扭斜型轴流式风扇组件制造技术

一种自由梢端型轴流式风扇组件，其具有减小风扇噪音同时将径向梢端挠弯最小化的扭斜角分布。前缘扭斜角的最大值和风扇半径处的前缘扭斜角之差至少为10度。前缘扭斜角的最大值和风扇半径处的前缘扭斜角之差与后缘扭斜角的最大值和风扇半径处的后缘扭斜角之差的比率至少为2.5。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及自由梢端型轴流式风扇，且更特别地涉及可用作机动车发动机冷却风扇的自由梢端型风扇。
技术介绍
发动机冷却风扇用于机动车辆，以使空气移动穿过一组热交换器，其通常包括冷却内燃机的散热器、空调机的冷凝器、以及或许会附加的热交换器。这些风扇由罩盖大致包封，所述罩盖用以减少回流且在热交换器和风扇之间引导空气。 罩盖通风室(即邻近热交换器的那部分罩盖)为大致矩形，且流入到风扇的气体并非轴对称。散热器通常具有翅片管式结构，这给流入气体造成附加的非轴对称流动结构。流入气体缺乏对称会引起叶片载荷不稳定且产生单频声音。此外还有几种宽频噪音来源。为了减小单频和宽频噪音，风扇叶片经常是扭斜的。风扇通常用具有有限机械性能的塑料进行注塑成型。当在高温下承受旋转和空气动力载荷时，塑料风扇会产生蠕变变形或挠弯。这在将风扇安装到热交换器的下游(其中风扇在所述热交换器下游处的高温空气中操作)、且还承受着来自各个发动机罩内的构件的辐射热时尤其是个问题。在设计过程中必须解决该蠕变变形问题。虽然一些发动机冷却风扇具有旋转梢端带体，但是许多的发动机冷却风扇是梢端自由的。这些风扇设计成在叶片梢端和罩盖筒之间具有梢端间距或运作间隙。该梢端间距必须足够到允许制造公差和风扇组件在使用寿命期间可能出现的最大挠弯。不幸地是，较大梢端间距通常会引起风扇效率减小和风扇噪音增大。许多使用自由梢端型风扇的风扇组件是相对低功率的组件。这些风扇不会消耗大量电功率，也不会制造大量噪音。所述这些风扇经常设计成具有较大梢端间距和最小叶片扭斜度。这样所产生的性能降低和噪音增加的结果可能不会像使用更大功率的风扇组件时那样重要。但是，其它风扇组件会消耗大量电功率和制造让人厌烦的噪音。这些风扇组件必须设计成将噪音最小化和将效率最大化。为了达到此目的，梢端间距应该尽可能小。因此，需要一种将叶片梢端挠弯最小化的风扇设计。风扇设计者所面对的一个问题是，对于减小噪音所需的叶片扭斜(skew)经常导致叶片梢端挠弯(deflection)增加。自由梢端型风扇经常被设计成具有固定半径的梢端的形状，且被设计成在罩盖筒中操作，所述罩盖筒在非常接近风扇叶片的空隙区域为圆筒形。在该情况下，梢端挠弯的径向分量是所关注的主要分量。但是，美国专利No. 6，595，744描述了一种自由梢端型发动机冷却风扇，其中叶片梢端与喇叭型罩盖筒形状相顺应或一致。在该情况下，轴向和径向梢端挠弯都能改变梢端间距的尺寸。虽然美国专利No. 6，595，744还描述了一种风扇几何结构，其将给定扭斜度的叶片梢端的轴向挠弯最小化，但是所述专利没有给出将径向挠弯最小化的扭斜度分布。
技术实现思路
本专利技术用于 满足对这样一种风扇的需要，所述风扇是扭斜的以减小风扇噪音，但其产生较小的径向叶片梢端挠弯。通过使径向挠弯最小化，能够将梢端间距最小化，且能够改进性能。在一方面，本专利技术提供了一种包括风扇的自由梢端型轴流式风扇组件，所述风扇可绕轴线旋转且具有半径R和直径D。所述风扇还包括具有半径Rhub的毂和从所述毂上大致径向延伸的多个叶片。所述多个叶片的每一个均具有前缘、后缘、叶片梢端、以及等于风扇半径R和毂半径Rhub之差的跨距S。风扇组件的罩盖包括围绕至少一部分所述叶片梢端的罩盖筒。梢端间距限定在罩盖筒和叶片梢端之间。所述多个叶片的每一个均具有几何结构，如轴向投影中所视，其在每个径向位置处具有前缘扭斜角和后缘扭斜角。前缘扭斜角具有最大值，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少是10度。后缘扭斜角具有最大值，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的2. 5倍。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少3. 5倍。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少4. 5倍。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为15度。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值和风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为20度。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为2度。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为5度。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值至少为9度。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值出现在叶片跨距S的约O. 2倍和叶片跨距S的约O. 6倍之间的叶片跨度方向位置上。在一些结构中，前缘扭斜角的最大值出现在叶片跨距S的约O. 