KR20080067528A - 외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 및 왕복동식 공기압축기의 크랭크사프트에 관한 것으로서 보다 상세하게는 상기 크랭크사프트의 크랭크사프트핀 및 크랭크사프트저널의 외부에 결합홈부를 형성하여 상기 결합홈부에 강성이 높은 외경부재를 삽입 주조 접합함으로써, 용도에 적합한 주강, 주철(닥타일 주철)재의 크랭크사프트를 발명한 것이다.

상기와 같이 발명된 크랭크사프트저널과 크랭크사프트핀의 연결부분인 크랭크사프트암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크사프트핀과, 크랭크사프트의 하중을 지지하는 부분인 크랭크사프트저널로 구성되어 왕복 운동을 회전운동으로 바꾸는 종래의 크랭크사프트에 있어서, 상기 크랭크사프트핀과 크랭크사프트저널의 외주면에 외경부재가 접합구성된 것이다.

상기와 같이 구성된 크랭크사프트는 다품종 소량 생산이 가능하고 생산성을 높여 낮은 원가로 양질의 신뢰성 있는 크랭크사프트의 제조가 가능하며, 또한 상기와 같이 이종금속 용융접합으로 저널부와 핀부의 크랙방지와 내마모성 소재로 제품의 수명이 향상되고, 특히 상기 외경부재가 끼움구조로 결합되어 장기간 사용시에도 제품의 안전성이 유지가능하여 우수한 제품으로 사용이 가능한 효과를 제공한다.

Description

외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트와 주강 크랭크사프트{The speroidization graphitization cast iron, in which the outer circumference is to the different kind steel material the cast iron crank axle and cast steel crank axle}

도 1은 본 발명의 사시도

도 2는 본 발명의 정단면도

도 3은 본 발명의 절개사시도

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

A-크랭크사프트 1-크랭크사프트핀

2-크랭크사프트저널 3-크랭크사프트암

4-강화홈부 40-외경부재

41-단차홈부

본 발명은 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 중공형 크랭크사프트에 관한 것 으로서 보다 상세하게는 크랭크사프트핀과 크랭크사프트저널의 외주면에 강화홈부를 형성하여 상기 강화홈부에 이종의 강성금속을 삽입 용융접합주조한 크랭크사프트를 발명한 것이다.

상기와 같이 발명된 크랭크사프트는 이종의 강성금속에 의하여 굽힘 하중과 전단 하중 그리고 비틀림 하중에 대한 강성이 크게 증가되며 그에 따라 크랭크사프트 부품의 신뢰성이 향상되고 주형에 설치된 접합용 금속의 급냉조직으로 접합부의 주철(주강 및 닥타일 주철)조직이 치밀해지며, 주물 표면의 결함을 제거시키고, 기존의 단조형 크랭크사프트에 비하여, 생산성이 우수하고 원가절감등 다양한 기능성효과가 제안되어지는 매우 유용한 발명이다.

주지되는 바와 같이 종래에 사용되어지는 일반적인 크랭크사프트는 주로 크랭크 케이스내에 설치된 메인 베어링(Main bearing)에 지지되어 각 실린더의 동력 행정에서 얻어진 피스톤의 직선운동을 커넥팅로드를 거치면서 회전운동으로 바꾸어 엔진출력을 외부에 전달하는 중요한 부품으로서, 크랭크사프트저널과 크랭크사프트핀의 연결부분인 크랭크사프트암과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크사프트핀과, 크랭크케이스 내에 설치되는 부분으로 크랭크사프트가 회전하는 중심축부분인 크랭크사프트저널로 구성된다.

그러나 종래의 단조형 크랭크사프트는, 잉곳트 주조 후 경우에 따라 몇단계의 단조 처리로 공정이 복잡하고, 단조 후 소재의 기계 가공도 난해하여 생산성이 낮고 원가가 높은 단점이 있었다.

둘째 강성향상을 위해 개발된 구상흑연주철로 크랭크사프트를 일체형으로 제 작하는 방법이 있으나, 주철의 특성상 단조강에 비하여 강성이 낮고 충격에 약하며, 또한 주강 및 닥타일 주철 공히 크랭크사프트저널 및 크랭크사프트핀 부위에 주조 시 발생하는 주물 결함으로 인해 소재의 불량율이 높고 내마모 강화를 위한 표면 열처리의 어려움이 따랐다.

