JPH0578678B2

JPH0578678B2 -

Info

Publication number: JPH0578678B2
Application number: JP59069801A
Authority: JP
Inventors: Akira Takada; Eiji Yokoyama; Koji Maehara; Naoyoshi Sango; Koji Koibuchi; Toshio Hatsuda; Hiromitsu Oono; Shoji Sakata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1993-10-29
Also published as: JPS60212695A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は軸流フアンの羽根車における動翼締結
構造に関するものである。

〔発明の背景〕

第１図及び第２図は従来の軸流フアンの羽根車
の構造を示したもので、第１図は動翼固定式、第
２図は動翼可変式の羽根車の構造をそれぞれ示す
ものである。

動翼固定式及び可変式のいずれにおいても、羽
根車は回転駆動軸２，１２にハブ４，１４を嵌着
し、このハブ４，１４のリム部４Ａ，１４Ａに形
成した動翼軸挿通孔４Ｂ，１４Ｂに動翼軸７，１
７を挿通させて動翼６，１６を放射状に取り付け
た構造となつている。動翼固定式では第１図に示
されるように、リム部４Ａの裏側に突出する動翼
軸７にネジ部７Ｃを形成し、このネジ部７Ｃに締
付ナツト８を配し、この締付ナツト８を締め付け
ることにより、動翼６をハブ４に固定するように
なつている。一方、動翼可動式では、第２図に示
されるように、リム部１４Ａの裏側に突出する動
翼軸１７周りにスラスト軸受１５を配置し、動翼
軸１７に形成したネジ部１７Ｃに締付ナツト１８
を配するとともに、動翼軸１７の先端をオイルレ
ス軸受１９で支承した構造となつている。なお、
符号２０は動翼軸１７に組付けられ動翼軸１７を
回動させて動翼１６の迎角を変えるためのリンク
機構である。

動翼固定式、可動式を問わずハブ４（１４）に
同翼６（１６）を取り付けた構造の軸流フアンに
おいて、動翼軸７（１７）と動翼軸挿通孔４Ｂ
（１４Ｂ）との間には隙間９（２１）があるため、
フアンの駆動の際、動翼軸７（１７）には遠心力
および通過流体から受ける力による曲げモーメン
トが作用する。そして締付ナツト８（１８）の組
付けられている動翼軸７（１７）のネジ部７Ｃ
（１７Ｃ）には遠心力Ｆによる遠心応力と曲げモ
ーメントＭによる曲げ応力の合応力が作用し、ネ
ジ部７Ｃ（１７Ｃ）の横断面には第３図中σ₁で示
されるような応力分布を示す。また、遠心力Ｆ曲
げモーメントＭが変動して繰り返し荷重として作
用し、ネジ部７Ｃ（１７Ｃ）の半径方向には第３
図中σ₂で示されるような応力分布を示し、ネジ部
７Ｃ（１７Ｃ）の付根部第１山付近にて応力が最
も集中するという応力集中が発生する。

このため、動翼軸７（１７）がこの応力集中の
生じる第１山付近で疲労破壊して折損するという
問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記問題点を解決し、動翼軸
のネジ部付け根の応力集中を緩和させることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、回転駆動軸に嵌着されたハブに動
翼軸が回転駆動軸半径方向に貫通し、ハブ裏側に
突出する動翼軸に形成されたネジ部に締付けナツ
トが組付けられた軸流フアンの動翼締結構造にお
いて、前記ハブと締付けナツト間の平滑丸棒状に
形成されている動翼軸に、外周がテーパ面をなし
周方向にスリツトを設けた内リングと、内周が該
内リングのテーパ面に整合するテーパ面を有する
外リングとからなる一対の同心リング締結部材を
組付けたことにより達成される。

