JPH0942051A - 構造物の締結装置及び締結方法 - Google Patents
構造物の締結装置及び締結方法Info
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- JPH0942051A JPH0942051A JP19033895A JP19033895A JPH0942051A JP H0942051 A JPH0942051 A JP H0942051A JP 19033895 A JP19033895 A JP 19033895A JP 19033895 A JP19033895 A JP 19033895A JP H0942051 A JPH0942051 A JP H0942051A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thread
- screw
- piston
- cutting
- piston crown
- Prior art date
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- Withdrawn
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型ディーゼル機関用ピストンのように、め
ねじ側に変動荷重を受ける構造物において、変動応力が
最大となるねじ底部の疲労限度を上昇せしめるとともに
応力集中を低下せしめることにより、めねじ部の疲労強
度を向上せしめる。 【解決手段】 ピストン冠等の構成部材に形成されるめ
ねじにおいて、切削タップでめねじを切削成形した後、
切削後のねじ底外径よりもやや大径の拡径工具でねじ底
部を加圧して塑性変形部を形成せしめ、ねじ底部の疲労
限度を上昇せしめるとともに、応力集中を低下せしめ
る。
ねじ側に変動荷重を受ける構造物において、変動応力が
最大となるねじ底部の疲労限度を上昇せしめるとともに
応力集中を低下せしめることにより、めねじ部の疲労強
度を向上せしめる。 【解決手段】 ピストン冠等の構成部材に形成されるめ
ねじにおいて、切削タップでめねじを切削成形した後、
切削後のねじ底外径よりもやや大径の拡径工具でねじ底
部を加圧して塑性変形部を形成せしめ、ねじ底部の疲労
限度を上昇せしめるとともに、応力集中を低下せしめ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は大型ディーゼル機関
用ピストンにおけるピストン冠とピストン棒との締着部
等の、めねじ側から変動荷重が作用する締結構造物の締
結構造及び締結方法に関する。
用ピストンにおけるピストン冠とピストン棒との締着部
等の、めねじ側から変動荷重が作用する締結構造物の締
結構造及び締結方法に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】クロスヘッド式大型デ
ィーゼル機関においては、ピストン冠の冷却側外周部に
環状の中支えリブを突設し、このリブに穿設しためねじ
穴にピストン棒の上部を挿通したボルトをねじ込むこと
により、ピストン冠とピストン棒とを固定している。
ィーゼル機関においては、ピストン冠の冷却側外周部に
環状の中支えリブを突設し、このリブに穿設しためねじ
穴にピストン棒の上部を挿通したボルトをねじ込むこと
により、ピストン冠とピストン棒とを固定している。
【0003】図5には、かかるクロスヘッド式大型ディ
ーゼル機関用ピストンのピストン冠締付部の構造が示さ
れている。図5において、1はピストン冠、3はピスト
ン棒、2はピストン冠1の冷却側に設けられた内部金物
であり、上記ピストン冠1とピストン棒3とは、ピスト
ン冠1の冷却面から下方に突設された環状の中支えリブ
4のめねじ7に、内部金物2及びピストン棒3の上部フ
ランジ3aに挿通されたボルト5をねじ込むことにより
固定される。6は締め付け用のナット、7は内部を冷却
液が流れるピストン内管である。
ーゼル機関用ピストンのピストン冠締付部の構造が示さ
れている。図5において、1はピストン冠、3はピスト
ン棒、2はピストン冠1の冷却側に設けられた内部金物
であり、上記ピストン冠1とピストン棒3とは、ピスト
ン冠1の冷却面から下方に突設された環状の中支えリブ
4のめねじ7に、内部金物2及びピストン棒3の上部フ
ランジ3aに挿通されたボルト5をねじ込むことにより
固定される。6は締め付け用のナット、7は内部を冷却
液が流れるピストン内管である。
【0004】上記ピストンを備えたクロスヘッド式ディ
ーゼル機関の運転時において、ピストン冠1の上面には
