JP2011043208A - Crank shaft - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of a crank shaft by easing a stress concentration at round parts portions formed on the crank shaft. <P>SOLUTION: Butting stepped parts 41, 42, at which the end side surface of a connecting rod butts, are provided on the crank shaft 14. Butting round parts 43, 44 are provided between the butting stepped parts 41, 42 and the end of a pin 33. Inclined surfaces 45a, 46a are formed on the inside facing surfaces 45, 46 of respective crank arms 34, 35 and balance weights 36, 37, and inside round parts 47, 48, each having a radius of curvature larger than the butting round parts 43, 44, are provided between the inclined surfaces 45a, 46a and the butting round parts 43, 44. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関のクランクシャフトに関し、特に、クランクアームとクランクピンとが一体となった一体型のクランクシャフトに関する。   The present invention relates to a crankshaft of an internal combustion engine, and more particularly to an integrated crankshaft in which a crank arm and a crankpin are integrated.

内燃機関は、シリンダブロックに直線往復動自在に装着されるピストンと、ピストンにコネクティングロッドを介して連結されるクランクシャフトとを有しており、クランクシャフトはピストンの直線往復動によって回転駆動される。クランクシャフトはクランクケースに回転自在に支持されるジャーナルと、ピストンロッドの端部が組み付けられるピンと、ジャーナルからピンに向けて径方向に伸びて先端部にピンが設けられるアームとを有しており、アームの基端部にはバランスウエイトが径方向外方に突出して設けられている。   The internal combustion engine has a piston that is mounted on a cylinder block so as to be capable of linear reciprocation, and a crankshaft that is coupled to the piston via a connecting rod, and the crankshaft is rotationally driven by linear reciprocation of the piston. . The crankshaft has a journal rotatably supported by the crankcase, a pin to which the end of the piston rod is assembled, and an arm that extends radially from the journal toward the pin and is provided with a pin at the tip. The arm is provided with a balance weight projecting radially outward at the base end portion.

クランクシャフトには、特許文献1に記載されるように、ピンとアームとが一体となった一体型のクランクシャフトと、特許文献2に記載されるように、ピンをアームの先端に圧入や焼き嵌めにより組み立てるようにした組立型のクランクシャフトとがある。   As described in Patent Document 1, the crankshaft includes an integral crankshaft in which a pin and an arm are integrated, and as described in Patent Document 2, the pin is press-fitted or shrink-fitted into the tip of the arm. There is an assembly type crankshaft adapted to be assembled.

実開昭47−21012号公報Japanese Utility Model Publication No. 47-21012 特開昭61−218823号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-218823

4サイクルエンジンには一体型のクランクシャフトが主として使用され、2サイクルエンジンには、ジャーナルにベアリングが装着されるので、組立型のクランクシャフトが使用されることが多い。エンジン発電機のような汎用エンジンであって、単気筒のエンジンが駆動源として使用される場合には、一体型と組立型のいずれも使用可能であり、単気筒エンジンのクランクシャフトは、コネクティングロッドの端部が装着されるピンとそれぞれクランクケースに支持される2つのジャーナルとの間に、2つのクランクアームが対をなして設けられており、クランクアームの基端部にはそれぞれバランスウエイトが設けられている。   An integrated crankshaft is mainly used for a 4-cycle engine, and an assembly-type crankshaft is often used for a 2-cycle engine because a journal is mounted on a journal. When a single-cylinder engine is used as a drive source, such as an engine generator, either an integral type or an assembled type can be used, and the crankshaft of the single-cylinder engine is a connecting rod Two crank arms are provided in pairs between the pin to which the end of the arm is attached and the two journals supported by the crankcase, and a balance weight is provided at the base end of the crank arm. It has been.

一体型のクランクシャフトは、鋼製の棒材を鍛造加工により所定の形状に加工した後に、コネクティングロッドが装着されるピンの外周面には、その耐摩耗性を高めるために、高周波焼き入れにより表面処理が施されており、高周波焼き入れによりピンの外周面には焼き入れ硬化層が形成される。ピンとクランクアームとの境界部には、ピンに装着されるコネクティングロッドの端面が突き当てられる突き当て段部が設けられており、ピンの外周面を高周波焼き入れすると、突き当て段部の円弧面形状の突き当てR部にも焼き入れ硬化層が形成されることになる。従来のクランクシャフトにおける対をなす2つのクランクアームの内側対向面は相互に平行となっており、クランクアームの内側対向面と段部の外周エッジとの間には、円弧面形状の内側R部が形成されている。   The integrated crankshaft is made by induction hardening in order to increase its wear resistance on the outer peripheral surface of the pin to which the connecting rod is mounted after forging a steel bar into a predetermined shape. Surface treatment is applied, and a hardened and hardened layer is formed on the outer peripheral surface of the pin by induction hardening. At the boundary between the pin and the crank arm, there is an abutment step where the end surface of the connecting rod attached to the pin is abutted. When the outer peripheral surface of the pin is induction hardened, the arc surface of the abutment step A hardened and hardened layer is also formed in the abutting R portion of the shape. The inner opposing surfaces of the two crank arms that form a pair in the conventional crankshaft are parallel to each other, and an arcuate inner R portion is formed between the inner opposing surface of the crank arm and the outer peripheral edge of the stepped portion. Is formed.