따라서, 본 출원인은 크랭크사프트의 연구를 거듭한 결과, 크랭크사프트의 외주면에 외경부재를 접합하면 제조공정을 단순화시키면서, 강성을 향상시킬수 있는 이종금속 접합형 크랭크사프트를 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 크랭크사프트핀과 크랭크사프트저널의 외경에 강화홈부를 형성하여 상기 강화홈부에 이종의 금속을 외경부재로하여 용융접합주조함으로써 크랭크사프트의 강성과 내마모성을 향상시키도록 형성되는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 강화홈부 내측으로 외측이 좁고 내측이 넓은 경사면을 갖는 단면을 형성하는 사다리꼴형상의 단차홈부가 형성되어 크랭크사프트로부터 상기 외경부재가 이탈되지 않고 긴밀하게 결합되어지는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 외경부재의 두께를 크랭크사프트의 단면기준으로 4% ~ 10%의 비율로 구성됨을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

이하 본 발명의 구성요소를 설명하면 다음과 같다.

내연기관용 및 왕복동식 공기압축기 크랭크사프트(A)의 크랭크사프트저널(2)과 크랭크사프트핀(1)의 연결부분인 크랭크사프트암(3)과, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운동으로 바꾸는 크랭크사프트핀(1)과, 크랭크케이스 내에 지지되는 부분으로 크랭크사프트(A)의 회전운동의 중심축이 되는 부분인 크랭크사프트저널(2)로 구성되어 왕복 운동을 회전운동으로 바꾸는 크랭크사프트에 있어서, 상기 크랭크사프트핀(1)과 크랭크사프트저널(2)의 외주연에 강화홈부(4)를 형성하여 상기 강화홈부(4)에 이종의 금속을 외경부재(40)로 삽입 용융 접합 주조하되, 상기 강화홈부(4)는 내측으로 단차홈부(41)가 형성되어진 것이다.

상기와 같이 형성된 중공형 크랭크사프트(A)의 단차홈부(41)는 외측에서 내측으로 외협내광의 경사면을 갖는 사다리꼴형상의 단면으로 형성되어진 것이며 상기 외경부재(40)의 두께는 전체 크랭크사프트핀(1) 외경의 4% ~ 12%의 비율로 구성되는 것이다.

또한 상기 외경부재(40)의 내측 모서리부를 라운딩형성하여 크랙을 미연에 방지가능하도록 구성된 것이다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 구성요소를 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 사시도를 도시한 것으로서 상기 도시된 것과 같이 본 발명의 크랭크사프트(10)는, 커넥팅로드 대단부와 연결되어 피스톤의 힘을 받아 회전운 동으로 바꾸는 크랭크사프트핀(1)과, 크랭크케이스 내에 회전운동의 중심축이 되는 부분으로 크랭크사프트저널(2) 및 크랭크사프트저널(2)과 크랭크사프트핀(1)의 연결부분인 크랭크사프트암(3)으로 구성된다.

상기와 같이 크랭크사프트(A)의 외측으로 결합되어지는 외경부재(40)에 있어서 상기 크랭크사프트핀(1)의 가장자리부에 형성되어지는 외경부재(40)는 상기 크랭크사프트핀(1)이 원형의 직경으로 형성되고 상기 원형의 직경과 비례하여 크랭크사프트암(3)이 타원형으로 형성되어 상기 크랭크사프트핀(1)에 결합되는 외경부재(40)의 상부와 중앙 일부만 크랭크사프트암(3)의 외측으로 도시되는 것이며 상기 외경부재(40)의 하부는 크랭크는사프트암의 내측에 결합되어 외측으로 미도시된 상태로 형성되는 것이다.

도 2는 본 발명의 정단면도를 도시한 것으로서 상기 도시된 것과 같이 본 발명의 크랭크사프트(A) 주조시 크랭크사프트핀(1)과 크랭크사프트저널(2)의 외부에는 외경부재(40)를 개재(介在)하고 내부에는 중공부(31)가 형성되도록 파이프 형태의 중공부재(30)를 개재(介在)하여 주조한다.

이때, 외경 외경부재(40)의 끝단은 안쪽부분으로 구배진 형태로 삽입되어 외경부재(40)가 제자리에서 이탈되지 않도록 도와주는 역할을 제공하는 것이며 상기 외경부재(40)의 모서리부는 주조 접합 시 날카로운 모서리 부분에서 융용소재쪽에 발생하는 수지상 조직이 발생하지 않도록 개재하기 전에 부드러운 라운드로 가공하는 것이고 상기와 같이 형성되는 크랭크사프트(A)의 완벽한 접합과 충분한 강성을 확보하기 위하여 외경부재(40)의 두께는 크랭크사프트핀(1), 크랭크사프트저널(2) 외경에 비례하여 4% ~ 12% 정도가 적당하다.

또한 상기 이종접합 크랭크축의 소재는 필요에 따라 구상흑연주철, 주강, 회주철을 사용할 수 있으나, 특히 구상흑연주철이나 주강을 사용하는 것이 바람직하다.

