叶轮及风机

技术领域

本发明涉及风机技术领域，具体而言，涉及一种叶轮及风机。

背景技术

传统的离心风机、混流风机中叶轮的装配中，由于风叶的叶片较长强度不足，而且需要采用超声波焊接、钎焊、胶粘合等工艺进行固定，需要对风叶和轮毂施加一定压力，为了保证叶片位置角度需要增加工装进行支撑，但是这样结构仍无法避免在装配后进行零件尺寸精度改善(零件精度+工装装配误差)，装配工艺复杂。

像最常见超声波焊接工艺，还会受到零件结构、材料、加工参数、零件变形，尺寸公差，焊点结构，焊接距离等影响，进而导致焊接叶片不是整体焊接牢靠，一般常见的是叶片进风前缘处位置，由于较为垂直无法传递焊接能量，此处一般不焊接；风叶靠近叶片出口的位置，由于动平衡调整结构阻挡焊接能量并且距离较远，因此无法焊接，该位置也是避空设计。因此，只有在风叶的叶片中间部分进行焊接。这样很容易导致叶片在高速旋转情况下产生叶片抖动，气流流动，进而产生异响。由于焊接接触点强度影响，风叶整体可靠性低(跌落容易破损，或者投入高性能高强度材料进行改善，增加成本)。另外由于焊接两个零件分离，装配同轴度很大程度上受工装和零件精度双重保证，需要投入精密设备，并且焊接后，动平衡调整较为困难(零件定位差，同轴度不好)，装配工艺复杂。

综上所述，现有技术中风机装配工艺复杂，整体可靠性低，风机容易产生异响。

发明内容

本发明实施例中提供一种叶轮及风机，以解决现有技术中风机装配工艺复杂，整体可靠性低，风机容易产生异响的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种叶轮，包括：风叶，风叶包括至少一个上动叶和下动叶，所有上动叶的叶片和下动叶的叶片连接配合形成完整的风叶；上动叶设置有与电机轴驱动连接的配合结构，至少一个上动叶具有风叶前缘，至少一个上动叶与下动叶驱动连接；轮毂，轮毂与下动叶为一体结构。

进一步地，轮盖套设在风叶外周，下动叶的最大外径侧面与轮盖之间具有间隙T1。

进一步地，间隙T1满足以下关系：0≤T1≤2G，或0＜T1≤0.5G；G为叶片最大厚度。

进一步地，上动叶的数量为1个。

进一步地，上动叶与下动叶在叶片配合处具有以下三点：A点：风叶的外径最大处向风叶前缘方向距离H1做第一水平面，风叶和轮盖相交有第一曲线，第一水平面和第一曲线的交点为A点，1G≤H1≤M2，M2为风叶与轮盖连接的部分的总高度，G为叶片最大厚度；B点：风叶前缘的最高点向下动叶方向距离H2做第二水平面，风叶和轮毂相交有第二曲线，第二水平面和第二曲线形成交点为B点，1G≤H2≤M1，M1为风叶与轮毂连接的部分的总高度；C点：C点位于A点与B点之间且ABC形成三角形，且A点、B点、C点在风叶的横截面投影上不共线；并且，AC连线与叶轮的横截面夹角为M，BC连线与叶轮的轴线夹角为K，叶轮的横截面与叶轮的轴线相互垂直；K≥M。

进一步地，上动叶上设置有朝向下动叶的驱动轴，驱动轴上设置有与电机轴连接的配合孔，驱动轴上设置有与电机轴驱动连接的驱动销；下动叶上设置有装配孔，驱动轴穿设在装配孔中；电机轴同时穿设在配合孔和装配孔中。

