DE112014003121T5

DE112014003121T5 - Verdichterlaufrad, Radialverdichter, Bearbeitungsverfahren für ein Verdichterlaufrad und Bearbeitungsvorrichtung für ein Verdichterlaufrad

Info

Publication number: DE112014003121T5
Application number: DE112014003121.6T
Authority: DE
Inventors: Takashi Fujiwara; Taichi Kimura
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN105164427A; WO2015002066A1; JPWO2015002066A1; US20160010657A1

Abstract

Ein Verdichterrad (8) umfasst eine Nabe (16), die an einem Ende einer Welle fixiert ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln (17), die an einem Außenumfang der Nabe (16) angeordnet sind. Jede Schaufel (17) weist eine Vorderkante (17b) und eine Hinterkante (17c) auf, und umfasst eine Flügeloberfläche (17d), die eine gekrümmte Oberfläche ist, die durch eine Bahn einer Bewegung einer linearen erzeugenden Linie (17e) gezeichnet wird. Die erzeugende Linie weist einen Schnittpunkt (a) mit der Hinterkante an der Hinterkantenseite auf, und neigt sich in einer Richtung, die sich einer Innenseite einer Radialrichtung der Welle annähert, während sie sich von einer Endseite zu der anderen Endseite hin in einer Axialrichtung der Welle bewegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdichterrad, bei dem eine Mehrzahl von Schaufeln an einem Außenumfang einer Nabe angeordnet ist, einen Radialverdichter, ein Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad und eine Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad.
STAND DER TECHNIK
Ein herkömmlicher Turbolader weist ein Lagergehäuse auf, das eine Turbinenwelle drehbar festhält. Ein Turbinenrad ist an einem Ende der Turbinenwelle vorgesehen. Ein Verdichterrad ist an dem anderen Ende der Turbinenwelle vorgesehen. Der Turbolader ist mit einem Triebwerk verbunden, und aus dem Triebwerk ausgestoßenes Abgas strömt in den Turbolader. Wenn sich das Turbinenrad durch das Abgas dreht, wird das Verdichterrad durch die Drehung des Turbinenrads über die Turbinenwelle gedreht. Man beachte, dass ein Radialverdichter, der ein Verdichterrad durch die Drehleistung eines Motors oder dergleichen dreht, ebenfalls weit verbreitet ist.
Wie in der Patentschrift 1 gezeigt, umfasst ein Verdichterrad eine Nabe und eine Mehrzahl von Schaufeln, die um die Nabe herum angeordnet und einstückig mit der Nabe vorgesehen sind. Die Nabe, die Mehrzahl von Schaufeln und eine Ummantelung (Gehäuse), die das Verdichterrad beherbergt, bilden einen Strömungsdurchlass, in dem ein Fluid verdichtet wird. Mit anderen Worten spielen diese eine Rolle als Wandflächen des Strömungsdurchlasses des Fluids. Eine gekrümmte Oberflächenform einer Flügeloberfläche der Schaufel wird in eine Form, die eine Punktgruppe umfasst, und eine Form, die eine erzeugende Linie umfasst, unterteilt. Die gekrümmte Oberflächenform, die die Punktgruppe umfasst, wird durch Schneiden ausgebildet, indem eine Spitze eines Werkzeugs, wie etwa eines Schaftfräsers, verwendet wird. Andererseits wird die Form, die die erzeugende Linie umfasst, durch Schneiden ausgebildet, indem eine Seitenoberfläche des Werkzeugs verwendet wird, wobei eine Drehachsenrichtung des Werkzeugs, wie etwa des Schaftfräsers, mit einer Richtung der erzeugenden Linie fluchtet. Da beim Schneiden zu einem einzigen Zeitpunkt ein breites Schneiden durchgeführt werden kann, indem die Seitenoberfläche des Werkzeugs verwendet wird, kann eine Bearbeitungszeit relativ verringert werden.
LITERATURSTELLEN
PATENTSCHRIFTEN

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-50444

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Bei der Bearbeitung eines Rades (eines sogenannten Erzeugenden-Rades), das eine gekrümmte Oberfläche aufweist, deren Flügeloberfläche eine erzeugende Linie umfasst, wird eine Richtung der erzeugenden Linie in der Nähe einer Hinterkante im Wesentlichen parallel zu einer Drehachsenrichtung des Rades, wenn das Rad so ausgelegt ist, dass die Bearbeitungsdaten minimal werden. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass ein Halteteil eines Werkzeugs vor der Bearbeitung oder während der Bearbeitung auf ein Werkstück des Rades störend einwirkt, abhängig von einem Weg des Werkzeugs während der Bearbeitung. Es wird die Verwendung eines langen Werkzeugs in einer Axialrichtung in Betracht gezogen, um eine solche störende Einwirkung zu vermeiden. Wenn jedoch ein Abstand vom Halteteil zu einem Kontaktabschnitt des Werkzeugs mit dem Werkstück groß wird, kann eine Vibration des Werkzeugs bei der Bearbeitung, ein sogenanntes Rattern, erzeugt werden.
Wenn das Werkzeug, das zur Bearbeitung der Flügeloberfläche von einer Vorderkante zur Hinterkante von einer Hinterkantenseite einer Schaufel getrennt wird, besteht ferner eine Möglichkeit, dass eine Spitze des Werkzeugs im Werkstück des Rades hängen bleibt, eine sogenannte Pressbearbeitung ausgeführt wird, und dass unnötige Bearbeitungsspuren zurückbleiben. Um sicher ein solches Rattern und eine solche Pressbearbeitung zu vermeiden, werden Maßnahmen ergriffen, wie etwa eine Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs bei der Bearbeitung niedrig zu halten. Jedoch wurden aufgrund solcher Maßnahmen die Bearbeitbarkeit und eine Bearbeitungszeit vergeudet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verdichterrad, bei dem eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit eine Bearbeitungszeit verringert, einen Radialverdichter, ein Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad und eine Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad bereitzustellen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verdichterrad, das sich einstückig mit einer Welle dreht und das ein Fluid, das von einem Saugstutzen angesaugt wird, der in einem Radialverdichterkörper ausgebildet ist, verdichtet und nach außen in einer Radialrichtung der Welle befördert, wobei das Verdichterrad umfasst: eine Nabe, die an einem Ende der Welle fixiert ist; und eine Mehrzahl von Schaufeln, die an einem Außenumfang der Nabe angeordnet sind, wobei jede Schaufel eine Vorderkante, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Fluids ist, und eine Hinterkante, die ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids ist, aufweist, und eine Flügeloberfläche umfasst, die eine gekrümmte Oberfläche ist, die durch eine Bahn einer Bewegung einer linearen erzeugenden Linie gezeichnet wird, und wobei die erzeugende Linie einen Schnittpunkt mit der Hinterkante an der Hinterkantenseite aufweist, und die erzeugende Linie, die den Schnittpunkt mit der Hinterkante aufweist, sich in einer Richtung neigt, die sich einer Innenseite in der Radialrichtung der Welle annähert, während sie sich von einer Endseite zu der anderen Endseite hin in einer Axialrichtung der Welle bewegt.