〔作用〕

一般に軸流フアンは無負荷の状態で起動し回転
数を高め所定の回転数に到達した時点で負荷を与
える。起動後の回転数を高めている最初の段階で
は動翼に遠心力のみが働き、負荷を与えた段階で
は遠心力に加えて流体を加速するから動翼に曲げ
モーメントが働くようになる。本発明の構成によ
れば、最初の段階で遠心力が動翼、動翼軸、締付
けナツト、内リングの順で動翼軸方向に働き、内
リングに働く遠心力はそのテーパ面で密着する外
リングのテーパ面に働くことになる。外リングは
ハブに固定されているから遠心力はテーパ面の角
度に応じて動翼軸と直交する方向の反力を発生
し、内リングを動翼軸に圧縮して締め付けあたか
も動翼軸と内リングが一体となつた剛体になる。
次に負荷を与えて動翼に曲げモーメントが働いて
もモーメントは、平滑丸棒状に形成されている動
翼軸、内リング、外リング、ハブの順に伝達され
るからモーメントの伝達経路にネジ部が存在せ
ず、動翼軸に形成されたネジ部に働く曲げモーメ
ントは無視出来る値となる。このようにして動翼
軸のネジ部付け根に働く曲げモーメントによる応
力集中を緩和させることが出来る。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例を説明する。

第４図は本発明の第１実施例の要部断面図を示
しており、この第４図において、回転駆動軸（図
示せず）に嵌着されたハブのリム部２４Ａには半
径方向にのびる動翼軸挿通孔２５が形成され、こ
の挿通孔２５に動翼軸２７を挿通させて動翼（図
示せず）が取り付けられている。ハブのリム部裏
側２４Ｂに突出する動翼軸２７には、挿通孔２５
内挿入部２７Ａから平滑な丸棒部２７Ｂ、ネジ部
２７Ｃが順次段差をもつて形成されている。丸棒
部２７Ｂには一対の動翼軸締結部材、即ち外周面
２２Ａが動翼先端（第４図上方）に向つて縮径す
るテーパ面形状に形成されている内リング２２
と、内周面２３Ａがこの内リング外周面２２Ａに
整合するテーパ面形状に形成されている外リング
２３とが同心状に組付けられており、外リング２
３はハブのリム部裏側２４Ｂに形成されている外
リング位置決め用凹部２６に係合状態となつてい
る。これらのリング２２，２３はネジ部２７Ｃに
組付けられた締付ナツト２８によつて脱落が防止
されるようになつている。

内リング２２は第５図に示されるように、周方
向に等分割された分割リングであり（第５図は２
等分割リングを示している）、内リング２２に第
４図矢印Ａ方向の力が加わると外リング２３との
くさび作用により第４図矢印Ｂ方向の力（丸棒部
２７Ｂを締め付ける緊締力）が生じるようになつ
ている。分割リングでは内リング２２を構成する
分割片が多いほど丸棒部２７Ｂの締め付けは確実
となるが、分割片が多いほど丸棒部２７Ｂと外リ
ング２３との間に均等に配設することが難しくそ
れだけ取り扱いが難しくなる。従つて内リング２
２として第６図に示されるような周方向等分位置
に切欠き２２Ｃを有する切欠きリングを用いれ
ば、取り扱いが非常に容易となる。

次に、フアンの駆動時に、一対の締結部材であ
る内リング２２と外リング２３による丸棒部２７
Ｂの緊締力を求めてみる。

フアンの駆動時に動翼軸２７には遠心力Ｆが作
用し、この遠心力Ｆが締付ナツト２８を介して内
リング２２に作用して内リング２２は矢印Ａ方向
に押されるが、両リング２２，２３の接触テーパ
角をθ、内リング２２と外リング２３間の摩擦係
数をμ₁、内リング２２と丸棒部２７ｂ間の摩擦係
数をμ₂、丸棒部２７Ｂに作用する緊締力をＮ、と
すると、第７図に示されるような力の作用状態と
なる。この第７図において、Ｘ軸方向の力の釣合Ｎ−Pcosθ＋μ₁Psinθ＝０ …………(1) Ｙ軸方向の力の釣合Ｆ−μ₂N−μ₁Pcosθ−Psinθ＝０ ………(2) これら(1)、(2)式よりＰを消去すると、Ｎ＝Ｆ（cosθ−μ₁sinθ）／sinθ＋μ₁cosθ＋μ₂
（cosθ−μ₁sinθ） …(3)となる。