燃焼室8内で発生したガス圧Pが作用し、このガス圧P
による駆動力が中支えリブ4、内部金物2及びピストン
棒3を経てクロスヘッド(図示せず)に伝達されて回転
力に変換され、クランク軸(図示せず)を回転せしめ
る。
ーゼル機関の運転時において、ピストン冠1の上面には
燃焼室8内で発生したガス圧Pが作用し、このガス圧P
による駆動力が中支えリブ4、内部金物2及びピストン
棒3を経てクロスヘッド(図示せず)に伝達されて回転
力に変換され、クランク軸(図示せず)を回転せしめ
る。
【0005】上記ガス圧Pによる力Fは機関のサイクル
毎に周期的に作用する変動荷重であり、ナット6を介し
てボルト5のおねじ部がねじ込まれるピストン冠の中支
えリブ4のめねじ7には上記変動荷重Fによる変動応力
σが作用する。
毎に周期的に作用する変動荷重であり、ナット6を介し
てボルト5のおねじ部がねじ込まれるピストン冠の中支
えリブ4のめねじ7には上記変動荷重Fによる変動応力
σが作用する。
【0006】然るに上記中支えリブ4のめねじ7は、通
常図7に示されるように、切削タップにより切削加工さ
れた切削ねじであり、ねじ山7aのねじ底部7bの丸み
R1は極めて小さい。
常図7に示されるように、切削タップにより切削加工さ
れた切削ねじであり、ねじ山7aのねじ底部7bの丸み
R1は極めて小さい。
【0007】このため上記ガス圧Pによる力Fの作用時
には、上記中支えリブ4のめねじ7には、図6に示され
るような応力分布で以って変動応力σが作用する。この
変動応力σは、図6に示されるように、ボルト5の先端
部が螺合される第1歯が最大となるが、図7に示される
ような従来の切削ねじにあっては、ねじ底部7bの丸み
R1 が小さいため、応力集中係数が増大し、機関の高負
荷時においてピストン冠1の材料(通常は耐熱鋼を使
用)の疲労限度を超える応力となることがある。
には、上記中支えリブ4のめねじ7には、図6に示され
るような応力分布で以って変動応力σが作用する。この
変動応力σは、図6に示されるように、ボルト5の先端
部が螺合される第1歯が最大となるが、図7に示される
ような従来の切削ねじにあっては、ねじ底部7bの丸み
R1 が小さいため、応力集中係数が増大し、機関の高負
荷時においてピストン冠1の材料(通常は耐熱鋼を使
用)の疲労限度を超える応力となることがある。
【0008】このため、めねじ7のねじ底7bに疲労に
よる亀裂が発生し、ピストン冠1の破損のみならず、ボ
ルト5の締め付け力が低下し、これによる種々の弊害が
発生する。
よる亀裂が発生し、ピストン冠1の破損のみならず、ボ
ルト5の締め付け力が低下し、これによる種々の弊害が
発生する。
【0009】本発明の目的は、大型ディーゼル機関用ピ
ストンのように、めねじ側に変動荷重を受ける構造物に
おいて、変動応力が最大となるねじ底部の疲労限度を上
昇せしめるとともに、応力集中を低下せしめることによ
り、めねじ部の疲労強度を向上せしめることにある。
ストンのように、めねじ側に変動荷重を受ける構造物に
おいて、変動応力が最大となるねじ底部の疲労限度を上
昇せしめるとともに、応力集中を低下せしめることによ
り、めねじ部の疲労強度を向上せしめることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係るピストン等
の構造物の締結装置の要旨とする手段は、ピストン冠等
の構成部材に加工されためねじにボルトを螺合して相手
部材を締着する構造物において、上記構成部材に穿設さ
れためねじのねじ底部に表面が加圧された塑性加工層を
形成したことである。
の構造物の締結装置の要旨とする手段は、ピストン冠等
の構成部材に加工されためねじにボルトを螺合して相手
部材を締着する構造物において、上記構成部材に穿設さ
れためねじのねじ底部に表面が加圧された塑性加工層を
形成したことである。
【0011】また、本発明方法にあっては、構成部材に
加工されためねじにボルトを螺合して相手部材を締着す
るに際し、上記構成部材に下穴を穿け、同下穴に切削タ
ップ等のねじ切削工具によりめねじを切削形成し、外径
が同めねじのねじ底径よりも大きく形成されたタップ等
のねじ加工工具にてめねじのねじ底部を加圧、拡径して
塑性変形部を形成し、このめねじに上記ボルトを螺合し
て相手部材を締着することを特徴としている。
加工されためねじにボルトを螺合して相手部材を締着す
るに際し、上記構成部材に下穴を穿け、同下穴に切削タ
ップ等のねじ切削工具によりめねじを切削形成し、外径
が同めねじのねじ底径よりも大きく形成されたタップ等
のねじ加工工具にてめねじのねじ底部を加圧、拡径して
