KR20100091197A - 인장 볼트 - Google Patents

Abstract

체결 나사 (1) 가 2 개의 단부 구역 (2) 및 단부 구역 (2) 사이의 섕크 (3) 를 포함하고, 단부 구역의 적어도 하나에는 나사산이 제공된다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 원을 벗어난다.

Description

인장 볼트{TENSION BOLT}

본 발명은 청구항 1 의 전문에 따른 체결 나사에 관한 것이다.

디젤 엔진과 같은 엔진에서, 실린더 헤드의 역할은 실린더 라이너의 상부 단부를 폐쇄하고 연소 챔버의 상부를 형성하는 것이다. 실린더 헤드는 체결 나사를 통하여 제 위치에 체결된다. 기밀 연결을 보장하기 위해 실린더 주위에 가능한한 규칙적인 간격으로 놓인 충분한 개수의 체결 나사가 있어야 한다. 체결 나사의 너트는 순서대로 그리고 각각의 엔진에 대하여 별개로 주어진 상태로 뿐만아니라 주어진 조임 토크에 의해 조여진다. 더 큰 디젤 엔진에서 실린더 헤드를 위한 체결 나사의 너트의 조임은 종종 유압식으로 발생하며, 이에 의해 체결 나사에는 정확하게 원하는 힘이 제공될 것이다.

실린더 헤드를 위한 체결 나사의 종류는 소위 인장 나사이며, 이는 그의 섕크가 나사 단부보다 주어진 자유 길이에서 더 얇게 기계가공되는 것이 보통의 나사와 상이하다. 이러한 신장부의 길이는 나사산의 치수에 대하여 규정되고, 그의 재료의 항복점까지 나사를 조일 때, 나사의 섕크에 항복이 발생하고 나사산의 단면 표면의 공칭 응력은 허용 가능한 값을 초과하는 것이 허용되지 않는다. 나사의 섕크는 매끄럽게 기계가공되고 (smooth-machined) 전이점은 적절한 반경으로 둥글게 된다. 인장 나사는 고급 합금강으로 제조되며 이들은 높은 전이 하중이 나사에 가해질 때 사용된다. 종래 기술의 방법에서의 문제점은 엔진의 운전 동안의 체결 나사의 진동 및 이 진동에 의한 나사의 손상이다. 유사한 문제가 또한 피스톤 엔진에 사용되는 다른 체결 나사에서 발생한다.

본 발명의 목적은 개선된 체결 나사를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 목적은 청구항 1 에 따른 체결 나사에 의해 달성되며, 이 체결 나사는 단부 구역 사이에 섕크를 포함하고, 이 섕크의 단면 형상은 원을 벗어난다.

원을 벗어나는 섕크의 단면 형상에 의해, 체결 나사의 고유 진동수는 피스톤 엔진에서 발생하는 여기 진동수 (excitation frequency), 특히 중간 속도로 운전하는 피스톤 엔진에서 공통적으로 발생하는 여기 진동수와 동일하지 않게, 즉 더 높거나 및/또는 더 낮게 될 수 있다. 그 결과, 체결 나사의 진동은 작아지고 따라서 또한 진동에 의해 야기되는 손상은 작아진다.

이하에, 본 발명은 첨부된 개략적인 도면을 참조하는 실시예를 통하여 설명된다.

도 1 은 본 발명에 따른 체결 나사를 나타낸다.
도 2a ~ 2d 는 단면 A-A 로서 도 1 에 따른 체결 나사의 다양한 실시형태를 나타낸다.
도 3a 는 본 발명에 따른 제 2 체결 나사를 나타낸다.
도 3b 는 단면으로서 도 3a 에 따른 체결 나사를 나타낸다.
도 4a 는 본 발명에 따른 체결 나사에 의해 엔진 블럭에 부착되는 피스톤 엔진을 위한 실린더 헤드를 나타낸다.
도 4b 는 본 발명에 따른 체결 나사에 의해 엔진 블럭에 부착되는 피스톤 엔진을 위한 실린더 헤드를 나타낸다.
도 5a 는 본 발명에 따른 제 3 체결 나사를 나타낸다.
도 5b 는 도 5a 에 따른 체결 나사에 의해 엔진 블럭에 부착되는 피스톤 엔진을 위한 실린더 헤드를 나타낸다.

