KR100513450B1 - 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크 샤프트의 크랭크 저널과 크랭크 핀이 밸런스 웨이트로부터 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 핀에 조립되는 컨넥팅 로드의 대단부가 절개부없이 일체로 형성되는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조에 관한 것으로,

크랭크 핀, 크랭크 아암, 크랭크 저널, 밸런싱 웨이트 등이 마련되는 크랭크 샤프트와, 상기 크랭크 샤프트와 연결하기 위해 대단부에 크랭크 핀 공이 마련되는 커넥팅 로드의 결합구조에 있어서,

크랭크 핀과 크랭크 저널은 각각 크랭크 아암과 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 아암의 측면에 마련되는 축공에 상기 크랭크 핀과 크랭크 저널이 끼워맞춤되도록 크랭크 샤프트가 형성되고,

상기 크랭크 핀이 결합되기 위한 크랭크 핀 공이 분할되지 않고 일체로 형성된 대단부의 중앙부에 가공되는 컨넥팅 로드가 형성되어지되,

상기한 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드 간의 결합이, 상기 크랭크 핀 공에 크랭크 핀을 끼운채로 상기 크랭크 핀의 양단을 크랭크 아암에 끼워맞춤하므로서 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조{Mounting apparatus for crank shaft and connecting rod}

본 발명은 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크랭크 샤프트의 크랭크 저널과 크랭크 핀이 밸런스 웨이트로부터 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 핀에 조립되는 컨넥팅 로드의 대단부가 절개부없이 일체로 형성되는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조에 관한 것이다.

크랭크 샤프트는 엔진의 크랭크 케이스 안에 설치된 메인 베어링으로 지지되어 있고, 각 실린더의 동력행정에서 발생한 피스톤의 직선동력을 커넥팅 로드를 통해 회전동력으로 바꾸고, 반대로 다른 행정에서는 피스톤에 운동을 가해 연속하여 동력을 발생하는 기능을 하는 것이다.

이러한 크랭크 샤프트는 일반적으로 단조재 혹은 주철재의 금속으로 금형에 의해서 소재형상이 만들어지고, 가공라인에서 크랭크 핀, 크랭크 아암, 크랭크 저널 등과 같은 부분이 가공 및 표면처리된다. 따라서 도 4에 도시되는 바와 같이, 크랭크 샤프트(10)는 크랭크 핀(11), 크랭크 저널(12), 크랭크 아암(13) 등이 일체로 형성되며, 회전의 밸런스를 유지하기 위해 크랭크 아암(13)에 밸런싱 웨이트(14)가 일체로 형성된다.

그러나 최근에 개발되는 엔진의 경우에는 엔진성능이 향상됨으로 크랭크 샤프트에 작용하는 하중이 꾸준히 증가하는 추세에 있으며, 이로 인해서 크랭크 핀(11)과 크랭크 저널(12) 등의 가공과정에서 마련된 필렛(filllet)부위(15)의 파손이 종종 발생되고 있는 실정이다. 이와 같은 필렛부위의 파손을 방지하기 위해서 크랭크 핀(11) 과 크랭크 저널(12)부의 필렛부위(15)에 필렛 롤링(fillet rolling) 가공을 실시하고 있지만, 이러한 경우에는 크랭크 샤프트의 피로강도(fatigue strength)가 증가되는 문제점이 있었다. 또한 소재의 쏠림에 의해서 가공공정 후에 밸런스가 다르게 되면, 이의 수정을 위해서 크랭크 샤프트의 웹(web) 외경부에 몇 개의 밸런싱 홀(balancing hole)을 가공하여 크랭크 샤프트의 밸런스를 맞추어주고 있는 실정이다.

한편, 커넥팅 로드는 피스톤과 크랭크 샤프트를 연결하여 피스톤의 왕복운동을 크랭크 샤프트의 회전운동으로 변화시켜주기 위한 것으로, 일반적인 커넥팅 로드의 형상은 도 5에 도시되는 바와 같다. 즉, 커넥팅 로드(20)는 피스톤 핀과 결합되는 소단부(21)에는 직경이 작은 피스톤 핀 공(22)이 형성되고, 크랭크 샤프트가 연결되는 대단부(23)에는 직경이 큰 크랭크 핀 공(24)이 형성된다. 특히 상기한 대단부(23)의 크랭크 핀 공(24)은 크랭크 핀과의 결합을 의해서 캡(25)이 분할될 수 있도록 형성되며, 피스톤 핀 공(24)과 캡(25)의 내주면에는 양측으로 분할되는 평베어링(26)이 개재된다. 따라서 상기한 컨넥팅 로드(20)의 대단부(23)를 크랭크 샤프트에 결합하기 위해서는 볼트(27)와 같은 별도의 결합수단이 필요하였다.