クランクシャフトのピンにはピストンとコネクティングロッドを介して燃焼圧の負荷が加わるとともにピストンの往復動によってクランクシャフトにはねじり振動と曲げ振動が加わることになる。これら負荷と振動とがクランクシャフトに加わっても、突き当てR部には高周波焼き入れにより焼き入れ硬化層が形成されているので、突き当てR部に振動に起因した応力に対して突き当てR部はその強度が確保されることになる。   A combustion pressure load is applied to the pin of the crankshaft through the piston and the connecting rod, and torsional vibration and bending vibration are applied to the crankshaft by the reciprocation of the piston. Even if these loads and vibrations are applied to the crankshaft, a hardened hardened layer is formed in the abutting R portion by induction hardening, so that the abutting R portion abuts against the stress caused by vibration. The strength of the part is ensured.

一方、ピンの外周面に高周波焼き入れ処理を施しても、クランクアームの内側R部には焼き入れ硬化層が形成されずに、ピン部への焼き入れにより形成される硬化層よりもピン部の内部に形成され強度の劣る軟化層が露出することになる。これは、高周波焼き入れの焼き入れ境界の特性であり、内側R部に軟化層がかかるのは、クランクアーム部断面の急激な拡大により、伝熱が拡散することで焼き入れ温度の急激な低下があるためである。このように、内側R部に軟化層が存在すると、エンジン駆動時、燃焼圧の負荷やクランクシャフトにねじり振動や曲げ振動が加わることにより、内側R部に過度の応力集中が重なり亀裂が発生する恐れがあり、クランクシャフトの耐久性が低下することなる。そのため、クランクアームの厚みを十分に確保して内側R部が応力集中に起因して亀裂が発生しない程度の強度を確保するようにしている。エンジンの小型化のためにクランクシャフトの軸長を短くするには、クランクアームやバランスウエイトの厚みを薄くする必要があるが、クランクアームの内側R部における応力集中を緩和するには、それぞれの厚み寸法を薄くすることはできなかった。   On the other hand, even if the outer peripheral surface of the pin is subjected to induction hardening treatment, a hardened hardened layer is not formed on the inner R portion of the crank arm, but the pin portion is more hardened than a hardened layer formed by hardening to the pin portion. Thus, a softened layer having a low strength is exposed. This is a characteristic of the quenching boundary of induction hardening, and the softening layer is applied to the inner R part because the heat transfer diffuses due to the sudden expansion of the cross section of the crank arm part and the quenching temperature is rapidly lowered. Because there is. As described above, when the softened layer exists in the inner R portion, excessive stress concentration overlaps the inner R portion and cracks are generated due to the application of combustion pressure and torsional vibration or bending vibration to the crankshaft when the engine is driven. There is a risk that the durability of the crankshaft will be reduced. Therefore, a sufficient thickness of the crank arm is ensured so that the inner R portion has a strength that does not cause cracks due to stress concentration. In order to reduce the length of the crankshaft to reduce the size of the engine, it is necessary to reduce the thickness of the crank arm and the balance weight. The thickness dimension could not be reduced.

バランスウエイトは、エンジンの振動を抑えるため、所定の質量を確保して回転バランスを確保する必要があり、過度にバランスウエイトの厚みを薄くすると、回転バランスが低下し振動増大、エンジンの強化低下につながる。クランクアームが薄くなっても内側R部の曲率半径を大きくすれば、その部分における応力集中を緩和することが可能となるが、クランクアームの基端部の厚みが薄くなるので、バランスウエイトに所定の質量を確保するためにはバランスウエイトの厚みのみを大きくし、クランクアーム基端部との間に段差を設ける必要がある。その場合には段差部が応力集中部となってしまい、クランクシャフトの耐久性を低下させるとともに、段差部による鋳造性悪化の恐れがある。   In order to suppress engine vibration, the balance weight needs to secure a predetermined mass to ensure rotational balance.If the balance weight is made too thin, the rotational balance will decrease, resulting in increased vibration and reduced engine strength. Connected. Even if the crank arm is thin, if the radius of curvature of the inner R portion is increased, the stress concentration in the portion can be reduced. However, since the thickness of the base end portion of the crank arm is reduced, a predetermined balance weight is provided. In order to ensure the mass, it is necessary to increase only the thickness of the balance weight and provide a step between the crank arm base end portion. In this case, the stepped portion becomes a stress concentration portion, which lowers the durability of the crankshaft and may cause deterioration of castability due to the stepped portion.