进一步地，上动叶上设置有第一驱动件，第一驱动件位于驱动轴位置处；下动叶上设置有第二驱动件，第一驱动件与第二驱动件传动连接。

进一步地，第一驱动件为凸起结构，第二驱动件为凹槽结构；或者，第一驱动件为凹槽结构，第二驱动件为凸起结构。

进一步地，驱动轴上设置有止位槽，下动叶上设置有止位凸起，止位槽与止位凸起卡接配合。

进一步地，止位槽位于驱动轴的端部，驱动轴的端部穿过装配孔；止位凸起位于装配孔背离上动叶的一侧。

进一步地，止位凸起为多个，多个止位凸起间隔设置，相邻的两个止位凸起之间设置有辅助筋。

进一步地，上动叶上设置有定位孔，下动叶上设置有定位柱，定位柱插设在定位孔内形成定位配合；或者，上动叶上设置有定位柱，下动叶上设置有定位孔，定位柱插设在定位孔内形成定位配合。

进一步地，上动叶和下动叶在叶片配合处设置有间隙T。

进一步地，间隙T满足以下公式：0.03G≤T≤1G，或0≤T≤2G，或0＜T≤0.5G；G为叶片最大厚度。

进一步地，上动叶和/或下动叶在叶片配合处设置有多个凸点，所有凸点间隔设置。

进一步地，凸点的高度值处于0.01G至0.5G之间，G为叶片最大厚度。

进一步地，上动叶和下动叶在叶片配合处通过粘接进行配合连接。

根据本发明的另一个方面，提供了一种风机，包括上述的叶轮。

进一步地，风机为离心风机或者混流风机。

本发明把风叶分为上动叶和下动叶两部分，上动叶可以采用上下出模方式，以减少抽芯动作行程，降低因抽芯机构动作导致叶片形状精度误差，风叶的零件精度更高了，在装配时可以减少精度改善工序，大大简化了装配工艺程度，装配工艺更简单。不仅如此，将轮毂与下动叶结合为一体结构，即一体成型的结构，这样不需要再对风叶和轮毂施加压力进行焊接、钎焊等，既省去了装配流程，又避免了焊接等工艺导致的结构不稳定，使得叶轮整体强度得到进一步增强，风机的整体可靠性得到了提升。而且，轮毂与下动叶结合为一体结构，在一体成型制造中，直接就能将轮毂和下动叶做成同轴结构，根本不再需要后续调整同轴度，完全省去了装配同轴的所有工序。由于下动叶和轮毂为一体结构，且上动叶和下动叶传动连接，上动叶通过电机轴驱动后转动并带动下动叶进行转动。使叶轮在高速旋转下，也不会因为焊接点等问题导致叶片抖动，避免了抖动产生异响的情况。保证上动叶和下动叶的驱动连接有足够强度，简化了风机装配工艺流程。

附图说明

图1是本发明实施例的叶轮的结构示意图；

图2是本发明实施例的叶轮的上动叶和轮盖的结构示意图；

图3是图2的上动叶和轮盖的另一方向的结构示意图；

图4是图3的F1处的放大图；

图5是图3的F2处的放大图；

图6是本发明实施例的叶轮的下动叶和轮毂的结构示意图；

图7是图6的下动叶和轮毂的另一方向的结构示意图；

图8是图7的F3处的放大图；

图9是本发明实施例的叶轮的驱动轴与下动叶的结构配合示意图；

图10是本发明实施例的叶轮的下动叶与轮盖的结构配合示意图；

图11是图10的F4处的放大图；

图12是本发明实施例的电机的部分结构示意图；

图13是本发明实施例的电机的部分结构分解示意图；

图14是本发明实施例的叶轮的实测频谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

参见图1至图11所示，根据本发明的实施例，提供了一种叶轮，叶轮包括风叶和轮毂30，风叶包括上动叶10和下动叶20，上动叶10的叶片和下动叶20的叶片连接配合形成完整的风叶；上动叶10设置有与电机轴驱动连接的配合结构，上动叶10具有风叶前缘11，上动叶10与下动叶20传动连接；轮毂30与下动叶20为一体结构。