따라서 컨넥팅 로드의 경우에도, 상술한 크랭크 샤프트에서와 마찬가지로, 엔진의 성능이 향상됨에 따라서 크랭크 샤프트로부터 전달되는 하중이 증가하게 됨에 따라서 컨넥팅 로드에 전달되는 압축력, 인장력, 휨의 하중이 증가된 채로 되풀이해서 전달된다. 그리고 상기한 대단부의 결합부분에 마련되는 볼트의 경우에는 절손 및 휨 등에 의한 파단현상이 발생되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 크랭크 샤프트의 크랭크 저널과 크랭크 핀이 밸런스 웨이트로부터 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 핀에 조립되는 컨넥팅 로드의 대단부가 절개부없이 일체로 형성되는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

크랭크 핀, 크랭크 아암, 크랭크 저널, 밸런싱 웨이트 등이 마련되는 크랭크 샤프트와, 상기 크랭크 샤프트와 연결하기 위해 대단부에 크랭크 핀 공이 마련되는 커넥팅 로드의 결합구조에 있어서,

크랭크 핀과 크랭크 저널은 각각 크랭크 아암과 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 아암의 측면에 마련되는 축공에 상기 크랭크 핀과 크랭크 저널이 끼워맞춤되도록 크랭크 샤프트가 형성되고, 상기 크랭크 핀이 결합되기 위한 크랭크 핀 공이 분할되지 않고 커넥팅 로드의 대단부에 관통된 채로 형성되고,

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상기한 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드 간의 결합은 상기한 커넥팅 로드의 크랭크 핀 공에 크랭크 핀을 끼운 상태에서 크랭크 핀의 양측단이 상기한 크랭크 아암의 축공에 끼워맞춤하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 크랭크 샤프트의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 커넥팅 로드의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드의 결합상태를 도시한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 크랭크 샤프트를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 커넥팅 로드를 지시하는 것이다.

상기한 크랭크 샤프트(30)의 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)은 크랭크 아암(33)과 각각 분리된 채로 별도로 형성되는데, 크랭크 아암(33)은 종전과 같이 금형 및 단조공정에 의해서 형성되고, 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)은 환봉을 가공하는 가공공정에 의해서 형성된다.

특히, 상기한 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)의 길이는 실린더 보어의 피치에 따라서 그 길이가 조정되는 것이 가능하며, 상기한 크랭크 아암(33)에는 크랭크 샤프트의 밸런스를 조정하기 위한 밸런싱 웨이트(34)가 일체로 형성된다.

한편, 상기한 커넥팅 로드(40)는 상기한 크랭크 샤프트(30)의 크랭크 핀(31)과의 조립을 위해서 그 대단부(41)에 마련되는 크랭크 핀 공(42)이 종래기술의 경우처럼 분할되지 않고 일체로 형성된다. 이는 커넥팅 로드(40)의 대단부(41)를 볼트와 같은 별도의 조립수단을 이용하지 않고, 엔진의 조립과정에서 상기한 크랭크 핀(31)에 커넥팅 로드(40)의 대단부(41)를 바로 끼울 수 있도록 상기한 크랭크 핀(31)이 크랭크 아암(33)과 분리되므로서 가능한 것이다.

즉, 상기한 크랭크 핀(31)을 크랭크 아암(33)에 조립하기 전에 상기한 커넥팅 로드(40)의 대단부(41)에 마련된 크랭크 핀 공(42)에 상기 크랭크 핀(31)이 끼워지도록 하기 위한 것이다. 이를 위해 상기한 커넥팅 로드(40)는 종래와 같이 금형 및 단조과정을 거쳐 가공공정에서 피스톤 핀이 끼워지기 위한 피스톤 핀 공(44)이 소단부(43)에 가공되고, 상기 크랭크 핀(31)이 끼워지기 위한 크랭크 핀 공(42)이 대단부(41)에 가공된다.