3倍和叶片跨距S的约O. 5倍之间的叶片跨度方向位置上。在一些结构中，罩盖筒为喇叭型，且叶片梢端前缘比叶片梢端后缘更进一步径向向外延伸。在一些结构中，梢端间距小于风扇直径D的O. 02倍。在一些结构中，叶片由塑料成型。在一些结构中，风扇组件是吸风式汽车发动机冷却风扇组件。在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察至IJ，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为47度。在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察至IJ，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为55度。在一些结构中，所述多个叶片的每一个均具有几何结构，在轴向投影中可以观察至IJ，其在每个径向位置处具有前缘扫掠角，且风扇半径R处的前缘扫掠角在向后方向上至少为62度。附图说明图Ia是自由梢端型发动机冷却风扇组件的示意图，示出了固定半径的叶片梢端和圆筒形的罩盖筒。图Ib是自由梢端型发动机冷却风扇组件的示意图，示出了与喇叭型罩盖筒的形状相顺应的叶片梢端。图Ic是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有固定半径的叶片梢端，其中定义了多种几何结构参数。图Id是自由梢端型风扇的扫掠图，其具有半径变化的叶片梢端，其中定义了多种几何结构参数。图2a示出了现有技术中风扇的轴向投影图，其具有固定半径的叶片梢端以及在径向外部区域中具有正的前缘扫掠角。图2b示出了图2a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图，其中定义了多种几何结构参数。图3a示出了现有技术中风扇的轴向投影图，其具有与喇叭型罩盖的形状相顺应的叶片梢端、且在径向外部区域中具有负的前缘扫掠角。图3b示出了图3a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。图3c是弯曲力施加到图3b示出的叶片的径向外部区域的后缘部分的示意图。图4a示出了根据本专利技术的一个结构的风扇的轴向投影图。图4b示出了图4a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。图5a示出了根据本专利技术的一个结构的风扇的轴向投影图。图5b示出了图5a示出的风扇的一个叶片的轴向投影图。图6示出了由图3、4和5示出的风扇所计算的叶片梢端径向挠弯的曲线图。具体实施例方式图Ia示出了一种自由梢端型轴流式风扇组件1，其配置以用作发动机冷却风扇组件，并安装在邻近于一组热交换器2处。该组热交换器通常包括将内燃机冷却的散热器3，但是以替代性能源为动力的车辆能包括热交换器以冷却电池、电动机等。罩盖4将冷却空气从散热器3引导至风扇5。风扇5绕轴线6旋转，且包括毂7和大体上径向延伸的叶片8。多个叶片8之一在扫掠图中示出，其中轴向宽度表示为半径的函数。叶片8的邻近于毂7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.10 US 61/312,4871.一种自由梢端型轴流式风扇组件,包括 风扇，其可绕轴线旋转且具有半径R和直径D，所述风扇包括具有半径Rhub的毂和从毂上大致径向延伸的多个叶片，所述多个叶片的每一个均具有前缘、后缘、叶片梢端以及等于风扇半径R和毂半径Rhub之差的跨距S ；以及 罩盖，其包括围绕所述多个叶片梢端的每一个中至少一部分的罩盖筒，梢端间距被限定在罩盖筒和叶片梢端之间， 其中，所述多个叶片的每一个均具有这样一个几何结构，在轴向投影中可以观察到，其在每个径向位置处具有前缘扭斜角和后缘扭斜角，所述前缘扭斜角具有最大值，且前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为10度，且 其中，后缘扭斜角具有最大值，且前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少2. 5倍。2.如权利要求I所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少3. 5倍。3.如权利要求I所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差是后缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的后缘扭斜角之差的至少4. 5倍。4.如权利要求I所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为15度。5.如权利要求I所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于前缘扭斜角的最大值和在风扇半径R处的前缘扭斜角之差至少为20度。6.如权利要求I所述的自由梢端型轴流式风扇组件，其特征在于前缘扭斜角的最大值至少为2度。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·范霍滕，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：