한편 상기 일측의 요부 확대도는 크랭크사프트(A)의 외측으로 형성된 강화홈부(4)에 외경부재(40)가 결합되어지되, 상기 외경부재(40)가 이탈되어지는 것을 방지하도록 상기 강화홈부(4)는 내측에서 외측방향으로 경사면이 형성되어지는 것을 확대 도시한 것으로서 상기와 같이 내측이 넓고 외측이 좁은 경사면을 갖는 단차홈부(41)가 형성된 것이다.

도 3은 본 발명의 절개사시도를 도시한 것으로서 상기 도시된 것과 같이 중앙의 중공부에는 오일홀이 형성되는 것이며 상기 중공부의 양측으로 형성된 홈부에는 별도의 캡이 체결되어지는 것이다.

상기 상술한 바와 같이, 본 발명에 제공하는 크랭크사프트(A)는 크랭크사프트핀(1) 외부에 강성이 높은 외경부재(40)가 크랭크사프트의 외경을 형성되도록 접합함으로써, 크랭크사프트(A)의 강도를 대폭 향상시키는 고강도 크랭크사프트(A)에 관한 것이며 이하 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 크랭크사프트(A)는 크랭크케이스 내에 설치되며 각 실린더의 동력행정에서 얻은 피스톤의 힘을 회전운동으로 바꾸어 엔진의 출력을 외부에 전달하고 흡입, 압축, 폭발, 배기의 행정에서는 피스톤에 운동을 전달하는 역할을 하며, 크랭크사프트의 구비조건을 살펴보면 동적 및 정적평형을 이루면서 원활하게 회전 되어야 하고, 특히 큰 하중과 충격을 받으면서 고속회전을 하기 때문에 강성이 충분하고 수명을 크게하기 위한 내마멸성이 커야 한다.

즉, 본 발명의 외경 외주면 이종금속 접합 크랭크사프트(A)는 크랭크사프트핀(1)과 크랭크사프트저널(2) 외부에 외경부재(40)가 개재된 상태로 제작되기 때문에 주강 구상화 주철로 제작된 크랭크사프트(A)에 비해 강성 및 내마모성이 높고, 단조로 제작된 크랭크사프트(A)에 비해 가격이 저렴해지는 특징을 가지고 있다.

외주면 이종금속 접합 크랭크사프트(A)의 기본적인 특징외에도 본 외주면 이종금속 접합 크랭크사프트(A)는 주형에 설치된 접합용 금속의 냉금 역할을 하게 된다.

그리고 본 발명의 크랭크사프트(A)는 전체가 주강 또는 구상화 흑연주철로 제작된 것에 비하여 크랭크축 핀이나 저널부의 표면 열처리가 용이하도록 구성된 것이다.

이하 본 발명의 효과를 설명하고자 한다.

종래의 단조로 제작되는 크랭크사프트는 고가의 금형비에 따른 제품원가상승 요인이 제기되며 다품종 소량 생산이 난해하고 생산공정이 복잡하여 높은 원가이나, 본 발명의 외주면 이종금속 용융접합 크랭크사프트는 다품종 소량 생산이 가능하며 생산성을 높여 낮은 원가로 양질의 신뢰성 있는 크랭크사프트의 제조가 가능하다.

또한 상기와 같이 이종금속 용융접합에 따른 크랙방지로 제품의 안정성이 향 상되고 특히 상기 외경부재가 끼움구조로 결합되어 부재의 재질선택에 따라 장기간 사용시에도 장기간 수명이 유지가능하여 우수한 제품의 생산이 가능한 효과를 제공한다.

한편 본 발명은 이하 첨부되는 도면에 의해 설명되었을 지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 하기의 특허청구범위 내에서 많은 수정 및 변형이 있을 수 있음은 물론이다.

Claims (4)

1. 내연기관용 및 왕복동식 공기압축기 크랭크사프트의 크랭크사프트저널과 크랭크사프트핀의 연결부분인 크랭크사프트암으로 구성되는 크랭크사프트에 있어서,

   상기 크랭크사프트핀(1)과 크랭크사프트저널(2)의 외주연에 강화홈부(4)를 형성하여 상기 강화홈부(4)에 이종의 금속을 외경부재(40)로 삽입 용융 접합 주조하되, 상기 강화홈부(4)는 내측으로 단차홈부(41)가 형성되어진 것을 특징으로 하는 외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트와 주강 크랭크사프트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 단차홈부(41)는 외측이 좁고 내측이 넓은 경사면이 형성된 사다리꼴형상의 단면으로 형성되어진 것을 특징으로 하는 외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트와 주강 크랭크사프트.
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 외경부재(40)의 두께는 전체 크랭크사프트핀(1) 외경의 4% ~ 12%의 비율로 구성됨을 특징으로 하는 외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트와 주강 크랭크사프트.
4. 상기 외경부재(40)의 내측 모서리부가 라운딩형성되어진 것을 특징으로 하는 외주면이 이종 강재로 된 구상화 흑연 주철 및 주철 크랭크사프트와 주강 크랭크사프트.

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