塑性変形部を形成し、このめねじに上記ボルトを螺合し
て相手部材を締着することを特徴としている。
【0012】本発明は上記のように構成されているの
で、めねじのねじ底部は丸みの大きいスムーズな曲率を
持った形状となることにより、応力集中係数が小さくな
る。また、ねじ底部には、拡径を伴なう塑性加工によっ
て強化されるとともに、圧縮の残留応力が発生し、これ
により疲労限度が切削ねじよりも大幅に上昇する。
で、めねじのねじ底部は丸みの大きいスムーズな曲率を
持った形状となることにより、応力集中係数が小さくな
る。また、ねじ底部には、拡径を伴なう塑性加工によっ
て強化されるとともに、圧縮の残留応力が発生し、これ
により疲労限度が切削ねじよりも大幅に上昇する。
【0013】また、上記構造物の締結装置において、内
燃機関用ピストン冠に形成されためねじ部に上記手段を
用いるのが好適であり、これによって、ピストン冠の締
め付け用ボルトが螺合されるめねじ部におけるガス圧に
よる変動応力に対する疲労限度の向上及び応力集中係数
の低減がより顕著となり、ピストンの耐久性が大幅に向
上する。
燃機関用ピストン冠に形成されためねじ部に上記手段を
用いるのが好適であり、これによって、ピストン冠の締
め付け用ボルトが螺合されるめねじ部におけるガス圧に
よる変動応力に対する疲労限度の向上及び応力集中係数
の低減がより顕著となり、ピストンの耐久性が大幅に向
上する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態を詳細に説明する。図1には、本発明の実施形態に
係る大型ディーゼル機関用ピストンにおけるピストン冠
のボルト締結部の断面図が、図2には上記ピストン冠の
めねじ部の拡大断面図が示されている。
形態を詳細に説明する。図1には、本発明の実施形態に
係る大型ディーゼル機関用ピストンにおけるピストン冠
のボルト締結部の断面図が、図2には上記ピストン冠の
めねじ部の拡大断面図が示されている。
【0015】図1において4は図5に示されるピストン
冠1の環状の中支えリブであり、同中支えリブ4に穿設
されためねじ7には、ピストンロッド3(図5参照)及
び内部金物2をピストン冠に締着するためのボルト5が
螺合されている。
冠1の環状の中支えリブであり、同中支えリブ4に穿設
されためねじ7には、ピストンロッド3(図5参照)及
び内部金物2をピストン冠に締着するためのボルト5が
螺合されている。
【0016】上記めねじ7のねじ山7aの上部(内径寄
りの部位)は、図7に示される従来のものと同様である
が、ねじ底部7bには、図2に示されるように、後述す
る塑性加工により塑性加工層10が形成されている。
りの部位)は、図7に示される従来のものと同様である
が、ねじ底部7bには、図2に示されるように、後述す
る塑性加工により塑性加工層10が形成されている。
【0017】次に上記のように、ねじ底部7bに塑性加
工層10が形成されたピストン冠1の中支えリブ4に穿
設されるめねじ7の加工手順を、図3を参照して説明す
る。
工層10が形成されたピストン冠1の中支えリブ4に穿
設されるめねじ7の加工手順を、図3を参照して説明す
る。
【0018】先ず、中支えリブ4にドリル14により下
穴71を加工する(図3(a))。上記下穴の直径は、
通常のねじ穴径に対する下穴径の割合と同一になるよう
に設定してよい。
穴71を加工する(図3(a))。上記下穴の直径は、
通常のねじ穴径に対する下穴径の割合と同一になるよう
に設定してよい。
【0019】次いで切削タップ15を上記下穴に通し、
めねじ7を切削加工する。これにより、図7に示される
ような従来のものと同様な切削ねじが形成される(図3
(b))。
めねじ7を切削加工する。これにより、図7に示される
ような従来のものと同様な切削ねじが形成される(図3
(b))。
【0020】さらに、上記切削されためねじ7のねじ底
径DO よりもやや大きな外径DT を有し、かつ外周に丸
みを附された塑性加工用タップ16を上記切削されたね
じ穴に通してめねじ7を加工する(図3(c))。この
場合、塑性加工用タップ15の外径DT が切削加工後の
めねじのねじ底径DO よりも大きいので、ねじ底部7b
は塑性変形により余肉が排除されて成形されるととも
に、加工硬化せしめられる。
径DO よりもやや大きな外径DT を有し、かつ外周に丸
みを附された塑性加工用タップ16を上記切削されたね
じ穴に通してめねじ7を加工する(図3(c))。この
場合、塑性加工用タップ15の外径DT が切削加工後の
めねじのねじ底径DO よりも大きいので、ねじ底部7b
