JP2000291624A - Crankshaft structure - Google Patents

Crankshaft structure

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JP2000291624A
JP2000291624A JP10520599A JP10520599A JP2000291624A JP 2000291624 A JP2000291624 A JP 2000291624A JP 10520599 A JP10520599 A JP 10520599A JP 10520599 A JP10520599 A JP 10520599A JP 2000291624 A JP2000291624 A JP 2000291624A
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JP
Japan
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crankshaft
hollow
mass removal
axis
mass
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JP10520599A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Yamauchi
孝宏 山内
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the subject structure capable of efficiently reducing its weight while having a ballanced torsional rigidity by forming a hollow hole for reducing the mass thereof that is provided to a crankpin in a shape for improving the balance of the rigidity through equalization of shearing stress generating in a crankshaft. SOLUTION: In a crankshaft structure formed with mass reducing hollow holes 10a, 10b extending toward the center of a crankpin 22 from a shoulder 34 of a crankarm 34 of a crankshaft 20, the holes 10a, 10b are formed in such a way that axes Xa, Xb of the holes 10a, 10b are inclined so that wall thicknesses on the sides A1, A2 where a maximum shearing stress τt generates when a maximum torsional torque TAmax acts may be thicker than wall thicknesses on the sides B3, B4 where a shearing stress τc generates when a minimum torsional torque TCmin acts.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のエンジン等
のクランク軸において、軽量化を促進したクランク軸構
造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crankshaft structure of a crankshaft for an automobile engine or the like, which has a reduced weight.

【0002】より詳細には、捩じり剛性を勘案した合理
的な軽量化穴の加工形状を有するクランク軸構造に関す
る。
More specifically, the present invention relates to a crankshaft structure having a reasonable shape of a lightening hole in consideration of torsional rigidity.

【0003】[0003]

【従来の技術】自動車においては、燃費の向上や積載量
の増加に対する要求が強まると共に、エンジンの軽量化
が要求されており、しかも、この要求は、年々強いもの
となっている。そのため、ピストンの往復運動をコンロ
ッドを介して回転運動に変えるためのクランク軸構造に
対しても軽量化が要求され、促進されてきている。
2. Description of the Related Art In automobiles, there is a growing demand for improved fuel efficiency and an increased load capacity, as well as a demand for lighter engines, and this demand is increasing year by year. Therefore, a reduction in the weight of a crankshaft structure for changing the reciprocating motion of a piston into a rotary motion via a connecting rod is required and promoted.

【0004】このクランク軸構造は、図6〜図7に示す
ように、クランクジャーナル31、クランクピン32、バラ
ンスウエイト33、クランクアーム34、出力用フランジ部
35、補機駆動用軸部36等で構成され、プレス型鍛造、あ
るいは、炭素鋼や特殊鋼などの鍛造と必要に応じた部分
的な高周波焼き入れ等の熱処理により製造される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the crankshaft structure includes a crank journal 31, a crank pin 32, a balance weight 33, a crank arm 34, an output flange portion.
35, which is composed of an accessory driving shaft portion 36 and the like, and is manufactured by heat treatment such as press die forging or forging of carbon steel or special steel and partial induction hardening as necessary.

【0005】また、このクランクピン32の反対側に釣り
合い用のバランスウエイト33を一体成形やボルトで結合
される分割式でクランクアーム34に設けて、クランク軸
40の回転の際のバランスを取っている。
On the opposite side of the crank pin 32, a balance weight 33 for balancing is provided on the crank arm 34 in a divided manner integrally formed or connected by bolts.
Balance at the time of 40 rotations.

【0006】更に、クランクピン32とコンロッドとの間
の潤滑を行なうために、クランクジャーナル31からの潤
滑油を油孔37b経由で供給できるように、クランクアー
ム34からクランクピン32の内部に油孔(油路)37aをド
リルで削孔している。
Further, in order to supply the lubricating oil from the crank journal 31 via the oil hole 37b in order to lubricate between the crank pin 32 and the connecting rod, an oil hole is formed in the crank pin 32 from the crank arm 34. (Oil passage) 37a is drilled with a drill.

【0007】そして、このクランク軸の軽量化のため
と、回転運動部質量の低減を目的として、クランクピン
にマス(質量)抜用中空孔を設けることが、クランク軸
に対して行なわれている。
[0007] In order to reduce the weight of the crankshaft and to reduce the mass of the rotary motion part, a hollow for mass (mass) removal is provided in the crankpin for the crankshaft. .

