JP4514876B2 - Crankshaft of internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、内燃機関のクランク軸に関し、特に、クランクピン等軸部材とクランクアームとのフィレット部におけるアール面形状に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1は一般的なクランク軸を示しており、ジャーナル2間にクランクピン1を偏芯配置し、1対のクランクアーム3によりジャーナル2とクランクピン1とを一体に結合している。クランクピン1とクランクアーム3とのフィレット部(付根隅部)P1並びにジャーナル2とクランクアーム3とのフィレット部P2を、それぞれアール面加工してある。
【0003】
図3は従来の単アール型のフィレット部P1を示しており、アール面30は単一の曲率半径R0により部分円状(四半円状)に形成され、クランクピン1の表面1aとクランクアーム3の端面3aに、それぞれ滑らかにつながっている。
【0004】
図4は従来例の改良型であって、2段アール型のフィレット部P1を示しており、クランクピン1の表面1aに滑らかにつながる大きな曲率半径R1の1段目アール面31aと、クランクアーム3の端面3aに滑らかにつながる小さな曲率半径R2の2段目アール面31bとを組み合わせている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの高出力化に伴い、クランク軸も強度の向上が求められ、軸径及び材質等の改良と共に、応力が集中するフィレット部についてもその強度の向上が求められている。
【0006】
図3の単アール型では、強度を向上させるためには曲率半径R0を大きくすることになるが、曲率半径R0とアール面30の軸方向幅Lとは同じ値になるため、曲率半径R0の増加に比例してアール面30の軸方向幅Lも増加する。そうすると、クランクピン用軸受メタル10の配置スペースが狭められ、軸受メタル10の軸方向幅を狭くしなければならず、軸受メタル10の面圧が高くなり、この点で高出力化に対応できなくなる。
【0007】
これに対処するために、クランクピン1を長くして軸受メタル10の配置スペースを確保しようとすれば、クランク軸全体が長大化し、エンジンも大形化する。
【0008】
図4の2段アール型では、大きな応力がかかるクランクピン表面1a側のアール面31aを大きな曲率半径R1とすることにより、応力に対する強度を維持し、一方、比較的応力が小さいクランクアーム端面3a側のアール面31bを小さな曲率半径R2とすることにより、全体アール面31の軸方向幅Lを、大きな曲率半径R1よりも小さくし、これによりクランクピン用軸受メタル10の軸方向の配置スペースを充分に確保し、軸受メタル10の幅が狭くなるのを防ぐことができる。
【0009】
ところが、曲率半径(R1,R2)の異なる2つのアール面31a,31bを継ぎ足して全体アール面31を構成しているので、アール面31a,31bの継ぎ目Aを境として応力分布が2つの異なるパターンに分割されてしまい、応力ピークが2箇所で発生し、この点で応力に対する強度に問題が生じてくる。
【0010】
また、2段アール型のアール面31を成形加工する場合には、まず2段アール面の原型としてテンプレートを製作し、該テンプレートに倣って研削砥石の表面を2段アール型にトリミングしなければならず、しかも、数回研削加工する毎に、テンプレートによって砥石表面を再トリミングしなければならず、加工に手間がかかる。
【0011】
【発明の目的】
本願発明は、エンジンの高出力に対して、軸受メタルの軸方向の配置スペースを確保しつつ、フィレット部にかかる応力を緩和し、かつ、強度を向上させることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項1記載の発明は、ジャーナル(2)と該ジャーナル(2)から偏心するクランクピン(1)とを、クランクアーム(3)により一体に結合するクランク軸において、前記クランクピン(1)と前記クランクアーム(3)とのフィレット部(P1)、並びに前記ジャーナル(2)と前記クランクアーム(3)とのフィレット部(P2)に、それぞれアール面(5,6)を形成し、前記各アール面(5,6)は、長径がクランク軸芯と平行な楕円を基礎とする部分楕円形状に形成されると共に、各アール面(5,6)の基礎楕円は、長径と短径の比が2:1である。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の内燃機関のクランク軸において、フィレット部につながるクランクピン又はジャーナルの軸径に対し、アール面の基礎楕円の長径の二分の一の値を、0.05倍程度としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1において、前述の説明内容と部分的に重複するが、まずクランク軸全体の一般的構造を説明する。クランク軸は、ジャーナル2間にクランクピン1を偏芯配置し、1対のクランクアーム3によりジャーナル2とクランクピン1とを一体に結合している。
