JP7425234B2 - Large turbocharged 2-stroke uniflow crosshead crankshaft for internal combustion engines - Google Patents
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Description
本発明は、２つのクランクウェブ及びクランクピンを有するクランクスローを複数備える大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関のためのクランクシャフトに関する。前記クランクウェブは各々孔を有し、前記複数のクランクスローはメインジャーナルピンによって互いに結合されており、前記メインジャーナルピンは、直径Ｄｃを有するメインジャーナルピン中央部と直径Ｄｓを有する二つの円柱形メインジャーナルピン端部とを有すると共に、関連する前記クランクウェブの孔に挿入される。 The present invention relates to a crankshaft for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine with a plurality of crank throws having two crank webs and a crank pin. Each of the crank webs has a hole, and the plurality of crank throws are connected to each other by a main journal pin, and the main journal pin has a central part of the main journal pin having a diameter Dc and two cylindrical shapes having a diameter Ds. a main journal pin end and inserted into a hole in the associated crank web.
前記クランクシャフトは、前記メインジャーナルピン中央部と前記メインジャーナルピン端部との間の移行領域における応力集中を低減するために、前記メインジャーナルピンにフィレットを有する。 The crankshaft has a fillet in the main journal pin to reduce stress concentrations in a transition region between the main journal pin central portion and the main journal pin end portion.
前記メインジャーナルピンにおける前記フィレットの少なくとも幾つかは、前記メインジャーナルピンのみに設けられている。 At least some of the fillets on the main journal pin are provided only on the main journal pin.
大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関は、タンカーやコンテナ船などの大型外航船や発電所の原動機として使用されることが多い。 Large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engines are often used as prime movers in large ocean-going vessels such as tankers and container ships, and in power plants.
前述の形式のクランクシャフトはよく知られており、例えばＵＳ１，１３６，５２４Ａに記載されている。大型２ストローク内燃機関用のクランクシャフトは、その大きさのために半組立式である。すなわち、複数の小さな部品をまず製造し、後でそれらを組み立てて製造する。添付図面において、図１は半組立式クランクシャフト２０の一例を示し、図２は半組立式クランクシャフト２０の要部を示している。半組立式クランクシャフト２０は、機関の複数のシリンダの各々にそれぞれ対応する複数のシリンダ部を有する。図１を参照すると、しばしばクランクスロー３と呼ばれるクランクシャフトシリンダ部３は、２枚のクランクウェブ５と、１本のクランクピン４から構成されている。クランクウェブ５はクランクピン４の端部のいずれかに取り付けられている。図２を参照すると、各クランクウェブ５は孔６を有する。この孔にはメインジャーナルピン１の端部１ａが挿入され、それによって複数のクランクスロー３が結合される。 Crankshafts of the aforementioned type are well known and are described, for example, in US 1,136,524A. Crankshafts for large two-stroke internal combustion engines are semi-assembled due to their size. That is, multiple small parts are manufactured first and then assembled and manufactured later. In the accompanying drawings, FIG. 1 shows an example of a semi-assembled crankshaft 20, and FIG. 2 shows main parts of the semi-assembled crankshaft 20. The semi-assembled crankshaft 20 has a plurality of cylinder parts corresponding to each of the plurality of cylinders of the engine. Referring to FIG. 1, a crankshaft cylinder section 3, often referred to as a crank throw 3, is composed of two crank webs 5 and one crank pin 4. A crank web 5 is attached to either end of the crank pin 4. Referring to FIG. 2, each crank web 5 has a hole 6. The end portion 1a of the main journal pin 1 is inserted into this hole, thereby connecting the plurality of crank throws 3.
半組立式クランクシャフト２０を組み立てるとき、メインジャーナルピン１は、クランクウェブ５の穴６に挿入され、焼き嵌めの手法を用いてそれぞれのクランクスロー３のクランクウェブ５と接合される。すなわちジャーナルピンは、クランクウェブ５の穴６の直径よりも大きなサイズを有している。組み立てられた後、大型旋盤でクランクシャフト全体を機械加工し、最終的にメインジャーナルとクランクピンジャーナルを作成し、全てのジャーナルの共線性を確保する。 When assembling the semi-assembled crankshaft 20, the main journal pin 1 is inserted into the hole 6 of the crank web 5 and joined to the crank web 5 of the respective crank throw 3 using a shrink fit technique. That is, the journal pin has a size larger than the diameter of the hole 6 in the crank web 5. Once assembled, the entire crankshaft is machined on a large lathe to finally create the main journal and crankpin journal, ensuring collinearity of all journals.