【0008】V型エンジンのクランク軸においては、こ
のマス抜用中空穴11a,11bは、図7、図8に示すよう
に、クランクピン42内部にクランクアーム34の肩部34a
からクランク軸40の軸線Cに向かって設けられている
が、この加工軸でもある軸線Ya,Ybは、図7に示す
ように、平面視、即ち、クランクピン42の軸線Dがクラ
ンク軸31の軸線Cの上側に来て、軸線Dと軸線Cとが同
一直線上になる位置で、上側から見下ろす場合には、ク
ランク軸40の軸線Cに対して傾斜したV字形状を形成
し、また、図8に示す側面視においても、軸線Ya,Y
bの先端がクランク軸40の軸線Cに向かうV字形状に形
成される。
In the crankshaft of the V-type engine, as shown in FIGS. 7 and 8, the hollow holes 11a and 11b for mass removal have shoulders 34a of the crank arm 34 inside the crank pin 42.
7, the axes Ya and Yb, which are also the processing axes, are viewed in plan, that is, the axis D of the crankpin 42 is aligned with the axis D of the crankshaft 31 as shown in FIG. When looking down from above at a position where the axis D and the axis C come on the same straight line coming above the axis C, a V-shape that is inclined with respect to the axis C of the crankshaft 40 is formed. Also in the side view shown in FIG.
The tip of b is formed in a V-shape toward the axis C of the crankshaft 40.

【0009】この平面視における軸線Ya,YbのV字
形状は、以前から設けられているクランクピン42を貫通
する油孔37aとの干渉を避けて、油穴37aに沿って加工
軸を設けたためである。
In the V-shape of the axes Ya and Yb in plan view, the machining shaft is provided along the oil hole 37a so as to avoid interference with the oil hole 37a penetrating the crank pin 42 provided before. It is.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】一方、実際の自動車の
エンジンにおいては、クランク軸に作用する捩じりトル
クは、図4に示すように、駆動トルクである平均トルク
TAmで示す周期的な爆発荷重とクランク軸系の共振によ
って生じる横軸のクランク角度によって変化する点線T
B で示すようなトルク変動(捩じり振動)が伴ってお
り、これらが加え合わさった実線TA で示すような変動
トルクとなっている。
On the other hand, in an actual automobile engine, the torsional torque acting on the crankshaft is, as shown in FIG. 4, a periodic explosion represented by an average torque TAm as a driving torque. Dotted line T that changes depending on the load and the crank angle on the horizontal axis caused by resonance of the crankshaft system
A torque fluctuation (torsional vibration) as shown by B is accompanied, and a fluctuation torque as shown by a solid line TA obtained by adding them is obtained.

【0011】通常の運転時では、この変動トルクTB に
平均トルクTAmが加わるので、総合的な捩じりトルクT
A は、+(プラス)側の最大値TAmaxの絶対値の方が、
−(マイナス)側の最小値TAminの絶対値より大きくな
るため、最大捩じり応力が発生するのは、+側の最大値
TAmaxの場合となる。
During normal operation, the average torque TAm is added to the fluctuation torque TB, so that the total torsional torque T
A is the absolute value of the maximum value TAmax on the + (plus) side,
Since the absolute value of the minimum value TAmin on the-(minus) side is larger than the absolute value, the maximum torsional stress occurs when the maximum value TAmax on the + side.

【0012】従って、図10に示すように、マス抜用中
空穴12a,12bの軸線Za,Zbを、クランクピン52の
軸線D上に設けた場合では、クランク軸50に捩じりトル
クTA が作用すると、クランクピン52に発生する剪断応
力は、回転方向トルクの最大剪断応力(A1 ,A2 )が
反回転方向の最大剪断応力(B3 ,B4 )よりも大きく
なる。
Therefore, as shown in FIG. 10, when the axes Za and Zb of the mass removal hollow holes 12a and 12b are provided on the axis D of the crankpin 52, the torsional torque TA is applied to the crankshaft 50. When operated, the shear stress generated in the crankpin 52 is such that the maximum shear stress (A1, A2) in the rotational direction torque is larger than the maximum shear stress (B3, B4) in the anti-rotation direction.

【0013】特に、図7、図8に示すような、マス抜用
中空穴11a,11bの軸線が、平面視でV形となる場合、
即ち、図9に示す点線のマス抜用中空穴11a,11bを形
成した場合には、クランク軸40に作用する捩じりトルク
TA によって、TAmaxが作用するA1 ,A2 側の片方の
A1 側の肉厚が薄くなり、また、TAminが作用するB3
,B4 側の片方のB4 の肉厚が厚くなり、TAmax時、
A1 部がA2 部より剪断応力が大きくなる。また、TAm
in時ではB3 部がB4 部より剪断応力が大きくなる。し
かし、通常の運転時による捩じりトルクは、+振幅側の
トルクが−側のトルクより大きいため、最大剪断応力は
A1 部>B3 部となる。
In particular, as shown in FIGS. 7 and 8, when the axes of the hollow holes 11a and 11b for mass removal are V-shaped in plan view,
That is, when the hollow holes 11a and 11b for mass removal indicated by the dotted lines shown in FIG. 9 are formed, the torsional torque TA acting on the crankshaft 40 causes one of the A1 and A2 sides on which TAmax acts to operate. B3 where the wall thickness becomes thin and TAmin acts
, The thickness of one B4 on the B4 side becomes thicker and at TAmax,
The shear stress is larger in the part A1 than in the part A2. Also, TAm
At the time of in, the shear stress becomes larger in the B3 portion than in the B4 portion. However, the torsional torque during normal operation is such that the maximum shear stress is A1 part> B3 part because the torque on the + amplitude side is larger than the torque on the-side.

