JP4243446B2 - クランクシャフト固定回転装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定ローラによってクランクシャフトにかけられた回転荷重を支持する、主軸受で軸受けされる主ジャーナルと連接ロッド軸受で軸受けされる連接ロッドピンとに嵌合した、固定ローラと支持ローラとによってクランクシャフトの主ジャーナルと連接ロッドピンの表面のフィレットまたは凹部（radii or recess）を固定回転する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転中に生じる荷重の方向において加えられた補助外部力を使ってクランクシャフトを固定回転（fixed-rolling）することは、従来技術としてすでに知られている。例えば、抗張力材料からなるクランクシャフトを固定回転するときに、回転荷重が固定ローラが短時間の負荷で破損することなしには標準的工具でクランクシャフトを固定回転できないほど大きい場合がある。固定回転中に引張応力がかかることから、外部荷重によって回転荷重を減じ、それで、外部荷重なしの固定回転の場合、同様の軸方向内部応力分布を作ることができよう。クランクシャフトでは、この固定回転中の外部荷重は、クランクシャフト支えの弾性曲げ力に相当する（Christian Achmus氏著『固定回転後の複合コンポーネントのエッジ層状態』1998年ブラウンシュヴァイク工科大学公式論文、出版元Papierflieger（Clausthal-Zellerfeld）、1999年刊、110〜111ページ）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題／課題を解決するための手段】
上記出版の結果が本発明の目的となった。すなわち、本発明の目的は、従来の固定回転工具により長い寿命を与えるために、または、普通の寿命を持つ従来の回転工具を使って抗張力材料からなるクランクシャフトを固定回転できるようにするために、クランクシャフトの主ジャーナルまたは連接ロッドピンの表面のフィレットまたは凹部を固定回転する従来公知の装置をさらに開発することである。この場合、さらに開発された装置は、設計が単純で、安全に使用でき、割安でなければならない。
【０００４】
本発明の目的は、運転中に生じるクランクシャフト荷重の方向において補助外部応力を加える一方、フィレットまたは凹部を固定回転することによって達成される。優先実施形態では、本装置は、クランクシャフトのための少なくとも１つの締付チャックからなり、この締付チャックがクランクシャフトの長手方向において引張力を該クランクシャフトにかける。
【０００５】
しかしながら、本発明の目的はまた、クランクシャフトに曲げモーメントを加えることによっても解決できる。このような配列は、締付チャック、心押台またはカラー付プレートからなり、その間でクランクシャフトを締付ける。締付チャック、心押台またはカラー付プレートは、固定回転プロセス中にクランクシャフトが回転する一方、該クランクシャフトに曲げ応力を生じさせ得るように設計される。曲げ応力は、例えば、上記要素をある角度にセットするか、クランクシャフトの半径方向において横シフトさせるかをすることによって生じさせることができる。
【０００６】
一例として特に単純な装置設計は、固定ローラを支持するのに使用される支持ローラを補助曲げ力が加えられるように作ることによって得られる。加えて、補助エキスパンションローラを使ってクランクシャフト支えを拡張することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を数通りの実施形態に基づいて詳細に説明する。添付図面は、略線図の形で示す。
【０００８】
以下説明する実施形態の焦点は、自動車の４気筒エンジン等に使用される種類のクランクシャフト６である。クランクシャフト６は、フランジ７からピボット８まで延びている。フランジ７とピボット８の間にクランクシャフト６の主ジャーナルと連接ロッドピンとが位置し、これらの間にクランクシャフトウェブ９が位置する。図１の左から右に向かって、まず主ジャーナル１、２、３、４、５があり、続いて連接ロッドピン１’、２’、３’、４’がある。図１の実施形態は、引張力１２を軸方向においてクランクシャフト６にかけることのできる２つの締付チャック１０、１１が付与されている。
【０００９】
力１２が軸方向における引張応力を生じさせるので、クランクシャフト６は、固定回転中に締付チャック１０および１１によって拡張される。力１２は、主ジャーナル１〜５と連接ロッドピン１’〜４’とそれぞれ隣接するクランクシャフトウェブ９の間で遷移領域１３および１４において曲げモーメントを生じさせ、そこで、フィレットまたは凹部の固定回転が行われる。クランクシャフト６の軸方向力１２を受ける間に固定回転される遷移領域１３および１４に引張応力が生じる結果として、固定ローラ力は、クランクシャフト６の材料の塑性変形にとって比較的小さくて足り、または同様に、固定ローラ力が大きければ、クランクシャフト６の材料にその分大きい塑性変形が生じることになる。この場合、遷移領域１３および１４の表面に圧縮応力が生じることになる。