図１、図２及び図３を参照すると、メインジャーナルピン１は、メインジャーナルピン中央部１ｂとメインジャーナルピン端部１ａとを有し、その直径は、メインジャーナルピン中央部の直径Ｄｃよりメインジャーナルピン端部１ａの縮径部Ｄｓの方が太い。クランクシャフト２０の最終加工時に、メインジャーナルピン中央部１ｂとメインジャーナルピン端部１ａとの間の移行領域における応力集中を低減するために、メインジャーナルピン１上にフィレット１１を形成することが既知の手法である。これらのフィレット１１をメインジャーナルピンフィレット１１と呼ぶ。同時に、クランクウェブ５においても、クランクウェブ５とメインジャーナルピン端部１ａとの焼き嵌め部の周囲孔６において、メインジャーナルピン１からクランクウェブ５への完全に滑らかな移行を確保するために、フィレット１２が加工される。それゆえ、メインジャーナルピンフィレット１１とクランクウェブ５上に機械加工されたフィレット１２とからなるフィレット１３が、メインジャーナルピン１とクランクウェブ５の穴６との間の移行部に設けられる。焼き嵌め接続は、クランクウェブ５の孔６の軸方向長からフィレット１２の深さを差し引いた長さＬに一致する長さを有する。 Referring to FIGS. 1, 2, and 3, the main journal pin 1 has a main journal pin central portion 1b and a main journal pin end portion 1a, and the diameter thereof is larger than the diameter Dc of the main journal pin central portion. The reduced diameter portion Ds of the journal pin end portion 1a is thicker. It is known to form a fillet 11 on the main journal pin 1 during final machining of the crankshaft 20 in order to reduce stress concentration in the transition region between the main journal pin central part 1b and the main journal pin end 1a. This is the method. These fillets 11 are called main journal pin fillets 11. At the same time, in the crank web 5, in order to ensure a completely smooth transition from the main journal pin 1 to the crank web 5, in the peripheral hole 6 of the shrink fit between the crank web 5 and the main journal pin end 1a, Fillet 12 is processed. Therefore, a fillet 13 consisting of a main journal pin fillet 11 and a fillet 12 machined onto the crank web 5 is provided at the transition between the main journal pin 1 and the hole 6 of the crank web 5. The shrink-fit connection has a length that corresponds to the length L of the axial length of the hole 6 in the crank web 5 minus the depth of the fillet 12.
機関の高出力化と小型化は、半組立式クランクスローが伝達しうるトルクと、それが耐えられうる動的負荷によって制限される。トルク容量は、焼き嵌め接続長Ｌ、オーバーサイズ／直径干渉、シャフトとハブの直径などの単純な幾何学的尺度によって決まり、応力は、メインジャーナルピン１ｂの中央部分の直径Ｄｃ（図２参照）とメインジャーナルピン１のフィレット１１半径によって支配される。これらのパラメータを増加させる最も簡単な方法は焼き嵌め接続長さＬとメインジャーナルピンフィレット半径の増大であるが、どちらもシリンダ距離の増大とそれによる機関全体の重量増加につながる。機関の設計目標が、性能向上と（重量による）コストダウンであることを考えると、焼き嵌め接続長、メインジャーナルピンフィレット半径、シリンダ距離の既存の関連性は不利である。 Higher power and smaller engines are limited by the torque that a semi-assembled crank throw can transmit and the dynamic loads it can withstand. The torque capacity is determined by simple geometric measures such as the shrink-fit connection length L, oversize/diameter interference, shaft and hub diameters, and the stress is determined by the diameter Dc of the central portion of the main journal pin 1b (see Figure 2). and the fillet 11 radius of the main journal pin 1. The simplest ways to increase these parameters are to increase the shrink-fit connection length L and the main journal pin fillet radius, but both lead to an increase in cylinder distance and therefore an increase in overall engine weight. Given that engine design goals are to improve performance and reduce cost (by weight), the existing relationship between shrink-fit connection length, main journal pin fillet radius, and cylinder distance is disadvantageous.