【0016】
ジャーナル2は、クランクケース等に形成された主軸受11に、主軸受メタル12を介して回転自在に支持され、クランクピン1は連接棒14の大端部側に形成されたクランクピン受け15に、軸受メタル10を介して回動自在に連結されている。
【0017】
クランクピン1とクランクアーム3とのフィレット部(付根隅部)P1並びにジャーナル2とクランクアーム3とのフィレット部P2に、それぞれアール面5,6を形成してある。
【0018】
図2は、クランクピン1とクランクアーム3とのフィレット部P1に本願発明を適用した例を示しており、アール面5は部分楕円形状となっている。アール面5の基礎となる楕円C0は、長径2X方向がクランク軸芯O1(図1)と平行になっており、該楕円C0の1/4を利用して上記アール面5を形成している。
【0019】
したがって、クランクピン1の表面1aに対しては、アール面5のうち、最も曲率半径が大きな部分が滑らかにつながり、クランクアーム3の端面3aに対しては、アール面5のうち、最も曲率半径が小さな部分が滑らかにつながり、しかも、アール面5全体は、途中に継ぎ目を有することなく連続している。また、楕円C0の1/4を利用しているので、アール面5の軸方向幅Lは、基礎楕円C0の長径2Xの二分の一(すなわちX)となり、アール面5の径方向の幅Wは、基礎楕円C0の短径2Yの二分の一(すなわちY)となっている。
【0020】
基礎楕円C0の長径2Xと短径2Yとの比、いいかえればアール面5の軸方向幅Lと、径方向幅Wとの比は、略2:1になっており、また、アール面5の軸方向幅Lは軸受メタル10の厚みt1よりは大きく設定されている。
【0021】
クランクピン1の軸径D1とアール面5の長径2Xとの関係は、長径2Xの二分の一(すなわちX)がクランクピン軸径D1の0.05倍程度となるように設定することが好ましく、この比率であると、応力に対する強度維持が行なえる範囲でありながら、アール面5の軸方向幅Lの増大化を可能な限り抑えることができる。具体的な一例を掲げると、軸径D1が100mm程度のクランクピン1に対して、X=5mm程度の楕円を基礎として、アール面5を形成する。
【0022】
長径2Xと短径2Yとの比率を2:1程度に設定していると、アール面5の軸方向幅Lをできるだけ短くしながらも、クランクピン表面1a側の最大曲率半径とクランクアーム端面3a側の最小曲率半径との差が極端に大きくなるのを防ぐことができる。
【0023】
なお、長径2Xの二分の一(すなわちX)がクランクピン軸径D1の0.05倍程度より大きくなると、応力に対する強度は増加してくるのであるが、クランクピン用軸受メタル10の軸方向幅が犠牲になり始めることになる。一方、長径2Xの二分の一(すなわちX)がクランクピン軸径D1の0.05倍程度より小さくなると、応力に対する強度が低くなってくることになる。
【0024】
図2では、クランクピン1とクランクアーム3とのフィレット部P1について説明したが、図1のジャーナル2とクランクアーム3とのフィレット部P2のアール面6についても適用できるのは勿論であり、図2の場合と同様に楕円を基礎としたアール面を形成することができる。
【0025】
ただし、クランクピン1とジャーナル2とを比較した場合、1つの気筒に対してクランクピン1は1本で筒内圧に対応するのに比べ、ジャーナルは2本で対応することになり、しかも、一般的にクランクピン1はジャーナル2よりも細径で製造されるので、エンジンの高出力化に対しては、部分楕円のアール面をクランクピンに適用する場合の方が効果は顕著である。
【0026】
【その他の発明の実施の形態】
(1)楕円の長径2Xと短径2Yの比率は、2:1に限定されるものではなく、機関の種類により、フィレット部にかかる応力分布に応じて変更することは可能である。
【0027】
(2)クランクピン1等の軸径D1に対する長径2Xの二分の一(すなわちX)の値の倍率は、前記0.05倍程度に限定されるものではなく、機関の種類により、フィレット部にかかる応力分布に応じて変更することは可能である。
【0028】
以上説明したように本願発明によると、
(1)クランク軸のフィレット部P1(又はP2)に形成されるアール面5(又は6)を、長径2Xがクランク軸芯O1と平行な楕円C0を基礎とする部分楕円形状としているので、アール面5の曲率半径は、クランクピン表面1a側からクランクアーム端面3a側へいくに従い、大きい値から小さい値へと滑らかに変化することになる。これにより、大きな応力がかかるクランクピン表面1a側部分では大きな曲率半径により応力に対する強度を維持し、一方、比較的小さな応力がかかるクランクアーム端面3a側の部分では小さな曲率半径によりアール面5の軸方向幅Lを小さく抑え、それにより軸受メタル10の軸方向の配置スペースを確保し、クランク軸を長大化することなく軸受メタル10の面圧を低く抑えることができる。
