JPH0434208A - 内燃機関のクランク軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関のクランク軸に関する。

（従来の技術とその解決すべき課題） 内燃ｆＩ１１間に使用される一体構造のクランク軸とし
ては第６図に示したようなものが一般的である。

クランク軸１は、機関の主軸受に支持されるクランクジ
ャーナル２、クランクアームにあたるクランクウェブ３
、クランクウェブ３の−ｊＩｇＩＡに形成されるクラン
クピン４、同じく他端側に形成されるカウンタウェイト
５などからなっている９クランクピン４は互いに対向す
る一対のクランクウェブ３，３によって支持されており
、各クランクウェブ３，３の対向端面には、コネクティ
ングロッド６の軸方向の変位を制約するためにクランク
ピン４の周囲に沿ってサイドスラスト受は部７が形成さ
れている。クランクピン４とサイドスラスト受は部７と
の境界部分、及びクランクジャーナル２とクランクウェ
ブ３の境界部分には、機関の燃焼作用及び回転に伴って
発生する応力を分散するためにフィレットロール８．９
がそれぞれ形成されている。

ところで、このような従来のクランク軸構造における課
題として、剛性の向上と必要な強度確保という要求を十
分に満足できず、従って回転限界が低いという問題点が
あげられる。

すなわち、燃焼荷重等の外力が作用したときの曲げ及び
ねじれ変形を抑えるためにはクランクウェブ３の幅と肉
厚を大きくすることが有効であるが、そうするとつり合
いをとるためにＷＲ（カウンタウェイト５の重量×回転
中心からその重心点までの「離）をも大きくしなければ
ならないので全体として大幅な重量増となってしまい、
この結果として剛性は向上しても重量増に原因して振動
特性が悪化してしまい、高速回転に対応できなくなって
しまうのである。

また、剛性確保のためにクランクウェブ３の厚さを大き
くすると、軸方向寸法の制約から、それだけフィレット
ロール８．９の半径を小さくせざるを得なくなるので、
フィレットロール８．９付近の応力値が高くなって強度
上不利になるという問題も生じる。

これに対して、クランクピン基部の応力を分散するため
に、クランクビンのクランク軸中心に面した部分とクラ
ンクウェブとの境界部分に、クランクビンの接線方向に
沿って曲面を形成したものが実開昭５５−９２９１１号
により開示されているが、これでは当該曲面が接線方向
に形成されているにすぎないので曲面に隣接する部分の
応力を十分に低減することができず、従って軽量化や剛
性向上の目的を十分に達成することができない。

本発明はこのような従来技術の問題点に薄目してなされ
たもので、強度及び剛性に優れ、より高速での使用に耐
えるクランク軸を提供することを目的としている。

（Ｗ題を解決するための手段） 本発明では、クランクピンをそのクランク軸中心に面し
た円周部分について曲面を介してクランクウェブに連結
した形状のクランク軸を形成するとともに、前記クラン
クビンの直径をｄ、曲面の縦断面上の曲率半径をｒとす
るとき［０，１≦　ｒ／ｄ≦０．２５３の条件を満足す
るように前記曲面を形成する。

（作用） 上記構成によれば、機関運転に伴って最も大きな荷重が
作用するクランクビンとクランクウェブとの内周側境界
部分での応力が十分に分散されて最大応力値が減少する
。また、前記内周側境界部分への曲面の形成に伴い高剛
性を確保しつつクランクウェブを軽量化でき・る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図または第２図において、１１はクランク軸、１２
はクランクジャーナル、１３はウェブ、１４はクランク
ビン、１５はカウンタウェイトである。

本発明では、図示したようにクランクビン１４をそのク
ランク軸中心に面した円周部分についてフィレット状の
曲面１６を介してクランクウェブ１３に連結した形状と
する。前記曲面】６の縦断面上の曲率半径ｒは、クラン
クビン１４の直径をｄとするとき、［０，１≦　ｒ／ｄ
≦０，２５］の条件を満足するように設定することは上
述した通りであるが、この実施例ではｒ／ｄ値を０．１
７程度としである。