本発明の目的は、メインジャーナルピン中央部とメインジャーナルピン端部との間の移行領域にフィレットを有する、冒頭に述べた種類のクランクシャフトであって、伝達可能なトルクとそれに耐えられる動的負荷に関する上記の課題を少なくとも大幅に軽減することができる、クランクシャフトを提供することである。 The object of the invention is a crankshaft of the type mentioned at the outset, with a fillet in the transition region between the central part of the main journal pin and the ends of the main journal pin, which provides a torque transmittable and a dynamic The object of the present invention is to provide a crankshaft that can at least significantly reduce the above-mentioned problems regarding loads.
上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や発明の詳細な説明、図面から明らかになるだろう。 The above-mentioned and other objects are solved by the features of the independent claims. More specific implementation forms will become apparent from the dependent claims, the detailed description of the invention, and the drawings.
第１の捉え方によれば、２つのクランクウェブ及びクランクピンを有するクランクスローを複数備える大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関のためのクランクシャフトが提供される。このクランクシャフトにおいて、前記クランクウェブは各々孔を有し、前記複数のクランクスローはメインジャーナルピンによって互いに結合されており、前記メインジャーナルピンは、直径Ｄｃを有するメインジャーナルピン中央部と直径Ｄｓを有する二つの円柱形メインジャーナルピン端部とを有すると共に、関連する前記クランクウェブの孔に挿入される。
前記クランクシャフトは、前記メインジャーナルピン中央部と前記メインジャーナルピン端部との間の移行領域における応力集中を低減するために、前記メインジャーナルピンにフィレットを有する。
前記メインジャーナルピンにおける前記フィレットの少なくとも幾つかは、前記メインジャーナルピンのみに設けられている。そして前記クランクシャフトは、前記メインジャーナルピン端部の直径Ｄｓが前記メインジャーナルピン中央部の直径Ｄｃよりも太く、前記フィレットは、前記メインジャーナルピン端部の端面であって前記メインジャーナルピン中央部に面する端面に形成されていることを特徴とする。
According to a first perspective, there is provided a crankshaft for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine with a plurality of crank throws having two crank webs and a crank pin. In this crankshaft, each of the crank webs has a hole, and the plurality of crank throws are connected to each other by a main journal pin, and the main journal pin has a central portion having a diameter Dc and a diameter Ds. two cylindrical main journal pin ends having a cylindrical shape and inserted into holes in the associated crank web.
The crankshaft has a fillet in the main journal pin to reduce stress concentrations in a transition region between the main journal pin central portion and the main journal pin end portion.
At least some of the fillets on the main journal pin are provided only on the main journal pin. In the crankshaft , a diameter Ds at an end of the main journal pin is larger than a diameter Dc at a center of the main journal pin, and the fillet is an end surface of the end of the main journal pin and a center portion of the main journal pin. It is characterized by being formed on the end face facing the.
提案のようにメインジャーナルピンのみにフィレットを設けることにより、焼き嵌め接続長Ｌとその結果得られるトルク容量は、もはやメインジャーナルピンフィレットの半径に関連しない。これにより、シリンダ距離及び機関全長を増加させることなく、疲労に対するメインジャーナルピンフィレットの安全性を高め、トルク容量に妥協のない（あるいは改善された）クランクスロー設計が可能となる。また、クランクウェブの加工が不要なため、焼き嵌め接続長をメインジャーナルピンフィレット半径から独立させることができる。 By providing a fillet only on the main journal pin as proposed, the shrink-fit connection length L and the resulting torque capacity are no longer related to the radius of the main journal pin fillet. This increases the safety of the main journal pin fillet against fatigue without increasing cylinder distance and overall engine length, and allows for a crank throw design that does not compromise (or improve) torque capacity. Furthermore, since processing of the crank web is not required, the shrink-fit connection length can be made independent of the main journal pin fillet radius.
最適な効果を得るために、前記メインジャーナルピンのみに作られたフィレットは、環状のフィレットとして作られることが好ましい。さらに、これらのフィレットは、メインジャーナルピンの全周に亘って延在していることが好ましい。 In order to obtain an optimum effect, the fillet made only on said main journal pin is preferably made as an annular fillet. Furthermore, these fillets preferably extend around the entire circumference of the main journal pin.