すなわち、アール面5の軸方向幅Lの増加を抑えて、クランク軸の長大化を防ぎつつ、フィレット部P1にかかる応力に対する強度を保つことができる。
【0029】
(2)アール面5を、クランクピン表面1a等軸部材表面からクランクアーム端面3aまで、滑らかにつながる部分楕円形状としているので、図4の2段アール型のように、途中にアール面の継ぎ目が生じて応力ピークが分離した応力分布になることはない。
すなわち、応力分布をなだらかな分布に緩和して、応力に対する強度を安定させることができる。
【0030】
(3)アール面5を部分楕円形状としているので、アール面5を成形する場合において、図4の2段アール型のように、テンプレートを用いて砥石をトリミングする必要はなく、数値制御による研削によって簡単に加工することができる。
【0031】
(4)請求項2記載の発明のように、フィレット部P1に形成されるアール面5の基礎楕円C0を、長径2Xと短径2Yの比が略2:1の楕円とすると、アール面5の軸方向幅Lをできるだけ短くしながらも、クランクピン表面1a側(軸部材表面側)の最大曲率半径とクランクアーム端面3a側の最小曲率半径との差が極端に大きくなるのを防ぐことができる。
【0032】
(5)請求項3記載の発明のように、フィレット部P1に形成されるアール面5の基礎楕円C0の長径2Xの二分の一が、フィレット部P1につながるクランクピン1等の軸径D1の0.05倍程度であると、応力に対する強度を保ちながらも、アール面5の軸方向幅Lを充分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一般的なクランク軸の正面図である。
【図2】 本願発明を適用したフィレット部の拡大正面図である。
【図3】 従来例のフィレット部の拡大正面図である。
【図4】 別の従来例のフィレット部の拡大正面図である。
【符号の説明】
1 クランクピン
2 ジャーナル
3 クランクアーム
5,6 アール面
10 クランクピン用軸受メタル
12 主軸受メタル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a crankshaft of an internal combustion engine, and more particularly to a rounded surface shape in a fillet portion between a crankpin and other shaft member and a crank arm.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 shows a general crankshaft, in which a crankpin 1 is eccentrically disposed between
[0003]
FIG. 3 shows a conventional single round type fillet portion P1, and the
[0004]
FIG. 4 shows an improved version of the conventional example, showing a two-stage rounded fillet portion P1, a first-stage rounded surface 31a having a large curvature radius R1 smoothly connected to the surface 1a of the crankpin 1, and a crank arm. 3 is combined with a second rounded surface 31b having a small curvature radius R2 smoothly connected to the third end surface 3a.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Along with the increase in engine output, the crankshaft is also required to have improved strength, and the strength of the fillet portion where stress is concentrated is also required to be improved along with improvements in shaft diameter and material.