Ein Winkel zwischen der Hinterkante, die sich näher an der anderen Endseite in der Axialrichtung der Welle befindet als der Schnittpunkt, und der erzeugenden Linie, die sich näher an der anderen Endseite in der Axialrichtung der Welle befindet als der Schnittpunkt, darf nicht kleiner sein als 20 Grad.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Radialverdichter, der umfasst: einen Radialverdichterkörper; eine Welle, die drehbar durch den Radialverdichterkörper gelagert wird; und ein Verdichterrad, das eine Nabe, die an einem Ende der Welle fixiert ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln aufweist, die an einem Außenumfang der Nabe angeordnet sind, das sich einstückig mit der Welle dreht und das ein Fluid, das von einem Saugstutzen angesaugt wird, der in dem Radialverdichterkörper ausgebildet ist, verdichtet und nach außen in einer Radialrichtung der Welle befördert, wobei jede Schaufel eine Vorderkante, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Fluids ist, und eine Hinterkante, die ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids ist, aufweist, und eine Flügeloberfläche umfasst, die eine gekrümmte Oberfläche ist, die durch eine Bahn einer Bewegung einer linearen erzeugenden Linie gezeichnet wird, und wobei die erzeugende Linie einen Schnittpunkt mit der Hinterkante an der Hinterkantenseite aufweist, und die erzeugende Linie, die den Schnittpunkt mit der Hinterkante aufweist, sich in einer Richtung neigt, die sich einer Innenseite in der Radialrichtung der Welle annähert, während sie sich von einer Endseite zu der anderen Endseite hin in einer Axialrichtung der Welle bewegt.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bearbeitungsverfahren für ein Verdichterrad, das eine Flügeloberfläche, die eine Vorderkante, die als ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Fluids dient, und eine Hinterkante aufweist, die als ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids dient, inmitten einer Mehrzahl von Schaufeln ausschneidet, die an einem Außenumfang einer Nabe im Verdichterrad eines Radialverdichters angeordnet sind, wobei ein Werkzeug an einer Anfangsposition angeordnet ist, wo eine Axialrichtung einer Drehachse des Werkzeugs parallel zu einer Richtung der Vorderkante der Schaufel ist, und wo eine Spitze des Werkzeugs zur Nabenseite ausgerichtet ist, und wobei ein Neigungswinkel ein spitzer Winkel ist, wenn der Neigungswinkel von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs kontinuierlich in einer Richtung erhöht wird, wo die Axialrichtung sich der Richtung der Hinterkante annähert, während ein Werkstück eines Spaltabschnitts der Mehrzahl der Schaufeln durch eine Seitenoberfläche des Werkzeugs von der Vorderkante zur Hinterkante hin geschnitten wird, und wenn das Werkstück bis zur Hinterkante geschnitten wird und die Flügeloberfläche ausgeschnitten wird.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Bearbeitungsvorrichtung eines Verdichterrads, die aus einem Werkstück eine Flügeloberfläche, die eine Vorderkante, die als ein Ende auf einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Fluids dient, und eine Hinterkante aufweist, die als ein Ende auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids dient, inmitten einer Mehrzahl von Schaufeln ausschneidet, die an einem Außenumfang einer Nabe in einem Verdichterrad eines Radialverdichters angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsvorrichtung umfasst: einen Drehabschnitt, der ein Werkzeug lagert und das Werkzeug um einen axialen Mittelpunkt des Werkzeugs dreht; einen Bewegungsabschnitt, der relative Positionen und Lagen des Werkzeugs und des Werkstücks verschiebt; und eine Steuereinrichtung, die die Drehung des Werkzeugs durch den Drehabschnitt und die Verschiebung der relativen Positionen und Lagen des Werkzeugs und des Werkstücks durch den Bewegungsabschnitt steuert, wobei die Steuereinrichtung den Bewegungsabschnitt so steuert, dass das Werkzeug an einer Anfangsposition angeordnet ist, wo eine Axialrichtung einer Drehachse des Werkzeugs parallel zu einer Richtung der Vorderkante ist, und wo eine Spitze des Werkzeugs zur Nabenseite ausgerichtet ist, und den Drehabschnitt und den Bewegungsabschnitt so steuert, dass ein Neigungswinkel zu einem spitzen Winkel wird, wenn der Neigungswinkel von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs kontinuierlich in einer Richtung erhöht wird, wo die Axialrichtung des Werkzeugs sich der Richtung der Hinterkante annähert, während das Werkzeug gedreht wird und das Werkstück eines Spaltabschnitts der Mehrzahl der Schaufeln durch eine Seitenoberfläche des Werkzeugs von der Vorderkante zur Hinterkante hin geschnitten wird, und wenn das Werkstück bis zur Hinterkante geschnitten wird und die Flügeloberfläche ausgeschnitten wird.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Bearbeitbarkeit des Verdichterrades zu erhöhen und eine Bearbeitungszeit zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Turboladers nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Verdichterrades nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3(a) ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Form einer Schaufel nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 3(b) ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Form einer Schaufel in einem Vergleichsbeispiel.
4(a) und 4(b) sind Diagramme zur Erläuterung einer Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5(a) bis 5(c) sind Diagramme zur Erläuterung eines Bearbeitungsverfahrens für das Verdichterrad nach der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die 5(d) bis 5(f) sind Diagramme zur Erläuterung eines Bearbeitungsverfahrens für ein Rad im Vergleichsbeispiel.
6(a) und 6(b) sind Diagramme zur Erläuterung der Bearbeitbarkeit beim Bearbeiten der Schaufel.
7(a) bis 7(f) sind Diagramme zur Erläuterung von Störungen beim Bearbeiten der Schaufel.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Hiernach wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Abmessungen, Materialien, andere spezifische numerische Werte und dergleichen, die in einer solchen Ausführungsform gezeigt werden, sind nur eine beispielhafte Darstellung zum Erleichtern des Verständnisses der Erfindung, und sie beschränken die vorliegende Erfindung nicht, sofern zuvor nichts anderes angegeben ist. Man beachte, dass in der Schrift und den Zeichnungen eine überschneidende Erläuterung von Elementen, die im Wesentlichen dieselben Funktionen und Ausbildungen aufweisen, weggelassen wird, indem den Elementen dieselben Zeichen zugewiesen werden, und dass die Darstellung von Elementen, die keinen direkten Bezug zur vorliegenden Erfindung aufweisen, ebenfalls weggelassen wird.
