KR20230126185A - 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트 - Google Patents

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트 Download PDF

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Abstract

2개의 크랭크 웹(5)들과 함께 크랭크 핀(4)을 포함하는 크랭크 쓰로우(3)들을 갖는 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트(20)로서, 각각의 크랭크 웹은 구멍(6)을 가지며, 크랭크 쓰로우들은 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b) 및 해당 크랭크 웹(5)의 구멍(6)에 삽입되는 2개의 원통형 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들을 갖춘 메인 저널 핀(1)들에 의해서 함께 연결되며, 크랭크샤프트(20)는 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)과 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들과의 사이의 천이 구역에서 응력 집중을 감소시키기 위해서 필렛(11)들을 포함하는, 반-제작형 크랭크샤프트가 개시된다. 크랭크 샤프트(20)는 메인 저널 핀(1)들의 상기 필렛(11)들 중 적어도 일부가 각각의 메인 저널 핀(1)에만 제공된다는 점에서 특이하다.
따라서 제안된 바와 같이 메인 저널 핀(1)들에 필렛(11)들을 제공함으로써, 수축 끼워맞춤 연결 길이 L과 그에 따른 토크 용량은 더 이상 메인 저널 핀 필렛 반경에 관련되지 않는다. 이는 실린더 거리와 전체 엔진 길이를 증가시키지 않고도 피로에 대한 증가된 메인 저널 핀 필렛 안전성 및 타협하지 않는(또는 개선된) 토크 용량을 갖는 크랭크 쓰로우(3) 설계를 가능하게 한다. 또한 크랭크 웹(5)을 가공할 필요가 없으므로, 수축 끼워맞춤 연결 길이가 메인 저널 핀 필렛 반경과는 독립적이다.

Description

대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트 {A SEMI-BUILT CRANKSHAFT FOR LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE UNIFLOW CROSSHEAD INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 2개의 크랭크 웹들과 함께 크랭크 핀을 포함하는 크랭크 쓰로우들을 갖는 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트에 관한 것으로서, 각각의 크랭크 웹은 구멍을 가지며, 크랭크 쓰로우들은 직경 DC를 갖는 중앙 메인 저널 핀 섹션 및 직경 DS를 갖고 해당 크랭크 웹의 구멍에 삽입되는 2개의 원통형 메인 저널 핀 단부 섹션들을 갖춘 메인 저널 핀들에 의해서 함께 연결되며, 상기 크랭크샤프트는 중앙 메인 저널 핀 섹션과 메인 저널 핀 단부 섹션과의 사이의 천이 구역에서 응력 집중을 감소시키기 위해서 메인 저널 핀에 필렛을 포함하며, 메인 저널 핀의 상기 필렛 중 적어도 일부는 각각의 메인 저널 핀에만 제공된다.
대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진은 전형적으로 유조선 및 컨테이너선과 같은 대형 원양 선박 또는 발전소의 원동기로 사용된다.
위에서 언급한 종류의 크랭크샤프트는, 예컨대 US 1,136,524 A에 잘 알려져 있다. 대형 2행정 내연 엔진용 크랭크샤프트는 그 크기로 인해 반-제작형이며, 즉 나중에 조립되는 더 작은 부품들로 제조된다. 첨부된 도면에서, 도 1은 반-제작형 크랭크샤프트(20)의 예를 나타내고, 도 2는 반-제작형 크랭크샤프트(20)의 필수 부품을 나타낸다. 반-제작형 크랭크샤프트(20)는, 각각의 엔진의 각 실린더마다 하나씩, 다수의 실린더 섹션들을 포함한다. 도 1을 참조하면, 종종 크랭크 쓰로우(crank throw, 3)로 지칭되는, 각각의 크랭크샤프트 실린더 섹션(3)은 2개의 크랭크 웹(5)들 및 각 측면에 하나씩 크랭크 웹(5)들이 장착되는 크랭크 핀(4)으로 구성된다. 각각의 크랭크 웹(5)(도 2 참조)은 구멍(6)을 가지며, 구멍(6)에는 각각의 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션(1a)이 다수의 크랭크 쓰로우(3)들을 결합하기 위해서 삽입된다.
