CN105452684B - 气缸盖螺栓的紧固构造 - Google Patents

Abstract

提供一种实现了在紧固后可始终获得大致固定的轴向力的气缸盖螺栓的紧固构造。通过使贯穿于气缸盖(1)的气缸盖螺栓(8)螺合于由气缸(3)以及曲轴箱(4)构成的发动机箱(2)，从而将气缸盖(1)紧固于发动机箱4。在设于气缸盖螺栓(8)的头部(80)的旋转操作部(8a)与气缸盖(1)的上表面之间配置有平垫圈(11)和重叠在该平垫圈(11)之上的在轴向上产生弹力的弹簧部件(10)。气缸盖螺栓(8)的旋转操作部(8a)与弹簧部件(10)的摩擦阻力被设定为比弹簧部件(10)与平垫圈(11)的摩擦阻力、以及平垫圈(11)与气缸盖(1)上的支承面(1b)的摩擦阻力小。

Description

气缸盖螺栓的紧固构造

相关申请

该申请主张2013年8月26日提出申请的日本特愿2013－174584的优先权，并通过参照引用其整体作为本申请的一部分。

技术领域

本发明涉及通过将贯穿于气缸盖的气缸盖螺栓螺合于构成发动机箱的气缸以及曲轴箱中的某一者、从而将气缸盖紧固于发动机箱的气缸盖螺栓的紧固构造。

背景技术

例如，在机动二轮车的发动机的组装工序中，如图1所示，在将气缸盖1连结于由气缸3以及曲轴箱4构成的发动机箱2时，使相对较长的气缸盖螺栓8贯穿于气缸盖1的贯穿孔1a以及气缸3的贯穿孔3a而旋入曲轴箱4的螺纹孔4a。由此，将气缸盖1与曲轴箱4以在它们之间夹入有气缸3的配置而相互连结(参照专利文献1)。

作为通常使用于这种紧固构造的气缸盖螺栓8，如以往构造的图5所示，使用了张紧螺栓(tension bolt)，该张紧螺栓的中间的圆柱部8b的外径R2比设有旋转操作部8a的上端部的外径R1以及设有外螺纹8c(图1)的下端部的外径小。关于由该张紧螺栓构成的气缸盖螺栓8，在紧固时，在外径较小的中间的圆柱部8b产生轴向上的较大的伸长，通过伴随着其回复力带来的较大的拉力(张力)而在轴向上产生的轴向力，将气缸盖固定于发动机箱2(图1)。在该气缸盖螺栓8的头下夹设有平垫圈9。

由于为了在发动机的组装工序中逐一测量气缸盖螺栓8的轴向力导致作业时间的增加，因此通过将能够利用紧固气缸盖螺栓8的扭矩扳手直接测量的紧固扭矩限定在规定范围内，从而进行气缸盖螺栓8的轴向力的管理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3305615号

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在所述紧固构造中，气缸盖螺栓8的轴向力的偏差较大。关于其原因，发明人们进行了深刻的研究以及实验，结果明确了如下的事实。即，在由张紧螺栓构成的气缸盖螺栓8的以往的紧固构造中，当进行该螺栓8的紧固作业时，存在如下情况：(1)平垫圈9在气缸盖1的支承面(bearing surface)上滑动，且螺栓8与平垫圈9一齐旋转，滑动面产生于平垫圈9的下表面，(2)螺栓8相对于平垫圈9滑动且旋转，滑动面产生于平垫圈9的上表面，(3)滑动面从上方向下方变化，或从下方向上方变化，这些(1)～(3)随机产生。

由于滑动面如此不固定，因此即使气缸盖螺栓8的紧固扭矩在规定范围内，与滑动面固定的情况相比，有时也会出现轴向力容易成为偏离基准值的值，轴向力的偏差变大，气缸盖螺栓8产生松动的情况。

轴向力产生偏差的理由是因为，气缸盖1以铝作为材料，气缸盖螺栓8以及平垫圈9以铁为材料并实施了表面处理，因此这些部件气缸盖1、气缸盖螺栓8、平垫圈9间的摩擦面的材质以及表面粗糙度不同，结果，摩擦面的表面状态不同，导致摩擦系数不同。