本発明の目的は、クランクシャフトに形成される内側R部おける応力集中を緩和し、クランクシャフトの耐久性を高めるとともに最適な回転バランスを確保することにある。   An object of the present invention is to alleviate the stress concentration in the inner R portion formed on the crankshaft, to improve the durability of the crankshaft and to secure an optimal rotation balance.

本発明のクランクシャフトは、クランクケースに回転自在に支持される2つのジャーナルと、ジャーナルに基端部が一体になり先端部にコネクティングロッドの端部が装着されるピンが一体となったクランクアームと、前記クランクアームの基端部に一体となったバランスウエイトとを有する一体型のクランクシャフトであって、前記コネクティングロッドの端部側面が突き当てられる前記クランクアーム先端部の突き当て段部と前記ピンの端部との間に設けられた突き当てR部と、前記クランクアームと前記バランスウエイトの内側対向面に設けられ、前記クランクアームの基端部からバランスウエイトの先端部に向かうに従って対をなす他のクランクアームと前記バランスウエイトに向けて接近する方向に傾斜した傾斜面と、前記傾斜面と前記突き当てR部との間に設けられ、前記突き当てR部よりも曲率半径が大きな内側R部とを有することを特徴とする。   The crankshaft according to the present invention is a crank arm in which two journals rotatably supported by a crankcase and a pin in which a base end portion is integrated with the journal and an end of a connecting rod is attached to a tip portion are integrated. And an integral crankshaft having a balance weight integrated with a base end portion of the crank arm, and an abutting step portion at the distal end portion of the crank arm against which an end side surface of the connecting rod is abutted The abutting R portion provided between the end portions of the pins, the crank arm and the balance weight are provided on the inner facing surfaces of the balance weight, and are opposed to the tip end portion of the balance weight from the base end portion of the crank arm. An inclined surface which is inclined in a direction approaching the other crank arm and the balance weight, and the inclined surface Wherein provided between the abutting R unit, characterized in that the abutment R of curvature than radii has a large inner R unit.

本発明のクランクシャフトは、前記ピンの外周面に形成される高周波焼き入れ硬化層の内側の軟化層を前記内側R部に位置させることを特徴とする。また、本発明のクランクシャフトは、前記内側R部の曲率半径を、前記突き当てR部の曲率半径の3倍以上とすることを特徴とする。   The crankshaft of the present invention is characterized in that a softened layer inside an induction-hardened hardened layer formed on the outer peripheral surface of the pin is positioned in the inner R portion. The crankshaft of the present invention is characterized in that the radius of curvature of the inner R portion is at least three times the radius of curvature of the abutting R portion.

本発明によれば、クランクシャフトは、相互に対向して対をなす2つのクランクアームと、クランクアームに一体となったバランスウエイトとを有し、クランクアームとバランスウエイトの相互に対向する内側対向面には、傾斜面が設けられているので、内側対向面に段差部を設けることなく、内側R部の曲率半径を突き当てR部よりも大きく設定することができる。これにより、エンジン駆動時に高周波焼き入れ軟化層と重なる内側R部に過度の応力が集中することなく、その部分に加わる応力を緩和することができる。これにより、クランクシャフトの耐久性を高めることができる。   According to the present invention, the crankshaft has two crank arms that are opposed to each other and a balance weight integrated with the crank arm, and the crank arm and the balance weight are opposed to each other. Since the surface is provided with an inclined surface, the radius of curvature of the inner R portion can be set larger than that of the abutting R portion without providing a step portion on the inner facing surface. Thereby, the stress applied to the portion can be relaxed without excessive stress concentrating on the inner R portion overlapping the induction hardening softened layer when the engine is driven. Thereby, durability of a crankshaft can be improved.

クランクアームとバランスウエイトの内側対向面に傾斜面を設けることにより、バランスウエイトに所定の質量を確保しつつクランクシャフトの軸長を短くしてエンジンを小型化することができる。   By providing an inclined surface on the inner facing surface of the crank arm and the balance weight, it is possible to reduce the engine size by shortening the axial length of the crankshaft while ensuring a predetermined mass in the balance weight.