例えば遠心力Ｆ＝10ton、テーパ角θ＝15゜、摩
擦係数μ₁＝μ₂＝0.2とすると、緊締力Ｎ＝14.4ton
となる。

このようにフアンの駆動時には、一対の締結部
材であるリング２２，２３によつて丸棒部２７Ｂ
が堅固に支持されるので動翼軸２７に生じる曲げ
モーメントＭはこれらのリング２２，２３を介し
てハブのリム部２４Ａに伝達され、動翼軸２７の
先端に形成されているネジ部２７Ｃにはほとんど
曲げモーメントが伝達されない。また遠心力によ
つて生じる軸方向応力（遠心応力）も内リング２
２と丸棒部２７Ｂ外周面との接触摩擦力の分だけ
軽減される。こうしてネジ部２７Ｃの疲労強度を
低下させる要素が取り除かれ、ネジ部２７Ｃでの
疲労破壊が防止されるのである。

なお、フアンの回転数が高いほど動翼軸２７に
作用する遠心力Ｆは大となるが、第(3)式から明ら
かなように遠心力Ｆに比例して丸棒部２７Ｂを締
付ける緊締力Ｎも大となるので、丸棒部２７Ｂの
締付けは一層確実となり、たとえフアン回転数の
上昇に応じて動翼に作用する曲げモーメントＭが
大きくなつても、ネジ部２７Ｃへの曲げモーメン
トの伝達が妨げられる。

本実施例によれば、単に締付ナツトで動翼軸を
締結する従来の動翼締結構造の場合と比べて、動
翼軸に形成されているネジ部２７Ｃの疲労強度は
約２倍に向上した。

また、本実施例は遠心力Ｆに比例した丸棒部２
７Ｂ締付力Ｎを発生させる構造としたので、締付
ナツト２８を従来ほど強く締め付ける必要がな
く、それだけ動翼軸締結部の組立て、分解作業を
容易に行なうことができるという利点もある。

第８図は本発明の第２の実施例の要部を断面図
で示したものである。

この第８図において、動翼軸２７に形成された
平滑な丸棒部２７Ｂには、外周面３２Ａが動翼軸
先端（第８図下方）に向つて縮径するテーパ面形
状に形成されている内リング３２と、内周面３３
Ａがこの内リング外周面３２Ａに整合するテーパ
面形状に形成されている外リング３３とからなる
一対の締結部材が組付けられており、内リング３
２はハブのリム部裏側２４Ｂに形成されている内
リング位置決め用凹部３６に係合状態となつてい
る。

内リング３２は前記第１実施例と同様に周方向
等分割された分割リング（第５図参照）が用いら
れているが、周方向等分位置に切欠きの設けられ
た切欠きリング（第６図参照）を用いてもよい。

ネジ部２７Ｃには締付ナツト２８が組付けら
れ、外リング３３を押付けて動翼軸２７を内外リ
ング３２，３３で支持するようになつている。そ
の他は前記第１の実施例と同様であり、同一の符
号を付すことによりその説明は省略する。

本実施例では、フアンの駆動により発生する遠
心力によつて外リング３３が矢印Ｃ方向に押圧さ
れ、外リング３３と内リング３２とのくさび作用
によつて内リング３２が矢印Ｄ方向（丸棒部２７
Ｂ締付方向）の力を受け、この内リング３２によ
つて丸棒部２７Ｂが締め付けられるようになつて
いる。従つて動翼軸２７に生じた曲げモーメント
は丸棒部２７Ｂ、内リング３２を介してハブのリ
ム部２４Ａに伝達され、ネジ部２７Ｃへの曲げモ
ーメントの伝達がさまたげられることにより、前
記第１実施例と同様、ネジ部２７Ｃの疲労破壊が
防止されるのである。

第９図は、本発明の第３実施例を示すものであ
り、この第３実施例では、前記第２実施例におけ
る外リング３３と締付ナツト２８とをリング締付
ナツト３８として一体に形成した点が前記第２の
実施例と異なつている。

この第３の実施例においても、前記第１及び第
２の実施例と同様、ネジ部２７Ｃの疲労破壊防止
効果がある。更にこの第３の実施例によれば、外
リング３３と締付ナツト２８とを一体に構成した
ことによつて動翼軸締結部を構成する部品数が減
ることとなり、動翼締結部の組付け、分解などの
作業性が良くなるという効果がある。

第１０図は本発明の第４実施例を示す図であ
り、本発明に係る構造を動翼可変式軸流フアンに
適用したものである。

この図において、動翼軸４７はハブ４４のリム
部４４Ａに形成されている動翼軸挿通孔４５に挿
通されてハブのリム部裏側４４Ｂに突出し、先端
部がオイルレス軸受４９で支承された構造となつ
ている。