本发明是鉴于所述课题而完成的，目的在于提供一种实现了在紧固后可始终获得大致固定的轴向力的气缸盖螺栓的紧固构造。

解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的气缸盖螺栓的紧固构造通过使贯穿气缸盖的气缸盖螺栓螺合于由气缸以及曲轴箱构成的发动机箱、从而将所述气缸盖紧固于所述发动机箱，在设于所述气缸盖螺栓的头部的旋转操作部与所述气缸盖的上表面之间配置有平垫圈以及重叠在该平垫圈之上的、在轴向上产生弹力的弹簧部件，以使所述气缸盖螺栓的所述旋转操作部与所述弹簧部件的摩擦阻力比所述弹簧部件与所述平垫圈的摩擦阻力、以及比所述平垫圈与所述气缸盖上的支承面的摩擦阻力小的方式设定各个接触面积。这里，摩擦阻力指的是静摩擦时的阻力，由接触面积、材质、表面粗糙度等确定，其中，接触面积起主导作用。

根据该气缸盖螺栓的紧固构造，在进行气缸盖螺栓的紧固的情况下，弹簧部件与平垫圈之间以及平垫圈与气缸盖上的支承面之间因摩擦阻力较大所以难以产生滑动，在摩擦阻力较小的气缸盖螺栓的旋转操作部与弹簧部件之间容易产生滑动。通过像这样产生滑动的位置被特定，使得在紧固后的气缸盖螺栓产生的轴向力的偏差变小。此外，虽然以往以来也将弹簧部件夹设于螺栓，但是相对于以往出于防止螺栓松动的目的而使用弹簧部件，在本发明中，出于获得固定的轴向力的目的而使用了弹簧部件。

在本发明中，优选的是，使用碟形弹簧作为所述弹簧部件。在开始紧固气缸盖螺栓之前的自由状态下，碟形弹簧以圆形与气缸盖螺栓的支承面线接触，因此摩擦阻力较小。另外，在紧固结束时所述碟形弹簧的外径被设定为比旋转操作部的外径大，因此旋转操作部与碟形弹簧之间的接触面积变小，两者之间的摩擦阻力变小。因此，容易在旋转操作部与碟形弹簧之间产生滑动。而且，碟形弹簧不存在当接触于气缸盖螺栓的支承面以及平垫圈时带来损伤那样的尖锐部位，具有在被施加气缸盖螺栓的紧固所带来的按压力时顺畅地变形成扁平状态的优点。

在本发明中，所述气缸盖螺栓是中间的圆柱部具有比设有所述旋转操作部的上端部以及设有外螺纹的下端部小的外径的张紧螺栓。该张紧螺栓在气缸盖螺栓的紧固时，在外径较小的中间的圆柱部产生轴向上的较大的伸长，通过伴随着其回复力所带来的较大的张力而在轴向上产生的轴向力，将气缸盖与发动机箱彼此稳固地连结。

在本发明中，能够采用如下结构：所述气缸盖螺栓贯通所述气缸并螺合于所述曲轴箱。在构成发动机箱的气缸与曲轴箱独立设置而成的发动机的情况下，通过将气缸盖螺栓螺合于曲轴箱，能够将气缸盖与曲轴箱以在它们之间夹入有气缸的配置相互连结。

在本发明中，所述气缸盖螺栓一体形成有形成所述旋转操作部的头部。由此，作为气缸盖螺栓，即使不使用双头螺栓，也能够利用一体地具有头部的气缸盖螺栓将气缸盖螺合于发动机箱。

在本发明中，在使用一体形成有头部的气缸盖螺栓的情况下，作为该气缸盖螺栓，优选的是在头部的下部具有圆板状的凸缘的凸缘螺栓，所述凸缘的外径比自由状态的所述弹簧部件的外径大。由此，在经由形成旋转操作部的头部而进行气缸盖螺栓的紧固时，能够通过具有比弹簧部件的外径大的外径的气缸盖螺栓的圆板状的凸缘所带来的按压力，使弹簧部件顺畅地变形成扁平形状。

在本发明中，优选的是所述平垫圈通过对铁类材料实施镀铜而成。由此，平垫圈成为对其实施的柔软的镀铜被弹簧部件咬入的状态，进而难以相对于弹簧部件滑动，能够更可靠地将滑动的位置设定于气缸盖螺栓的旋转操作部与弹簧部件之间。

权利要求书及/或说明书及/或说明书附图所公开的至少两种构成的任意组合也包含在本发明中。特别是权利要求书的各项权利要求的两项以上的任意组合也包含在本发明中。

附图说明

通过参照附图对以下优选的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本发明。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由添附的权利要求书确定。在附图中，多张附图中的相同的部件编号表示相同或与其相当的部分。