【0014】そのため、最大剪断応力が発生するため強
度が必要な、A1 部位において、肉厚が薄く、発生する
剪断応力がA1 部位より低いB4 部位において肉厚が厚
くなるという、強度上好ましくない状態が発生する。そ
のため、軽量化を促進した時に、図9の特にA1部分の
強度が不足し、捩じり剛性に関して強度上で不利となる
という問題がある。
Therefore, an unfavorable strength condition in which the wall thickness is small at the portion A1 and the thickness is large at the portion B4 where the generated shear stress is lower than the portion A1 where strength is required because the maximum shear stress is generated. Occurs. Therefore, when the weight reduction is promoted, there is a problem that the strength of the portion A1 in particular in FIG. 9 is insufficient, and the torsional rigidity is disadvantageous in strength.

【0015】また、実開昭56−12121号公報に
は、クランク軸のクランクアームの肩部からマス抜用中
空穴を開口し、この中空穴の先端からクランク軸の軸受
け油孔へ連通する油孔を削孔し、この油孔経由でピスト
ン部に潤滑油の供給を円滑に行なうクランク軸構造が提
案されている。
In Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 56-12121, a hollow hole for mass removal is opened from a shoulder of a crank arm of a crankshaft, and oil is communicated from a tip of the hollow hole to a bearing oil hole of the crankshaft. There has been proposed a crankshaft structure in which a hole is cut and lubricating oil is smoothly supplied to a piston portion through the oil hole.

【0016】しかしながら、この実開昭56−1212
1号公報のクランク軸構造の場合には、このマス抜用中
空孔は、各油孔の通路の一部を構成することになるため
に、閉塞用のプラグが設けられ、マス抜用中空孔内には
潤滑油が充満することになる。そのため、完全な中空孔
と比較して、潤滑油及びプラグの質量分だけ、慣性が増
加することになり、しかも、このクランクピン側の質量
増加はバランスウエイトの質量増加を伴うので、マス抜
用中空孔を設けた効果は小さいものとなってしまうとい
う問題がある。
However, this Japanese Utility Model Application No. 56-1212
In the case of the crankshaft structure disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 1 (1993), since this hollow hole for mass removal constitutes a part of the passage of each oil hole, a plug for closing is provided, and the hollow hole for mass removal is provided. The interior will be filled with lubricating oil. As a result, the inertia is increased by the mass of the lubricating oil and the plug compared to a complete hollow hole, and the mass increase on the crankpin side is accompanied by the mass increase of the balance weight. There is a problem that the effect of providing the hollow hole is small.

【0017】本発明は、上述の問題を解決するためにな
されたもので、その目的は、クランクピンに設けるマス
抜用中空穴を、実際にクランクピンにかかる捩じりトル
クに対し、マス抜用中空穴に対して回転方向のA部位側
および反回転方向側B部位の最大剪断応力を同等にする
形状に、つまり剛性のバランスが良くなる形状で形成
し、捩じり剛性のバランスを取りながら効率よく軽量化
することができるクランク軸構造を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem. It is an object of the present invention to provide a method for removing a mass from a hollow hole provided in a crankpin with respect to a torsional torque actually applied to the crankpin. The shape is such that the maximum shear stress on the part A side in the rotation direction and the part B on the anti-rotation direction side are equal to the hollow hole for use, that is, the shape is such that the rigidity is well balanced, and the torsional rigidity is balanced. It is an object of the present invention to provide a crankshaft structure that can reduce the weight efficiently.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのクランク軸構造は、次のように構成される。 1)クランク軸のクランクアームの肩部から該クランク
ピンの中心側に向かってマス抜用中空穴を形成するクラ
ンク軸構造において、前記マス抜用中空穴の軸線を、平
面視でクランクピンの軸線に対して、機関通常運転時に
最大捩じりトルクが作用した時に、最大剪断応力が発生
する側の肉厚が、最小捩じりトルクが作用する時の剪断
応力が発生する側、即ち、前記マス抜用中空孔に対し対
峙した側の肉厚よりも厚くなるように傾斜させて、前記
マス抜用中空穴を形成して構成される。
The crankshaft structure for achieving the above object is constituted as follows. 1) In a crankshaft structure in which a hollow for mass removal is formed from the shoulder of a crank arm of a crankshaft toward the center of the crankpin, the axis of the hollow for mass removal is defined by the axis of the crankpin in plan view. On the other hand, when the maximum torsional torque is applied during normal operation of the engine, the thickness on the side where the maximum shear stress is generated is the side where the shear stress is generated when the minimum torsional torque is applied, that is, The hollow hole for mass removal is formed by inclining so as to be thicker than the thickness of the side facing the hollow hole for mass removal.

