CN108026959A - 连杆组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

连杆组件(1)具有：烧结金属制的连杆(10)，其具有大端部(11)、小端部(12)以及将它们连结的杆部(13)；以及轴承轨道圈(外圈(21、31))，其被压入大端部(11)的贯通孔(11a)以及小端部(12)的贯通孔(12a)。连杆(10)的杨氏模量为120GPa以上且180GPa以下，外圈(21、31)的杨氏模量大于180GPa且在240GPa以下。在将外圈(21、31)的径向的厚度设为T，将贯通孔(11a、12a)的内径尺寸设为D，将外圈(21、31)与贯通孔(11a、12a)的周壁的过盈量设为I时，满足下式：T＝(0.05～0.15)×D，I＝(0.0004～0.004)×D。

Description

连杆组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及在连杆的大端部以及小端部的至少一方压入有轴承轨道圈而成的连杆组件。

背景技术

连杆包括与活塞连结的小端部、与曲柄轴连结的大端部、以及将小端部与大端部连结的杆部。例如在专利文献1中示出了在连杆的大端部以及小端部的贯通孔压入有外圈(筒状构件)的连杆组件，该外圈在内周面形成有轨道面。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-293545号公报

发明内容

发明要解决的课题

连杆的小端部以及大端部呈环状，在杆部附近和除此以外的部分中径向的壁厚不同，因此在周向上刚性不同。因此，当将外圈压入连杆的小端部以及大端部的贯通孔时，外圈从连杆受到的应力在周向上不同，由此外圈的变形量在周向上不同，因此存在外圈的轨道面的圆度恶化的可能性。连杆多由熔炼材料的锻造品构成，在输出较小的发动机(例如，割草机等中使用的通用发动机等)的情况下，为了实现制造成本的减少，有时由烧结金属形成。烧结金属与熔炼材料的锻造品相比刚性低，因此若由烧结金属形成连杆，则小端部以及大端部的周向上的刚性的差异变大，外圈的周向位置的变形量的差异变大差，外圈的轨道面的圆度容易恶化。

因此，本发明所要解决的课题在于，在烧结金属制的连杆的大端部以及/或者小端部的贯通孔中压入有轴承轨道圈(外圈)的连杆组件中，抑制设置于轴承轨道圈的轨道面的圆度的恶化。

用于解决课题的手段

为了解决所述课题，本发明提供一种连杆组件，具有：烧结金属制的连杆，其具有大端部、小端部以及将它们连结的杆部；以及轴承轨道圈，其以具有过盈量的方式嵌合(即压入)于在所述大端部设置的贯通孔以及在所述小端部设置的贯通孔的至少一方，其中，所述连杆的杨氏模量为120GPa以上且180GPa以下，所述轴承轨道圈的杨氏模量大于180GPa且在240GPa以下，在将所述轴承轨道圈的径向的厚度设为T，将压入有所述轴承轨道圈的所述贯通孔的内径尺寸设为D，将所述轴承轨道圈与所述贯通孔的周壁的过盈量设为I时，满足下式：

T＝(0.05～0.15)×D

I＝(0.0004～0.004)×D。

这样，即使在由烧结金属(具体而言，杨氏模量120GPa～180GPa的烧结金属)形成连杆的情况下，通过由杨氏模量比连杆的杨氏模量高的材料(具体而言，杨氏模量180GPa～240GPa的材料)形成轴承轨道圈，也能够抑制轴承轨道圈的变形。在通过这种材质形成连杆以及轴承轨道圈的基础上，通过将轴承轨道圈的壁厚T、以及连杆与轴承轨道圈的过盈量I设定为上述的范围，能够抑制轴承轨道圈的歪斜的变形，抑制轨道面的圆度的恶化。

如上述那样的连杆组件能够经由如下工序而制造，所述工序包括：形成具有大端部、小端部以及将它们连结的连结部的压粉体的工序；对所述压粉体进行烧结而形成烧结体的工序；对所述烧结体实施精压而形成烧结金属制的连杆的工序；向在所述连杆的大端部设置的贯通孔以及在小端部设置的贯通孔的至少一方压入轴承轨道圈的工序。

发明效果

如以上那样，根据本发明，能够抑制在烧结金属制的连杆的大端部以及/或者小端部的贯通孔中压入的轴承轨道圈的轨道面的圆度的恶化。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的连杆组件的剖视图。