风叶是由多个叶片组成，将风叶分为上动叶和下动叶两部分。上动叶包括了多个叶片的上部分，上动叶具有风叶前缘，也就是说上动叶是风叶进风侧的叶片结构。下动叶包括了多个叶片的下部分，下动叶位于上动叶沿气流方向的下游。上动叶和下动叶是两个独立结构，在生产制造时分别进行生产。上动叶和下动叶的叶片连接配合后，组合形成了完整的多个叶片的结构，即风叶本身。轮毂30和下动叶一体成型成为一体结构。

本发明把风叶分为上动叶和下动叶两部分，上动叶可以采用上下出模方式，以减少抽芯动作行程，降低因抽芯机构动作导致叶片形状精度误差，风叶的零件精度更高了，在装配时可以减少精度改善工序，大大简化了装配工艺程度，装配工艺更简单。不仅如此，将轮毂与下动叶结合为一体结构，即一体成型的结构，这样不需要再对风叶和轮毂施加压力进行焊接、钎焊等，既省去了装配流程，又避免了焊接等工艺导致的结构不稳定，使得叶轮整体强度得到进一步增强，风机的整体可靠性得到了提升。而且，轮毂与下动叶结合为一体结构，在一体成型制造中，直接就能将轮毂和下动叶做成同轴结构，根本不再需要后续调整同轴度，完全省去了装配同轴的所有工序。由于下动叶和轮毂为一体结构，且上动叶和下动叶传动连接，上动叶通过电机轴驱动后转动并带动下动叶进行转动。使叶轮在高速旋转下，也不会因为焊接点等问题导致叶片抖动，避免了抖动产生异响的情况。保证上动叶和下动叶的驱动连接有足够强度，简化了风机装配工艺流程。

需要补充说明的是，传统风叶成形抽芯长度只能侧向抽芯，成形长度较长，也就是说抽芯距离长(一般都比风叶进风前缘还要长)，由于叶片薄，悬臂越长，强度不足，越难以保证形状精度。而本发明的上动叶可以采用上下出模方式，以减少抽芯动作行程，降低因抽芯机构动作导致叶片形状精度误差，风叶的零件精度更高。

现有技术中是将风叶最大叶尖与轮盖焊接一起，但是这样的方案对于风叶出口倾角较小(倾角：风叶出口中线与进风轴向的夹角)，动叶叶片弦长较长，并且叶片进风前缘较长的风机来说是不利的。因此，本发明的叶轮对上述的技术问题进行解决和改进，在本实施例中，叶轮还包括轮盖40，轮盖40与上动叶10为一体结构。轮盖40与上动叶10一体成型成为一体结构。在上动叶10增加轮盖主要是进一步使得上动叶的叶片末端强度得到增强，弥补了上动叶的叶片悬臂长导致末端强度低的不足。

轮盖40与上动叶10为一体结构相比现有技术来说，由于上动叶与轮盖整合一体，制造时可以整体成形，因此相比现有技术的方案(叶片边缘较为垂直，超声波焊接较难，基本不焊接，叶片与轮盖之间留有间隙，容易产生异常音质，叶片强度较差)，本方案更能提高风叶前缘角度制造精度及整体强度，减少叶片进风抖动改善噪音；另外由于与电机轴的配合结构处于一个零件上(上动叶)，电机与风叶的同轴度配合更好，装配没有难度(传统技术是用工装配合保证精度，一般是焊接时通过两个焊头定位保证同轴度，传统技术定位操作复杂)。而且本方案中的上动叶与电机轴驱动配合，上动叶和下动叶再进行装配配合，上动叶由于轮盖质量大，一般而言其质量占比较高的零件与轴配合，多重因素共同影响，能改善动叶不平衡量(如果动叶因为焊接导致旋转时抖动，或者动叶因为焊接位置不准确导致旋转时抖动，会增加不平衡量)。

上动叶与轮毂一体，实现了叶片前缘一体化，强度高，精度能保证；解决了现有技术中焊接方案导致的进风角度波动，叶片抖动，高速气流流过缝隙，轴心不正，增加动平衡调整难度等诸多不良。