【0019】この平面視とは、図3に示すように、クラ
ンクピン22の軸線Dがクランク軸20の軸線Cの上側に来
て、軸線Dと軸線Cとが同一直線上になる位置で、上側
から見下ろした場合のことを意味し、また、最大捩じり
トルクとは、絶対値が最大になる捩じりトルクのことを
意味し、図4で言えば、TAmaxに相当する捩じりトルク
である。
The plan view means a position where the axis D of the crank pin 22 is located above the axis C of the crankshaft 20 and the axis D and the axis C are on the same straight line, as shown in FIG. The maximum torsion torque means the torsion torque at which the absolute value is maximized, and the torsion torque corresponding to TAmax in FIG. Torque.

【0020】この構成によれば、剪断応力の比較的小さ
いB部側の肉厚が薄く、最大剪断応力発生側のA部側の
肉厚が厚くなるので、マス抜用中空穴の周囲の発生応力
の差が小さくなる。
According to this configuration, the thickness of the portion B where the shear stress is relatively small is small, and the thickness of the portion A on the side where the maximum shear stress is generated is large. The difference in stress is reduced.

【0021】2)更に、前記クランクピンの両側のクラ
ンクアームの肩部からそれぞれ削孔する2つの前記マス
抜用中空穴の前記軸線を同一面内に配して、前記マス抜
用中空穴を設けることにより、加工軸とマス抜用中空穴
の軸線が同じ傾斜角となるので、穿孔加工時の工具のセ
ット角が固定したままとなるので、加工作業性が向上す
る。
2) Furthermore, the axes of the two mass extraction hollow holes drilled from shoulder portions of the crank arms on both sides of the crank pin are arranged in the same plane, and the mass extraction hollow holes are formed. By providing the same, the machining axis and the axis of the hollow hole for mass removal have the same inclination angle, and the set angle of the tool at the time of drilling remains fixed, so that machining workability is improved.

【0022】3)また、該クランク軸に加わると予測さ
れる捩じりトルクの最大ピークの絶対値と最小ピークの
絶対値との差の拡大と共に、平面視において、前記マス
抜用中空穴の軸線が、前記クランクピンの軸線に対して
傾斜する傾斜角を拡大して、前記マス抜用中空穴を設け
る。
3) The difference between the absolute value of the maximum peak and the absolute value of the minimum peak of the torsional torque expected to be applied to the crankshaft is enlarged, and the plan view of the hollow hole for mass removal is viewed in plan view. The mass hole is provided with the hollow hole for mass removal by enlarging the angle of inclination of the axis with respect to the axis of the crankpin.

【0023】この構成により、図4に示す捩じりトルク
TA の最大ピークTAmaxの絶対値と最小ピークTAminの
絶対値との差が拡大すると、図3の最大ピーク時のA1
部位に発生する最大剪断応力の大きさと、最小ピーク時
のB4 部位に発生する最大剪断応力の大きさとの差が拡
大するので、より大きい傾斜角とすることにより、剛性
のバランスがより向上し、実質的な強度に関して、実際
にクランクピンにかかるトルクに対し各A・B部位の最
大剪断応力が略同じになるので、剛性及び強度に関して
バランスが非常に良くなり、少ない材料で充分な剛性強
度を発揮できる。
With this configuration, when the difference between the absolute value of the maximum peak TAmax and the absolute value of the minimum peak TAmin of the torsional torque TA shown in FIG. 4 is enlarged, A1 at the maximum peak in FIG.
Since the difference between the magnitude of the maximum shear stress generated at the part and the magnitude of the maximum shear stress generated at the B4 part at the time of the minimum peak increases, the balance of rigidity is further improved by setting a larger inclination angle, Regarding the substantial strength, the maximum shear stress at each of the A and B portions becomes substantially the same with respect to the torque actually applied to the crankpin. Can demonstrate.

【0024】このような最小捩じりトルクが問題となる
場合としては、自動車のエンジンにおいては、排気ブレ
ーキを使用する場合が考えられる。また、その他の機器
のクランク軸では、その使用状況による。
As a case where such a minimum torsional torque becomes a problem, it is considered that an exhaust brake is used in an automobile engine. In addition, the crankshaft of other equipment depends on the usage.

【0025】そして、このクランク軸の具体的な対象と
しては、内燃機関のクランク軸やエアコンプレッサのク
ランク軸などが考えられるが、トルクを受け、軽量化が
要求されるクランク軸であれば良く、特に、前記のクラ
ンク軸に限定されるものではない。また、オイル穴の有
無も関係ない。
Specific examples of the crankshaft include a crankshaft of an internal combustion engine and a crankshaft of an air compressor. Any crankshaft that receives torque and is required to be reduced in weight may be used. In particular, the invention is not limited to the crankshaft. Also, the presence or absence of the oil hole does not matter.