は塑性変形により余肉が排除されて成形されるととも
に、加工硬化せしめられる。
【0021】これにより、図2に示されるように、ねじ
底部7bには加工硬化され圧縮残留応力が分布した塑性
加工層10が形成される。一方、上記ねじ底部7bの丸
みも塑性加工用タップ15の先端により、曲率半径Rが
大きく、応力集中係数の小さい形状となる。
底部7bには加工硬化され圧縮残留応力が分布した塑性
加工層10が形成される。一方、上記ねじ底部7bの丸
みも塑性加工用タップ15の先端により、曲率半径Rが
大きく、応力集中係数の小さい形状となる。
【0022】図4には、上記のようにして塑性加工され
ためねじ7を有するピストン冠1用材料の疲労線図(グ
ッドマン線図)が塑性加工を施さない素材のままの場合
と比較して示されている。同図に示されるように、この
実施形態に係る塑性加工を施されためねじ7は、その疲
労強度σW2が、素材のままの疲労強度σW1から大幅に上
昇し、素材のままの疲労限度線図ZO に対し、図の破線
で示されるような疲労限度線図Z1 となり、大幅な疲労
限度の上昇が得られる。
ためねじ7を有するピストン冠1用材料の疲労線図(グ
ッドマン線図)が塑性加工を施さない素材のままの場合
と比較して示されている。同図に示されるように、この
実施形態に係る塑性加工を施されためねじ7は、その疲
労強度σW2が、素材のままの疲労強度σW1から大幅に上
昇し、素材のままの疲労限度線図ZO に対し、図の破線
で示されるような疲労限度線図Z1 となり、大幅な疲労
限度の上昇が得られる。
【0023】尚、上記めねじ7の加工において、下穴7
1の加工後、図3(b)に示される切削ねじ加工を行わ
ず、直接塑性加工用タップ15によるねじ加工(図3
(c))を行ってもよい。
1の加工後、図3(b)に示される切削ねじ加工を行わ
ず、直接塑性加工用タップ15によるねじ加工(図3
(c))を行ってもよい。
【0024】上記のようにして加工されためねじ7を有
するピストン冠1に、内部金物2及びピストン棒3をボ
ルト5を介して締め付けて、ディーゼル機関に組み込
み、機関を運転する際において、図1に示されるよう
に、ピストン冠1の中支えリブ4にはガス圧による変動
荷重Fが作用する。
するピストン冠1に、内部金物2及びピストン棒3をボ
ルト5を介して締め付けて、ディーゼル機関に組み込
み、機関を運転する際において、図1に示されるよう
に、ピストン冠1の中支えリブ4にはガス圧による変動
荷重Fが作用する。
【0025】この際に、めねじ7のねじ底部7bには、
圧縮と引張りとが繰り返される変動応力が発生するが、
同ねじ底部7bの曲率半径Rが大きく滑らかな形状であ
るので、図6、7に示される従来のものに較べ応力集中
係数が小さくなり、従って発生応力(平均応力及び応力
振幅)も小さくなる。
圧縮と引張りとが繰り返される変動応力が発生するが、
同ねじ底部7bの曲率半径Rが大きく滑らかな形状であ
るので、図6、7に示される従来のものに較べ応力集中
係数が小さくなり、従って発生応力(平均応力及び応力
振幅)も小さくなる。
【0026】加えて上記のように、ねじ底部7bに塑性
加工層10が形成されることによって、図4に示される
ように、ピストン冠1の材料そのものの疲労限度が高く
なっているので、上記発生応力の低下と相まって、ねじ
底部7bの安全率は大幅に向上せしめられる。
加工層10が形成されることによって、図4に示される
ように、ピストン冠1の材料そのものの疲労限度が高く
なっているので、上記発生応力の低下と相まって、ねじ
底部7bの安全率は大幅に向上せしめられる。
【0027】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
請求項1及び3の発明によれば、めねじのねじ底部に塑
性加工が施こされているので、同ねじ底部が加工硬化さ
れ、圧縮応力が残留した塑性加工層が形成され、これに
より疲労限度が従来のものに較べて大幅に上昇する。
請求項1及び3の発明によれば、めねじのねじ底部に塑
性加工が施こされているので、同ねじ底部が加工硬化さ
れ、圧縮応力が残留した塑性加工層が形成され、これに
より疲労限度が従来のものに較べて大幅に上昇する。
【0028】また、めねじのねじ底部は、塑性加工時に
よって曲率半径の大きい滑らかな丸みをもった形状とな
り、これにより応力集中係数が低減され、発生応力も低
下せしめられる。
よって曲率半径の大きい滑らかな丸みをもった形状とな
り、これにより応力集中係数が低減され、発生応力も低
下せしめられる。
【0029】従って、上記疲労限度の上昇及び発生応力