本発明の一実施の形態であるクランクシャフトを有するエンジンを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the engine which has the crankshaft which is one embodiment of this invention. 図1に示されたクランクシャフトとこれに装着されたエンジン構成部品とを示す正面図である。It is a front view which shows the crankshaft shown by FIG. 1 and the engine component attached to this. 図1および図2に示されたクランクシャフトを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a crankshaft shown in FIGS. 1 and 2. 図3の正面図である。FIG. 4 is a front view of FIG. 3. 図4の一部を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows a part of FIG. 比較例1のクランクシャフトを示す一部切欠き正面図である。6 is a partially cutaway front view showing a crankshaft of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のクランクシャフトを示す正面図である。10 is a front view showing a crankshaft of Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1に示すエンジンは4サイクルの単気筒エンジンであり、エンジン発電機やランマー等の駆動源として使用される汎用エンジンである。このエンジン10は、図1に示されるように、シリンダ11が設けられたクランクケース12を有している。シリンダ11内には直線往復動自在にピストン13が設けられており、ピストン13はクランクケース12に回転自在に装着されたクランクシャフト14にコネクティングロッド15を介して連結されており、クランクシャフト14はピストン13の直線往復動によって回転駆動される。図2に示されるように、クランクシャフト14の端部は出力端14aとなっており、エンジン10が発電機やランマー等の汎用エンジンの動力源として使用される場合には、出力端14aは被駆動部材に連結されて被駆動部材を回転駆動することになる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The engine shown in FIG. 1 is a four-cycle single-cylinder engine, and is a general-purpose engine used as a drive source for an engine generator, a rammer, or the like. As shown in FIG. 1, the engine 10 includes a crankcase 12 provided with a cylinder 11. A piston 13 is provided in the cylinder 11 so as to be capable of linear reciprocation. The piston 13 is connected to a crankshaft 14 rotatably attached to the crankcase 12 via a connecting rod 15. It is rotationally driven by the linear reciprocation of the piston 13. As shown in FIG. 2, the end of the crankshaft 14 is an output end 14a. When the engine 10 is used as a power source for a general-purpose engine such as a generator or a rammer, the output end 14a is not covered. The driven member is rotationally driven by being connected to the driving member.

シリンダ11にはシリンダヘッド16が取り付けられており、シリンダヘッド16には空気と燃料との混合気を燃焼室17に供給する吸気ポート18と、燃焼ガスを排出する排気ポート19とが形成されている。吸気ポート18を開閉するための吸気弁21と排気ポート19を開閉する排気弁22がそれぞれシリンダヘッド16に設けられている。シリンダヘッド16に取り付けられるロッカシャフト23には、吸気弁21を開閉駆動する吸気側のロッカアーム24aと、排気弁22を開閉駆動する排気側のロッカアーム24bとが揺動自在に装着されている。吸気弁21の弁軸部21aはロッカアーム24aの一端部に当接し、ロッカアーム24aの揺動により吸気ポート18を開閉する。排気弁22の図示しない弁軸部はロッカアーム24bの一端部に当接し、ロッカアーム24bの揺動により排気ポート19を開閉する。なお、符号20は点火プラグである。   A cylinder head 16 is attached to the cylinder 11, and an intake port 18 for supplying a mixture of air and fuel to the combustion chamber 17 and an exhaust port 19 for discharging combustion gas are formed in the cylinder head 16. Yes. An intake valve 21 for opening and closing the intake port 18 and an exhaust valve 22 for opening and closing the exhaust port 19 are provided in the cylinder head 16, respectively. An intake-side rocker arm 24a that drives the intake valve 21 to open and close and an exhaust-side rocker arm 24b that opens and closes the exhaust valve 22 are swingably mounted on the rocker shaft 23 attached to the cylinder head 16. The valve shaft 21a of the intake valve 21 abuts on one end of the rocker arm 24a, and opens and closes the intake port 18 by swinging of the rocker arm 24a. A valve shaft portion (not shown) of the exhaust valve 22 abuts on one end portion of the rocker arm 24b, and opens and closes the exhaust port 19 by swinging of the rocker arm 24b. Reference numeral 20 denotes a spark plug.

図2に示されるように、クランクシャフト14に平行にカムシャフト25が配置されており、カムシャフト25はシリンダヘッド16に回転自在に装着されている。カムシャフト25に設けられた動弁カム26には、それぞれのロッカアーム24a,24bの他端部が当接しており、カムシャフト25の回転により動弁カム26を介してそれぞれのロッカアーム24a,24bは揺動される。カムシャフト25に取り付けられたスプロケット27と、クランクシャフト14に取り付けられた図示しないスプロケットとの間にはタイミングベルト28が掛け渡されており、カムシャフト25はクランクシャフト14により回転駆動される。   As shown in FIG. 2, a camshaft 25 is disposed in parallel to the crankshaft 14, and the camshaft 25 is rotatably mounted on the cylinder head 16. The other end portions of the respective rocker arms 24a and 24b are in contact with the valve operating cams 26 provided on the camshaft 25, and the respective rocker arms 24a and 24b are moved via the valve operating cams 26 by the rotation of the camshaft 25. It is swung. A timing belt 28 is stretched between a sprocket 27 attached to the camshaft 25 and a sprocket (not shown) attached to the crankshaft 14, and the camshaft 25 is driven to rotate by the crankshaft 14.

図2に示されるように、クランクシャフト14に隣り合ってガバナー29が配置されており、ガバナー29はクランクケース12に装着されてエンジン回転数を設定されたアクセル開度に対応した回転数に調整する。ガバナー29には、クランクシャフト14に取り付けられた駆動側歯車30aと噛み合う従動側歯車30bを有している。   As shown in FIG. 2, a governor 29 is disposed adjacent to the crankshaft 14, and the governor 29 is mounted on the crankcase 12 and adjusts the engine speed to a speed corresponding to the set accelerator opening. To do. The governor 29 has a driven gear 30 b that meshes with a driving gear 30 a attached to the crankshaft 14.