【００１０】
例えば１００００ニュートンの軸方向力１２が所定のクランクシャフト６に作用する間に、破損時応力の1/4の予備応力がクランクシャフト６に生じるであろう。これで、固定ローラ力の大きさを減じることが可能となる。
【００１１】
図２および３の実施形態によれば、補助荷重が支持ローラ１５を介してクランクシャフト６にかけられる。補助荷重は、エンジン（図示されていない）内のクランクシャフト６の動作荷重に相当する。図２では、クランクシャフト６は締付チャック１０の中に締込まれている。固定ローラ１７が遷移領域１６において固定回転を開始する。固定ローラ１７は、主ジャーナル１、２、３、４および５と、連接ロッドピン１’、２’、３’および４’との反対側で支持ローラ１５によって支持されている。本例では、支持ローラ１５は補助的に別の力１８にさらされる。
【００１２】
図３から明らかな通り、補助力１８は、加圧できるシリンダ１９によって加えられる。シリンダ１９の力は、ピストンロッド２０を介して支持ローラ１５に直接作用する。支持ローラ１５は固定ローラ１７からの回転荷重を支持し、固定ローラ１７の方は連接ロッドピン１’において遷移領域１６を固定回転する。
【００１３】
図４および５は、横方向力２３および２４にさらされる間のクランクシャフト６に半径方向において作用する曲げモーメント２１および２２を示す。図４に示すケースでは、主ジャーナル３は支持ローラ１５を介して横方向力２３にさらされ、連結アームローラ２’および３’で固定回転される。
【００１４】
固定回転荷重は、矢印２５で表されている。矢印２５の向きは、固定ローラ１７の効果を表す。図５のケースでは、主ジャーナル３は支持ローラ４７を介して横方向力２４にさらされ、クランクシャフト６は連接ロッドピン１’および４’で固定回転される。固定回転荷重はここで働き、参照番号２６で表される通り、支持ローラ１５を介して吸収される。補助力２４は、クランクシャフト６の回転により、ちょうど固定回転されたばかりの点の曲げモーメント２２が所望のレベル、所望の符号を持つように変えられる。
【００１５】
図６によれば、横方向力２７が支持ローラ４８を介してクランクシャフト６のピボット８にかけられる。このケースでは、曲げモーメント２８がクランクシャフト６の内部にクランクシャフト６の全長にわたって生じ、締付チャック１０によって吸収される。クランクシャフト６における曲げモーメント２８はまた、さらなる着脱式固定ローラ装置（図示されていない）または心押台（図示されていない）またはカラー付プレート（図示されていない）を介して生じさせることもできる。また、軸受１〜５および１’〜４’はすべて、所望の大きさ、所望の符号を有する曲げモーメント２８をもって固定回転することができる。
【００１６】
図７の実施形態では、中央の連接ロッドピン２’および３’は補助荷重下で固定回転される。補助荷重は２つの補助力２９および３０によって加えられるが、これら補助力は、クランクシャフト６の連接ロッドピン２’および３’に、それぞれの支持ローラ１５を介して作用する。固定回転荷重３１は、主ジャーナル２、連接ロッドピン２’、主ジャーナル３、連接ロッドピン３’および主ジャーナル４に作用する。補助力２９および３０は補助曲げモーメントを生じさせる。すなわち、これは上死点におけるエンジンのピストン力に相当する。３つの支持ローラ力３２、３３および３４が主ジャーナル２、３および４に作用し、従って、エンジン内のクランクシャフト６の取付力に相当する。支持ローラ力３２、３３および３４は、補助力２９および３０を釣合わせる働きをする。また補助力３２、３３および３４は各々、支持ローラ１５を介してクランクシャフト６にも運ばれる。
【００１７】
破壊の危険があるクランクシャフト６の領域は、これで、補助力２９および３０の補助荷重下で固定回転できるようになる。同じことは、クランクシャフト６の回転角１８０゜全体にわたって中央の主軸ジャーナル３および２つの主ジャーナル２および４にも当てはまる。
【００１８】
この構成では、主ジャーナル２、３および４に作用する固定回転荷重３１が悪い方向に影響を及ぼすので、連接ロッドピン１’および４’は回転できない。解決策としては、クランクシャフト６をシフトさせてから１８０゜回転させる。図８も同様に、２つの主ジャーナル１および２と連接ロッドピン１’の固定回転を示す。補助力３５および３６は主ジャーナル１および２に作用し、補助力３７および３８の方は連接ロッドピン１’および２’に作用する。図８はまた、支持ローラ１５の配列も示す。
【００１９】
正面主ジャーナル４および５と連接ロッドピン３’および４’を固定回転する間、補助力３９および４０は主ジャーナル４および５に作用し、補助力４１および４２は連接ロッドピン３’および４’に作用する。この時、クランクシャフト６は再び１８０゜回転させられる。
【００２０】