[0006]
In the single radius type of FIG. 3, the curvature radius R0 is increased in order to improve the strength. However, since the curvature radius R0 and the axial width L of the
[0007]
In order to cope with this, if the crankpin 1 is lengthened to secure the arrangement space for the bearing
[0008]
In the two-stage round type of FIG. 4, the strength against stress is maintained by setting the radius of curvature R1 on the crankpin surface 1a side to which a large stress is applied to a large curvature radius R1, while the crank arm end surface 3a having a relatively small stress. By setting the radius surface 31b on the side to a small radius of curvature R2, the axial width L of the
[0009]
However, since two round surfaces 31a and 31b having different radii of curvature (R1, R2) are joined together to form the
[0010]
In addition, when forming the
[0011]
OBJECT OF THE INVENTION
The object of the present invention is to relieve the stress applied to the fillet portion and improve the strength while securing the axial arrangement space of the bearing metal for high engine output.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application is a crankshaft in which a journal (2) and a crankpin (1) eccentric from the journal (2) are coupled together by a crank arm (3). , The fillet portion (P1) between the crank pin (1) and the crank arm (3) and the fillet portion (P2) between the journal (2) and the crank arm (3) 6), and each of the round surfaces (5, 6) is formed in a partial elliptical shape based on an ellipse whose major axis is parallel to the crankshaft core, and the basic ellipse of each round surface (5, 6). The ratio of the major axis to the minor axis is 2 : 1.
[0013]
The invention according to
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, although partially overlapping with the above description, the general structure of the entire crankshaft will be described first. In the crankshaft, the crankpin 1 is eccentrically disposed between the
[0016]
The
[0017]
[0018]
FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to the fillet portion P1 between the crankpin 1 and the
[0019]
Therefore, the portion with the largest radius of curvature of the
[0020]
The ratio of the
[0021]
The relationship between the shaft diameter D1 of the crankpin 1 and the
[0022]
When the ratio of the
[0023]
In addition, when the half of the
[0024]
2, the fillet portion P1 between the crankpin 1 and the
[0025]
However, when comparing the crankpin 1 and the
[0026]
[Other Embodiments]
(1) The ratio of the
[0027]
(2) The magnification of the half of the
[0028]
As explained above, according to the present invention,
(1) Since the rounded surface 5 (or 6) formed in the fillet portion P1 (or P2) of the crankshaft has a partially elliptical shape based on an ellipse C0 whose
That is, it is possible to keep the strength against the stress applied to the fillet portion P1 while suppressing an increase in the crankshaft length by suppressing an increase in the axial width L of the
[0029]
(2) Since the
That is, the stress distribution can be relaxed to a gentle distribution, and the strength against stress can be stabilized.
[0030]
(3) Since the
[0031]
(4) When the basic ellipse C0 of the
[0032]
(5) As in the third aspect of the invention, a half of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a general crankshaft.
FIG. 2 is an enlarged front view of a fillet portion to which the present invention is applied.
FIG. 3 is an enlarged front view of a fillet portion of a conventional example.
FIG. 4 is an enlarged front view of a fillet portion of another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記クランクピン(1)と前記クランクアーム(3)とのフィレット部(P1)、並びに前記ジャーナル(2)と前記クランクアーム(3)とのフィレット部(P2)に、それぞれアール面(5,6)を形成し、
前記各アール面(5,6)は、長径がクランク軸芯と平行な楕円を基礎とする部分楕円形状に形成されると共に、各アール面(5,6)の基礎楕円は、長径と短径の比が2:1であることを特徴とする内燃機関のクランク軸。In a crankshaft in which a journal (2) and a crankpin (1) eccentric from the journal (2) are coupled together by a crank arm (3),
The fillet portion (P1) between the crankpin (1) and the crank arm (3) and the fillet portion (P2) between the journal (2) and the crank arm (3) are respectively provided with rounded surfaces (5, 6). )
Each of the round surfaces (5, 6) is formed in a partial ellipse shape whose major axis is based on an ellipse parallel to the crankshaft core, and the basic ellipse of each round surface (5, 6) has a major axis and a minor axis. The crankshaft of the internal combustion engine, characterized in that the ratio is 2 : 1.
フィレット部につながるクランクピン又はジャーナルの軸径に対し、アール面の基礎楕円の長径の二分の一の値を、0.05倍程度としていることを特徴とする内燃機関のクランク軸。The crankshaft of the internal combustion engine according to claim 1,
A crankshaft of an internal combustion engine, wherein a half value of a major diameter of a base ellipse of a rounded surface is about 0.05 times a shaft diameter of a crankpin or a journal connected to a fillet portion.
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