따라서 상기한 커넥팅 로드(40)는 엔진의 조립과정에서 크랭크 샤프트(30)의 조립과 함께 크랭크 핀(31)에 연결된다. 이 과정에서 상기한 크랭크 핀(31)은 크랭크 아암(33)에 형성된 축공(35)에 끼워맞춤되는데, 상기 크랭크 핀(31)은 회전과정에서도 움직이지 않고 견고하게 고정될 수 있도록 열박음공정에 의해서 크랭크 아암(33)에 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 크랭크 핀(31)과 크랭크 핀 공(42) 사이에는 마찰저감을 위한 부쉬(45)를 삽입하는 것이 바람직하다. 부쉬(45)는 종래기술에서 양측으로 분할된 베어링을 삽입하는 경우보다 어긋남이 없는 장점이 있는 것이다.

이상의 설명에서와 같이 크랭크 샤프트(30)의 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)이 크랭크 아암(33)과 별도로 형성되고, 상기 크랭크 핀(31)의 조립과정에서 커넥팅 로드(40)의 대단부(41)가 크랭크 핀(31)에 연결되도록 하므로서, 상기한 크랭크 샤프트(30) 및 커넥팅 로드(40)의 공정라인이 간단해질 뿐만이 아니라 그에 따른 생산비용이 절감된다.

그리고 본 발명에 의한 크랭크 샤프트(30)는 종래기술에서와 같이 금형 및 단조된 크랭크 아암 사이의 크랭크 핀과 크랭크 저널을 가공하는 과정에서 생성되는 필렛(fillet)부위가 삭제되므로서 그 부위의 노치(Notch)가 발생되지 않게 된다.

또한, 상기한 크랭크 아암(33)에는 크랭크 샤프트의 밸런스를 조정하기 위한 밸런싱 웨이트(34)가 일체로 형성됨에 따라서 웹(web)이 각각 가공되므로서 웹별 중량편차가 줄어 밸런스 홀의 가공이 불필요하게 된다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드의 제작공정이 단순화될 뿐만 아니라, 기존의 경우에 크랭크 핀과 크랭크 저널의 형성과정에서 생성되는 크랭크 샤프트의 필렛부위가 삭제되므로서 노치현상이 방지되며, 커넥팅 로드의 대단부는 캡이 분할되지 않으므로서 볼트결합구조가 삭제되므로서 커넥팅 로드의 파단이 방지되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 크랭크 샤프트의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 커넥팅 로드의 정면도.

도 3은 본 발명에 의한 크랭크 샤프트 및 커넥팅 로드의 결합상태를 도시한 도면.

도 4는 종래기술에 의한 크랭크 샤프트를 설명하기 위한 도면.

도 5는 종래기술에 의한 컨넥팅 로드를 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 크랭크 샤프트 31 : 크랭크 핀

32 : 크랭크 저널 33 : 크랭크 아암

34 : 밸런싱 웨이트 35 : 축공

40 : 커넥팅 로드 41 : 대단부

42 : 크랭크 핀 공 43 : 소단부

44 : 피스톤 핀 공 45 : 부쉬

Claims (4)

1. 크랭크 핀, 크랭크 아암, 크랭크 저널, 밸런싱 웨이트 등이 마련되는 크랭크 샤프트와, 상기 크랭크 샤프트와 연결하기 위해 대단부에 크랭크 핀 공이 마련되는 커넥팅 로드의 결합구조에 있어서,

   크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)은 각각 크랭크 아암(33)과 분리된 채로 형성되고, 상기 크랭크 아암(33)의 측면에 마련되는 축공(35)에 상기 크랭크 핀(31)과 크랭크 저널(32)이 끼워맞춤되도록 크랭크 샤프트(30)가 형성되고,

   상기 크랭크 핀(31)이 결합되기 위한 크랭크 핀 공(42)이 분할되지 않고 커넥팅 로드(40)의 대단부(41)에 관통된 채로 형성되고,

   상기한 크랭크 샤프트(30)와 커넥팅 로드(40) 간의 결합은 상기한 커넥팅 로드(40)의 크랭크 핀 공(42)에 크랭크 핀(31)을 끼운 상태에서 크랭크 핀(31)의 양측단이 상기한 크랭크 아암(33)의 축공(35)에 끼워맞춤하도록 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 크랭크 아암(33)에 크랭크 핀(31)을 끼워맞춤하는 과정에서 상기 크랭크 핀(31)은 크랭크 아암(33)의 축공(35)에 열박음공정을 거쳐 결합되는 것을 특징으로 하는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 크랭크 핀(31)과 크랭크 핀 공(42) 사이에는 마찰저감을 위한 부쉬(45)가 개재되는 것을 특징으로 하는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기한 크랭크 아암(33)에는 밸런싱 웨이트(34)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크 샤프트와 컨넥팅 로드의 결합구조.