图2是构成上述连杆组件的连杆的主视图。

图3是上述连杆的剖视图。

图4是示出上述连杆的压粉工序的剖视图，示出向模具填充原料粉末后的状态。

图5是示出上述连杆的压粉工序的剖视图，示出对原料粉末进行压缩后的状态。

图6是示出上述连杆的精压工序的剖视图，示出对烧结体进行压缩前的状态。

图7是示出上述连杆的精压工序的剖视图，示出对烧结体进行压缩后的状态。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明的一实施方式所涉及的连杆组件1组装于发动机，例如组装于割灌机、鼓风机等中设置的排气量100cc以下(特别是排气量50cc以下)的小型发动机(通用发动机)。如图1所示，连杆组件1包括连杆10和滚子轴承20、30。

如图2以及图3所示，连杆10一体地具有环状的大端部11、直径比大端部11小的环状的小端部12、以及将它们连结的杆部13。在大端部11形成有贯通孔11a，在小端部12形成有贯通孔12a。大端部11以及小端部12的内周面(即，包围贯通孔11a、12a的周壁)均为圆筒面。在杆部13形成有在杆部13的延伸方向(图中上下方向)上较长的细长形状的贯通孔13a。

连杆10由烧结金属形成，特别是由以铁为主要成分的(例如包括80质量％以上的铁，优选为90质量％以上)铁系烧结金属形成。连杆10的杨氏模量设定为120GPa以上且180GPa以下。

连杆10的烧结金属的组成以杨氏模量处于上述的范围内的方式选定，例如，镍0.1～5质量％(优选为0.5～4质量％)，钼0.1～3质量％(优选为0.3～2.5质量％)，碳0.05～1质量％(优选0.1～0.5质量％)，其余为铁。

连杆10的密度例如为7.0g/cm³以上，优选为7.2g/cm³以上。另外，连杆10的密度例如为7.8g/cm³以下，实质上为7.6g/cm³以下。

如图1所示，滚子轴承20具有：在内周面具有圆筒面状的轨道面21a的作为轴承轨道圈的外圈21、收容于外圈21的内周的多个滚子22(滚针)、以及在周向上等间隔地保持多个滚子22的保持器23。滚子轴承30采用与滚子轴承20同样的结构，具有：在内周面具有圆筒面状的轨道面31a的作为轴承轨道圈的外圈31、收容于外圈31的内周的多个滚子32(滚针)、以及在周向上等间隔地保持多个滚子32的保持器33。

外圈21、31例如形成为圆筒状，分别压入固定于连杆10的大端部11的贯通孔11a以及小端部12的贯通孔12a。外圈21、31由杨氏模量比连杆10的杨氏模量高的材料形成，具体而言由杨氏模量大于180GPa的材料形成。另一方面，若外圈21、31的杨氏模量过高则难以加工，因此外圈21、31的杨氏模量为240GPa以下。

本实施方式的外圈21、31由熔炼材料形成，例如由钢材构成。外圈21、31通过切削、锻造、冲压等而形成。根据需要而对外圈21、31实施了热处理(例如淬火回火处理)。由此，在外圈21、31的表层形成有硬化层，表面的硬度，尤其是轨道面21a、31a的硬度为HRC58以上。另一方面，外圈21、31的轨道面21a、31a的表面硬度为HRC65以下。作为成本优异的一般的钢材制的轴承轨道圈的表面硬度，该程度为上限。对外圈21、31的轨道面21a、31a实施了精加工(例如精磨)，由此轨道面21a、31a的圆度以及圆柱度均为例如20μm以下，优选为15μm以下。

在本实施方式中，由烧结金属形成连杆10，因此存在大端部11以及小端部12的刚性在周向上偏差较大的可能性。当将外圈21、31压入这种连杆10的贯通孔11a、12a时，外圈21、31从连杆10受到的应力的偏差变大，存在外圈21、31歪斜地变形的可能性。在本实施方式中，如上述那样由杨氏模量高的材料、即刚性高的材料形成外圈21、31，因此能够抑制外圈21、31的歪斜的变形。

另外，在本实施方式中，将外圈21、31的轨道面21a、31a的硬度设定得较高，因此能够确保作为轨道面21a、31a的功能，并且还抑制了压入连杆10的贯通孔11a、12a时的变形。