도 1 은 피스톤 엔진의 실린더 헤드를 위한 본 발명에 따른 한 체결 나사 (1) 를 나타낸다. 피스톤 엔진의 실린더 헤드는 체결 나사 (1) 를 통하여 엔진 블럭에 부착된다. 체결 나사 (1) 의 종류는 소위 스터드 볼트 (stud bolt) 이며, 즉 그의 양 단부 구역 (2) 에는 나사산이 제공된다. 단부 구역 (2) 의 단면 형상은 원형이다. 섕크 (3) 가 단부 구역 (2) 사이에 제공된다. 섕크 (3) 는 나사산을 갖지 않는다. 섕크 (3) 는 소위 신장부를 형성하고, 이에 의해, 체결 나사 (1) 가 그 재료의 항복점까지 조여질 때 섕크 (3) 에 항복이 발생한다. 따라서, 단부 구역의 나사산의 단면 표면의 공칭 인장력은 허용 가능한 값을 초과하는 것이 허용되지 않는다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 원을 벗어나거나 또는 본질적으로 원을 벗어난다. 섕크 (3) 는 솔리드이다. 섕크 (3) 와 양 단부 구역 (2) 사이에는 전이 영역 (4) 이 있고, 이를 통하여 섕크 (3) 와 단부 구역 (2) 의 다양한 형상과 크기가 서로 접합될 수 있다. 체결 나사 (1) 는 단일 부품 나사이다. 체결 나사 (1) 는 예컨대 오스테나이트 (austenetic) 강으로 만들어진다. 체결 나사 (1) 의 길이는 통상적으로 50 ~ 150 ㎝ 이다. 선택적으로는, 체결 나사 (1) 에는 나사 헤드가 제공될 수 있고, 이에 의해 나사의 한 단부 구역에는 나사산이 제공되고 다른 단부 구역에는 헤드, 예컨대 육각 헤드 (도 5a 및 5b) 가 제공된다.

도 2a ~ 2d 는 도 1 에 따른 체결 나사의 섕크의 바람직한 단면 형상을 나타낸다. 이러한 실시형태에서, 섕크 (3) 의 단면적은 단부 구역 (2) 의 단면적보다 더 작다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 원을 벗어나거나 또는 본질적으로 원을 벗어난다. 단면의 형상은 섕크 (3) 의 전체 길이에 걸쳐 일정하다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 체결 나사의 길이방향 축선 (5) (중간 축선) 에 대하여 비대칭일 수 있다.

섕크 (3) 의 단면 형상은 다양한 횡단 방향의 체결 나사 (1) 의 굽힘 강성이 동일하지 않도록 된다. 한 방향에서, 섕크 (3) 의 굽힘 강성은 동일한 크기와 원형 단면의 단면적을 갖는 섕크의 굽힘 강성보다 더 작다. 따라서, 체결 나사 (1) 의 고유 진동수는 피스톤 엔진에서 보통 발생하는 공명 진동수 (resonance frequency) 보다 더 낮다. 제 1 방향에 수직인, 다른 방향에서, 섕크 (3) 의 굽힘 강도는 동일한 크기와 원형 단면의 단면적을 갖는 섕크의 굽힘 강도보다 더 높다. 따라서, 체결 나사 (1) 의 고유 진동수는 피스톤 엔진에서 보통 발생하는 공명 진동수보다 더 높다.

도 2a 에서 섕크 (3) 의 단면 형상은 타원형이다. 단면 치수, 즉 l (길이) 과 w (폭) 의 비는 1.5 ~ 3, 바람직하게는 2.2 ~ 2.8 이다. 체결 나사 (1) 의 길이방향 축선 (5) 은 타원의 중심점을 통과한다.

도 2b 에서 섕크 (3) 의 단면 형상은 네모꼴, 바람직하게는 직사각형이다. 직사각형의 짧은 변은 볼록할 수 있다. 단면 치수, 즉 l (길이) 과 w (폭) 의 비는 1.5 ~ 2.5, 바람직하게는 1.8 ~ 2.2 이다. 체결 나사 (1) 의 길이방향 축선 (5) 은 네모꼴의 중심점을 통과한다.

도 2c 에서 섕크 (3) 의 단면 형상은 삼각꼴, 바람직하게는 이등변 삼각형이다. 삼각형의 변은 볼록할 수 있다. 체결 나사 (1) 의 길이방향 축선 (5) 은 삼각형의 중심점을 통과한다.

도 2d 에서 섕크 (3) 의 단면 형상은 오각 형상이며, 바람직하게는 등변 오각형이다. 체결 나사 (1) 의 길이방향 축선 (5) 은 오각형의 중심점을 통과한다.

도 3a 및 도 3b 에 따른 실시형태에서, 체결 나사 (1) 의 섕크 (3) 에는 기다란 홈 (9) 이 제공되며, 이는 나사의 길이방향 축선 (5) 과 나란하다. 그 밖에, 섕크 (3) 의 단면 형상은 원형이다. 3 개의 홈 (9) 이 있고 이들은 서로에 대하여 120 도의 각으로 배치된다. 섕크 (3) 의 반경 (R) 에 대한 홈 (9) 의 폭 (w) 의 비는 0.8 ~ 1 이다. 유사하게, 섕크 (3) 의 반경 (R) 에 대한 홈 (9) 의 깊이 (d) 의 비는 0.4 ~ 0.6 이다. 이러한 방식으로, 섕크 (3) 의 굽힘 강도는 높아질 것이고, 이에 의해 체결 나사 (1) 의 고유 진동수는 피스톤 엔진에서 통상적으로 발생하는 공명 진동수보다 더 높다. 다른 점에서, 체결 나사 (1) 는 도 1 에 나타낸 체결 나사와 유사하다.

