冷却风扇.pdf

一种冷却风扇，具有在旋转轴周围呈放射状设置的多个叶片(4)以及在各叶片(4)的外周侧设置的外侧环(5)。该冷却风扇中，叶片(4)的数量设定为12～16片，叶片(4)的吹出侧外周部和外侧环(5)之间通过半径(R4)为10～14mm的曲线部(46)连接。外侧环(5)包括大致圆筒状的环本体部(51)以及从该环本体部(51)的轴向两端向径向外侧延长的环侧部(52)，并且具有向圆周方向的外侧开口的大致C字形的截面。环侧部(52)的厚度尺寸(t1)设定为5.5～7.5mm。

1.  一种冷却风扇，具有在旋转轴周围呈放射状设置的多个叶片以及在各叶片的外周侧设置的外侧环，其特征在于：
所述叶片的数量设定为12～16片，
在所述叶片的吹出侧外周部形成有与所述外侧环连接的、半径为10～14mm的曲线部，
所述外侧环包括大致圆筒状的环本体部以及从该环本体部的轴向两端向径向外侧延长的环侧部，并且具有向圆周方向的外侧开口的大致C字形的截面，
所述环侧部的厚度尺寸设定为5.5～7.5mm。

2.  如权利要求1所述的冷却风扇，其特征在于：
所述叶片和所述外侧环由尼龙类树脂形成。

3.  如权利要求1或2所述的冷却风扇，其特征在于：
外径尺寸设定为600mm以上。

冷却风扇
技术领域
本发明涉及冷却风扇，详细地说，涉及发动机冷却用风扇。
背景技术
现在，已知有由多个叶片构成、并且各叶片的外周侧端部彼此之间由环连接的冷却风扇(例如，参照专利文献1：(日本)特表2003-531341号公报)。这样的风扇用于冷却公共汽车或卡车等的发动机。
但是，上述专利文献1中记载的风扇，不仅可用于冷却公共汽车或卡车等的发动机，还可以用于冷却轮式装料机、推土机、液压挖掘机、自卸卡车等建筑机械的发动机，尤其是受到例如10G(G：重力加速度)那样的大冲击的建筑机械的发动机。在这种情况下，存在如下问题，即，或异物(岩石等)撞击冷却风扇，或泥土等尘垢附着在冷却扇上导致冷却风扇不平衡，容易导致冷却风扇破损。具体地讲，把冷却风扇的最大转速N乘上安全系数α(α＞1)而得到的转速Nα作为设计条件，求出可承受强度的风扇形状。
但是，如果增大安全系数α，则由于设计上的转速Nα也变大，因此冷却风扇所产生的离心力增大，特别是在叶片和环之间的连接部分的表面容易产生裂纹。如果不能得到冷却风扇的强度，则不得不将使用上的转速设定得较低，导致不能得到所需的风量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种冷却风扇，该冷却风扇即使用于冷却在恶劣条件下使用的建筑机械等的发动机，也具有充分的强度，并且能确保所需的风量。
本发明的冷却风扇，具有在旋转轴周围呈放射状设置的多个叶片以及在各叶片的外周侧设置的外侧环，其特征在于：所述叶片的数量设定为12～16片，在所述叶片的吹出侧外周部形成有与所述外侧环连接的、半径为10～14mm的曲线部，所述外侧环包括大致圆筒状的环本体部以及从该环本体部的轴向两端向径向外侧延长的环侧部，并且具有向圆周方向的外侧开口的大致C字形的截面，所述环侧部的厚度尺寸设定为5.5～7.5mm。
根据如上所述的本发明，由于叶片数量设定为12片以上，因此1片叶片所承受的离心力变小，即使增大设计上的转速，也可以维持叶片的强度。在此，如果将叶片数量设定为17片以上，则导致送风效率降低，不能得到所需的风量。与此相对，在本发明中，由于将叶片数量设定为16片以下，因此可以维持送风效率并确保所需的风量。