リム部裏側４４Ｂに突出する動翼軸４７周りに
はスラスト軸受５０が配置され、動翼軸４７に形
成されたネジ部４７Ｃと挿通孔４５内挿入部４７
Ａとの間には平滑な丸棒部４７Ｂが形成され、こ
の丸棒部４７Ｂに一対の締結部材である内リング
２２と外リング２３とが組付けられ、締付ナツト
４８を締付けてスラスト軸受５０を内リング２２
をして外リング２３に固定している。動翼軸４７
にはリンク機構５１が組付けられており、このリ
ンク機構５１によつて動翼軸４７を軸線５４まわ
りに回動させ、動翼の迎角を調整できるようにな
つている。

動翼軸締結部材である内リング２２と外リング
２３の形状および作用は前記第１の実施例と同様
であるため詳細な説明は省略する。なお、符号５
２は回転駆動軸である。

動翼可変式の軸流フアンでは、動翼軸４７の回
動に負担がかからないように、動翼軸挿通孔４５
内の動翼軸４７まわりの隙間４６が動翼固定式の
場合より大きくとつてあるため、ネジ部４７Ｃに
伝達される曲げモーメントは動翼固定式の場合よ
り大きく、それだけネジ部４７Ｃでの疲労破壊の
危険性が大きくなる。しかし、本実施例では内リ
ング２２と外リング２３とのくさび作用により動
翼軸丸棒部４７Ｂが堅固に支持されるので、動翼
に作用する曲げモーメントは内リング２２、外リ
ング２３、スラスト軸受５０を介してハブ４４に
伝達される。そのため動翼軸ネジ部４７Ｃに伝達
される曲げモーメントはわずかとなり、ネジ部４
７Ｃでの疲労破壊が防止されるのである。

このように、本発明は動翼固定式に限るもので
はなく、動翼可変式においても有効なものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、動翼軸から締付けナツトを介
して内リングに働く遠心力は、内リングと外リン
グのテーパ面で内リングを締め付ける力に変換さ
れ、内リングは動翼軸に固定されるから、曲げモ
ーメントは平滑丸棒状に形成されている動翼軸、
内リング、外リング、ハブの順に伝達されるか
ら、ネジ部に働く曲げモーメントは無視出来る値
となり、動翼軸のネジ部付け根における応力集中
を緩和させることにより、動翼の疲労強度に対す
る安全率を増し軸流フアンの信頼性を向上させる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の軸流フアンの動翼締
結構造を示す断面図、第３図はその動翼軸ネジ部
に作用する応力の分布状態を示す図、第４図は本
発明の第１実施例を示す断面図、第５図及び第６
図は本発明の第１実施例に使用する内リングの拡
大斜視図、第７図はその内リングに作用する力の
状態を示す図、第８図は本発明の第２実施例を示
す断面図、第９図は本発明の第３実施例を示す断
面図、第１０図は本発明の第４実施例を示す断面
図である。２２，３２…内リング、２２Ａ，３２Ａ…内リ
ングの外周面、２３，３３…外リング、２３Ａ，
３３Ａ…外リングの内周面、２４Ａ，４４Ａ…ハ
ブのリム部、２５…動翼軸挿通孔、２６，３６…
凹部、２７，４７…動翼軸、２７Ｂ，４７Ｂ…丸
棒部、２７Ｃ，４７Ｃ…ネジ部、２８，４８…締
付ナツト、３８…リング付締付ナツト、５０…ス
ラスト軸受。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転駆動軸に嵌着されたハブに動翼軸が回転
駆動軸半径方向に貫通し、ハブ裏側に突出する動
翼軸に形成されたネジ部に締付けナツトが組付け
られた軸流フアンの動翼締結構造において、前記
ハブと締付けナツト間の平滑丸棒状に形成されて
いる動翼軸に、外周がテーパ面をなし周方向にス
リツトを設けた内リングと、内周が該内リングの
テーパ面に整合するテーパ面を有する外リングと
からなる一対の同心リング締結部材を組付けたこ
とを特徴とする軸流フアンの動翼締結構造。