クランクシャフト14は、図3および図4に示されるように、それぞれクランクケース12に回転自在に支持される2つのジャーナル31,32を有しており、クランクシャフト14はジャーナル31,32の回転中心軸Oを中心に回転駆動される。クランクシャフト14はコネクティングロッド15の端部が装着されるピン33を有しており、ピン33の中心はジャーナル31,32の回転中心軸Oから偏心している。ピン33の両端部はジャーナル31,32のそれぞれの端部から径方向外方に延びるクランクアーム34,35の先端部と一体となっており、クランクアーム34,35を介してピン33はジャーナル31,32と一体となっている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the crankshaft 14 has two journals 31 and 32 that are rotatably supported by the crankcase 12, and the crankshaft 14 is the center of rotation of the journals 31 and 32. It is driven to rotate about the axis O. The crankshaft 14 has a pin 33 to which the end of the connecting rod 15 is attached. The center of the pin 33 is eccentric from the rotation center axis O of the journals 31 and 32. Both ends of the pin 33 are integrated with tip ends of crank arms 34 and 35 extending radially outward from the respective ends of the journals 31 and 32, and the pin 33 is connected to the journal 31 via the crank arms 34 and 35. , 32.

クランクアーム34,35の基端部にはクランクアーム34,35に対して逆方向に径方向外方に突出するバランスウエイト36,37が一体に設けられている。このように、クランクシャフト14は、ジャーナル31,32とピン33とクランクアーム34,35とバランスウエイト36,37が全体的に一体となった一体型となっている。   Balance weights 36 and 37 projecting radially outward in the opposite direction to the crank arms 34 and 35 are integrally provided at the base end portions of the crank arms 34 and 35. Thus, the crankshaft 14 is an integral type in which the journals 31 and 32, the pin 33, the crank arms 34 and 35, and the balance weights 36 and 37 are integrated as a whole.

コネクティングロッド15の一端部は小径端部となっており、ここを貫通するピストンピン38によりコネクティングロッド15はピストン13に連結されることになる。一方、コネクティングロッド15の他端部は大径端部となっており、大径端部は半円形の凹面が形成されたロッド本体15aと、半円形の凹面を有しロッド本体15aにボルト39により締結される連結金具40とにより形成されている。   One end portion of the connecting rod 15 is a small-diameter end portion, and the connecting rod 15 is connected to the piston 13 by a piston pin 38 penetrating therethrough. On the other hand, the other end of the connecting rod 15 is a large-diameter end, and the large-diameter end has a semicircular concave surface formed with a semicircular concave surface and a bolt 39 on the rod main body 15a. It is formed with the connection metal fitting 40 fastened by.

クランクシャフト14には、コネクティングロッド15の大径端部の左右両側面が突き当てられる突き当て段部41,42がそれぞれのクランクアーム34,35の先端部に位置させて設けられている。したがって、コネクティングロッド15の大径端部がピン33に装着されたときには、大径端部の両側面は、突き当て段部41,42に対向した状態となる。突き当て段部41,42には、ピン33の端部に円弧状に連なる突き当てR部43,44が設けられており、それぞれの突き当てR部43,44はエンジンが駆動されたときにはコネクティングロッド15からクランクシャフト14に加わる推力により応力が集中する第1の応力集中部となる。   The crankshaft 14 is provided with abutting step portions 41 and 42 against which the left and right side surfaces of the large-diameter end portion of the connecting rod 15 are abutted at the tip portions of the crank arms 34 and 35, respectively. Therefore, when the large-diameter end portion of the connecting rod 15 is attached to the pin 33, both side surfaces of the large-diameter end portion face the abutting step portions 41 and 42. The abutting step portions 41 and 42 are provided with abutting R portions 43 and 44 that are connected in an arc shape at the end of the pin 33, and the abutting R portions 43 and 44 are connected when the engine is driven. The first stress concentration portion where stress is concentrated by the thrust applied from the rod 15 to the crankshaft 14.

クランクアーム34とこれと一体となったバランスウエイト36は、他方のクランクアーム35とこれと一体のバランスウエイト37と対をなしている。クランクアーム34とバランスウエイト36の内側対向面45は、他方のクランクアーム35とバランスウエイト37の内側対向面46に対向しており、これらの内側対向面45,46は相互に対向し合っている。相互に対向し合う2つの内側対向面45,46は、これらがそれぞれのバランスウエイト36,37の先端部に向かうに従って相互に接近する方向に傾斜している。それぞれの内側対向面45,46は、図4に示されるように、回転中心軸Oに対して直角方向の径方向線Vに対して傾斜角度θで傾斜した傾斜面45a,46aとなっている。この傾斜角度θは8〜15度に設定されている。   The crank arm 34 and the balance weight 36 integrated with it are paired with the other crank arm 35 and the balance weight 37 integrated therewith. The inner facing surface 45 of the crank arm 34 and the balance weight 36 faces the inner facing surface 46 of the other crank arm 35 and the balance weight 37, and these inner facing surfaces 45, 46 face each other. . The two inner facing surfaces 45 and 46 that face each other are inclined in a direction in which they approach each other as they move toward the tip ends of the respective balance weights 36 and 37. As shown in FIG. 4, the inner facing surfaces 45 and 46 are inclined surfaces 45 a and 46 a that are inclined at an inclination angle θ with respect to the radial line V perpendicular to the rotation center axis O. . This inclination angle θ is set to 8 to 15 degrees.