도 4a 는 본 발명에 따른 체결 나사 (1) 와 너트 (8) 를 통하여 피스톤 엔진의 엔진 블럭 (7) 에 부착되는 실린더 헤드 (6) 를 나타낸다. 체결 나사 (1) 의 섕크 (3) 는 단부 구역 (2) 보다 더 좁다. 체결 나사의 한 단부는 엔진 블럭 (7) 의 나사산으로 나사 조임된다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 도 2a ~ 2d 또는 도 3b 에 나타낸 단면 형상과 유사할 수 있다.

도 4b 는 체결 나사 (1) 를 나타내며, 그의 섕크는 단부 구역 (2) 보다 더 넓다. 다른 점에서, 체결 나사는 도 1 또는 도 3 에 나타낸 체결 나사와 유사하다. 섕크 (3) 의 단면 형상은 도 2a ~ 2d 또는 도 3b 에 나타낸 단면 형상과 유사할 수 있다. 실린더 헤드 (6) 는 체결 나사 (1) 와 너트 (8) 를 통하여 피스톤 엔진의 엔진 블럭 (7) 에 부착된다. 실린더 헤드 (6) 의 장착 순서가 허락한다면, 체결 나사 (1) 가 사용될 수 있다.

도 5a 및 5b 는 체결 나사 (1) 를 나타내며, 그의 한 단부 구역 (2) 에는 나사산이 제공되고 다른 단부 구역에는 나사 헤드 (10) 가 제공된다. 실린더 헤드 (6) 는 체결 나사 (1) 를 통하여 엔진 블럭 (7) 에 부착된다.

체결 나사의 섕크 (3) 의 모든 상기 설명된 형상은 단조 (forging) 에 의해 제공될 수 있다. 도 3a 및 3b 에 따른 섕크의 홈 (9) 은 또한 밀링에 의해 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 체결 나사 (1) 는 중간 속도로 운전되는 피스톤 엔진에 특히 사용된다. 이러한 종류의 엔진의 회전 속도는 300 ~ 1200 r/min 이다. 체결 나사 (1) 의 고유 진동수는 엔진에서 일반적으로 발생하는 여기 진동수/진동수들보다 더 작거나 및/또는 더 높다. 따라서, 체결 나사 (1) 의 진동 및 이에 의해 야기되는 손상은 작아진다. 체결 나사 (1) 는 엔진 블럭에 실린더 헤드를 부착하기 위한 목적 외의 다른 목적으로, 즉 예컨대 엔진 블럭을 함께 유지하는 고착 볼트로서 피스톤 엔진에서 또한 사용될 수 있다. 체결 나사 (1) 는 종래의 원형 단면을 갖는 섕크를 갖는 나사의 고유 진동수에서, 또는 그 부근에서 진동이 발생하는, 다른 기계 및 장치에서 또한 사용될 수 있다.

Claims (15)

1. 2 개의 단부 구역 (2) 및 단부 구역 (2) 사이의 섕크 (3) 를 포함하고, 단부 구역 중 적어도 하나에는 나사산이 제공되는, 피스톤 엔진의 실린더 헤드를 위한 체결 나사 (1) 에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 원을 벗어나는 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 타원형인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
3. 제 2 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면의 길이 (l) 와 폭 (w) 의 비는 1.5 ~ 3, 바람직하게는 2.2 ~ 2.8 인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
4. 제 1 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 네모꼴인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
5. 제 4 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면의 길이 (l) 와 폭 (w) 의 비는 1.5 ~ 2.5, 바람직하게는 1.8 ~ 2.2 인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
6. 제 1 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 삼각꼴인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
7. 제 1 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 오각 형상인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 에는 기다란 홈 (9) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
9. 제 8 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 에는 3 개의 기다란 홈 (9) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 섕크의 반경 (R) 에 대한 홈 (9) 의 깊이 (d) 의 비는 0.4 ~ 0.6 인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섕크의 반경 (R) 에 대한 홈 (9) 의 폭 (w) 의 비는 0.8 ~ 1 인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면적은 상기 단부 구역 (2) 의 단면적보다 더 작은 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면적은 상기 단부 구역 (2) 의 단면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섕크 (3) 의 단면 형상은 체결 나사의 길이방향 축선 (5) 에 대하여 비대칭인 것을 특징으로 하는 체결 나사 (1).
15. 엔진 블럭 (7) 과 엔진 블럭 (7) 에 부착된 실린더 헤드 (6) 를 포함하는 피스톤 엔진에 있어서, 상기 실린더 헤드 (6) 는 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 체결 나사 (1) 를 통하여 엔진 블럭 (7) 에 부착되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진.
    

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