반-제작형 크랭크샤프트(20)를 조립할 때, 메인 저널 핀(1)들은 크랭크 웹(5)의 구멍(6)에 삽입되고 수축 끼워맞춤(shrink fit) 연결을 사용하여 각각의 크랭크 쓰로우(3)의 크랭크 웹(5)과 결합되며, 즉 저널 핀은 크랭크 웹(5)의 구멍(6)의 직경에 비해 큰 크기를 갖는다. 일단 조립되면, 전체 크랭크샤프트는 모든 저널들의 공선성(collinearity)을 보장하도록 대형 선반에서 가공되어 최종 메인- 및 크랭크 핀 저널들을 생성한다.
도 1, 2 및 3을 참조하면, 크랭크샤프트(20)의 최종 기계가공 중에, 직경이 중앙 메인 저널 핀 직경 DC에서 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들에서의 수축 직경 DS로 증가하는, 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)과 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들과의 사이의 천이 구역에서의 응력 집중을 감소시키기 위해서 메인 저널 핀(1)들에 필렛(fillet, 11)들을 생성하는 것이 알려져 있다. 이들 필렛(11)은 메인 저널 핀 필렛(11)으로 지칭된다. 동시에, 크랭크 웹(5)과 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들과의 사이의 수축 끼워맞춤 연결부 주위의 구멍(6)에서 크랭크 웹(5) 상의 필렛(12)은 또한 메인 저널 핀(1)에서 크랭크 웹(5)으로의 완벽하게 매끄러운 천이를 보장하도록 기계 가공된다. 따라서 메인 저널 핀 필렛(11)과 크랭크 웹(5) 상의 기계가공된 필렛(12)으로 구성되는 필렛(13)은 메인 저널 핀(1)과 크랭크 웹(5)의 구멍(6) 사이의 천이부에 위치된다. 수축 끼워맞춤 연결부는 크랭크 웹(5)의 구멍(6)의 축선방향 연장부에서 필렛(12)의 깊이를 뺀 값에 해당하는 길이 L을 갖는다.
점점 더 강력해지고 소형화되는 엔진은, 반-제작형 크랭크 쓰로우가 전달할 수 있는 토크 및 그것이 견딜 수 있는 동적 부하에 의해 제한된다. 토크 용량은 수축 끼워맞춤 연결 길이 L, 오버사이즈/직경 간섭 및 샤프트와 허브의 직경과 같은 간단한 기하학적 측정에 의해 결정되는 반면, 응력은 메인 저널 핀(1b)의 중앙 섹션의 직경 DC(도 2 참조) 및 메인 저널 핀(1) 상의 필렛(11)의 반경에 의해 결정된다. 수축 끼워맞춤 연결 길이 L과 메인 저널 핀 필렛 반경을 증가시키는 것은 이들 파라미터들 양쪽 모두를 증가시키는 가장 간단한 방법이지만, 그렇게 하는 경우들 양쪽 모두에 있어서는, 실린더 거리가 증가하여 전체 엔진 중량이 증가한다. 새 엔진의 설계 목표가 성능을 높이고 비용(중량 기준)을 줄이는 것임을 인식하면, 수축 끼워맞춤 연결 길이, 메인 저널 핀 필렛 반경 및 실린더 거리 사이의 기존 커플링은 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은, 전달 가능한 토크 및 견딜 수 있는 동적 부하와 관련하여 위에서 언급한 문제가 적어도 상당히 감소되는, 중앙 메인 저널 핀 섹션과 메인 저널 핀 단부 섹션들과의 사이의 천이 구역들에 필렛들을 갖는 도입부에서 언급한 종류의 반-제작형 크랭크샤프트를 제공하는 것이다.
전술한 목적 및 기타 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태들은 종속항, 설명 및 도면으로부터 명백하다.