图1是表示应用本发明的气缸盖螺栓的紧固构造的发动机的局部剖视的主视图。

图2A是表示本发明的第1实施方式的气缸盖螺栓的紧固构造的主要部分的紧固前的状态的剖视图。

图2B是表示该气缸盖螺栓的紧固构造的主要部分的紧固后的状态的剖视图。

图3A是表示本发明的第2实施方式的气缸盖螺栓的紧固构造的主要部分的紧固前的状态的剖视图。

图3B是表示该气缸盖螺栓的紧固构造的主要部分的紧固后的状态的剖视图。

图4是表示由所述第1以及第2两实施方式的实验结果得到的气缸盖螺栓的轴向力的偏差的特性图。

图5是表示以往的气缸盖螺栓的紧固构造的纵剖视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边详细说明本发明的优选实施方式。

在图1所示的第1实施方式中，作为气缸盖螺栓8，原样采用以往以来使用的气缸盖螺栓，并将气缸盖1以及气缸3连结于曲轴箱4。如图2A所示，该气缸盖螺栓8的除旋转操作部8a之外的轴状部是如下所述的张紧螺栓，如上述那样，该张紧螺栓的中间的圆柱部8b具有比设有旋转操作部8a的上端部的外径R1以及设有外螺纹8c(图1)的下端部的外径小的外径R2。此外，虽然未图示，形成于气缸盖螺栓8的轴状部的下端部的外螺纹8c的外径与上端部的外径R1大致相等。

另外，该气缸盖螺栓8是所谓的凸缘螺栓(日文：座付ボルト、英语：collar headbolt)，具有一体形成于轴状部的上端部的头部80以及其下部的圆板状的凸缘82。头部80具有供旋转操作用的扭矩扳手嵌入的六角孔84。这些头部80以及凸缘82形成旋转操作部8a。此外，作为平垫圈11，使用了以往以来使用的、通过对铁类材料的表面实施镀铜而成的平垫圈。

在该紧固构造中，在设于气缸盖螺栓8的头部80的下部的凸缘82与气缸盖1的上表面之间配置有平垫圈11和重叠在该平垫圈11之上的碟形弹簧10。碟形弹簧10是在气缸盖螺栓8的紧固时变形成扁平形状、并通过其回复力在轴向上产生弹力的弹簧部件的一种。气缸盖螺栓8的凸缘82的外径R4、即旋转操作部8a的外径被设定为比气缸盖螺栓8的紧固前的自由状态的碟形弹簧10的外径R5稍大、并且比平垫圈11的外径R3小。

在将图1的气缸盖1紧固于发动机箱2的曲轴箱4时，在将气缸盖螺栓8的轴状部贯穿于气缸盖1的贯穿孔1a以及气缸3的贯穿孔3a之后，轴状部的外螺纹8c被旋入曲轴箱4的螺纹孔4a。此时，通过对嵌合于气缸盖螺栓8的旋转操作部8a的扭矩扳手进行旋转操作，从而旋入气缸盖螺栓8。气缸盖螺栓8的旋入扭矩的大小显示于扭矩扳手。该旋入扭矩与轴向力成比例。

在进行气缸盖螺栓8的紧固进而在气缸盖螺栓8产生轴向力的紧固结束时，如图2B所示，碟形弹簧10受到来自上下的加压力而变形成扁平形状，该碟形弹簧10的外径R6变得比气缸盖螺栓8的凸缘82的外径R4大。平垫圈11的外径R3比该扁平形状的碟形弹簧10的外径R6更大。结果，碟形弹簧10与平垫圈11的接触面积S2比凸缘82与碟形弹簧10的接触面积S1大，平垫圈11与气缸盖1的上表面的支承面1b的接触面积S3更大。换句话说，成为S1＜S2＜S3的关系。

伴随于此，碟形弹簧10与平垫圈11之间的摩擦阻力以及平垫圈11与气缸盖1之间的摩擦阻力也变大，难以产生滑动。此外，也可以使S2比S3大，设为S1＜S3＜S2的关系。如上述那样，摩擦阻力除了接触面积之外还受到材质、表面粗糙度的影响，包含这些影响在内地设定凸缘82－碟形弹簧10－平垫圈11间的摩擦阻力的大小。