メインジャーナルピンフィレットの形状は、メインジャーナルピンの上部で完全なフィレットであるように、下部では切り詰められたフィレットであるように、形状を変えることができる。なぜなら、クランクピンに最も近いフィレットの半分で負荷が最も高くなるからである。従って、メインジャーナルピンにおけるフィレットの形状は、非対称に作成されることができる。なぜなら、本発明によるクランクシャフトのメインジャーナルピンにおけるフィレットは、クランクシャフトが組み立てられる前に作成される可能性があるからである。 The shape of the main journal pin fillet can vary from a full fillet at the top of the main journal pin to a truncated fillet at the bottom. This is because the load is highest in the half of the fillet closest to the crankpin. Therefore, the shape of the fillet in the main journal pin can be made asymmetrically. This is because the fillet in the main journal pin of the crankshaft according to the invention may be created before the crankshaft is assembled.
フィレットは、実際には、メインジャーナルピン中央部とメインジャーナルピン端部との間の移行領域における応力集中を低減する任意の適切な形状を有することができる。本発明の好ましい実施形態では、前記フィレットは、断面で見て、それぞれが曲率半径を有する複数の円形部分を有する表面を有する。前記複数の円形部分の角度和は、全円の少なくとも１２０度、好ましくは少なくとも１５０度、最も好ましくは少なくとも１８０度であることが好ましい。 The fillet can have virtually any suitable shape that reduces stress concentrations in the transition region between the main journal pin center and the main journal pin ends. In a preferred embodiment of the invention, said fillet has a surface having a plurality of circular sections, each having a radius of curvature, viewed in cross section. Preferably, the sum of the angles of the plurality of circular portions is at least 120 degrees, preferably at least 150 degrees, and most preferably at least 180 degrees of the total circle.
断面で見た前記フィレットの表面は、さらに、複数の線形部分を有してもよい。 The surface of the fillet viewed in cross section may further include a plurality of linear sections.
前記フィレットの実際の設計は、円形部分及び線形部分の選択に依存し、前記フィレットの高さを定義する。 The actual design of the fillet depends on the selection of circular and linear sections, which define the height of the fillet.
メインジャーナルピン端部の強度が、クランクウェブの孔の軸方向長に対応する長さの効果的な焼き嵌め接続を提供するのに十分であることを保証するために、メインジャーナルピン端部は、フィレットを囲む環状のリップを備えることが好ましい。当該リップは適切な高さを有する。 To ensure that the strength of the main journal pin end is sufficient to provide an effective shrink fit connection of length corresponding to the axial length of the hole in the crank web, the main journal pin end is , preferably includes an annular lip surrounding the fillet. The lip has an appropriate height.
提案したような方法でメインジャーナルピンフィレットの半径から焼き嵌め接続長の関連性を取り除くために、メインジャーナルピンの端部部分の直径は、既知のクランクシャフトと比較して太くさせられるべきであり、メインジャーナルピンのメインジャーナルピン中央部の直径よりも太くすることが望ましい。従って、メインジャーナルピンの端部部分の直径は、メインジャーナルピンの中央部の直径より太くすることが好ましく、断面で見て環状フィレットの高さの少なくとも２倍に環状リップの高さの２倍を加えた太さにすることが好ましい。従って、様々な機関サイズに対する推定は、比Ｄｓ／Ｄｃが１．１～２の範囲であるべきであることを示す。 In order to remove the relevance of the shrink-fit connection length from the radius of the main journal pin fillet in the proposed method, the diameter of the end section of the main journal pin should be made thicker compared to the known crankshaft. , it is desirable that the diameter of the main journal pin be larger than the diameter of the central portion of the main journal pin. Therefore, the diameter of the end portion of the main journal pin is preferably larger than the diameter of the central portion of the main journal pin, and is at least twice the height of the annular fillet and twice the height of the annular lip when viewed in cross section. It is preferable that the thickness be increased by adding . Estimates for various engine sizes therefore indicate that the ratio Ds/Dc should be in the range 1.1-2 .
断面で見た各フィレットの高さは、好ましくはメインジャーナルピン１の中央部の直径の１～１０％、最も好ましくは３％程度である。また、環状リップの高さは、好ましくはメインジャーナルピンの中央主部の直径の０，５～５％、最も好ましくは１，５％程度である。 The height of each fillet in cross section is preferably about 1 to 10%, most preferably about 3%, of the diameter of the central portion of the main journal pin 1. Further, the height of the annular lip is preferably about 0.5 to 5%, most preferably about 1.5%, of the diameter of the central main portion of the main journal pin.