优选地，参见图11所示，轮盖40套设在风叶外周，下动叶20的最大外径侧面与轮盖40之间具有间隙T1。上动叶的叶片配合处的配合面应包裹住下动叶一个面的局部，形成与叶轮转向相反的密封面。设置间隙T1可以防止下动叶和轮盖在热胀冷缩的情况下形成干涉，避免形变导致部件损坏。

由于风叶的叶片是有一定角度的曲面，因此会形成对应匹配点的高度差，由于曲面和高度差的存在，并且叶片与配合面的间隙较小，因此形成较好“密封”状态。这个密封状态是否满足，取决于叶片工作面与背面压力差，以及因为压力差导致内部流动损失是否引起性能下降或导致异常噪声。因此在满足上动叶和下动叶的热胀冷缩可靠性要求的情况下，将T1间隙设置的尽可能小，间隙T1满足以下关系：0≤T1≤2G，G为叶片最大厚度。优选地，T1的范围为0＜T1≤0.5G。

结合图3、图5、图12所示，上动叶10上设置有朝向下动叶20的驱动轴12，驱动轴12上设置有与电机轴连接的配合孔13，驱动轴12上设置有与电机轴驱动连接的驱动销14；下动叶20上设置有装配孔21，驱动轴12穿设在装配孔21中；电机轴同时穿设在配合孔13和装配孔21中。电机轴71穿设在配合孔13内，并与配合孔31限位配合，同时电机轴71通过驱动销14与驱动轴12驱动连接，电机轴转动以带动上动叶转动，上动叶与下动叶驱动连接，这样上动叶和下动叶同时进行转动，进而实现完整的风叶的功能。

上动叶10上设置有第一驱动件51，第一驱动件51位于驱动轴12位置处；下动叶20上设置有第二驱动件52，第一驱动件51与第二驱动件52传动连接。也就是说，第一驱动件51和第二驱动件52的配合是上动叶10和下动叶20的动力传导结构，在本实施例中，第一驱动件51为凸起结构，第二驱动件52为凹槽结构；凸起结构和凹槽结构卡位驱动配合，上动叶在转动时，通过第一驱动件和第二驱动件的配合，带动下动叶进行同步转动。第一驱动件51的位置设置在驱动轴12位置处，这样驱动轴12既是与电机轴配合的动力轴，还能用于给下动叶进行传导力矩，一物多用。当然，凸起结构和凹槽结构也可以进行互换，即第一驱动件51为凹槽结构，第二驱动件52为凸起结构，这个变化也可以完全可以实现的，且不具有任何加工难度。

结合图5、图7、图9所示，驱动轴12上设置有止位槽15，下动叶20上设置有止位凸起22，止位槽15与止位凸起22卡接配合。上述的结构再次强化了上动叶和下动叶的装配性和强度，保证了两者之间的联动和定位，在驱动轴12穿设在装配孔21内时，止位槽15与止位凸起22卡接配合，不仅实现了定位和限位，还能起到传动力矩的作用，使驱动轴能够全面的带动下动叶转动。

具体参见图7，止位槽15位于驱动轴12的端部，驱动轴12的端部穿过装配孔21；止位凸起22位于装配孔21背离上动叶10的一侧。止位凸起还起到了装配定位的作用，使驱动轴12穿过装配孔后能够装接到位。

结合图8所示，止位凸起22为多个，多个止位凸起22间隔设置，相邻的两个止位凸起22之间设置有辅助筋23。止位凸起和辅助筋形成了交错结构，其目的是降低上、下动叶如果采用完全全包裹轴，热胀冷缩容易开裂问题。

结合图4和图6所示，在本实施例中，上动叶10上设置有定位孔61，下动叶20上设置有定位柱62，定位柱62插设在定位孔61内形成定位配合。上动叶和下动叶通过定位柱和定位孔的定位配合，实现了匹配对接，实现了无焊接对接，而且风叶的整体强度并不会过多损失，基本与原结构持平。不仅如此，叶轮整体结构也与现有技术的焊接结构基本持平。定位柱和定位孔的结构可以互换，即上动叶10上设置有定位柱62，下动叶20上设置有定位孔61，定位柱62插设在定位孔61内形成定位配合。这种结构变化也是完全可以使用的。