In der folgenden Ausführungsform werden ein Verdichterrad eines Turboladers, der Komponenten aufweist, die ähnlich einem Radialverdichter sind, als ein Beispiel des Radialverdichters, der Turbolader, der das Verdichterrad aufweist, das darauf montiert ist, ein Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad und eine Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad als Beispiele erläutert. Zunächst wird ein schematischer Aufbau des Turboladers, der das Verdichterrad, das darauf montiert ist, aufweist, erläutert, und dann wird ein Aufbau des Verdichterrades, das Bearbeitungsverfahren und die Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad detailliert beschrieben.
1 ist eine schematische Querschnittansicht eines Turboladers C. Hiernach wird eine Erläuterung durchgeführt, wobei eine Richtung eines Pfeils L, der in 1 gezeigt ist, als eine linke Seite des Turboladers C gesetzt wird, und wobei eine Richtung eines Pfeils R als eine rechte Seite davon gesetzt wird. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Turbolader C einen Turboladerkörper 1 (einen Radialverdichterkörper). Der Turboladerkörper 1 umfasst; ein Lagergehäuse 2; ein Turbinengehäuse 4, das an eine linke Seite des Lagergehäuses 2 durch einen Befestigungsbolzen 3 gekoppelt ist; und ein Verdichtergehäuse 6, das an eine rechte Seite des Lagergehäuses 2 durch einen Befestigungsbolzen 5 gekoppelt ist. Diese sind miteinander integriert.
Ein Lagerloch 2a, das in einer Horizontalrichtung des Turboladers C durch läuft, ist in dem Lagergehäuse 2 ausgebildet. Eine Turbinenwelle 7 (eine Welle) ist drehbar in dem Lagerloch 2a über ein Lager gelagert. Ein Verdichterrad 8 (ein Rad) ist einstückig an einem Ende der Turbinenwelle 7 fixiert. Das Verdichterrad 8 ist drehbar in dem Verdichtergehäuse 6 untergebracht. Ferner ist ein Turbinenrad 9 einstückig an einem Ende der Turbinenwelle 7 fixiert. Das Turbinenrad 9 ist drehbar in dem Turbinengehäuse 4 untergebracht.
Ein Saugstutzen 10 ist in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet. Der Saugstutzen 10 öffnet sich auf einer rechten Seite des Turboladers C. Ferner ist der Saugstutzen 10 mit einer Luftreinigungsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden. Ferner bilden in einem Zustand, in dem das Lagergehäuse 2 und das Verdichtergehäuse 6 miteinander durch den Befestigungsbolzen 5 gekoppelt sind, einander zugewandte Oberflächen der beiden Gehäuse 2 und 6 einen Diffusorstromdurchlass 11, in dem ein Druck eines Fluids erhöht wird. Der Diffusorstromdurchlass 11 ist ringförmig von einer Innenseite zu einer Außenseite in einer Radialrichtung der Turbinenwelle 7 (Verdichterrad 8) ausgebildet. Der Diffusorstromdurchlass 11 kommuniziert mit dem Saugstutzen 10, der in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet ist, über das Verdichterrad 8, auf der Innenseite, wie oben beschrieben.
Ein Verdichterspiralstromdurchlass 12 ist in dem Verdichtergehäuse 6 vorgesehen. Der Verdichterspiralstromdurchlass 12 befindet sich an der Außenseite der Turbinenwelle 7 (Verdichterrad 8) in der Radialrichtung als der Diffusorstromdurchlass 11. Der Verdichterspiralstromdurchlass 12 ist ringförmig ausgebildet. Der Verdichterspiralstromdurchlass 12 kommuniziert mit einem Einlassstutzen (nicht gezeigt) eines Triebwerks. Ferner kommuniziert der Verdichterspiralstromdurchlass 12 auch mit dem Diffusorstromdurchlass 11. Wenn sich das Verdichterrad 8 dreht, wird das Fluid von dem Ansaugstutzen 10 her in das Verdichtergehäuse 6 gesaugt und strömt durch einen Flügelzwischenraum des Verdichterrades 8. Dabei erhöht sich eine Geschwindigkeit des Fluids durch eine Wirkung einer Zentrifugalkraft, und ein Druck des Fluids wird in dem Diffusorstromdurchlass 11 und dem Verdichterspiralstromdurchlass 12 erhöht, und das Fluid, dessen Druck erhöht wurde, wird zum Einlassstutzen (nicht gezeigt) des Triebwerks geleitet. Das Verdichterrad 8 verdichtet nämlich das Fluid, das von einem Saugstutzen 10 angesaugt wird, und befördert es nach außen in der Radialrichtung der Turbinenwelle 7.
Ein Turbinenspiralstromdurchlass 13 ist in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Turbinenspiralstromdurchlass 13 befindet sich an der Außenseite der Turbinenwelle 7 in der Radialrichtung des Turbinenrads 9. Der Turbinenspiralstromdurchlass 13 ist ringförmig ausgebildet. Ferner ist ein Auslassstutzen 14 im Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Auslassstutzen 14 kommuniziert mit dem Turbinenspiralstromdurchlass 13 über das Turbinenrad 9. Ferner ist der Auslassstutzen 14 der Vorderseite des Turbinenrades 9 zugewandt und ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden.
In einem Zustand, in dem das Lagergehäuse 2 und das Turbinengehäuse 4 mit dem Befestigungsbolzen 3 miteinander gekoppelt sind, wird ein Spalt 15 zwischen einander zugewandten Oberflächen der beiden Gehäuse 2 und 4 gebildet. Der Spalt 15 ist ringförmig von der Innenseite zur Außenseite hin in der Radialrichtung der Turbinenwelle 7 ausgebildet.