このように、メインジャーナルピン端部に、フィレットと環状リップを共に十分な高さで収容できる空間を確保するために、メインジャーナルピンの端部の直径は、メインジャーナルピンの中央部の直径より少なくとも１０％、好ましくは２５％、最も好ましくは５０％大きいことが好ましい。これにより、記載したフィレットを有するメインジャーナルピンを製造することができ、比較的大きな径のフィレットを完全にメインジャーナルピン内に配することができる。加えて、メインジャーナルピンの端部は、環状フィレットを囲む環状リップを備えることができ、これにより、フィレットを作らない場合とほぼ同じ長さの焼き嵌め接続を得ることができる。 Thus, in order to have enough space at the end of the main journal pin to accommodate both the fillet and the annular lip, the diameter of the end of the main journal pin is smaller than the diameter of the center part of the main journal pin. Preferably it is at least 10% larger, preferably 25% and most preferably 50% larger. This makes it possible to produce a main journal pin with the described fillet, and to place the fillet of relatively large diameter completely within the main journal pin. In addition, the end of the main journal pin can include an annular lip that surrounds an annular fillet, thereby providing a shrink-fit connection of approximately the same length as without the fillet.
本発明の最も好ましい実施形態では、断面で見たフィレットの表面は、全円の少なくとも１８０度に亘る長さを有する。また、焼き嵌め長が、可能な最大の長さを有するため、選択されたウェブの厚さで最大のトルク伝達能力を提供する。 In a most preferred embodiment of the invention, the surface of the fillet in cross section has a length that spans at least 180 degrees of a full circle. Additionally, the shrink fit length has the largest possible length, thus providing maximum torque transmission capability at the selected web thickness.
疲労強度や降伏強度の高い高規格材料を使用することで、より高いトルク容量とメインジャーナルピンフィレットの安全性を得ることができる。しかし、高スペックな材料はかなり高価であり、全てのクランクシャフトメーカーが容易に入手できるものではありない。提案する設計は、広く入手可能な標準的な材料を使用して同様の利点を提供しる。 Higher torque capacity and main journal pin fillet safety can be obtained by using high specification materials with high fatigue and yield strength. However, high-spec materials are quite expensive and not readily available to all crankshaft manufacturers. The proposed design provides similar benefits using widely available standard materials.
以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、本願発明をより詳細に説明する。
図１～３は、本書の冒頭部分で前述した既知の半組立式クランクシャフトの一例を示すものである。 1 to 3 show an example of the known semi-assembled crankshaft mentioned above in the opening part of this document.
図４は、本発明による半組立式クランクシャフトの一実施形態の断面図である。図４では、図１～３と同じ参照番号が対応する要素に使用されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of one embodiment of a semi-assembled crankshaft according to the present invention. In FIG. 4, the same reference numbers as in FIGS. 1-3 are used for corresponding elements.
図４の左側には、孔６を有するクランクウェブ５と、メインジャーナルピン中央部１ｂ及び端部１ａを有するメインジャーナルピン１の一部が示されている。図示のように、メインジャーナルピン１の端部１ａは、クランクウェブ５の孔６に挿入され、通常焼き嵌めによりクランクウェブ５に結合される。すなわちメインジャーナルピン１は、クランクウェブ５の孔６の直径によりも大きなサイズを有している。焼き嵌め接続は、クランクウェブ５の穴６の軸方向延長にほぼ対応する長さＬを有している。 On the left side of FIG. 4, a crank web 5 with a hole 6 and a part of a main journal pin 1 with a main journal pin central part 1b and an end part 1a are shown. As shown, the end 1a of the main journal pin 1 is inserted into the hole 6 of the crank web 5 and is coupled to the crank web 5, usually by shrink fitting. That is, the main journal pin 1 has a larger size than the diameter of the hole 6 in the crank web 5. The shrink-fit connection has a length L that approximately corresponds to the axial extension of the hole 6 in the crank web 5.