제1 양태에 따르면, 2개의 크랭크 웹들과 함께 크랭크 핀을 포함하는 크랭크 쓰로우들을 갖는 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트로서, 각각의 크랭크 웹은 구멍을 가지며, 상기 크랭크 쓰로우들은 직경 DC를 갖는 중앙 메인 저널 핀 섹션 및 직경 DS를 갖고 해당 크랭크 웹의 구멍에 삽입되는 2개의 원통형 메인 저널 핀 단부 섹션들을 갖춘 메인 저널 핀들에 의해서 함께 연결되며, 여기서 상기 크랭크샤프트는 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션과 상기 메인 저널 핀 단부 섹션들과의 사이의 천이 구역에서 응력 집중을 감소시키기 위해서 메인 저널 핀들에 필렛들을 포함하며, 여기서 상기 메인 저널 핀들의 상기 필렛들 중 적어도 일부는 각각의 메인 저널 핀에만 제공되며, 상기 메인 저널 핀 단부 섹션들의 직경 DS는 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션의 직경 DC보다 크고, 상기 필렛들은 상기 메인 저널 핀의 각각의 메인 저널 핀 단부 섹션의 단부 표면에 만들어지고, 상기 단부 표면은 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션을 향하는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트가 제공된다.
따라서 제안된 바와 같이 메인 저널 핀들에 필렛들을 제공함으로써, 수축 끼워맞춤 연결 길이 L과 그에 따른 토크 용량은 더 이상 메인 저널 핀 필렛의 반경에 관련되지 않는다. 이는 실린더 거리와 전체 엔진 길이를 증가시키지 않고도 피로에 대한 증가된 메인 저널 핀 필렛 안전성 및 타협하지 않는(또는 개선된) 토크 용량을 갖는 크랭크 쓰로우 설계를 가능하게 한다. 또한 크랭크 웹을 가공할 필요가 없으므로, 수축 끼워맞춤 연결 길이가 메인 저널 핀 필렛 반경과는 독립적이다.
최적의 효과를 얻기 위해서 상기 메인 저널 핀에만 만들어지는 필렛은 환형 필렛으로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한 이들 필렛은 메인 저널 핀 주위에서 완전하게 연장되는 것이 바람직하다.
원칙적으로, 메인 저널 핀의 필렛의 기하학적 형상은 차별화될 수 있으며, 여기서 각각의 필렛은 하중이 크랭크 핀에 가장 가까운 필렛의 절반에서 가장 높기 때문에 메인 저널 핀의 상부에서는 온전한 필렛(full fillet)으로 제공되고 하부에서는 감소된 필렛(reduced fillet)으로 제공된다. 따라서 메인 저널 핀의 필렛의 기하학적 형상은 비대칭으로 만들어질 수 있는데, 이는 본 발명에 따른 반-제작형 크랭크 샤프트의 메인 저널 핀의 필렛이 크랭크 샤프트가 조립되기 전에 만들어질 수 있기 때문이다.
필렛은 실제로 중앙 메인 저널 핀 섹션과 메인 저널 핀 단부 섹션들과의 사이의 천이 구역에서의 응력 집중을 감소시키는 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 필렛은, 단면에서 볼 때, 각각이 곡률 반경을 갖는 다수의 원형 섹션들을 포함하는 표면을 갖는다. 상기 다수의 원형 섹션의 각도 합은 완전한 원의 적어도 120도, 바람직하게는 적어도 150도, 가장 바람직하게는 적어도 180도인 것이 더 바람직하다.
상기 필렛의 표면은, 단면에서 볼 때, 다수의 선형 섹션을 추가로 포함할 수 있다.
필렛의 실제 설계는 선택된 원형 및 선형 섹션에 따라 다르며 필렛의 높이를 규정한다.
메인 저널 핀 단부 섹션의 강도가 크랭크 웹에 있는 각각의 구멍의 축선방향 연장에 대응하는 길이로 효과적인 수축 끼워맞춤 연결을 제공하기에 충분하도록 보장하기 위해서, 메인 저널 핀 단부 섹션은 각각의 필렛을 둘러싸는 환형 립을 구비하고, 상기 립은 적절한 높이를 갖는 것이 바람직하다.