上动叶和下动叶是通过驱动轴与装配孔的配合、第一驱动件和第二驱动件的配合、止位槽和止位凸起的配合、定位柱和定位孔的配合这几种配合共同形成的驱动限位配合，确保上动叶和下动叶连接并产生驱动力。

优选地，上动叶10和下动叶20在叶片配合处设置有间隙T，参见图1。上动叶10和下动叶20在叶片配合处就是上动叶和下动叶的叶片相连接的配合处(一般是叶片的厚度面，多个叶片的每个叶片都有一个对应的厚度面就是叶片配合处)，设置间隙T主要是为了确保相连接的两个叶片热胀冷缩膨胀以及生产制造有足够冗余。上、下动叶的叶片配合面以及下动叶与轮盖的配合面均采用斜面配合，这个设计能够阻止气流流动降低异常噪音发生风险，提高叶片带压做功能力。

并且防止过大间隙导致风泄露，导致性能下降以及引起额外噪音等，间隙T满足以下公式：0≤T≤2G；G为叶片最大厚度。优选地，T的取值范围在0.03G≤T≤1G。优选地，T的取值范围在0＜T≤0.5G。

为了进一步优化叶片的结构，上动叶10和/或下动叶20在叶片配合处设置有多个凸点，所有凸点间隔设置。可以考虑在上、下动叶的叶片上设置多个小凸点，这些凸点可以分别布置在上、下动叶上，凸点与凸点之间装配后交错形成密集连续凸点，凸点与凸点之间留有缝隙。或者凸点全部密集布置在上、下叶轮其中一侧。也可以考虑把凸点具体设计为焊接三角形，通过超声波焊接或者激光焊接等工艺进行加强改善。

凸点的高度值处于0.01G至0.5G之间，G为叶片最大厚度。限制凸点高度的目的是降低叶片与叶片之间潜在摩擦风险(热胀冷缩导致的摩擦风险，一般而言上、下动叶是同一种材料，热胀冷缩风险较低，但是考虑无法完全避免，肯定会有风险)。

在图未示出的其他实施例中，上动叶10和下动叶20在叶片配合处通过粘接进行配合连接。可以在上、下动叶的叶片配合处通过涂抹工程结构胶水进行粘接，进一步加强零件密封性及强度，工程结构胶水要有一定弹性，不能过硬。

对于将风叶拆分成上动叶和下动叶的原则，以本实施例进行举例并结合图1说明其中一种方式，上动叶10与下动叶20在叶片配合处具有以下三点：

A点：风叶的外径最大处向风叶前缘11方向距离H1做第一水平面，风叶和轮盖相交有第一曲线，第一水平面和第一曲线的交点为A点，1G≤H1≤M2，M2为风叶与轮盖连接的部分的总高度，G为叶片最大厚度；

B点：风叶前缘的最高点向下动叶方向距离H2做第二水平面，风叶和轮毂相交有第二曲线，第二水平面和第二曲线形成交点为B点，1G≤H2≤M1，M1为风叶与轮毂连接的部分的总高度；

C点：C点位于A点与B点之间且ABC形成三角形，且A点、B点、C点在风叶的横截面投影上不共线，C点位于上动叶与下动叶在叶片配合处的中部；

并且，AC连线与叶轮的横截面夹角为M，BC连线与叶轮的轴线夹角为K，叶轮的横截面与叶轮的轴线相互垂直；K≥M。

A、B、C三点与风叶前缘的距离应大于等于0mm且小于叶片弦长；满足上述关系时，上、下动叶的叶片能够保证最佳尺寸比例和强度。

拆分风叶为两部分的总体原则，就是拆分后的零件要满足模具可以出模，并且拆分后零件有一定强度。总体原则要视风叶的形状种类，考量的参数包括叶形，叶片数量，叶片扭曲程度，长短叶片高度，风叶流道弯曲程度等因素。本发明对拆分风叶的具体结构不做赘述和过多限制，只要满足结构相同且满足上述总体原则，都属于本发明公开且保护的范围。