Der Turbinenspiralstromdurchlass 13 kommuniziert mit einem Gaseinströmstutzen (nicht gezeigt), zu dem Abgas, das aus dem Triebwerk ausgestoßen wurde, geleitet wird. Ferner kommuniziert der Turbinenspiralstromdurchlass 13 auch mit dem oben beschriebenen Spalt 15. Das Abgas wird von dem Gaseinströmstutzen zum Turbinenspiralstromdurchlass 13 geleitet, und wird zum Auslassstutzen 14 über das Turbinenrad 9 geleitet. Das Abgas dreht das Turbinenrad 9 bei diesem Strömungsprozess. Ferner wird eine Drehkraft des oben beschriebenen Turbinenrads 9 auf das Verdichterrad 8 über die Turbinenwelle 7 übertragen, der Druck des Fluids wird durch die Drehkraft des Verdichterrads 8 erhöht, und das Fluid, dessen Druck erhöht wurde, wird zum Einlassstutzen des Triebwerks geleitet.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Verdichterrades 8. Wie in 2 gezeigt, umfasst das Verdichterrad 8 eine Nabe 16 und eine Mehrzahl von Schaufeln 17.
Die Nabe 16 weist eine obere Oberfläche 16a und eine untere Oberfläche 16b mit einer größeren Fläche als die obere Oberfläche 16a auf. Die Nabe 16 weist des Weiteren eine Außenumfangsfläche 16c auf, die sich nach außen in der Radialrichtung von der oberen Oberfläche 16a zur unteren Oberfläche 16b erstreckt. Die Nabe 16 ist ein sich drehender Körper, der sich dreht, wobei ein Mittelpunkt der unteren Oberfläche 16a und der oberen Oberfläche 16a als Drehachse festgelegt ist.
Ferner ist ein Durchgangsloch 16d in der Nabe 16 vorgesehen. Die Turbinenwelle 7 ist in das Durchgangsloch 16d eingesteckt, das sich von der oberen Oberfläche 16a zur unteren Oberfläche 16b hin erstreckt. Durch dieses Einstecken ragt ein Ende der Turbinenwelle 7 von der oberen Oberfläche 16a hervor. Eine Gewinderille ist in dem vorragenden Abschnitt ausgebildet. Die Nabe 16 ist an einem Ende der Turbinenwelle 7 fixiert, indem eine Mutter an der Gewinderille befestigt wird.
Die Schaufel 17 ist ein dünnes, plattenförmiges Element, das einstückig mit der Nut 16 ausgebildet ist. Die Mehrzahl von Schaufeln 17 ist voneinander in einer Umfangsrichtung getrennt angeordnet, an der Außenumfangsfläche 16c der Nabe 16. Ein Spalt (ein Flügelzwischenraum 17a) in einer Umfangsrichtung der benachbarten Schaufeln 17 dient als Strömungsdurchlass des Fluids. Ferner erstreckt sich die Schaufel 17 nach außen in der Radialrichtung von der Außenumfangsfläche 16c der Nabe 16, und ist so gekrümmt, dass sie sich in der Umfangsrichtung der Nabe 16 neigt.
Ferner umfasst die Schaufel 17 eine Vollschaufel 18 (eine lange Schaufel) und eine Halbschaufel 19 (eine kurze Schaufel, eine halbe Schaufel), deren Länge in einer Axialrichtung kürzer ist als die Vollschaufel 18. Die Vollschaufel 18 und die Halbschaufel 19 sind abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet. Wie oben beschrieben, ist die Halbschaufel 19 zwischen den Vollschaufeln 18 angeordnet, und somit wird die Ansaugeffizienz im Turbolader C weiter erhöht, verglichen mit einem Fall, bei dem dieselbe Anzahl von Schaufeln 17 nur die Vollschaufeln 18 umfasst. Wenn hiernach die Schaufel einfach als die Schaufel 17 bezeichnet wird, zeigt die Schaufel sowohl die Vollschaufel 18 als auch die Halbschaufel 19 an.
3(a) ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Form der Schaufel 17. 3(a) zeigt eine Meridianoberflächenform der Schaufel 17 der Ausführungsform durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie. 3(b) zeigt eine Meridianoberflächenform einer Schaufel W eines Vergleichsbeispiels durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie. Die Meridianoberflächenform ist die Form, bei der ein Umriss einer Schaufel 17 oder W um eine Drehachse der Nabe 16 gedreht wird, ohne eine Position der Nabe 16 in der Radialrichtung zu verändern, und wird auf eine flache Oberfläche, die parallel zur Drehachse der Nabe 16 ist, projiziert. Eine Horizontalrichtung zeigt die Axialrichtung der Turbinenwelle 7 in den 3(a) und 3(b) an. Ferner zeigt eine rechte Seite in jeder Zeichnung eine Seite der unteren Oberfläche 16b der Nabe 16 an, und eine linke Seite darin zeigt eine Seite der oberen Oberfläche 16a der Nabe 16 an. Ferner zeigt eine Vertikalrichtung die Radialrichtung der Turbinenwelle 7 in den 3(a) und 3(b) an. Ein oberer Teil bei jeder Zeichnung zeigt die Außenseite in der Radialrichtung an, und ein unterer Teil darin zeigt die Innenseite in der Radialrichtung an.
Wie in 3(a) gezeigt, weist die Schaufel 17 (d. h. die Vollschaufel 18 oder die Halbschaufel 19) eine Vorderkante 17b auf, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Fluids ist (hiernach einfach als die Strömungsrichtung bezeichnet), das durch das Verdichterrad 8 durchläuft. Man beachte, dass die Vorderkante 17b der Halbschaufel 19 sich näher an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung befindet als die Vorderkante 17b der Vollschaufel 18.
Ferner weist die Schaufel 17 eine Hinterkante 17c auf, die ein Ende der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung ist. Eine Flügeloberfläche 17d ist eine gekrümmte Oberfläche der Schaufel 17, die die Vorderkante 17b und die Hinterkante 17c als Enden beider Seiten in der Strömungsrichtung aufweist. Die Flügeloberfläche 17d ist einem Strömungsdurchlass zugewandt, der im Flügelzwischenraum 17a ausgebildet ist.
Wie in 3(a) gezeigt, ist bei der Meridianoberflächenform die Vorderkante 17b im Wesentlichen parallel zur Radialrichtung der Turbinenwelle 7. Die Hinterkante 17c ist im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Turbinenwelle 7.
Die Flügeloberfläche 17d ist eine gekrümmte Oberfläche, die durch eine Bahn einer kontinuierlichen Bewegung einer linearen erzeugenden Linie 17e (angezeigt mit einer unterbrochenen Linie in 3(a)) gezeichnet wird, wobei die Vorderkante 17b und die Hinterkante 17c als die Enden festgelegt sind, d. h. eine sogenannte Regelfläche. Die erzeugende Linie 17e ist nämlich eine Gerade in jeder Position, wenn eine gekrümmte Oberfläche durch die Bewegung einer Geraden (einer Strecke) gezeichnet wird. Dementsprechend ist das Verdichterrad 8 als ein sogenanntes Erzeugenden-Rad ausgebildet.