并且，在本实施方式中，外圈21的径向的厚度(特别是，轨道面21a的形成区域的厚度)T₂₁与大端部11的贯通孔11a的内径尺寸D₁₁满足T₂₁＝(0.05～0.15)×D₁₁。同样地，外圈31的径向的厚度(特别是，轨道面31a的形成区域的厚度)T₃₁与小端部12的贯通孔12a的内径尺寸D₁₂满足T₃₁＝(0.05～0.15)×D₁₂。

在外圈的厚度T小于0.05D的情况下，外圈21、31的刚性不足，作为构成滚动轴承的轴承轨道圈的性能容易降低，并且外圈21、31容易因向连杆10的贯通孔11a、12a的压入而变形。另一方面，在外圈的厚度T大于0.15D的情况下，外圈21、31的厚度过大，连杆组件1的重量增加。

并且，在本实施方式中，外圈21与大端部11的内周面(贯通孔11a的周壁)的过盈量I₁、即组装前的外圈21的外径尺寸D₂₁与贯通孔11a的内径尺寸D₁₁之差I₁满足Ix＝(0.0004～0.004)×D₁₁。同样地，外圈31与小端部12的内周面(贯通孔12a的周壁)的过盈量I₂、即组装前的外圈31的外径尺寸D₃₁与贯通孔12a的内径尺寸D₁₂之差I₂满足I₂＝(0.0004～0.004)×D₁₂。

在过盈量I小于0.0004D的情况下，固定力不足，外圈21、31相对于连杆10移动，对滚子轴承20、30施加偏载荷而成为异常磨损的原因。另一方面，在过盈量I大于0.004D的情况下，外圈21、31因向连杆10的贯通孔11a、12a的压入而变形导致圆度变差，成为轴承的寿命降低、异响的原因。

如以上那样，在由烧结金属形成连杆10，由较硬的材料形成外圈21、31的基础上，将外圈21、31的径向厚度T、以及外圈21、31与连杆10的过盈量I设定在规定的范围内，从而能够抑制外圈21、31的歪斜的变形，防止轨道面21a、31a的圆度的恶化。

以下，对连杆10的制造方法进行说明。连杆10经由压粉工序、烧结工序、以及精压工序而制造。

在压粉工序中，首先，将各种粉末混合而形成原料粉末。在本实施方式中，作为原料粉末，使用包括铁、镍、钼的完全合金钢粉(预合金粉)、以及作为碳粉末的石墨粉末的粉末。而且，通过将原料粉末填充至成形模具而进行压缩成形，从而成形出压粉体。具体而言，如图4所示，向由模头41、芯棒42a、42b、42c、以及下冲模43形成的型腔填充原料粉末M。然后，如图5所示，使上冲模44下降对原料粉末M进行压缩，从而形成为与图2以及图3所示的连杆10大致相同形状的压粉体10’。

在烧结工序中，压粉体10’以规定温度烧结规定时间，从而得到烧结体。

在精压工序中，对烧结体进行再压缩而提高尺寸精度，从而得到连杆10。在本实施方式中，特别是，成形烧结体10”的大端部11”以及小端部12”的外周面以及内周面。具体而言，首先，如图6所示，向形成在模头51与芯棒52a、52b之间的空间载置烧结体10”。之后，如图7所示，通过利用上冲模54将烧结体10”压入模头51的内周，从而烧结体10”被压入模头51并且被上下冲模54、53压缩。由此，通过模头51的内周面成形烧结体10”的大端部11”以及小端部12”的外周面，并且通过芯棒52a、52b的外周面分别成形大端部11”的内周面以及小端部12”的内周面。另外，大端部11”的内周面与小端部12”的内周面的相对的位置关系由芯棒52a、52b矫正。之后，从精压模具排出连杆10。

向这样形成的连杆10的大端部11的贯通孔11a以及小端部12的贯通孔12a分别压入外圈21、31。之后，通过在外圈21、31的内周分别组装滚子22、32以及保持器23、33，从而完成图1所示的连杆组件1。

本发明不限于上述的实施方式。例如，连杆10的结构不限于上述，也可以在杆部13的贯通孔13a的形成部分设置壁厚比其他区域的壁厚薄的薄壁部、或使杆部13整体薄壁化。或者，也可以省略杆部13的贯通孔13a，使大端部11以及小端部12为相同的壁厚且为实心。

