JP5665488B2 - クロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド - Google Patents
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Description
この摺動板の変形を抑えるために、従来では、摺動板の板厚を増加させたり、摺動板の変形を抑えるリブを追加設置したりすることによって、摺動板の強度を増大させることとしていた。
すなわち、本発明にかかるクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッドは、ピストン棒の一端と連接棒の一端とを回動可能に接続するピンと、本体側に固定された一側端から他側端へ向かって立設された摺動板に対して摺動しつつ往復動する摺動部と、前記ピンと前記摺動部とを接続する接続部とを備えたクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッドにおいて、前記摺動部の前記往復動方向における端部は、該端部以外の部分よりも薄い厚さの薄厚部とされていることを特徴とする。
なお、腕部によって作用点を決めるため、腕部の他に摺動部へとサイドフォースを伝達するリブ等を設けずに、腕部のみが摺動部に接続されていることが好ましい。
なお、切欠部としては、繰り返し荷重による寿命低下を避けるためにR形状とすることが好ましい。
図1には、本発明の一実施形態にかかるクロスヘッド型ディーゼル機関の概略が示されている。同図に示されたディーゼル機関は、典型的には船舶推進用の主機として用いられ、2ストローク1サイクルのユニフロー掃気方式とされている。
摺動板6は、固定端6aにて隔壁9に対して固定されているだけであり、摺動板6の変形を防止するためのリブ等の補強部材は設けられていない。
図7は、クロスヘッド2の位置に対するサイドフォースの変化を示しており、同図において、横軸はクロスヘッド2を介して摺動板に加わるサイドフォースの大きさを示し、縦軸はクロスヘッド2の往復動方向位置を示す。同図に示されているように、位置Z1及び位置Z2にてサイドフォースが極大値を示すようになっている。これは、位置Z1では、シリンダ内の燃焼空間での爆発によってサイドフォースが増大することを示し、位置Z2では、ピストン棒24(図1参照)が鉛直方向から傾いて摺動板6へ向かう方向(サイド方向)への分力が大きくなることを示す。このように、サイドフォースの大きさは、クロスヘッド2の往復動方向位置に応じて変化する。
変形パターンAは、サイドフォースを受けて摺動板6の自由端6bが固定端6aを支点として撓んで変形するパターンである。
変形パターンBは、シュー8が摺動板6を局所的に押圧し、摺動板6が局所的に凹変形されるパターンである。
以下に、変形パターンA及び変形パターンBのそれぞれに対して、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態のクロスヘッド2は、変形パターンAに対して、図4に示した作用点Pのオフセットが有効に機能する。
すなわち、図5(a)に示されているように、サイドフォースが同図において右方から左方へと加わった場合、摺動板6は、2点鎖線で示すように自由端6bが左方へと変位する(変形パターンA)。
一方、本実施形態のクロスヘッド2は、腕部13aを自由端6b側にオフセットしているので、作用点Pがシュー8の中央軸線C2から自由端6b側にずれることになる。これにより時計回りのモーメントがシュー8に加わり、図5(b)に示すように、シュー8の外側端部8aをピン14側(図において右側)に大きく変位させることができる。このシュー8の変形は、摺動板6の変形パターンAと同様の変形となるので、摺動板6の変形に倣ってシュー8を変形させることになり、摺動板6とシュー8との間の面圧を低下させることができる。
本実施形態のクロスヘッド2は、変形パターンBに対して、図3に示した薄厚部8fが有効に機能する。
すなわち、図6(b)に示されているように、シュー8の端部8c,8dに薄厚部8fを設けているので、この薄厚部8fの剛性はシュー8の中央部8eよりも低下している。これにより、シュー8の端部8c,8dを介して摺動板6に伝達されるサイドフォースを小さくすることができる。したがって、シュー8端部での面圧の局所的増大を回避することができる。例えば、破線で示した比較例のようにシュー8の端部の厚さを中央部と同様に一定とした場合には、シュー8の端部を介して伝達されるサイドフォースは、図6(a)の破線で示すように極大値を示す。これに対して、本実施形態では、図6(a)の実線で示すように、端部8c,8dの剛性を中央部8eに比べて低下させたので、シュー8の端部8c,8dの面圧を中央部8eと同様にほぼ一定とすることができる。
また、摺動板6とは反対側の面が除去された形状の薄厚部8fとしたので、容易に加工することができる。さらに、摺動板6に対する摺動面積を減らすことなく薄厚部8fが形成されるので、面圧を増大させずに薄厚部8fを形成することができる。
図4に示した作用点Pのオフセット方法に代えて、図9に示したオフセット方法を採用することができる。すなわち、図9に示した腕部30は、その基端部30aでは腕部30の中央軸線がシュー8の中央軸線C2に一致するが、基端部30aよりもシュー8側に切欠部31が形成されている。この切欠部31は、摺動板6の固定端6a側(すなわちシュー8の外側端部8a側;同図において上側)に設けられ、摺動板6の自由端6b側(すなわちシュー8の内側端部8b;同図において下側)に向かって形成されている。このように切欠部31を設けることによって、作用点Pをシュー8の内側端部8b側にオフセットさせ、切欠部31における変形を許容することができる。
さらに、切欠部31はR形状とされているので、応力集中を緩和させることによって繰り返し荷重による寿命低下を避けることができるようになっている。
なお、図9に示した腕部30の基端部30aの中心軸線は、シュー8の中央軸線C2に一致した形状とされているが、基端部30aの中心軸線をシュー8の内側端部8b側にオフセットさせてもよい。
さらに、図10(d)に示した薄厚部8fの摺動板6側の形状は、摺動板6の反対側の面(腕部13a側の面)を加工した図10(a)乃至(c)と組み合わせても良い。
3 連接棒
5 架構
6 摺動板
6a 固定端(一側端)
6b 自由端(他側端)
8 シュー(摺動部)
8a 外側端部(一側端側の端部)
8b 内側端部(他側端側の端部)
8c 上端(端部)
8d 下端(端部)
8e 中央部(端部以外の部分)
8f 薄厚部
13 連結板(接続部)
13a 腕部
14 ピン
Claims (6)
- ピストン棒の一端と連接棒の一端とを回動可能に接続するピンと、
本体側に固定された一側端から他側端へ向かって立設された摺動板に対して摺動しつつ往復動する摺動部と、
前記ピンと前記摺動部とを接続する接続部と、
を備えたクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッドにおいて、
前記摺動部の前記往復動方向における端部は、該端部以外の部分よりも薄い厚さの薄厚部とされ、
前記薄厚部は、前記摺動板とは反対側の面が除去された形状とされていることを特徴とするクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド。 - 前薄厚部は、前記摺動板側の面が除去された形状されていることを特徴とする請求項1に記載のクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド。
- 前記接続部は、前記ピンから前記摺動部へと向かう力が該摺動部の中央から前記摺動板の前記他側端側へオフセットされた位置に加わるように設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド。
- 前記接続部の前記摺動部側に位置する腕部が、前記摺動部の中央よりも前記摺動板の前記他側端側へオフセットされていることを特徴とする請求項3に記載のクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド。
- 前記接続部の前記摺動部側に位置する腕部の前記一側端側には、前記他側端に向かって形成された切欠部が設けられていることを特徴とする請求項3又は4に記載のクロスヘッド型ディーゼル機関のクロスヘッド。
- 請求項1から5のいずれかに記載されたクロスヘッドを備えていることを特徴とするクロスヘッド型ディーゼル機関。
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