In 3(a) wird die erzeugende Linie 17e dadurch gezeigt, dass bewirkt wird, dass sie von einer Seite der Hinterkante 17c der Flügeloberfläche 17d vorragt, um das Verständnis einer Richtung der erzeugenden Linie 17e zu erleichtern.
Die erzeugende Linie 17e weist einen Schnittpunkt 'a' mit der Hinterkante 17c auf der Seite der Hinterkante 17c auf. Ferner neigt sich die erzeugende Linie 17e in einer Richtung, die sich der Innenseite in der Radialrichtung der Turbinenwelle 7 annähert, während sie sich von einer Endseite (einer linken Seite in 3) zu der anderen Endseite (einer rechten Seite in 3) hin in der Axialrichtung der Turbinenwelle 7 bewegt. Bei der erzeugenden Linie 17e, die sich mit der Hinterkante 17c schneidet, befindet sich nämlich die eine Endseite der Turbinenwelle 7 in der Axialrichtung außen in der Radialrichtung, als die andere Endseite davon.
Wenn ferner ein Winkel zwischen der Hinterkante 17c, die sich näher an der anderen Endseite (rechte Seite in 3) in der Axialrichtung der Turbinenwelle 7 befindet als der Schnittpunkt a, und der erzeugenden Linie 17e, die sich näher an der anderen Endseite (rechte Seite in 3) in der Axialrichtung der Turbinenwelle 7 befindet als der Schnittpunkt a, als ein Winkel A festgelegt wird, ist der Winkel A nicht kleiner als 20 Grad.
3(b) zeigt die Schaufel W des Vergleichsbeispiels. Wie in der Zeichnung gezeigt, wird eine erzeugende Linie We durch eine gekrümmte Oberfläche einer Flügeloberfläche Wd der Schaufel W beschrieben. Die erzeugende Linie We ist im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Turbinenwelle 7 an einer Seite der Hinterkante Wc. Dementsprechend weist, anders als die Schaufel 17, die in 3(a) gezeigt wird, die erzeugende Linie We und die Hinterkante Wc keinen Schnittpunkt auf. In diesem Fall kann das Bearbeiten der Schaufel W schwierig werden. Hiernach wird eine Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad 8 erläutert werden, und dann werden die Bearbeitbarkeiten der Schaufeln 17 und W detailliert verglichen und erläutert, während ein Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad 8 gezeigt wird.
Die 4(a) und 4(b) sind Diagramme zur Erläuterung einer Bearbeitungsvorrichtung 20 des Verdichterrads 8. 4(a) zeigt eine Außenansicht der Bearbeitungsvorrichtung 20. 4(b) zeigt einen Zustand der Bearbeitung eines Werkstücks M des Verdichterrads 8 durch die Bearbeitungsvorrichtung 20.
Die Bearbeitungsvorrichtung 20 umfasst beispielsweise ein simultanes 5-achsiges Bearbeitungszentrum. Wie in 4(a) gezeigt, umfasst die Bearbeitungsvorrichtung 20: einen Drehabschnitt 21; einen Bewegungsabschnitt 22; ein Halteteil 23; einen Bewegungsabschnitt 24, eine Steuereinrichtung 25; und ein Bedienteil 26. Wie in 4(b) gezeigt, weist der Drehabschnitt 21 ein Einspannteil 21a auf, das ein Werkzeug T, wie etwa einen Schaftfräser, trägt, und einen Motor (nicht gezeigt) auf. Der Drehabschnitt 21 dreht das Werkzeug T zusammen mit dem Einspannteil 21a durch eine Leistung des Motors in einem Zustand, in dem das Einspannteil 21a das Werkzeug T trägt. Das Einspannteil 21a trägt das Werkzeug T in einem Zustand, in dem eine Drehachse des Einspannteils 21a mit einem axialen Mittelpunkt des Werkzeugs Z zusammenfällt.
Der Bewegungsabschnitt 22 umfasst einen automatischen Tisch, der sich beispielsweise durch den Motor um drei zueinander rechtwinklige Achsen bewegen kann. Der Bewegungsabschnitt 22 trägt den Drehabschnitt 21. Ferner kann der Bewegungsabschnitt 22 den Drehabschnitt 21 in jede Richtung um drei Achsen bewegen.
Das Halteteil 23 umfasst beispielsweise eine Halterungsvorrichtung. Das Halteteil 23 hält das Werkstück M des Verdichterrads 8. Ein Loch, das als das Durchgangsloch 16d der Nabe 16 dient, wird zuvor in dem Werkstück M ausgebildet. Das Halteteil 23 weist eine erste Halterung 23a auf, die eine Außenumfangsfläche des Werkstücks M hält. Ferner ist eine zweite Halterung 23b an einer gegenüberliegenden Seite der ersten Halterung 23a angeordnet, wobei das Werkstück M dazwischen liegt. Ein Stift 23c ist an der zweiten Halterung 23b fixiert. Eine Spitze des Stifts 23c weist eine sich verjüngende Form auf, mit einem kleineren Durchmesser zu einer Seite der Spitze hin. Die Spitze des Stifts 23c wird in das Loch des Werkstücks M eingesetzt, das als das Durchgangsloch 16d der Nabe 16 dient. Auf diese Weise ist das Werkstück M von der ersten Halterung 23a und dem Stift 23c sandwichartig umfasst.
Der Bewegungsabschnitt 24 trägt das Halteteil 23. Der Bewegungsabschnitt 24 kann beispielsweise durch den Motor (nicht gezeigt) das Werkstück M zusammen mit dem Halteteil 23 um zwei voneinander verschiedene Achsen drehen.
Relative Positionen und Lagen des Werkzeugs T und des Werkstücks M können mit einem hohen Freiheitsgrad durch das Zusammenwirken der Bewegungsabschnitte 22 und 24 verschoben werden.
Die Steuereinrichtung 25 steuert die Drehung des Werkzeugs T durch den Drehabschnitt 21 und die Verschiebung der relativen Positionen und Lagen des Werkzeugs T und des Werkstücks M durch die Bewegungsabschnitte 22 und 24, in Abhängigkeit von Information, wie etwa eines Bearbeitungswegs, die durch das Bedienteil 26 eingegeben wird. Hiernach wird ein Verarbeitungsablauf der Bearbeitung des Verdichterrads 8 durch die Steuereinrichtung 25 im Detail erläutert.