メインジャーナルピン１は、メインジャーナルピン中央部１ｂとメインジャーナルピン端部１ａとを有し、その直径は、メインジャーナルピン中央部の直径Ｄｃよりメインジャーナルピン端部１ａの縮径部Ｄｓの方が太い。メインジャーナルピン中央部１ｂとメインジャーナルピン端部１ａとの間の移行領域における応力集中を低減するために、メインジャーナルピン１上にフィレット１１を形成することが一般的である。 The main journal pin 1 has a main journal pin center portion 1b and a main journal pin end portion 1a, and the diameter thereof is greater than the diameter Dc of the main journal pin center portion at the reduced diameter portion Ds of the main journal pin end portion 1a. is thick. It is common to form a fillet 11 on the main journal pin 1 in order to reduce stress concentrations in the transition region between the main journal pin central portion 1b and the main journal pin end portion 1a.
本発明によれば、フィレット１１はメインジャーナルピン１にのみ設けられ、好ましくは機械加工によって、メインジャーナルピン１のメインジャーナルピン端部１ａの端面１ｃに設けられる。端面１ｃはメインジャーナルピン中央部１ｂに面している。それによって、焼き嵌め接続長Ｌは、クランクウェブ５とその中の孔６の選択された寸法のうちで可能な限り長くなり、結果としてクランクシャフト２０のトルク容量は、もはやメインジャーナルピンフィレットの半径に関連しないようにすることができる。というのは、クランクウェブ５又はメインジャーナルピン端部１ａのいずれのフィレット又は部分も、これらの要素が出会う領域においては機械加工されないからである。ただし、小さな面取り部２は作成されることがあり、これは、焼き嵌め接続の端部で高い収縮圧力を確保するために、メインジャーナルピン中央部に面したメインジャーナルピン端部の端部に作成されることがあるためである。高い収縮圧力は、焼き嵌め接続部における微小な滑りやフレッティングを抑制するため好ましい。シリンダ距離や機関全長を増加させることなく、トルク容量を維持、あるいは増加させることができる。 According to the invention, the fillet 11 is provided only on the main journal pin 1, preferably by machining, on the end face 1c of the main journal pin end 1a of the main journal pin 1. The end surface 1c faces the main journal pin central portion 1b. Thereby, the shrink-fit connection length L is as long as possible within the selected dimensions of the crank web 5 and the hole 6 therein, with the result that the torque capacity of the crankshaft 20 is no longer as large as the radius of the main journal pin fillet. can be made unrelated. This is because no fillets or sections of the crank web 5 or the main journal pin end 1a are machined in the area where these elements meet. However, a small chamfer 2 may be created at the end of the main journal pin end facing the center of the main journal pin to ensure high shrinkage pressure at the end of the shrink fit connection. This is because it may be created. High shrinkage pressure is preferred because it suppresses minute slippage and fretting in the shrink-fit connection. Torque capacity can be maintained or increased without increasing cylinder distance or overall engine length.
図から解るとおり、フィレット１１は、メインジャーナルピン１の全周に亘って設けられる環状のフィレットとされている。 As can be seen from the figure, the fillet 11 is an annular fillet provided around the entire circumference of the main journal pin 1.
本発明の例示的な実施形態では、フィレット１１は、図５に見られるように、断面で見て、曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をそれぞれ有する３つの円部分３０ａ、ｂ、ｃ、及び２つの直線部分３０ｄ、３０ｅを有する表面３０を有している。直線部３０ｅはフィレット１１の底部に位置している。ここで、円形部分の角度和は、図示の実施形態では１８０度以上、より正確には約１９４度である。 In an exemplary embodiment of the invention, the fillet 11, as seen in FIG. It has a surface 30 with straight portions 30d and 30e. The straight portion 30e is located at the bottom of the fillet 11. Here, the sum of the angles of the circular portions is greater than 180 degrees in the illustrated embodiment, more precisely approximately 194 degrees.
図５に示す実施形態では、フィレット１１は、円形部分３０ａにアンダーカット３０ｕを有しており、この部分はメインジャーナルピン１中央部１ｂにわずかな距離入り込んでいる。このアンダーカット３０ｕは、クランクシャフトが軸方向の異常振動を受けたときに、メインジャーナルピン１に関連して配置されている軸受シェル（図示せず）の端部がフィレット１１に当たらないようにするために用いられるが、最も重要なことは、メインジャーナルピンフィレット１１の組み立て前に機械加工性を与えていることである。アンダーカットがなければ不可能な軸受面の組み立て後加工により、軸受面の共線性（Collinearity）を確保することができる。 In the embodiment shown in FIG. 5, the fillet 11 has an undercut 30u in the circular portion 30a, which extends a small distance into the central portion 1b of the main journal pin 1. This undercut 30u prevents the end of a bearing shell (not shown) arranged in relation to the main journal pin 1 from hitting the fillet 11 when the crankshaft experiences abnormal vibration in the axial direction. The most important thing is to provide machinability before assembling the main journal pin fillet 11. Post-assembly machining of the bearing surface, which would not be possible without an undercut, makes it possible to ensure collinearity of the bearing surface.