それぞれの内側対向面45,46における傾斜面45a,46aと突き当てR部43,44との間には、これらを円弧状に連ならせる内側R部47,48が設けられている。それぞれの内側R部47,48は、突き当てR部43,44の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する円弧状となっており、それぞれの内側R部47,48は第2の応力集中部となっている。   Between the inclined surfaces 45a, 46a and the abutting R portions 43, 44 in the respective inner facing surfaces 45, 46, inner R portions 47, 48 are provided to connect them in an arc shape. Each of the inner R portions 47 and 48 has an arc shape having a radius of curvature larger than the radius of curvature of the abutting R portions 43 and 44, and each of the inner R portions 47 and 48 is a second stress concentration portion. It has become.

クランクシャフト14は、図3および図4に示されるように、鍛造加工によって突き当てR部43,44、傾斜面45a,46aおよび内側R部47,48を有する一体形状に加工された後に、高周波焼き入れによりピン33の外周面に焼き入れ処理が施される。これにより、図5に示されるように、ピン33の外周部と突き当てR部43,44には所定の深さに焼き入れ硬化層51が形成される。この硬化層51は第1の応力集中部としての突き当てR部43,44にも形成されるので、突き当てR部43,44にコネクティングロッド15によって負荷が加えられても、その部分の強度が確保されてそこに亀裂が発生することを防止できる。   As shown in FIGS. 3 and 4, the crankshaft 14 is processed into an integrated shape having abutting R portions 43, 44, inclined surfaces 45 a, 46 a and inner R portions 47, 48 by forging, and then a high frequency. A quenching process is performed on the outer peripheral surface of the pin 33 by quenching. As a result, as shown in FIG. 5, a hardened and hardened layer 51 is formed at a predetermined depth on the outer peripheral portion of the pin 33 and the abutting R portions 43 and 44. Since the hardened layer 51 is also formed on the abutting R portions 43 and 44 as the first stress concentration portion, even if a load is applied to the abutting R portions 43 and 44 by the connecting rod 15, the strength of the portion is increased. Is secured and cracks can be prevented from occurring.

一方、ピン33の外周面に高周波焼き入れ処理を施すと、焼き入れ硬化層51に対してピン33の内側には、硬化層51よりも硬度が低い軟化層52が形成されることになる。ピン33の外周面に高周波焼き入れ処理を施すと、硬化層51は突き当て段部41,42を介してクランクアーム34,35の先端部にも形成されることになり、硬化層51の内側に形成される軟化層52が内側R部47,48に露出することになる。このように、内側R部47,48に軟化層52がかかるのは、クランクアーム34,35の断面積がピン33の断面積よりも急激に拡大しているので、焼き入れ処理時の伝熱がクランクアーム34,35の先端部で拡散し、内側R部47,48の部分の焼き入れ温度が低下するためである。   On the other hand, when the induction hardening process is performed on the outer peripheral surface of the pin 33, a softened layer 52 having a lower hardness than the hardened layer 51 is formed inside the pin 33 with respect to the hardened hardened layer 51. When induction hardening is performed on the outer peripheral surface of the pin 33, the hardened layer 51 is also formed on the tip portions of the crank arms 34 and 35 via the butting steps 41 and 42, and the inner side of the hardened layer 51. The softened layer 52 formed on the inner R portions 47 and 48 is exposed. As described above, the softened layer 52 is applied to the inner R portions 47 and 48 because the cross-sectional area of the crank arms 34 and 35 is more rapidly expanded than the cross-sectional area of the pin 33, so that heat transfer during the quenching process is performed. This is because the diffusion at the front ends of the crank arms 34 and 35 decreases the quenching temperature of the inner R portions 47 and 48.

軟化層52が内側R部47,48に露出するようになっているが、それぞれの内側R部47,48の曲率半径が突き当てR部43,44の曲率半径よりも大きく設定されているので、コネクティングロッド15を介して燃焼圧の負荷がクランクシャフト14に加えられても、内側R部47,48には過度の応力集中が発生することなく、その部分の応力が緩和されることになる。これにより、クランクシャフト14の耐久性を向上させることが可能となった。   The softened layer 52 is exposed to the inner R portions 47 and 48, but the radius of curvature of each of the inner R portions 47 and 48 is set larger than the radius of curvature of the abutting R portions 43 and 44. Even when a combustion pressure load is applied to the crankshaft 14 via the connecting rod 15, the stress is reduced in the inner R portions 47 and 48 without excessive stress concentration. . As a result, the durability of the crankshaft 14 can be improved.