另外，在本发明中，由于叶片的吹出侧外周部和外侧环之间由半径为10mm以上的曲线部连接，因此在增大设计上的转速的情况下，即使离心力变大，也可以缓和因叶片和外侧环之间的连接部的形状而引起的应力集中，可以维持相对于离心力的连接部的强度。在此，如果将曲线部的半径设定为超过14mm的尺寸，则导致对叶片形状的影响变大，并且送风效率下降，不能得到所需的风量。与此相对，在本发明中，由于将曲线部的半径设定为14mm以下，因此可以维持送风效率并确保所需的风量。
而且，在本发明中，由于把外侧环的环侧部的厚度尺寸设定为5.5mm以上，因此与外侧环的圆周方向正交的断面形状的断面系数变大，所以在增大设计上的转速时，即使离心力变大，也可以维持环侧部(特别是前端部分)的强度。在此，如果把环侧部的厚度尺寸设定为超过7.5mm的尺寸，则变得不能忽视因外侧环的重量增加而导致的离心力增大的影响。与此相对，在本发明中，由于把厚度尺寸设定为7.5mm以下，因此即使受到离心力增大的影响，也可以维持外侧环的强度。
因此，本发明的冷却风扇即使被用于冷却在恶劣条件下使用的建筑机械等的发动机，也可以具有充分的强度，并且可确保所需的风量。
在本发明的冷却风扇中，所述叶片和所述外侧环优选由尼龙类树脂形成。
根据如上所述的本发明，由于叶片和外侧环由尼龙类树脂形成，因此可以实现冷却风扇的轻量化，降低离心力，并且可以维持充分的强度。
在本发明的冷却风扇中，外径尺寸优选设定为600mm以上。
根据如上所述的本发明，由于外径尺寸设定为600mm以上，因此在用于冷却例如轮式装料机、推土机、液压挖掘机、自卸卡车等建筑机械的发动机时，因为具有600mm以上的外径尺寸，所以在无需进一步增大转速的情况下，可以维持所需的风量，并且难以产生因附着物而导致的不平衡，可以确保充分的强度。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的冷却风扇的主视图；
图2是图1中的II-II线剖面图；
图3是放大表示所述冷却风扇的主要部位的剖面图；
图4是放大表示本实施方式的实施例的冷却风扇的主要部位的剖面图；
图5是用于说明所述实施方式的效果的曲线图；
图6是用于说明所述实施方式的效果的曲线图；
图7是用于说明所述实施方式的效果的曲线图。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的一实施方式。
图1是表示本实施方式的冷却风扇1的主视图，图2是图1中的II-II线剖面图。
在图1和图2中，冷却风扇1的结构包括：中央部的钢制轮毂板2、形成于该轮毂板2外周部的内侧环3、从该内侧环3以周向等间隔且放射状设置的多个叶片4以及从各叶片4的前端连续设置以使各叶片4的前端彼此连接的外侧环5。该冷却风扇1构成为：通过沿着箭头A的方向绕旋转轴P旋转，从叶片4的吸气侧(负压侧)向吹出侧(图2中的箭头B的方向)吹风。
轮毂板2构成为在旋转轴P周围具有多个螺栓孔6，通过这些螺栓孔6可以把冷却风扇1螺栓固定在未图示的发动机等的旋转轴上。
内侧环3、叶片4及外侧环5通过注射成形尼龙类树脂而一体形成，并且，轮毂板2镶嵌成形在内侧环3中。具体地讲，通过向镶嵌成形模内注射溶融树脂而一体形成内侧环3、叶片4及外侧环5，从而实现三维形状的冷却风扇1。轮毂板2预先配置在所述成形模内，如图2所示，进行镶嵌成形以使其周边部分被树脂覆盖。这样，可以使冷却风扇1实现轻量化，减小旋转时产生的离心力，并且可以充分地维持强度。
叶片4的数量设定为12～16片(图中为14片)。
冷却风扇1的叶片外径尺寸φ1设定为600mm以上850mm以下。
图3是放大表示图2的主要部位的剖面图。
如图3所示，外侧环5包括在整个圆周方向上呈大致圆筒状的环本体部51以及从该环本体部51的轴向两端向径向外侧延长的环侧部52，如图3所示，在圆周方向的局部，具有向外侧开口的大致C字形的截面。而且，具有大致C字形截面的开口部分成为跨越整个外侧环5的槽部54。