제안된 바와 같은 방식으로 메인 저널 핀 필렛의 반경으로부터 수축 끼워맞춤 연결 길이를 분리(uncouple)하기 위해서, 메인 저널 핀의 단부 섹션의 직경은 알려진 크랭크 샤프트에 비해 증가되어야 하고 메인 저널 핀의 중앙 메인 저널 핀 섹션의 직경보다 커야 한다. 따라서 메인 저널 핀의 단부 섹션의 직경은 단면에서 볼 때 메인 저널 핀의 중앙 섹션의 직경보다 적어도 환형 필렛의 높이의 2배에 환형 립의 높이의 2배를 더한 만큼 커야 한다. 따라서, 상이한 엔진 크기들에 대한 추정은 비율 DS/DC가 1.1에서 2까지의 범위에 있어야 한다는 것을 나타낸다.
각각의 필렛의 높이는, 단면에서 볼 때, 메인 저널 핀의 중앙 섹션의 직경의 바람직하게는 1 내지 10%, 가장 바람직하게는 약 3% 이어야 한다. 또한, 환형 립의 높이는 메인 저널 핀의 중앙 메인 섹션의 직경의 바람직하게는 0.5 내지 5%, 가장 바람직하게는 약 1.5% 이어야 한다.
따라서 충분한 높이로 필렛 및 환형 립 양쪽 모두를 수용하도록 메인 저널 핀 단부 섹션 내에 충분한 공간을 제공하기 위해서, 메인 저널 핀의 단부 섹션의 직경은 메인 저널 핀의 중앙 메인 저널 핀 섹션의 직경보다 적어도 10%, 바람직하게는 25%, 및 가장 바람직하게는 50% 큰 것이 바람직하다. 이는 메인 저널 핀이 설명된 필렛으로 만들어질 수 있게 하며, 상대적으로 큰 반경을 갖는 필렛이 메인 저널 핀 내부에서 완전히 얻어질 수 있게 한다. 또한, 메인 저널 핀의 단부 섹션은 이러한 방식으로, 환형 필렛을 둘러싸는 환형 립을 포함할 수 있으므로, 필렛이 만들어지지 않은 것처럼 거의 동일한 길이의 수축 끼워맞춤 연결을 제공한다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에서 필렛의 표면은, 단면에서 볼 때, 완전한 원의 적어도 180도 이상으로 연장되며, 이는 수축 끼워맞춤 연결 길이가 가능한 한 크기 때문에, 선택된 웹 두께로 토크를 전달하기 위한 최대 용량을 제공한다.
더 높은 피로 및 항복 강도를 갖는 고사양 재료를 사용함으로써 더 높은 토크 용량 및 메인 저널 핀 필렛 안전성을 얻을 수 있다. 그러나 고사양 재료는 훨씬 더 비싸고 모든 크랭크샤프트 제조업체에서 쉽게 사용할 수 없다. 제안된 설계는 널리 사용되는 표준 재료를 사용하여 유사한 이점을 제공한다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 공지된 반-제작형 크랭크샤프트의 예를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 반-제작형 크랭크샤프트의 필수 부품들을 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 반-제작형 크랭크샤프트의 부품들을 보다 상세히 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 반-제작형 크랭크샤프트의 부품들을 보다 상세히 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 반-제작형 크랭크샤프트를 위한 필릿 설계의 예를 도시한다.
도 1, 2 및 3은 설명의 서두 부분에서 상세하게 전술한, 공지된 반-제작형 크랭크샤프트의 예를 도시한다.
도 4에는 본 발명에 따른 반-제작형 크랭크샤프트의 실시예의 단면이 도시되어 있다. 도 4에는 도 1, 2 및 3에서와 동일한 참조 번호가 대응하는 요소에 사용된다.