【0026】従って、実際にクランクにかかるトルクに
対して、バランスの取れた剛性及び強度を有することに
なる。つまり、クランク軸の捩じりに対する剛性及び強
度がアンバランスになることを避けながら、クランクピ
ンにマス抜用中空穴を設けることができる。従って、よ
り大きなマス抜用中空穴を設けることができるので、ク
ランク軸の軽量化が達成できる。
Therefore, the rigidity and strength are balanced with respect to the torque actually applied to the crank. That is, it is possible to provide the crank pin with the hollow hole for removing the mass while preventing the rigidity and the strength of the crankshaft against torsion from being unbalanced. Therefore, since a larger hollow hole for mass removal can be provided, the weight of the crankshaft can be reduced.

【0027】なお、この捩じりトルクによって発生する
両振の最大剪断応力の値は、クランクピンのマス抜用中
空穴の周りの肉厚にも依存するので、この傾斜角は、ク
ランクピンの径に対するマス抜用中空穴の径の大きさ等
によって変化することになる。
Since the value of the maximum shear stress of the double vibration generated by the torsional torque also depends on the thickness of the crank pin around the hollow hole for mass removal, this inclination angle is determined by the following equation. It changes depending on the size of the diameter of the hollow hole for mass removal with respect to the diameter and the like.

【0028】そのため、各種の形状のクランク軸の捩じ
りトルクによって発生する応力の測定実験を行なって決
定することも可能であるが、BEM(境界要素法)やF
EM(有限要素法)等の解析的な数値計算手法により、
図3に示すマス抜用中空穴10a,10bの径da,dbや
傾斜角αa,αbを変えた状態で、クランク軸20に発生
する捩じり応力をシミュレーション計算して、このシミ
ュレーション計算結果に基づいて、マス抜用中空穴10
a,10bの径da,dbや傾斜角αa,αbを決定する
ことができる。
For this reason, it is possible to determine the value by performing an experiment for measuring the stress generated by the torsional torque of the crankshaft of various shapes.
By analytical numerical calculation methods such as EM (finite element method),
With the diameters da, db and the inclination angles αa, αb of the hollow holes 10a, 10b shown in FIG. 3 being changed, the torsional stress generated in the crankshaft 20 is simulated and calculated. Based on the hollow hole 10 for mass removal
The diameters da and db and the inclination angles αa and αb of a and 10b can be determined.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態について説明する。本発明の実施の形態のクラ
ンク軸構造におけるクランク軸は、図6、7に示すクラ
ンク軸30と同様に、ジャーナル31、クランクピン32、バ
ランスウエイト33、アーム34、出力用フランジ部35、補
機駆動用軸部36等で構成され、この補機駆動用軸部36に
は、図示しないクランクプーリが取り付けられる。な
お、この他に、オイル穴37や取付け穴39などが形成さ
れ、図示していない分割式のバランスウエイトが、雌ね
じ部43を有するバランスウエイト取付部44に取り付けら
れる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The crankshaft in the crankshaft structure according to the embodiment of the present invention has a journal 31, a crankpin 32, a balance weight 33, an arm 34, an output flange 35, an auxiliary machine, similarly to the crankshaft 30 shown in FIGS. The auxiliary drive shaft 36 is provided with a crank pulley (not shown). In addition, an oil hole 37, a mounting hole 39, and the like are formed, and a split balance weight (not shown) is mounted on the balance weight mounting portion 44 having the female screw portion 43.

【0030】そして、図1〜図3に示すように、このク
ランク軸20に、マス抜用中空穴10a,10bが形成され
る。このマス抜用中空穴10a,10bは、クランク軸20の
クランクアーム34の肩部34aから、クランクピン22の中
心側に向かって設けられるが、このマス抜用中空穴10
a,10bの軸線(加工軸)Xa,Xbを、図1、図3に
示すように、平面視でクランクピン22の軸線Dに対し
て、図4に示すような最大捩じりトルクTAmaxが作用し
た時に、図3のクランクのA1 ,A2 の肉厚が、TAmin
が発生する側B3,B4 の肉厚よりも厚くなるように傾
斜させて、マス抜用中空穴10a,10bを形成する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the crankshaft 20 is provided with hollow holes 10a and 10b for mass removal. The hollow holes 10a and 10b are provided from the shoulder 34a of the crank arm 34 of the crankshaft 20 toward the center of the crank pin 22.
1 and 3, the maximum torsional torque TAmax as shown in FIG. 4 with respect to the axis D of the crankpin 22 in plan view as shown in FIGS. When actuated, the thickness of A1 and A2 of the crank of FIG.
The hollow holes 10a and 10b are formed so as to be inclined so as to be thicker than the thicknesses of the sides B3 and B4 where the pits occur.