环侧部52的厚度尺寸t1设定为5.5～7.5mm，比环本体部51的厚度尺寸t2大。从环本体部51的平坦的内周面到各环侧部52的外侧面，由半径R1的曲面部53连接(表示半径R1的箭头表示该部位的位置，箭头的长度并不表示半径的大小。关于其他半径R也一样)。
环侧部52的厚度尺寸t1设定为比现有的尺寸大。外侧环5的环侧部52在径向成为冷却风扇1的最靠外侧的部分，在旋转冷却风扇1时是产生最大离心力的部分。因而，将厚度尺寸t1设定为比现有厚度尺寸大是确保环侧部52的强度的有效方法。
另外，在叶片4上形成有相比外侧环5，进一步向吹出侧(箭头B的方向)突出的突出部41。该突出部41的外周由沿冷却风扇1径向的直线部42、在突出部41的径向外端沿送风方向(箭头B)的直线部43以及连接这些直线部42，43的半径R2的圆弧部44形成。
另外，从突出部41的直线部43朝向外侧环5形成有半径R3的圆弧部45和与该圆弧部连接的半径R4的曲线部46，在从直线部43到外侧环5的半径R1的曲面部53之间，连续形成有圆滑的曲面状部。这样，叶片4的吹出侧外周部和外侧环5之间，由半径R3的圆弧部45和半径R4的曲线部46连接，特别是半径R4的尺寸比半径R3的尺寸大，设定为10～14mm。
如此构成的冷却风扇1通过未图示的发动机等旋转驱动。而且，例如在冷却空气的吸入式冷却单元中，通过未图示的冷却器吸入冷却空气并向发动机侧吹出，该冷却器隔着冷却风扇1设置在与发动机相反的一侧。在冷却风扇1的外周部设置有包围该冷却风扇1的未图示的护罩(シエラウド)，通过该护罩形成来自冷却器的冷却空气的流路。
一旦冷却风扇1旋转并向B方向送出冷却空气，则冷却风扇1的吹出侧的压力上升，一部分冷却空气处于从外侧环5的外侧向冷却风扇1的吸入侧逆流的状态。与此相对，由于在外侧环5的整个圆周上形成有槽部54，由该槽部54和未图示的护罩形成迷宫式结构(ラビリンス構造)，因此可以抑制冷却空气的逆流，提高冷却效率。
另外，图1～图3所示的本实施方式的冷却风扇1的各部分的具体设定值例如如下所示。
叶片外径尺寸φ1：620mm
叶片数量：14片
半径R4：10mm
厚度尺寸t1：5.5mm
在此，图4表示将叶片外径尺寸φ1设定为比上述值大的850mm时的冷却风扇1A的形状。该冷却风扇1A的各部分的具体设定值例如如下所示。
叶片外径尺寸φ2：850mm
叶片数量：14片
半径R8：13.7mm
厚度尺寸t3：7.5mm
该冷却风扇1A的半径R5、R6、R7的尺寸，与上述半径R8同样地，被设定为分别比对应于叶片外径尺寸φ为620mm的冷却风扇1的半径R1、R2、R3的尺寸大。
像冷却风扇1、1A那样，通过将叶片外径尺寸φ设定为600mm以上，即使不增加转速，也可以确保用于冷却所需的风量。例如，即使是为了冷却液压挖掘机、推土机、轮式装料机等建筑机械的发动机而使用冷却风扇1、1A的情况，由于叶片外径尺寸φ为600mm以上，因此即使不增加转速，也可以确保用于冷却所需的风量。由此，附着物难以导致不平衡，可以维持充分的强度。
(本实施方式的作用及效果)
关于冷却风扇1如前所述，将叶片4的数量设定为12～16片，将叶片4的吹出侧外周部和外侧环5之间用半径为10～14mm的曲线部连接，以及将外侧环5的环侧部52的厚度尺寸设定为5.5～7.5mm，之所以这样是基于以下(1)～(3)的想法。
(1)发明者为了研究改变冷却风扇1的叶片数量所带来的影响而进行了模拟。其结果，如图5所示，如果仅改变叶片数量，则在叶片数量为12片以上时，可以判定在1片叶片中产生的应力σ比叶片的应力基准值σ1小。由此可以判定，通过减小1片叶片所承受的离心力，即使增大设计上的转速，为了维持叶片的强度，将叶片数量设定为12片以上即可。