内側R部47,48の曲率半径を突き当てR部43,44の曲率半径の3倍以上に設定すると、内側R部に過度の応力集中が発生することなく、応力が緩和されることが実験により判明した。図示する場合には、約5倍に設定されている。   Experiments have been made that when the radius of curvature of the inner R portions 47 and 48 is set to be not less than three times the radius of curvature of the R portions 43 and 44, stress is relaxed without excessive stress concentration occurring in the inner R portion. Was found out. In the illustrated case, it is set to about 5 times.

このように、内側R部47,48の曲率半径を突き当てR部43,44の曲率半径よりも3倍以上に設定しても、それぞれの内側対向面45,46に、傾斜面45a,46aを形成することによって、内側対向面45,46には段差部が発生することが防止されるので、段差部に起因した応力集中部が内側対向面45,46に形成されることが防止され、クランクシャフト14の耐久性を高めることが可能となった。   Thus, even if the radius of curvature of the inner R portions 47 and 48 is set to be three times or more than the radius of curvature of the abutting R portions 43 and 44, the inclined surfaces 45a and 46a are formed on the inner facing surfaces 45 and 46, respectively. Since the formation of the step portion on the inner facing surfaces 45 and 46 is prevented, the stress concentration portion due to the step portion is prevented from being formed on the inner facing surfaces 45 and 46, The durability of the crankshaft 14 can be increased.

図6は比較例1としてのクランクシャフト14を示す一部切欠き正面図であり、図7は比較例2としてのクランクシャフト14を示す正面図である。   6 is a partially cutaway front view showing a crankshaft 14 as a comparative example 1. FIG. 7 is a front view showing the crankshaft 14 as a comparative example 2. FIG.

図6に示すように、内側対向面45,46に傾斜面を設けることなく、内側対向面45,46を回転中心軸Oに対して直角方向に形成すると、内側R部47,48の曲率半径を、突き当てR部43,44よりも大きく設定することができない。このため、ピン33の焼き入れ処理により軟化層52が内側R部47,48に露出することになるので、内側R部47,48にコネクティングロッド15を介して燃焼圧の負荷が加えられると、内側R部47,48が過度の応力集中部となることが避けられず、クランクシャフトの耐久性を高めることが困難であった。これに対して本発明のクランクシャフト14においては、内側R部47,48の曲率半径が突き当てR部43,44の3倍以上に設定されているので、内側R部47,48における応力集中が緩和され、クランクシャフト14の耐久性を高めることが可能となった。   As shown in FIG. 6, when the inner facing surfaces 45 and 46 are formed in a direction perpendicular to the rotation center axis O without providing inclined surfaces on the inner facing surfaces 45 and 46, the radii of curvature of the inner R portions 47 and 48 are formed. Cannot be set larger than the abutting R portions 43 and 44. For this reason, since the softening layer 52 is exposed to the inner R portions 47 and 48 by the quenching process of the pin 33, when a combustion pressure load is applied to the inner R portions 47 and 48 via the connecting rod 15, It was inevitable that the inner R portions 47 and 48 would be excessive stress concentration portions, and it was difficult to improve the durability of the crankshaft. In contrast, in the crankshaft 14 of the present invention, the radius of curvature of the inner R portions 47, 48 is set to be three times or more that of the abutting R portions 43, 44. As a result, the durability of the crankshaft 14 can be improved.

図7に示すように、内側R部47,48の曲率半径を突き当てR部43,44の曲率半径よりも大きくするために、クランクアーム34,35の厚みを薄くするとともに、バランスウエイト36,37のバランスファクターを確保するためにバランスウエイト36,37の厚みをクランクアーム34,35よりも厚くする試みがなされた。しかしながら、クランクシャフト14をこのような形状に加工すると、クランクアーム34,35とバランスウエイト36,37との間に段差部54,55を形成することが不可避となる。このため、図7に示す場合には、クランクシャフト14の形状が複雑化し、鍛造加工性が悪化するだけでなく、この段差部54,55が過度の応力が集中する応力集中部となってこの部分に亀裂が発生する恐れがあり、クランクシャフトの耐久性を高めることが困難であった。   As shown in FIG. 7, in order to make the radius of curvature of the inner R portions 47, 48 larger than the radius of curvature of the abutting R portions 43, 44, the thickness of the crank arms 34, 35 is reduced and the balance weights 36, In order to secure a balance factor of 37, an attempt was made to make the balance weights 36, 37 thicker than the crank arms 34, 35. However, if the crankshaft 14 is processed into such a shape, it becomes inevitable that the step portions 54 and 55 are formed between the crank arms 34 and 35 and the balance weights 36 and 37. For this reason, in the case shown in FIG. 7, not only the shape of the crankshaft 14 is complicated and the forgeability is deteriorated, but also the step portions 54 and 55 become stress concentration portions where excessive stress is concentrated. There was a risk of cracks occurring in the portion, and it was difficult to improve the durability of the crankshaft.

