)行模擬，確認(rèn)在恒定旋轉(zhuǎn)帶有齒輪的壓縮機(jī)時(shí)旋轉(zhuǎn)部不會(huì)引起共振。
另外，對(duì)于軸端加強(qiáng)部8b的直徑的大小或者形狀的變更，不會(huì)對(duì)葉輪軸3的支持部等帶來影響，所以無需對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械整體進(jìn)行重新研究，僅變更軸端加強(qiáng)部8b簡(jiǎn)單易行。
在變更軸端加強(qiáng)部8b的形狀的情況下，可以使葉輪軸3的剛性改變，以使旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率較大地不同于恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)的帶有齒輪的壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率。即在提高旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率的情況下，可以使軸端加強(qiáng)部8b形成為直徑隨著遠(yuǎn)離裝配部8a而逐漸變大。而在降低旋轉(zhuǎn)部的固有振動(dòng)頻率的情況下，既可以使軸端加強(qiáng)部8b的直徑如圖2所示小于裝配部8a的直徑，也可以使軸端加強(qiáng)部8b形成為直徑隨著遠(yuǎn)離裝配部8a而逐漸變小。
另外，軸端加強(qiáng)部8b可以不與松動(dòng)孔23b接觸。因而，在軸端加強(qiáng)部8b、松動(dòng)孔23b的加工、精加工中不要求精度。
此外，在本實(shí)施方式中，作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一例，對(duì)帶有齒輪的壓縮機(jī)進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械并不限定于帶有齒輪的壓縮機(jī)，也可適用于其它壓縮機(jī)、渦輪機(jī)等具有高速旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括恒定旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和裝配在該葉輪軸的軸端部上的葉輪，其特征在于，上述軸端部和上述葉輪的配合部具有緊密配合部和間隙配合部，通過上述緊密配合部進(jìn)行上述葉輪軸和上述葉輪之間的扭矩傳遞，上述間隙配合部處的上述軸端部形成為，在使包括上述葉輪的上述葉輪軸恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，抑制包括上述葉輪的上述葉輪軸的共振。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述緊密配合部與上述間隙配合部相比，配置在更靠上述軸端部的前端。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部的直徑大于上述緊密配合部的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部形成為，直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變大。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部的直徑小于上述緊密配合部的直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部形成為，直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變小。
7.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括恒定旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和裝配在該葉輪軸的軸端部上的葉輪，其特征在于，上述軸端部和上述葉輪的配合部具有緊密配合部和間隙配合部，上述緊密配合部設(shè)置成進(jìn)行上述葉輪軸和上述葉輪之間的扭矩傳遞，上述間隙配合部處的上述軸端部形成為，根據(jù)與包括上述葉輪的上述葉輪軸的固有振動(dòng)頻率有關(guān)的數(shù)值模擬所獲得的固有振動(dòng)頻率解析結(jié)果，在使包括上述葉輪的上述葉輪軸恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，抑制包括上述葉輪的上述葉輪軸的共振。
8.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述緊密配合部與上述間隙配合部相比，配置在更靠上述軸端部的前端。
9.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部的直徑大于上述緊密配合部的直徑。
10.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部形成為，直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變大。
11.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部的直徑小于上述緊密配合部的直徑。
12.如權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于，上述軸端部的間隙配合部形成為，直徑隨著遠(yuǎn)離上述緊密配合部而逐漸變小。
全文摘要
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括恒定旋轉(zhuǎn)的葉輪軸和裝配在該葉輪軸的軸端部上的葉輪。上述軸端部和上述葉輪的配合部具有緊密配合部和間隙配合部，通過上述緊密配合部以進(jìn)行上述葉輪軸和上述葉輪之間的扭矩傳遞。上述間隙配合部處的上述軸端部形成為，在使包括上述葉輪的上述葉輪軸恒定旋轉(zhuǎn)時(shí)，抑制包括上述葉輪的上述葉輪軸的共振。
文檔編號(hào)F04D29/28GK101042145SQ200710088608
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者若林拓也, 河田真廣 申請(qǐng)人:石川島播磨重工業(yè)株式會(huì)社