フィレット１１の実際の設計は、円形部分及び線形部分の選択に依存し、フィレット１１の高さＨｆを定義する。図５に示された実施形態は例示に過ぎず、他に非常に多くの可能な実施形態が考えられる。実際の設計は、機関サイズや動的負荷など、他の多くの設計基準に依存する。 The actual design of the fillet 11 depends on the selection of the circular part and the linear part, which defines the height Hf of the fillet 11. The embodiment shown in FIG. 5 is only an example, and numerous other possible embodiments are possible. The actual design will depend on many other design criteria, such as engine size and dynamic loads.
図４及び図５の両方に示すように、メインジャーナル端部１ａは、フィレット１１を囲む環状のリップ８を有している。リップ８は、クランクウェブ５内のそれぞれの孔６の軸方向長さに対応する長さＬでの高圧焼き嵌めを保証する十分な剛性を確保するために、適切な高さＨｌを備えている。 As shown in both FIGS. 4 and 5, the main journal end 1a has an annular lip 8 surrounding a fillet 11. As shown in both FIGS. The lip 8 is provided with a suitable height H l to ensure sufficient rigidity to ensure a high pressure shrink fit with a length L corresponding to the axial length of the respective hole 6 in the crank web 5. There is.
提案したような方法でメインジャーナルピンフィレット１１の半径から焼き嵌め接続長Ｌの関連性を取り除くために、メインジャーナルピン１の端部部分の直径Ｄｓは、既知のクランクシャフトと比較して太くさせられるべきであり、メインジャーナルピン１のメインジャーナルピン中央部１ｂの直径Ｄｃよりも大きくすることが望ましい。従って、メインジャーナルピン１の端部部分１ａの直径Ｄｓは、メインジャーナルピン１のメインジャーナルピン中央部１ｂの直径Ｄｃより太くすることが好ましく、断面で見て環状フィレット１１の高さＨｆの少なくとも２倍に環状リップ８の高さＨｌの２倍を加えた太さにすることが好ましい。従って、様々な機関サイズに対する推定は、比Ｄｓ／Ｄｃが１．１～２の範囲であるべきであることを示す。 In order to remove the relationship of the shrink-fit connection length L from the radius of the main journal pin fillet 11 in the proposed method, the diameter Ds of the end portion of the main journal pin 1 is made thicker compared to known crankshafts. It is desirable that the diameter Dc be larger than the diameter Dc of the main journal pin central portion 1b of the main journal pin 1. Therefore, the diameter Ds of the end portion 1a of the main journal pin 1 is preferably larger than the diameter Dc of the center portion 1b of the main journal pin 1, and is at least as large as the height Hf of the annular fillet 11 when viewed in cross section. Preferably, the thickness is twice the height Hl of the annular lip 8. Estimates for various engine sizes therefore indicate that the ratio Ds/Dc should be in the range 1.1-2 .
断面で見た各フィレット１１の高さＨｆは、好ましくはメインジャーナルピン１の中央主部１ｂの直径の１～１０％、より好ましくは２～５％、最も好ましくは３％程度とする。また、環状リップ８の高さＨｌは、好ましくはメインジャーナルピン１の中央主部１ｂの直径の０，５～５％、最も好ましくは１，５％程度とするとよい。 The height Hf of each fillet 11 when viewed in cross section is preferably about 1 to 10%, more preferably about 2 to 5%, and most preferably about 3% of the diameter of the central main portion 1b of the main journal pin 1. Further, the height H l of the annular lip 8 is preferably about 0.5 to 5%, and most preferably about 1.5%, of the diameter of the central main portion 1b of the main journal pin 1.