【0031】以上の構成のクランク軸構造によれば、エ
ンジン等のクランク軸20にマス抜用中空穴10a,10bを
設ける際に、最大捩じりトルクTAmaxによってマス抜用
中空穴10a,10bの周りの剪断応力τt が発生する部位
A1 ,A2 を肉厚に、また、TAminによる剪断応力τc
が発生する部位B3 ,B4 を肉薄に形成することができ
るので、クランク軸20の剛性及び強度をバランス良く維
持したまま、マス抜用中空穴10a,10bを設けてクラン
ク軸20の軽量化を図ることができる。
According to the crankshaft structure having the above-described structure, when the hollow holes 10a and 10b for mass removal are provided in the crankshaft 20 of an engine or the like, the hollow holes 10a and 10b for mass removal are set by the maximum torsional torque TAmax. The portions A1 and A2 where the peripheral shear stress τt is generated are thickened, and the shear stress τc due to TAmin is used.
Since the portions B3 and B4 where the cracks occur can be formed thin, the mass reduction hollow holes 10a and 10b are provided to reduce the weight of the crankshaft 20 while maintaining the rigidity and strength of the crankshaft 20 in a well-balanced manner. be able to.

【0032】そして、更に、このクランクピン22の両側
のクランクアーム34の肩部34aからそれぞれ削孔する2
つのマス抜用中空穴10a,10bの軸線Xa,Xbを同一
面内に配して、マス抜用中空穴10a,10bを設ける。即
ち、傾斜角αa=αbであり、図1、図3の平面視で軸
線Xa,Xbが一直線になるように形成する。
Further, holes 2 are formed from shoulder portions 34a of the crank arm 34 on both sides of the crank pin 22, respectively.
The axes Xa, Xb of the three hollow holes 10a, 10b are arranged in the same plane, and the hollow holes 10a, 10b are provided. That is, the inclination angle αa is equal to αb, and the axes Xa and Xb are formed so as to be straight in the plan view of FIGS. 1 and 3.

【0033】この構成にすると、マス抜用中空穴10a,
10bの軸線Xa,Xbが穿孔加工時の加工軸と同じとな
るので、両方のマス抜用中空穴10a,10bの加工軸X
a,Xbの傾斜角が同じになり、穿孔加工時の工具のセ
ット角を固定したままとすることができ、加工の際の作
業性を向上できる。
With this configuration, the hollow holes 10a,
Since the axes Xa and Xb of 10b are the same as the machining axes at the time of drilling, the machining axes X of both the hollow holes 10a and 10b for mass removal are used.
Since the inclination angles of a and Xb are the same, the set angle of the tool at the time of drilling can be kept fixed, and workability at the time of drilling can be improved.

【0034】次に、クランク軸20に加わる平均トルクT
m の変動範囲が、図4に示すTBmとTAmの間のように、
TAmがTBmより大きく、最大ピークTAmaxの絶対値が最
小ピークTBminの絶対値より著しく大きい場合について
の傾斜角αa,αbの設定について説明する。
Next, the average torque T applied to the crankshaft 20
The variation range of m is between TBm and TAm shown in FIG.
The setting of the inclination angles αa and αb when TAm is larger than TBm and the absolute value of the maximum peak TAmax is significantly larger than the absolute value of the minimum peak TBmin will be described.

【0035】この傾斜角αa,αbは、クランク軸20に
加わると予測される、図4に示すような捩じりトルクT
の最大ピークTAmaxの絶対値と最小ピークTBminの絶対
値との差(|TAmax|−|TBmin|)の拡大と共に、平
面視における傾斜角αa,αbを拡大して、マス抜用中
空穴10a,10bを設ける。
The inclination angles αa and αb are different from the torsional torque T as shown in FIG.
The difference between the absolute value of the maximum peak TAmax and the absolute value of the minimum peak TBmin (| TAmax | − | TBmin |) and the inclination angles αa and αb in a plan view are expanded, and the hollow holes 10a, 10b is provided.

【0036】この構成により、図4に示す捩じりトルク
Tの最大ピークTAmaxの絶対値と最小ピークTBminの絶
対値との差が拡大すると、最大ピークTAmax時のA1 部
位に発生する最大引張応力σtmax1 の大きさと、最小ピ
ークTBmin時のB4 部位に発生する最大引張応力σtmax
4 の大きさとの差が拡大するので、傾斜角αa,αbを
より大きくすることにより、剛性のバランスをより向上
させることができる。
With this configuration, when the difference between the absolute value of the maximum peak TAmax and the absolute value of the minimum peak TBmin of the torsional torque T shown in FIG. 4 is enlarged, the maximum tensile stress generated at the portion A1 at the time of the maximum peak TAmax is obtained. The magnitude of σtmax1 and the maximum tensile stress σtmax generated at B4 at the minimum peak TBmin
Since the difference from the size of 4 increases, the balance of rigidity can be further improved by increasing the inclination angles αa and αb.

【0037】次に、クランク軸20に加わる平均トルクT
m の変動範囲が、図5に示すように、マイナス側のTCm
まで広がり、このTAmとTCmの間で変動する場合につい
て、即ち、TAmの絶対値がTCmの絶対値より大きくて、
最大ピークTAmaxの絶対値が最小ピークTCminの絶対値
より大きいが、最小ピークTCminを無視できない場合に
ついての傾斜角αa,αbの設定について説明する。
Next, the average torque T applied to the crankshaft 20
As shown in FIG. 5, the variation range of m
And fluctuates between TAm and TCm, that is, when the absolute value of TAm is larger than the absolute value of TCm,
The setting of the inclination angles αa and αb in a case where the absolute value of the maximum peak TAmax is larger than the absolute value of the minimum peak TCmin but the minimum peak TCmin cannot be ignored will be described.