また、この実施例ではクランクビン１４の外周側部分も
当該外周部に沿った大きな曲面１７によりクランクウェ
ブ１３に連なるようにして軽量化を図っている。

なお、図中６Ａはコネクティングロッド６の大端部メタ
ルを示しているが、この実施例ではサイドスラスト受は
部を設けないので、必要に応じて第１図に示したように
ピストン１８のピンボス部１９の端面１９Ａにて小端部
６Ｂを受けることによりコネクティングロッド６の軸方
向の位置決めを行うようにする。

第３図は上記構成において曲げ応力を作用させたと外の
応力分布を示しており、図示したようにクランクビン１
４のクランク軸中心に面した部分の応力が曲面１６に沿
って分散するため応力集中による強度の低下を起こさな
い。また、曲面１６．１７の形成によりクランクウェブ
１３が薄肉・軽量化され、これに伴ってカウンタウェイ
ト１５の必要重量もしくはＷ　Ｒ値も軽減する。これら
の結果、クランク軸１１の振動特性が改善され、回転限
界が向上するのである。

第４図にはｒｌｄ値と剛性及び形状係ｔａとの関係を示
す。形状係数ａとはこの場合クランク軸１１に曲げ荷重
を作用させたときの曲面１６部分における平均応力と最
大応力との比率であり、従ってａは１に近いほど強度上
有利である。図中Ａ点（ｒ／ｄ＝　、　０５　）は第６
図に示した従来例に相当し、剛性は十分であるが形状係
数ａが大きく、このため疲労強度の面から回転限界が抑
えられることになる。これに対しで、本願発明のように
ｒ／ｄ値を０．１以上に設定することにより形状係数ａ
を大幅に低減して最大応力を疲労限界以下に低減するこ
とができる。また、本発明の構成によれば曲面１６の形
成によるクランクウェブ１３の薄肉化にも拘わらず必要
な剛性を確保しうろことがわかる。

ただし、ｒ／ｄ値が０．２５を越えた領域ではｒ／ｄ値
の増大に対する剛性の低下が大きく、なおかつ形状係数
ａの減少割合は小さい。従って、ｒ／ｄ値は、［０，１
≦　ｒ／ｄ≦０．２５］の条件を満足するように設定す
る。

なお、上記実施例ではクランクツヤ−ナル１２とクラン
クウェブ１３との境界部分については第６図と同程度の
フィレットロール形状としであるが、第５図に示したよ
うにこの部分にもできるだけ大きな曲率半径を有する曲
面２０を形成するのが望ましく、これによりクランクウ
ェブ１３からクランクジャーナル１２にかけての応力を
も分散して強度をさらに向上させることがでトる。

（発明の効果） 以上説明したとおり本発明によれば、クランクピンとク
ランクウェブとの間に、クランク軸中心に面したクラン
クピンの円周部分に沿って所定の曲率半径を有する曲面
を形成することにより応力集中を回避するようにしたの
で、軽量でありながら剛性にも優れ、従って高速回転に
耐えるクランク軸が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の側面図、第２図はその要部
斜視図、第３図は応力分布図である。第４図はｒ／ｄ値
と形状係数及び剛性との関係を示す特性線図である。第
５図は本発明の他の実施例の側面図である。第６図は従
来例の側面図である。 １１・・・クランク軸、１２・・・クランクジャーナル
、１３・・・クランクツニブ、１４・・・クランクピン
、１６．１７．２０−・・曲面。 第２ 図 第４図 第３図 荷重 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランクピンをそのクランク軸中心に面した円周部分に
   ついて曲面を介してクランクウェブに連結した形状のク
   ランク軸であって、前記クランクピンの直径をｄ、曲面
   の縦断面上の曲率半径をｒとするとき、［０．１≦ｒ／
   ｄ≦０．２５］の条件を満足するように前記曲面を形成
   したことを特徴とする内燃機関のクランク軸。