本発明の別の実施形態を図１０および１１に基づき説明する。クランクシャフト６の中央の連接ロッドピン２’（図１１）が、固定ローラ工具（図示されていない）の固定ローラ１７によって加工される。連接ロッドピン２’は、矢印４３の方向に回転する。固定ローラ１７は、ガイドローラ４７と連接ロッドピン２’の中点を結ぶ線に関して回転方向４３において量４４だけオフセットされる。図１１から明らかに分かる通り、１対のエキスパンションローラ４５がほぼ同じ量４４だけ反対の方向にオフセットされる。エキスパンションローラ４５は、矢印４６の方向においてクランクシャフト６のウェブ９に作用し、連接ロッドピン２’を矢印４６の方向に拡張する。
【００２１】
例えば、４ｔの固定回転荷重が固定ローラ１７を介して連接ロッドピン２’に加えられた時、エキスパンションローラ４５は、６．２ｋＮの大きさの軸方向拡張力４６を生じさせる。この場合は、引張り残留応力が連接ロッドピン２’とクランクシャフトウェブ９の両方に生じることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 引張力をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図２】 補助荷重をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図３】 補助荷重をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図４】 曲げモーメントを加えるための装置を示す。
【図５】 曲げモーメントを加えるための装置を示す。
【図６】 曲げモーメントを加えるための別の装置を示す。
【図７】 補助力をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図８】 補助力をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図９】 補助力をクランクシャフトに加えるための装置を示す。
【図１０】 クランクシャフトの支えを拡張するための装置を示す。
【図１１】 クランクシャフトの支えを拡張するための装置を示す。
【符号の説明】
１、２、３、４、５…主ジャーナル
１’、２’、３’４’…連接ロッドピン
６…クランクシャフト
７…フランジ
８…ピボット
９…クランクシャフトウェブ
１０、１１…締付チャック
１３、１４、１６…遷移領域
１５…支持ローラ
１７…固定ローラ

Claims (6)

1. クランクシャフト（６）の目標部位に回転荷重（２５、２６）をかけ得る固定ローラ（１７）と、クランクシャフト（６）の主ジャーナル（１、２、３、４、５）と連接ロッドピン（１’、２’、３’、４’）とに配置され、前記固定ローラ（１７）によってクランクシャフト（６）に加えられた前記回転荷重を支持する支持ローラ（１５、４７、４８）とを有し、
   クランクシャフト（６）の主ジャーナル（１、２、３、４、５）と連接ロッドピン（１’、２’、３’、４’）のそれぞれとウェブ（９）との間の遷移領域（１３、１４、１６）にフィレットまたは凹部を形成する装置において、
   前記装置は、前記フィレットまたは凹部の固定回転の間に、クランクシャフト（６）に補助外部荷重を加える補助外部荷重付加手段（１０、１１、１５、４５、４７、４８）を具備し、
   前記補助外部荷重付加手段（１０、１１、１５、４５、４７、４８）は、長手方向と横方向のいずれか一方から補助外部荷重を付加する、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記補助外部荷重付加手段（１０、１１、１５、４５、４７、４８）がクランクシャフト（６）のための少なくとも１つの締付チャック（１０、１１）からなり、該締付チャック（１０、１１）が、クランクシャフト（６）の長手方向において、引張力（１２）を該クランクシャフト（６）にかける、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記補助外部荷重付加手段により補助外部荷重を付加することにより、クランクシャフト（６）に曲げモーメント（２１、２２、２８）をかける、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記補助外部荷重付加手段が、締付チャック（１０）、心押台またはカラー付プレートからなり、該締付チャックと心押台またはカラー付プレートとの間で、クランクシャフト（６）に曲げモーメントをかける、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記補助外部荷重付加手段が、支持ローラ（１５、４７、４８）によって形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 前記補助外部荷重付加手段（４７）が、一対のエキスパンションローラ（４５）を含んでなる、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。

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