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Bearbeitungsverfahrens für das Verdichterrad 8. Die 5(a) bis 5(c) zeigen die Bearbeitung der Schaufel 17 der Ausführungsform. Die 5(d) bis 5(f) zeigen die Bearbeitung der Schaufel W des Vergleichsbeispiels. Um das Verständnis zu erleichtern, wird die Darstellung der Bearbeitungsvorrichtung 20 in jeder Zeichnung weggelassen.
Bei der Bearbeitung des Erzeugenden-Rades wird das Werkstück M des Verdichterrades 8 mittels einer Kantenseitenoberfläche Ta des Werkzeugs T geschnitten. Zu diesem Zeitpunkt ist die Drehachsenrichtung des Werkzeugs T auf Richtungen der erzeugenden Linien 17e und We ausgerichtet.
Wie in 5(a) gezeigt, steuert die Steuereinrichtung 25 die Bewegungsabschnitte 22 und 24 und den Drehabschnitt 21 und ordnet das Werkzeug T an einer Anfangsposition an, wo die Axialrichtung der Drehachse des Werkzeugs T parallel zu einer Richtung der Vorderkante 17b ist, und wo eine Spitze des Werkzeugs T zu einer Seite der Nabe 16 ausgerichtet ist (ein unterer Teil in 5).
Danach steuert die Steuereinrichtung 25 die Bewegungsabschnitte 22 und 24 und den Drehabschnitt 21 und schneidet das Werkstück M unter Verwendung der Seitenoberfläche Ta des Werkzeugs, während sie die Drehachse des Werkzeugs auf die Richtung (die Erstreckungsrichtung) der erzeugenden Linie 17e ausrichtet, wie in 5(b) gezeigt. Die Steuereinrichtung 25 dreht nämlich das Werkzeug T und schneidet das Werkstück M des Abschnitts, das als der Spalt (Flügelzwischenraum 17a) zwischen der Mehrzahl der Schaufeln 17 dient, unter Verwendung der Seitenoberfläche Ta von der Vorderkante 17b zur Hinterkante 17c. Während dieses Schneidens erhöht die Steuereinrichtung 25 kontinuierlich einen Neigungswinkel von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs T in einer Richtung, wo die Axialrichtung des Werkzeugs T sich der Richtung (Erstreckungsrichtung) der Hinterkante 17c annähert.
Wenn das Werkzeug T die Bearbeitung an der Seite der Hinterkante 17c beendet, neigt sich ferner, wie in 5(c) gezeigt, die Drehachse des Werkzeugs T zur Axialrichtung der Turbinenwelle 7. Genauer gesagt neigt sich die Drehachse des Werkzeugs so, dass eine Seite der Spitze des Werkzeugs T der Innenseite der Turbinenwelle 7 in der Radialrichtung nahe kommt. Beim Schneiden des Werkstücks M bis zur Hinterkante 17c und dem Ausschneiden der Flügeloberfläche 17d steuert die Steuereinrichtung 25 nämlich den Drehabschnitt 21 und die Bewegungsabschnitte 22 und 24 so, dass der Neigungswinkel (ein Winkel, in dem sich die Axialrichtung des Werkzeugs T von den 5(a) bis 5(c) neigt) von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs T ein spitzer Winkel wird.
Andererseits wird bei der Bearbeitung der Schaufel W des Vergleichsbeispiels auf dieselbe Weise wie bei der Bearbeitung der Schaufel 17 das Schneiden von einer Seite der Vorderkante Wb in einem Zustand gestartet, in dem die Spitze des Werkzeugs T auf die Innenseite der Turbinenwelle 7 in der Radialrichtung gerichtet ist (siehe 5(d)). Ferner wird, wie in 5(e) gezeigt wird, das Schneiden von der Vorderkante Wb zur Hinterkante Wc hin durchgeführt, während die Lage des Werkzeugs T so gesteuert wird, dass eine Richtung der erzeugenden Linie We zu einer Richtung der Drehachse des Werkzeugs T wird. Zum Zeitpunkt des Erreichens der Hinterkante Wc wird die Drehachse des Werkzeugs T im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Turbinenwelle 7, wie in 5(f) gezeigt.
Die 6(a) und 6(b) sind Diagramme zur Erläuterung der Bearbeitbarkeit der Schaufeln 17 bzw. W. 6(a) zeigt die Schaufel 17 und das Werkzeug T in einem Zustand, in dem das Werkstück M zur Hinterkante 17c hin bearbeitet wird, wie in 5(c). 6(b) zeigt die Schaufel W und das Werkzeug T in einem Zustand, in dem das Werkstück M zur Hinterkante Wc hin bearbeitet wird, wie in 5(f). Diese Zeichnungen zeigen die Schaufeln 17 und W, wobei die Anzahl der Schaufeln 17 und W verringert wird, um das Verständnis zu erleichtern.
Wenn das Werkzeug T in der Radialrichtung der Turbinenwelle 7 aus dem Zustand, der in 6(b) gezeigt wird, getrennt wird, verfängt sich die Spitze des Werkzeugs T in einem Abschnitt des Werkstücks M, dem Abschnitt, der an einer Seite der unteren Oberfläche Wg in einer Außenumfangsfläche Wf der Nabe ausgebildet ist. Das Werkzeug T führt nämlich eine unnötige, sogenannte Pressbearbeitung aus. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass unnötige Bearbeitungsspuren auf der Seite der unteren Oberfläche Wg der Außenumfangsfläche Wf verbleiben. Obwohl in Betracht gezogen wird, eine Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs T bei der Bearbeitung niedrig zu halten, um sicher die Pressbearbeitung zu vermeiden, werden Bearbeitbarkeit und Bearbeitungszeit vergeudet.
Bei der Bearbeitung der Schaufel 17 der Ausführungsform wird das Werkzeug T im in 6(a) gezeigten Zustand in der Radialrichtung der Turbinenwelle 7 von der Seite der Hinterkante 17c der Schaufel 17 getrennt. In diesem Fall neigt sich die Axialrichtung des Werkzeugs T in eine Richtung, in der eine Seite der Spitze des Werkzeugs T der Innenseite der Turbinenwelle 7 in der Radialrichtung nahe kommt, bezüglich der Axialrichtung der Turbinenwelle 7. Daher wird die Erzeugung der Pressbearbeitung unterdrückt, und eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit und eine Verringerung der Bearbeitungszeit werden möglich.