在伴随着接触面积较小、摩擦阻力也较小的气缸盖螺栓8的旋转操作部8a与碟形弹簧10之间容易产生滑动。由于这样产生滑动的位置被特定，使得紧固后的气缸盖螺栓8所产生的轴向力的偏差变小。此外，虽然以往以来也将碟形弹簧10那样的弹簧部件夹设于螺栓，但是相对于以往出于防止螺栓松动的目的而使用弹簧部件，在本发明中，出于获得固定的轴向力的目的而使用了弹簧部件。

在该实施方式中，使用了碟形弹簧10作为弹簧部件。在紧固气缸盖螺栓8之前的自由状态下，碟形弹簧10以圆形的内周部与气缸盖螺栓8的支承面即凸缘82的下表面线接触，因此接触面积较小。伴随于此，碟形弹簧10与凸缘82之间的摩擦阻力也变小，因此紧固作业时的气缸盖螺栓8容易滑动且旋转。另外，碟形弹簧10不存在当接触于气缸盖螺栓8的支承面以及平垫圈11时带来损伤那样的尖锐部位。由此，碟形弹簧10具有在被施加气缸盖螺栓8的紧固所带来的按压力时被上下压扁、进而顺畅地变形成扁平形状的优点。

作为气缸盖螺栓8，使用了张紧螺栓，该张紧螺栓的轴状部的中间的圆柱部8b具有比设有旋转操作部8a的轴状部的上端部的外径R1以及设有外螺纹8c(图1)的下端部的外径小的外径R2。关于该张紧螺栓，在气缸盖螺栓8的紧固时，在外径R2较小的中间的圆柱部8b产生轴向上的较大的伸长。张紧螺栓通过伴随着其回复力带来的较大的张力而在轴向上产生的轴向力，将图1的气缸盖1与发动机箱2彼此稳固地连结。

在该实施方式中，例示了应用于构成发动机箱2的气缸3与曲轴箱4彼此独立的发动机的情况。使气缸盖螺栓8贯通于气缸盖1以及气缸3的各自的贯穿孔1a、3a并螺合于曲轴箱4的螺纹孔4a。由此，能够将气缸盖1与曲轴箱4以在它们之间夹入有气缸3的配置相互连结。此外，在发动机箱2的气缸3与曲轴箱4一体化了的情况下，将贯穿于气缸盖1的贯穿孔的气缸盖螺栓8旋入设于气缸3的螺纹孔，从而将气缸盖1紧固于发动机箱2。

作为气缸盖螺栓8，使用了形成旋转操作部8a的头部80一体形成于轴状部的上端那样的气缸盖螺栓，因此即使不使用双头螺栓，也能够将气缸盖1紧固于发动机箱2。另外，该气缸盖螺栓8是除了头部80一体形成于轴状部的上端之外、还在头部80的下部具有圆板状的凸缘82的凸缘螺栓，该凸缘82的外径R4被设定为比自由状态的碟形弹簧10的外径R5大。由此，在经由包含头部80的旋转操作部8a进行气缸盖螺栓8的紧固时，能够通过具有比碟形弹簧10的外径R5大的外径R4的气缸盖螺栓8的圆板状的凸缘82所带来的按压力，使碟形弹簧10顺畅地变形成扁平形状。

另外，作为平垫圈11，使用了以往使用的、通过对铁类材料的表面实施镀铜而成的平垫圈。该平垫圈11成为对其实施的柔软的镀铜被碟形弹簧10咬住的状态，进而难以相对于碟形弹簧10滑动。由此，能够更可靠地将滑动的位置设定于气缸盖螺栓8的旋转操作部8a与碟形弹簧10之间。

图3A以及图3B分别是本发明的第2实施方式的气缸盖螺栓的紧固构造中的紧固前以及紧固后的纵剖视图。在该图中，对与图2A以及图2B相同或相当于它们的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。该实施方式的紧固构造与图2A以及图2B的第1实施方式的不同之处仅在于，第2实施方式为采用了弹簧垫圈12替代第1实施方式的碟形弹簧10来作为弹簧部件的构成。

在该紧固构造中，在设于气缸盖螺栓8的头部80的下部的凸缘82与气缸盖1的上表面之间配置有平垫圈11和重叠在该平垫圈11之上的弹簧垫圈12。弹簧垫圈12是在气缸盖螺栓8的紧固时变形成扁平形状、并通过其回复力在轴向上产生弹力的弹簧部件的一种。如图3A所示，气缸盖螺栓8的凸缘82的外径R4被设定为比气缸盖螺栓8的紧固前的自由状态的弹簧垫圈12的外径R7稍大、并且比平垫圈11的外形R3小。