これに対して本発明のクランクシャフト14においては、内側対向面45,46に傾斜面45a,46aを形成することによってバランスウエイト36,37のバランス性を確保しつつ鍛造加工性も高めることができるとともに内側R部47,48に応力を集中させることなく、耐久性に優れたクランクシャフト14が得られた。しかも、クランクアーム34,35の厚みを大きくすることなく、R部における過度の応力集中の発生を防止して応力を緩和することかでき、軸長を短くし得る軽量のクランクシャフトが得られることになった。   On the other hand, in the crankshaft 14 of the present invention, by forming the inclined surfaces 45a and 46a on the inner facing surfaces 45 and 46, forging workability can be improved while ensuring balance of the balance weights 36 and 37. In addition, the crankshaft 14 having excellent durability was obtained without concentrating stress on the inner R portions 47 and 48. In addition, without increasing the thickness of the crank arms 34 and 35, it is possible to relieve stress by preventing the occurrence of excessive stress concentration in the R portion, and to obtain a lightweight crankshaft that can shorten the axial length. Became.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明のクランクシャフトは単気筒用のクランクシャフトに限られず、一体型であれば多気筒用のクランクシャフトにも適用することができる。また、4サイクルエンジンのみならず、2サイクルエンジンのクランクシャフトとしても本発明を適用することができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the crankshaft of the present invention is not limited to a single-cylinder crankshaft, and can be applied to a multi-cylinder crankshaft as long as it is an integral type. Further, the present invention can be applied not only to a 4-cycle engine but also to a crankshaft of a 2-cycle engine.

11 シリンダ
12 クランクケース
13 ピストン
14 クランクシャフト
15 コネクティングロッド
31,32 ジャーナル
33 ピン
34,35 クランクアーム
36,37 バランスウエイト
41,42 突き当て段部
43,44 突き当てR部
45,46 内側対向面
45a,46a 傾斜面
47,48 内側R部
51 硬化層
52 軟化層
11 Cylinder 12 Crankcase 13 Piston 14 Crankshaft 15 Connecting rods 31 and 32 Journal 33 Pins 34 and 35 Crank arms 36 and 37 Balance weights 41 and 42 Abutting step portions 43 and 44 Abutting R portions 45 and 46 Inner facing surface 45a 46a Inclined surfaces 47, 48 Inside R portion 51 Hardened layer 52 Softened layer

Claims (3)

クランクケースに回転自在に支持される2つのジャーナルと、ジャーナルに基端部が一体になり先端部にコネクティングロッドの端部が装着されるピンが一体となったクランクアームと、前記クランクアームの基端部に一体となったバランスウエイトとを有する一体型のクランクシャフトであって、
前記コネクティングロッドの端部側面が突き当てられる前記クランクアーム先端部の突き当て段部と前記ピンの端部との間に設けられた突き当てR部と、
前記クランクアームと前記バランスウエイトの内側対向面に設けられ、前記クランクアームの基端部からバランスウエイトの先端部に向かうに従って対をなす他のクランクアームと前記バランスウエイトに向けて接近する方向に傾斜した傾斜面と、
前記傾斜面と前記突き当てR部との間に設けられ、前記突き当てR部よりも曲率半径が大きな内側R部とを有することを特徴とするクランクシャフト。
A crank arm having two journals rotatably supported by the crankcase; a crank arm having a base end integrated with the journal and a pin attached to the end of the connecting rod at the tip; and a base of the crank arm An integral crankshaft having an integral balance weight at the end,
An abutting R portion provided between an abutting step portion of the crank arm tip portion against which an end side surface of the connecting rod is abutted, and an end portion of the pin;
Provided on the inner facing surface of the crank arm and the balance weight, and inclines in a direction approaching the balance weight with another crank arm that forms a pair from the base end of the crank arm toward the tip of the balance weight Inclined surface,
A crankshaft comprising an inner R portion which is provided between the inclined surface and the abutting R portion and has a larger radius of curvature than the abutting R portion.
請求項1記載のクランクシャフトにおいて、前記ピンの外周面に形成される高周波焼き入れ硬化層の内側の軟化層を前記内側R部に位置させることを特徴とするクランクシャフト。   2. The crankshaft according to claim 1, wherein a softened layer inside an induction-hardened hardened layer formed on the outer peripheral surface of the pin is positioned in the inner R portion. 請求項1または2記載のクランクシャフトにおいて、前記内側R部の曲率半径を、前記突き当てR部の曲率半径の3倍以上とすることを特徴とするクランクシャフト。   3. The crankshaft according to claim 1, wherein a curvature radius of the inner R portion is three times or more than a curvature radius of the abutting R portion.
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