另外，还可以判定，如果将叶片数量设定为11片以下或17片以上，则导致送风效率降低，不能得到所需的风量，与此相对，叶片数量为12片以上16片以下时，以设计上的转速旋转冷却风扇而得到的风量Q达到风量基准值Q1。
由上述情况可以确认，通过将叶片数量设定为12～16片，可以维持所需的强度，并且可以得到所需的风量。
(2)发明者为了研究改变冷却风扇1的叶片4和外侧环5之间的连接部的半径R4所带来的影响而进行了模拟。其结果，如图6所示，如果仅改变连接部的半径R4，则在半径R4为10mm以上时，可以判定在连接部产生的应力σ比叶片4的应力基准值σ1小。而且，还可以判定半径R4为14mm以下时，以设计上的转速旋转冷却风扇而得到的风量Q超过风量基准值Q1。
由上述情况可以确认，即使因增大设计上的转速而增大离心力，为了缓和叶片和外侧环之间的连接部的形状而导致的应力集中，也可以通过半径为10mm以上的曲线部连接叶片4的吹出侧外周部和外侧环5。另外，还可以判定，为了防止因降低对于叶片形状的影响而导致送风效率下降，可以把曲线部的半径R4设定为14mm以下。
即，可以确认，通过将连接部的半径R4设定为10～14mm，可以维持所需的强度，并且可以得到所需的风量。
(3)发明者为了研究改变冷却风扇1的外侧环5的厚度尺寸t1所带来的影响而进行了模拟。其结果，如图7所示，如果仅改变厚度尺寸t1，则在厚度尺寸t1为5.5mm以上时，可以判定外侧环的断面系数Z比外侧环的强度上所需的断面系数Z1大。而且，还可以判定厚度尺寸t1为7.5mm以下时，以设计上的转速旋转冷却风扇时所产生的离心力F比外侧环的从强度方面考虑的离心力基准值F1小。
由上述情况可以判定，通过增大与外侧环5的圆周方向正交的断面形状的断面系数Z，在设计上的转速增大时即使离心力变大，为了维持环侧部52(特别是前端部分)的强度，可以将环侧部52的厚度尺寸t1设定为5.5mm以上。另外，还可以判定，即使受到因外侧环5的重量增加而导致的离心力增大的影响，为了维持外侧环5的强度，可以将厚度尺寸t1设定为7.5mm以下。
即，可以确认，通过将外侧环5的厚度尺寸t1设定为5.5～7.5mm，可以维持所需的强度。
另外，用于实施本发明的优选结构、方法等，虽然在上述记载中公开，但是本发明并不限于此。即，虽然本发明主要图示并说明了特定的实施方式，但是，本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案及目的范围的情况下，可以对上述实施方式在形状、材质、数量、其他详细结构方面进行各种变形。
因此，限定在上述说明中公开的形状、材质等的记载，是为了便于理解本发明而例示的记载，并不是限定本发明的记载，所以，关于超出那些限定形状、材质等的一部分或者全部的部件名称的记载，也应包含在本发明中。
例如，在所述实施方式中，冷却风扇构成为包括轮毂板2和内侧环3，但是轮毂板2或内侧环3的结构并不限于此。
另外，在所述实施方式中，内侧环3、叶片4及外侧环5由尼龙类树脂形成，例如也可由类似玻璃纤维强化聚酰胺的树脂形成。而且，内侧环3、叶片4及外侧环5一体形成，但是，在本发明中，至少叶片4和外侧环5一体形成即可。
另外，说明了所述实施方式的冷却风扇被使用于冷却空气的吸入式冷却单元的情况，但是并不限于此，例如在加热空气(被发动机加热的空气)的吸入式冷却单元中，也可以通过在冷却风扇和发动机之间设置的、未图示的冷却器冷却加热空气，向与发动机相反的一侧吹出。
另外，所述实施方式的冷却风扇并不限于用发动机驱动，也可以用电动机或液压马达驱动。