Die 7(a) bis 7(f) sind Diagramme zur Erläuterung von Störungen beim Bearbeiten der Schaufel 17. Die 7(a) bis 7(c) zeigen dieselben Zeichnungen wie die 5(a) bis 5(c). Die 7(d) bis 7(f) zeigen relative Lagen des Einspannteils 21a zu dem Halteteil 23, die jeweils den 7(a) bis 7(c) entsprechen. Man beachte, dass die 7(d) bis 7(f) eine Veränderung der Lage des Einspannteils 21a zeigen, um das Verständnis zu erleichtern. Tatsächlich (beispielsweise wenn das simultane 5-achsige Bearbeitungszentrum verwendet wird) verändern sich die Lagen (Neigungen) des Halteteils 23 und des von dem Halteteil 23 gehaltenen Werkstücks M.
Wie in den 7(a) bis 7(c) gezeigt, wird, wenn das Werkzeug T die Hinterkante 17c von der Vorderkante 17b beim Ausschneiden der Flügeloberfläche 17d erreicht, eine Lagesteuerung in einer Richtung ausgeführt, in der ein Abstand des Einspannteils 21a und der zweiten Halterung 23b klein gemacht wird, wie in den 7(d) und 7(f) gezeigt wird.
Wenn die Richtung der Drehachse des Werkzeugs T bewegt wird, bis die Richtung im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Turbinenwelle 7 wird, wie beim Bearbeiten der Schaufel W des Vergleichsbeispiels, wird beispielsweise der Abstand zwischen dem Einspannteil 21a und der zweiten Halterung 23b weiter kleiner als ein Zustand, der in 7(f) gezeigt wird. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit, dass das Einspannteil 21a und die zweite Halterung 23b störend aufeinander einwirken. Es wird in Betracht gezogen, dass ein langes Werkzeug in einer Drehachsenrichtung verwendet wird, um eine solche Einwirkung zu vermeiden. Obwohl die Verwendung eines solchen Werkzeugs das Werkzeug anstelle des Einspannteils 21a nahe an die zweite Halterung 23b bringt, wirken das Werkzeug und die zweite Halterung 23b nicht ohne weiteres stören aufeinander ein, da ein Durchmesser des Werkzeugs kleiner ist als der der zweiten Halterung 23b. Wenn jedoch ein Abstand vom Einspannteil 21a zu einem Kontaktabschnitt des Werkzeugs mit dem Werkstück M groß wird, kann eine Vibration des Werkzeugs bei der Bearbeitung, ein sogenanntes Rattern, erzeugt werden.
Bei der Bearbeitung der Schaufel 17 der Ausführungsform wird es, da die Richtung des Werkzeugs T nicht nur in eine Neigung, die in 7(f) gezeigt wird, verschoben wird, schwierig, dass das Einspannteil 21a des Werkzeugs auf die zweite Halterung 23b störend einwirkt. Das heißt, das kurze Werkzeug T kann verwendet werden. Daher kann die Vibration des Werkzeugs, die während der Bearbeitung verursacht wird, unterdrückt werden, und die Bearbeitbarkeit kann verbessert werden.
Ferner ist der Winkel A in der oben erwähnten Ausführungsform nicht geringer als 20 Grad. Jedoch ist, solange die Wirkungen der vorliegenden Erfindung durch eine Neigung der erzeugenden Linie 17e bezüglich der Axialrichtung der Turbinenwelle 7 erreicht werden, ein Wert des Winkels A beliebig. Wenn jedoch der Winkel A so festgelegt ist, dass er nicht geringer als 20 Grad ist, wie in 3(a) gezeigt, wird eine Unterdrückungswirkung bemerkbar auf die oben beschriebene Pressbearbeitung und die oben beschriebene störende wechselseitige Einwirkung zwischen dem Einspannteil 21a des Werkzeugs T und dem Halteteil 23 ausgeübt, und eine Verbesserung bei der Bearbeitbarkeit und eine Verringerung der Bearbeitungszeit kann weiter erreicht werden. Ferner ist der Winkel A wünschenswerterweise nicht größer als 40 Grad. Eine Auswahl an gekrümmten Oberflächenformen, die als die Flügeloberfläche 17d der Schaufel 17 entworfen werden können, kann auf ein praktisches Level festgelegt werden, indem der Winkel A so festgelegt wird, dass er nicht mehr als 40 Grad ist.
Hierbei wird ein Luftstrom angenommen, der durch das Verdichterrad hindurch läuft. Im Allgemeinen tendiert eine Veränderung an einer stromaufwärtigen Seite im Luftstrom dazu, leicht den Verdichter-Wirkungsgrad zu beeinträchtigen. Indes befindet sich die Vorderkante auf der stromaufwärtigen Seite (dem stromaufwärtigen Ende) des Luftstroms, und die Hinterkante befindet sich auf einer stromabwärtigen Seite (dem stromabwärtigen Ende) davon. Eine Neigung der erzeugenden Linie der Ausführungsform verändert sich allmählich von der Vorderkante zu der Hinterkante hin. Obwohl die erzeugende Linie der Ausführungsform parallel zur Vorderkante ist, wie auch im Vergleichsbeispiel (siehe 3(b)), neigt sich die erzeugende Linie zur Hinterkante hin. Aus diesem Grund wird eine Veränderung auf der stromaufwärtigen Seite in der Strömung unterdrückt, und eine Beeinträchtigung durch die Veränderung der Strömung auf den Verdichter-Wirkungsgrad kann verringert werden.
Man beachte, dass, als die Verdichter-Wirkungsgrade durch Analyse mittels numerischer Strömungsmechanik (computational fluid dynamics, CFD) verglichen wurden, in Fällen, in denen der Winkel A 0 Grad (d. h. ein Fall, in dem die erzeugende Linie in der Hinterkante keine Neigung aufwies), 20 Grad und 40 Grad betrug, festgestellt wurde, dass der Verdichter-Wirkungsgrad des Falles, in dem der Winkel 20 oder 40 Grad betrug, im Wesentlichen gleich war, verglichen mit dem Fall, in dem der Winkel A 0 Grad betrug, und dass ein Unterschied beim Verdichter-Wirkungsgrad innerhalb der Schwankung von weniger als 1% unterdrückt wurde.
Wie oben beschrieben, kann eine Verbesserung der Bearbeitbarkeit und Verringerung einer Bearbeitungszeit bei dem Verdichterrad 8, dem Turbolader C, dem Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad 8 und der Bearbeitungsvorrichtung 20 des Verdichterrads 8 der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zuvor unter Bezugnahme auf beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist es unnötig zu sagen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Ausführungsform beschränkt ist. Es ist deutlich, dass Fachleute verschiedene Abwandlungen oder Korrekturbeispiele in einer in den Ansprüchen beschriebenen Kategorie erdacht haben könnten, und diese werden ebenfalls natürlich als zum technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehörig verstanden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann für ein Rad, bei dem eine Mehrzahl von Schaufeln an einem Außenumfang einer Nabe angeordnet ist, einen Radialverdichter, ein Bearbeitungsverfahren für das Verdichterrad und eine Bearbeitungsvorrichtung für das Verdichterrad verwendet werden.