このように、メインジャーナルピン端部１ａに、フィレット１１と環状リップ８を共に十分な高さで収容できる空間を確保するために、メインジャーナルピン１の端部１ａの直径Ｄｓは、メインジャーナルピン１の中央部１ｂの直径Ｄｃより少なくとも１０％、好ましくは２５％、最も好ましくは５０％大きいことが好ましい。これにより、記載したフィレット１１を有するメインジャーナルピン１を製造することができ、比較的大きな径のフィレット１１を完全にメインジャーナルピン１内に配することができる。加えて、メインジャーナルピン１の端部１ａは、環状フィレット１１を囲む環状リップ８を備えることができ、これにより、フィレット１１を作らない場合とほぼ同じ長さＬの焼き嵌め接続を得ることができる。 In this way, in order to secure a space in the main journal pin end 1a that can accommodate both the fillet 11 and the annular lip 8 at a sufficient height, the diameter Ds of the end 1a of the main journal pin 1 is 1, preferably at least 10%, preferably 25%, and most preferably 50% larger than the diameter Dc of the central portion 1b of 1. Thereby, the main journal pin 1 having the described fillet 11 can be manufactured, and the relatively large diameter fillet 11 can be completely arranged inside the main journal pin 1. In addition, the end 1a of the main journal pin 1 can be provided with an annular lip 8 surrounding an annular fillet 11, which makes it possible to obtain a shrink-fit connection of approximately the same length L as without the fillet 11. can.
本発明の最も好ましい実施形態では、断面で見たフィレット１１の表面は、全円の少なくとも１８０度に亘る長さを有する。また、焼き嵌め長さＬが、可能な最大の長さを有するため、選択されたウェブの厚さで最大のトルク伝達能力を提供する。 In a most preferred embodiment of the invention, the surface of the fillet 11 in cross section has a length that spans at least 180 degrees of a complete circle. Additionally, the shrink fit length L has the largest possible length, thus providing the maximum torque transmission capability at the selected web thickness.
Claims (8)
前記メインジャーナルピン中央部とメインジャーナルピン端部との間の移行領域における応力集中を低減するために、前記メインジャーナルピンにフィレットを有し、
前記メインジャーナルピンにおける前記フィレットの少なくとも幾つかは、前記メインジャーナルピンのみに設けられており、
前記メインジャーナルピン端部の直径Ｄｓが前記メインジャーナルピン中央部の直径Ｄｃよりも太く、前記フィレットは、前記メインジャーナルピン端部の端面であって前記メインジャーナルピン中央部に面する端面に形成されており、
前記メインジャーナルピン端部に前記フィレットを囲む環状のリップが設けられ、前記環状のリップと前記クランクウェブは前記フィレットの上方で面一であり、
前記環状のリップの高さＨｌは、前記メインジャーナルピン中央部の直径の０．５～５％であり、最も好ましくは約１．５％である、
クランクシャフト。 A crankshaft for a large turbocharged two-stroke uniflow crosshead internal combustion engine comprising a plurality of crank throws each having two crank webs and a crank pin, the crank webs each having a hole, and the plurality of crank throws having two crank webs and a crank pin. are connected to each other by a main journal pin, said main journal pin having a main journal pin central portion having a diameter Dc and two cylindrical main journal pin ends having a diameter Ds, and having an associated crank web. the crankshaft is inserted into the hole of the
having a fillet in the main journal pin to reduce stress concentration in a transition region between the main journal pin center portion and the main journal pin end portion;
At least some of the fillets on the main journal pin are provided only on the main journal pin,
A diameter Ds of the main journal pin end portion is larger than a diameter Dc of the main journal pin center portion, and the fillet is formed on an end surface of the main journal pin end portion facing the main journal pin center portion. has been
an annular lip surrounding the fillet is provided at the end of the main journal pin, and the annular lip and the crank web are flush with each other above the fillet;
the height H l of the annular lip is between 0.5 and 5% of the diameter of the central portion of the main journal pin , most preferably about 1.5%;
Crankshaft.
前記複数の円形部分の角度和は、全円の少なくとも１２０度であり、好ましくは少なくとも１５０度、最も好ましくは少なくとも１８０度である、請求項１に記載のクランクシャフト。 The fillet has a surface having a plurality of circular portions, each having a radius of curvature, when viewed in cross section;
Crankshaft according to claim 1, wherein the angular sum of the plurality of circular portions is at least 120 degrees of the total circle, preferably at least 150 degrees, most preferably at least 180 degrees.
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