因此，在该实施方式的紧固构造中，也能够获得与在第1实施方式中说明的效果大致相同的效果。即，在进行气缸盖螺栓8的紧固进而在气缸盖螺栓8产生轴向力的紧固结束时，如图3B所示，弹簧垫圈12受到来自上下的加压力而变形成扁平的形状，该弹簧垫圈12的外径R8变得比气缸盖螺栓8的凸缘82的外径R4大。其结果，弹簧垫圈12与平垫圈11的接触面积变大，伴随于此，弹簧垫圈12与平垫圈11之间的摩擦阻力也变大，难以产生滑动。在伴随着接触面积较小、摩擦阻力也较小的气缸盖螺栓8的旋转操作部8a与弹簧垫圈12之间，容易产生滑动。

通过像这样产生滑动的位置被特定，使得在紧固后的气缸盖螺栓8产生的轴向力的偏差变小。此外，在第2实施方式中，弹簧垫圈12也与以往那样出于防止螺栓松动的目的而使用的弹簧部件不同，是用于使在螺栓产生的轴向力无偏差且固定。

图4是表示由第1以及第2这两个实施方式的实验结果得到的气缸盖螺栓的轴向力的偏差的特性图。图4的A表示第1实施方式的实验结果，B表示第2实施方式的实验结果。此外，C是为了比较而示出的、又图5的以往的紧固构造的实验结果得到的特性曲线。黑圆表示平均值。气缸盖螺栓8全部以固定的扭矩进行紧固。根据该图能够确认到，在第1实施方式的紧固构造中，在气缸盖螺栓8产生的轴向力的偏差相比于以往大幅度减少。另外，在第2实施方式的紧固构造中，在气缸盖螺栓8产生的轴向力的偏差相比于第1实施方式的紧固构造稍多，但如果与以往的紧固构造比较，在很大程度上减少了在气缸盖螺栓8产生的轴向力的偏差。

本发明也能够应用于双头螺栓的紧固构造。在该情况下，螺合于双头螺栓的上端部的螺母形成旋转操作部。

此外，本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种追加、变更或删除，它们也包含于本发明的范围内。

附图标记说明

1 气缸盖

1b 支承面

2 发动机箱

3 气缸

4 曲轴箱

8 气缸盖螺栓

8a 旋转操作部

8b 圆柱部

8c 外螺纹

80 头部

82 凸缘

10 碟形弹簧(弹簧部件)

11 平垫圈

12 弹簧垫圈(弹簧部件)

Claims (5)

1.一种气缸盖螺栓的紧固构造，通过使贯穿气缸盖的气缸盖螺栓螺合于由气缸以及曲轴箱构成的发动机箱、从而将所述气缸盖紧固于所述发动机箱，

所述气缸盖螺栓是中间的圆柱部具有比设有旋转操作部的上端部以及设有外螺纹的下端部小的外径的张紧螺栓，

在设于所述气缸盖螺栓的头部的所述旋转操作部与所述气缸盖的上表面之间配置有平垫圈以及重叠在该平垫圈之上的、在轴向上产生弹力的弹簧部件，

所述弹簧部件是碟形弹簧，在紧固结束时所述碟形弹簧的外径被设定为比旋转操作部的外径大且比所述平垫圈的外径小，所述碟形弹簧与所述平垫圈间的接触面积(S2)被设定为比所述碟形弹簧与所述旋转操作部的接触面积(S1)大，所述平垫圈与所述气缸盖的上表面的支承面间的接触面积(S3)被设定为比所述碟形弹簧与所述平垫圈间的接触面积(S2)更大，

所述气缸盖螺栓的所述旋转操作部与所述弹簧部件的摩擦阻力被设定为比所述弹簧部件与所述平垫圈的摩擦阻力、以及所述平垫圈与所述气缸盖上的支承面的摩擦阻力小。

2.根据权利要求1所述的气缸盖螺栓的紧固构造，

所述气缸盖螺栓贯通所述气缸并螺合于所述曲轴箱。

3.根据权利要求1或2所述的气缸盖螺栓的紧固构造，

所述气缸盖螺栓一体形成有形成所述旋转操作部的头部。

4.根据权利要求3所述的气缸盖螺栓的紧固构造，

所述气缸盖螺栓是在头部的下部具有圆板状的凸缘的凸缘螺栓，所述凸缘的外径比自由状态的所述碟形弹簧的外径大。

5.根据权利要求1或2所述的气缸盖螺栓的紧固构造，

所述平垫圈通过对铁类材料实施镀铜而成。