【0038】エンジンブレーキをかけた時には、図5に
示すように、平均トルクTCmが、通常運転の時と逆方向
のマイナス側に加わるので、全体的にマイナス側にシフ
トし、TC 線のようになるが、エンジンブレーキ時の平
均トルクTCmの絶対値は、通常運転時の平均トルクTAm
よりも、小さく設定されるので、エンジンブレーキ使用
時の最小ピークTCminの絶対値は、変動トルクの最大ピ
ークTAmaxより小さくなる。しかし、この最小捩じりト
ルクTCminの絶対値が大きくなる場合には、この最小捩
じりトルクTCminが作用した時に発生する最大剪断応力
τtmaxC も考慮して、傾斜角αa,αbを設定してマス
抜用中空穴10a,10bを設ける必要がある。
When the engine brake is applied, as shown in FIG. 5, the average torque TCm is applied to the minus side in the direction opposite to that in the normal operation, so that the overall torque shifts to the minus side, as indicated by the line TC. However, the absolute value of the average torque TCm during engine braking is the average torque TAm during normal operation.
Therefore, the absolute value of the minimum peak TCmin when the engine brake is used becomes smaller than the maximum peak TAmax of the fluctuation torque. However, when the absolute value of the minimum torsional torque TCmin becomes large, the inclination angles αa and αb are set in consideration of the maximum shear stress τtmaxC generated when the minimum torsional torque TCmin acts. It is necessary to provide hollow holes 10a and 10b for mass removal.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のクランク
軸構造によれば、エンジンのクランク軸のクランクピン
に形成される軽量化のためのマス抜用中空穴の軸線即ち
加工軸を、平面視でクランクピンの軸線に対して、実際
にクランクピンにかかるトルクを考慮し、傾斜して形成
することにより、クランク軸に発生する応力と強度との
バランスを良くして、全体としての剛性強度を向上する
ことができるので、クランク軸の捩じり剛性を低下させ
ることなく、クランクピンにマス抜用中空穴を設けるこ
とができる。従って、より大きなマス抜用中空穴を設け
ることができるので、クランク軸の軽量化を達成でき
る。
As described above, according to the crankshaft structure of the present invention, the axis of the hollow hole for mass removal for weight reduction formed on the crankpin of the crankshaft of the engine, that is, the machining axis, is Considering the torque actually applied to the crankpin with respect to the axis of the crankpin visually, by forming it at an angle, the balance between the stress and strength generated on the crankshaft is improved, and the overall rigidity strength Therefore, the crankpin can be provided with a hollow for mass removal without reducing the torsional rigidity of the crankshaft. Accordingly, since a larger hollow hole for mass removal can be provided, the weight of the crankshaft can be reduced.

【0040】また、クランクピンの両側から設けられる
マス抜用中空穴の軸線を同一面内に配すると、両者のマ
ス抜用中空穴の加工軸が同じ傾斜角となるので、穿孔加
工時の工具のセット角を固定した作業することができ、
工具のセットを変更する手間が不要になるので、加工時
の作業性を向上することができる。
If the axes of the hollow holes for mass removal provided on both sides of the crankpin are arranged in the same plane, the machining axes of both the hollow holes for mass removal have the same inclination angle. The set angle of the work can be fixed,
Since there is no need to change the set of tools, workability during machining can be improved.

【0041】更に、クランク軸に加わると予測される最
大捩じりトルクと最小捩じりトルクの大きさに応じて、
平面視におけるクランクピンの軸線とマス抜用中空穴の
軸線との傾斜角を設定してマス抜用中空穴を設けること
により、マス抜用中空穴の周囲部分の厚さを変化させ
て、剛性及び強度に関するバランスをより向上させるこ
とができるので、バランスよい剛性及び強度を持ち耐久
性に優れた軽量なクランク軸構造を提供できる。
Further, according to the magnitude of the maximum torsional torque and the minimum torsional torque expected to be applied to the crankshaft,
By setting the inclination angle between the axis of the crankpin and the axis of the mass removal hollow hole in plan view and providing the mass removal hollow hole, the thickness of the surrounding part of the mass removal hollow hole is changed, and the rigidity is changed. Since it is possible to further improve the balance in terms of strength and strength, it is possible to provide a lightweight crankshaft structure having well-balanced rigidity and strength and excellent durability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るクランク軸構造のマス抜用中空穴
の状況を示すクランク軸の部分平面図である。
FIG. 1 is a partial plan view of a crankshaft showing a state of a hollow for mass removal of a crankshaft structure according to the present invention.

【図2】図1のクランク軸の部分側面図である。FIG. 2 is a partial side view of the crankshaft of FIG.