另外，在上述的实施方式中，示出了在连杆10的大端部11以及小端部12的贯通孔11a、12a双方压入有外圈21、31的情况，但并不限定于此，也可以采用在连杆10的大端部11以及小端部12的贯通孔11a、12a的一方压入有外圈，而在另一方未压入有外圈的结构。具体而言，例如能够采用如下结构：在小端部12的贯通孔12a压入有外圈，另一方面，大端部13被分割为连杆主体和盖构件，并通过螺栓等将它们固定。

另外，滚子轴承20、30的结构也不限于上述。例如，滚子轴承20、滚子轴承30、或者它们双方可以采用所谓的壳式的滚子轴承，该壳式的滚子轴承在外圈的轴向两端设置有向内径侧突出的锷部，从而将滚子以及保持器保持为不从外圈脱落。

实施例1

为了确认本发明的效果，向烧结金属制的连杆压入轴承轨道圈(外圈)，并测定轨道面(外圈内周面)的圆度以及圆柱度。连杆由杨氏模量为120GPa以上且180GPa以下的烧结金属形成。外圈由杨氏模量大于180GPa且在240GPa以下的材料形成。

在下述的表1中示出外圈以及连杆的各部尺寸。外圈使用径向的壁厚T为1mm的外圈(实施例1～9)、壁厚T为1.5mm的外圈(实施例10～18)。连杆使用贯通孔的内径尺寸D为16mm的连杆(实施例1～9)、贯通孔的内径尺寸D为17mm的连杆(实施例10～18)。外圈与连杆的过盈量I设为10μm(实施例1～3、10～12)、20μm(实施例4～6、13～15)、30μm(实施例7～9、16～18)。

[表1]

其结果是，在全部的实施例1～18中，圆度以及圆柱度均呈现出15μm以下的优异的值。另外，在实施例1～18中，T/D处于0.05～0.15(特别是，0.06～0.10)的范围内，并且，I/D处于0.0004～0.004(特别是，0.0005～0.002)的范围内。由此，由于满足本发明的数值范围，从而确认了抑制被压入连杆后的轴承轨道圈的变形，得到具有优异的圆度以及圆柱度的轨道面。

另外，在任一实施例中，脱出载荷均为250N以上，特别是，在将过盈量I设为20μm以上(I/D≥0.001)的实施例4～9、13～18中，脱出载荷为900N以上。因此，在上述实施例中，确认了能够同时实现外圈轨道面的优异的圆度、连杆与外圈的牢固的固定。

附图标记说明

1 连杆组件；

10 连杆；

11 大端部；

11a 贯通孔；

12 小端部；

12a 贯通孔；

13 杆部；

20、30 滚子轴承；

21、31 外圈(轴承轨道圈)；

21a、31a 轨道面；

23、33 保持器。

Claims (2)

1.一种连杆组件，具有：烧结金属制的连杆，其具有大端部、小端部以及将它们连结的杆部；以及轴承轨道圈，其以具有过盈量的方式嵌合于在所述大端部设置的贯通孔以及在所述小端部设置的贯通孔的至少一方，其中，

所述连杆的杨氏模量为120GPa以上且180GPa以下，

所述轴承轨道圈的杨氏模量大于180GPa且在240GPa以下，

在将所述轴承轨道圈的径向的厚度设为T，将压入有所述轴承轨道圈的所述贯通孔的内径尺寸设为D，将所述轴承轨道圈与所述贯通孔的周壁的过盈量设为I时，满足下式：

T＝(0.05～0.15)×D

I＝(0.0004～0.004)×D。

2.一种连杆组件的制造方法，包括：形成具有大端部、小端部以及将它们连结的连结部的压粉体的工序；对所述压粉体进行烧结而形成烧结体的工序；对所述烧结体实施精压而形成烧结金属制的连杆的工序；向在所述连杆的大端部设置的贯通孔以及在小端部设置的贯通孔的至少一方压入轴承轨道圈的工序，其中，

所述连杆的杨氏模量为120GPa以上且180GPa以下，

所述轴承轨道圈的杨氏模量大于180GPa且在240GPa以下，

在将所述轴承轨道圈的径向的厚度设为T，将压入有所述轴承轨道圈的所述贯通孔的内径尺寸设为D，将所述轴承轨道圈与所述贯通孔的周壁的过盈量设为I时，满足下式：

T＝(0.05～0.15)×D

I＝(0.0004～0.004)×D。