图14示出了本实施例的叶轮的实测频谱图，可以明显看出，本实施例的叶轮在诸多结构的改进下，叶轮没有异响、无异常噪声、运行音质极好。

根据本发明图未示出的实施例，提供了一种叶轮，叶轮包括风叶和轮毂30风叶包括至少一个上动叶10和下动叶20，所有上动叶10和下动叶20连接配合形成完整的风叶；上动叶10设置有与电机轴驱动连接的配合结构，至少一个上动叶10具有风叶前缘11，至少一个上动叶10与下动叶20传动连接；轮毂30与下动叶20为一体结构。

风叶是由多个叶片组成，将风叶分为至少一个上动叶和下动叶两部分。所有上动叶形成了多个叶片的上部分，至少一个上动叶具有风叶前缘，也就是说上动叶是风叶进风侧的叶片结构。下动叶包括了多个叶片的下部分，下动叶位于上动叶沿气流方向的下游。多个上动叶以及下动叶都是独立结构，在生产制造时分别进行生产。所有上动叶和下动叶的叶片连接配合后，组合形成了完整的多个叶片的结构，即风叶本身。轮毂30和下动叶一体成型成为一体结构。

本发明把风叶分为至少一个上动叶和下动叶，每个上动叶可以采用上下出模方式，以减少抽芯动作行程，降低因抽芯机构动作导致叶片形状精度误差，风叶的零件精度更高了，在装配时可以减少精度改善工序，大大简化了装配工艺程度，装配工艺更简单。不仅如此，将轮毂与下动叶结合为一体结构，即一体成型的结构，这样不需要再对风叶和轮毂施加压力进行焊接、钎焊等，既省去了装配流程，又避免了焊接等工艺导致的结构不稳定，使得叶轮整体强度得到进一步增强，风机的整体可靠性得到了提升。而且，轮毂与下动叶结合为一体结构，在一体成型制造中，直接就能将轮毂和下动叶做成同轴结构，根本不再需要后续调整同轴度，完全省去了装配同轴的所有工序。由于下动叶和轮毂为一体结构，且其中一个上动叶和下动叶传动连接，上动叶通过电机轴驱动后转动并带动下动叶进行转动。使叶轮在高速旋转下，也不会因为焊接点等问题导致叶片抖动，避免了抖动产生异响的情况。保证上动叶和下动叶的驱动连接有足够强度，简化了风机装配工艺流程。

需要补充说明的是，传统风叶成形抽芯长度只能侧向抽芯，成形长度较长，也就是说抽芯距离长(一般都比风叶进风前缘还要长)，由于叶片薄，悬臂越长，强度不足，越难以保证形状精度。而本发明的上动叶可以采用上下出模方式，以减少抽芯动作行程，降低因抽芯机构动作导致叶片形状精度误差，风叶的零件精度更高。

在本实施例中，上动叶10为两个，两个上动叶相互连接配合形成上动叶的结构，所有上动叶和下动叶连接配合，并形成了完整的风叶。

轮盖40与所有上动叶10为一体结构相比现有技术来说，由于上动叶与轮盖整合一体，制造时可以整体成形，因此相比现有技术的方案(叶片边缘较为垂直，超声波焊接较难，基本不焊接，叶片与轮盖之间留有间隙，容易产生异常音质，叶片强度较差)，本方案更能提高风叶前缘角度制造精度及整体强度，减少叶片进风抖动改善噪音。

参见图12至图13所示，根据本发明的实施例，提供了一种风机，风机包括上述实施例的叶轮。

风机包括电机72和防松螺母73，电机72的电机轴71穿过配合孔后，通过防松螺母73与上动叶进行固定。电机轴71与上动叶10驱动连接以带动上动叶转动。

风机为离心风机或者混流风机。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。