【図3】図1のクランク軸のクランクピン部分の部分平
面図である。
FIG. 3 is a partial plan view of a crankpin portion of the crankshaft of FIG. 1;

【図4】クランク軸系の捩じりトルクの時間変動を説明
するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a time variation of a torsional torque of a crankshaft system.

【図5】マイナス側の作動トルクも加わるクランク軸系
の捩じりトルクの時間変動を説明するための模式図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a time variation of a torsional torque of a crankshaft system to which a negative side operating torque is also applied.

【図6】クランク軸の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a crankshaft.

【図7】先行技術のクランク軸構造のマス抜用中空穴の
状況を示すクランク軸の部分図である。
FIG. 7 is a partial view of a crankshaft showing a state of a hollow for mass removal of a prior art crankshaft structure.

【図8】図7のクランク軸の部分側面図である。FIG. 8 is a partial side view of the crankshaft of FIG. 7;

【図9】図7のクランク軸のクランクピン部分の部分平
面図である。
FIG. 9 is a partial plan view of a crankpin portion of the crankshaft of FIG. 7;

【図10】マス抜用中空穴を設けていないクランク軸構
造のクランクピンの捩じり応力分布を説明するためのク
ランクピン部分の部分平面図である。
FIG. 10 is a partial plan view of a crankpin portion for explaining a torsional stress distribution of a crankpin having a crankshaft structure without a hollow for mass removal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10a,10b,11a,11b マス抜用中空穴 20,30,40,50 クランク軸 22,32,42,52 クランクピン 31 クランクジャーナル 33 バランスウエイト 34 クランクアーム 34a 肩部 37a,37b 油孔 A1 ,A2 捩じり応力の大きい部分 B3 ,B4 捩じり応力の小さい部分 C クランク軸の軸線 D クランクピンの軸線 T,TA ,TB ,TC 捩じりトルク Xa,Xb マス抜用中空穴の軸線(加工軸) Ya,Yb マス抜用中空穴の軸線(加工軸) Za,Zb マス抜用中空穴の軸線(加工軸) 10a, 10b, 11a, 11b Hollow hole for mass removal 20, 30, 40, 50 Crankshaft 22, 32, 42, 52 Crank pin 31 Crank journal 33 Balance weight 34 Crank arm 34a Shoulder 37a, 37b Oil hole A1, A2 Part with large torsional stress B3, B4 Part with small torsional stress C Axis of crankshaft D Axis of crankpin T, TA, TB, TC Torsion torque Xa, Xb Axis of hollow hole for mass removal (machining) Shaft) Ya, Yb Axis of hollow hole for mass removal (machining axis) Za, Zb Axis of hollow hole for mass removal (machining axis)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 クランク軸のクランクアームの肩部から
該クランクピンの中心側に向かってマス抜用中空穴を形
成するクランク軸構造において、前記マス抜用中空穴の
軸線を、平面視でクランクピンの軸線に対して、機関通
常運転時に最大捩じりトルクが作用した時に、最大剪断
応力が発生する側の肉厚が、最小捩じりトルクが作用す
る時の剪断応力が発生する側、即ち、前記マス抜用中空
孔に対し対峙した側の肉厚よりも厚くなるように傾斜さ
せて、前記マス抜用中空穴を形成したことを特徴とする
クランク軸構造。
1. A crankshaft structure in which a hollow for mass removal is formed from a shoulder portion of a crank arm of a crankshaft toward a center side of the crankpin, wherein an axis of the hollow for mass removal is defined by a crank in plan view. When the maximum torsional torque acts on the axis of the pin during normal engine operation, the thickness at the side where the maximum shear stress occurs is the side at which the shear stress occurs when the minimum torsional torque acts, That is, a crankshaft structure characterized in that the hollow hole for mass removal is formed so as to be inclined so as to be thicker than the wall facing the hollow hole for mass removal.
【請求項2】 前記クランクピンの両側のクランクアー
ムの肩部からそれぞれ削孔する2つの前記マス抜用中空
穴の前記軸線を同一面内に配して、前記マス抜用中空穴
を設けたことを特徴とする請求項1記載のクランク軸構
造。
2. The mass removal hollow holes are provided by arranging the axes of two mass removal hollow holes drilled from shoulder portions of crank arms on both sides of the crank pin in the same plane. The crankshaft structure according to claim 1, wherein:
【請求項3】 該クランク軸に加わると予測される捩じ
りトルクの最大ピークの絶対値と最小ピークの絶対値と
の差の拡大と共に、平面視において、前記マス抜用中空
穴の軸線が、前記クランクピンの軸線に対して傾斜する
傾斜角を拡大して、前記マス抜用中空穴を設けることを
特徴とする請求項1又は2記載のクランク軸構造。
3. The enlargement of the difference between the absolute value of the maximum peak and the absolute value of the minimum peak of the torsional torque predicted to be applied to the crankshaft, and the axis of the mass removal hollow hole in a plan view. 3. The crankshaft structure according to claim 1, wherein the hollow hole for mass removal is provided by enlarging an angle of inclination with respect to an axis of the crankpin.
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