Claims

Verdichterrad, das sich einstückig mit einer Welle dreht und das ein Fluid, das von einem Saugstutzen angesaugt wird, der in einem Radialverdichterkörper ausgebildet ist, verdichtet und nach außen in einer Radialrichtung der Welle befördert, wobei das Verdichterrad umfasst: eine Nabe, die an einem Ende der Welle fixiert ist; und eine Mehrzahl von Schaufeln, die an einem Außenumfang der Nabe angeordnet sind, wobei jede Schaufel eine Vorderkante, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Fluids ist, und eine Hinterkante, die ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids ist, aufweist, und eine Flügeloberfläche umfasst, die eine gekrümmte Oberfläche ist, die durch eine Bahn einer Bewegung einer linearen erzeugenden Linie gezeichnet wird, und wobei die erzeugende Linie einen Schnittpunkt mit der Hinterkante an der Hinterkantenseite aufweist, und die erzeugende Linie, die den Schnittpunkt mit der Hinterkante aufweist, sich in einer Richtung neigt, die sich einer Innenseite in der Radialrichtung der Welle annähert, während sie sich von einer Endseite zu der anderen Endseite hin in einer Axialrichtung der Welle bewegt.
Verdichterrad nach Anspruch 1, wobei ein Winkel zwischen der Hinterkante, die sich näher an der anderen Endseite in der Axialrichtung der Welle befindet als der Schnittpunkt, und der erzeugenden Linie, die sich näher an der anderen Endseite in der Axialrichtung der Welle befindet als der Schnittpunkt, nicht kleiner ist als 20 Grad.
Radialverdichter, umfassend: einen Radialverdichterkörper; eine Welle, die drehbar durch den Radialverdichterkörper gelagert wird; und ein Verdichterrad, das eine Nabe, die an einem Ende der Welle fixiert ist, und eine Mehrzahl von Schaufeln aufweist, die an einem Außenumfang der Nabe angeordnet sind, wobei das Verdichterrad ausgebildet ist, sich einstückig mit der Welle zu drehen, und ausgebildet ist, ein Fluid, das von einem Saugstutzen angesaugt wird, der in dem Radialverdichterkörper ausgebildet ist, zu verdichten und nach außen in einer Radialrichtung der Welle zu befördern, wobei jede Schaufel eine Vorderkante, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung des Fluids ist, und eine Hinterkante, die ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids ist, aufweist, und eine Flügeloberfläche umfasst, die eine gekrümmte Oberfläche ist, die durch eine Bahn einer Bewegung einer linearen erzeugenden Linie gezeichnet wird, und wobei die erzeugende Linie einen Schnittpunkt mit der Hinterkante an der Hinterkantenseite aufweist, und die erzeugende Linie, die den Schnittpunkt mit der Hinterkante aufweist, sich in einer Richtung neigt, die sich einer Innenseite in der Radialrichtung der Welle annähert, während sie sich von einer Endseite zu der anderen Endseite hin in einer Axialrichtung der Welle bewegt.
Bearbeitungsverfahren für ein Verdichterrad, das eine Flügeloberfläche, die eine Vorderkante, die ein Ende einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Fluids ist, und eine Hinterkante aufweist, die ein Ende einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids dient, inmitten einer Mehrzahl von Schaufeln ausschneidet, die an einem Außenumfang einer Nabe im Verdichterrad eines Radialverdichters angeordnet sind, wobei ein Werkzeug an einer Anfangsposition angeordnet ist, wo eine Axialrichtung einer Drehachse des Werkzeugs parallel zu einer Richtung der Vorderkante der Schaufel ist, und wo eine Spitze des Werkzeugs zur Nabenseite ausgerichtet ist, und wobei ein Neigungswinkel ein spitzer Winkel ist, wenn der Neigungswinkel von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs kontinuierlich in einer Richtung erhöht wird, wo die Axialrichtung sich der Richtung der Hinterkante annähert, während ein Werkstück eines Spaltabschnitts der Mehrzahl der Schaufeln durch eine Seitenoberfläche des Werkzeugs von der Vorderkante zur Hinterkante hin geschnitten wird, und wenn das Werkstück bis zur Hinterkante geschnitten wird und die Flügeloberfläche ausgeschnitten wird.
Bearbeitungsvorrichtung, die aus einem Werkstück eine Flügeloberfläche, die eine Vorderkante, die ein Ende auf einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung eines Fluids ist, und eine Hinterkante aufweist, die ein Ende auf einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Fluids ist, inmitten einer Mehrzahl von Schaufeln ausschneidet, die an einem Außenumfang einer Nabe in einem Verdichterrad eines Radialverdichters angeordnet sind, wobei die Bearbeitungsvorrichtung umfasst: einen Drehabschnitt, der ausgebildet ist, ein Werkzeug zu lagern, und ausgebildet ist, das Werkzeug um einen axialen Mittelpunkt des Werkzeugs zu drehen; einen Bewegungsabschnitt, der ausgebildet ist, relative Positionen und Lagen des Werkzeugs und des Werkstücks zu verschieben; und eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist: die Drehung des Werkzeugs durch den Drehabschnitt und die Verschiebung der relativen Positionen und Lagen des Werkzeugs und des Werkstücks durch den Bewegungsabschnitt zu steuern; den Bewegungsabschnitt so zu steuern, dass das Werkzeug an einer Anfangsposition angeordnet ist, wo eine Axialrichtung einer Drehachse des Werkzeugs parallel zu einer Richtung der Vorderkante ist, und wo eine Spitze des Werkzeugs zur Nabenseite ausgerichtet ist; und den Drehabschnitt und den Bewegungsabschnitt so zu steuern, dass ein Neigungswinkel zu einem spitzen Winkel wird, wenn der Neigungswinkel von der Anfangsposition in der Axialrichtung des Werkzeugs kontinuierlich in einer Richtung erhöht wird, wo die Axialrichtung des Werkzeugs sich der Richtung der Hinterkante annähert, während das Werkzeug gedreht wird und das Werkstück eines Spaltabschnitts der Mehrzahl der Schaufeln durch eine Seitenoberfläche des Werkzeugs von der Vorderkante zur Hinterkante hin geschnitten wird, und wenn das Werkstück bis zur Hinterkante geschnitten wird und die Flügeloberfläche ausgeschnitten wird.