の低下の相乗効果により、めねじ部の大幅な強度向上が
得られ、請求項2のような内燃機関用ピストンに適用す
れば、ガス圧による変動応力に対して、安全率の高いピ
ストンが得られる。
の低下の相乗効果により、めねじ部の大幅な強度向上が
得られ、請求項2のような内燃機関用ピストンに適用す
れば、ガス圧による変動応力に対して、安全率の高いピ
ストンが得られる。
【図1】本発明の実施形態に係る大型ディーゼル機関用
ピストンにおけるピストン冠のボルト締結部の断面図。
ピストンにおけるピストン冠のボルト締結部の断面図。
【図2】上記実施形態におけるめねじ部の拡大断面図。
【図3】上記実施形態におけるめねじの加工手順を示す
説明図。
説明図。
【図4】上記実施形態におけるピストン冠用材料のめね
じ部疲労限度線図。
じ部疲労限度線図。
【図5】大型ディーゼル機関用ピストンの要部断面図。
【図6】従来のピストン冠のめねじ部を示す図1応当
図。
図。
【図7】従来のめねじ部の拡大断面図。
1 ピストン冠 2 内部金物 3 ピストン棒 4 中支えリブ 5 ボルト 7 めねじ 7a ねじ山 7b ねじ底部 10 塑性加工層 14 ドリル 15 切削タップ 16 塑性加工用タップ
Claims (3)
- 【請求項1】 ピストン冠等の構成部材に加工されため
ねじにボルトを螺合して相手部材を締着する構造物にお
いて、上記構成部材に穿設されためねじのねじ底部に表
面が加圧された塑性加工層を形成したことを特徴とする
構造物の締結装置。 - 【請求項2】 上記構造物が内燃機関用ピストンであ
り、上記めねじ部が同ピストンを構成するピストン冠に
形成されてなる請求項1記載の構造物の締結装置。 - 【請求項3】 構成部材に加工されためねじにボルトを
螺合して相手部材を締着するに際し、上記構成部材に下
穴を穿け、同下穴に切削タップ等のねじ切削工具により
めねじを切削形成し、外径が同めねじのねじ底径よりも
大きく形成されたタップ等のねじ加工工具にてめねじの
ねじ底部を加圧、拡径して塑性変形部を形成し、このめ
ねじに上記ボルトを螺合して相手部材を締着することを
特徴とする構造物の締結方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19033895A JPH0942051A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 構造物の締結装置及び締結方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19033895A JPH0942051A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 構造物の締結装置及び締結方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0942051A true JPH0942051A (ja) | 1997-02-10 |
Family
ID=16256539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19033895A Withdrawn JPH0942051A (ja) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | 構造物の締結装置及び締結方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0942051A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140131380A (ko) * | 2012-02-29 | 2014-11-12 | 캐타필라 인코포레이티드 | 피스톤 유지 장치 및 방법 |
-
1995
- 1995-07-26 JP JP19033895A patent/JPH0942051A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140131380A (ko) * | 2012-02-29 | 2014-11-12 | 캐타필라 인코포레이티드 | 피스톤 유지 장치 및 방법 |
JP2015510093A (ja) * | 2012-02-29 | 2015-04-02 | キャタピラー インコーポレイテッドCaterpillar Incorporated | ピストン保持装置および方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021001 |