도 4의 좌측에는 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b) 및 단부 섹션(1a)을 갖는 메인 저널 핀(1)의 일부 및 구멍(6)을 갖춘 크랭크 웹(5)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션(1a)은 크랭크 웹(5)에 있어서의 구멍(6)에 삽입되며, 여기에서 전형적으로 수축 끼워맞춤 연결(shrink fit connection)을 사용하여 크랭크 웹(5)과 결합되며, 즉 메인 저널 핀(1)은 크랭크 웹(5)에 있어서의 구멍(6)의 직경에 비해 큰 크기를 갖는다. 수축 끼워맞춤 연결부는 크랭크 웹(5)에 있어서의 구멍(6)의 축선방향 연장부에 대략적으로 상응하는 길이 L을 갖는다.
중앙 메인 저널 핀 직경 DC로부터 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)에서의 수축 직경 DS로 직경이 증가하는, 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)과 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)과의 사이의 천이 구역에서의 응력 집중을 감소시키기 위해서, 메인 저널 핀(1)에 필렛(11)을 생성하는 것이 일반적이다.
본 발명에 따르면, 필릿(11)은 각각의 메인 저널 핀(1)에만 제공되며, 바람직하게는 기계 가공에 의해, 메인 저널 핀(1)의 각각의 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)의 단부 표면(1c)에 제공되며, 이 단부 표면(1c)은 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)을 향한다. 이로써, 수축 끼워맞춤 연결 길이(L)는 크랭크 웹(5) 및 그 안의 구멍(6)의 선택된 치수만큼 길고, 수축 끼워맞춤 연결부의 단부에서 높은 수축 압력을 보장하기 위해서 중앙 메인 저널 핀 섹션을 향한 메인 저널 핀 단부 섹션들의 가장자리 상에 생성될 수 있는 작은 챔퍼(2) 이외에는, 크랭크 웹(5) 또는 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)의 필렛 또는 일부가 이들 요소가 만나는 구역에서 가공되지 않기 때문에, 크랭크 샤프트(20)의 결과적인 토크 용량은 더 이상 메인 저널 핀 필렛의 반경과 관련되지 않는다. 높은 수축 압력은, 수축 끼워맞춤 연결에서 마이크로 슬립(micro slip)과 프레팅(fretting)을 제한하므로 바람직하다. 실린더 거리와 전체 엔진 길이를 증가시키지 않고도 토크 용량은 유지되거나 증가될 수 있다.
도시된 바와 같이, 필렛(11)은 메인 저널 핀(1) 주위에서 완전히 연장되는 환형 필렛(11)으로 만들어진다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 필렛(11)은 단면에서 볼 때 각각 곡률반경 R1, R2 및 R3를 갖는 3개의 원형 섹션(30a, 30b 및 30c)들 및 2개의 선형 섹션(30d 및 30e)들을 포함하는 표면(30)을 가지며, 여기서 상기 선형 섹션(30e)은 필릿(11)의 저부에 위치된다. 원형 섹션들의 각도 합은 도시된 실시예에서 180도 이상, 사실상 약 194도이다.
도 5에 도시된 실시예에서, 필렛(11)은 원형 섹션(30a)에 언더컷(30u)을 구비하며, 이 원형 섹션은 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 섹션(1b) 내로 작은 거리 연장된다. 이러한 언더컷(30u)은, 크랭크샤프트가 비정상적인 축선방향 진동에 영향을 받을 때, 메인 저널 핀(1)과 연결되어 배열된 베어링 쉘(도시생략)의 가장자리가 필렛(11)에 부딪히지 않는 것을 보장하기 위해 사용되지만, 가장 중요한 것은 메인 저널 핀 필렛(11)의 사전 조립 가공성(pre assembly machinability)을 가능하게 한다는 것이다. 베어링 표면의 공선성(collinearity)은, 언더컷 없이는 불가능한, 베어링 표면의 사후 조립 가공(post assembly machining)에 의해 보장된다.
필렛(11)의 실제 설계는 선택된 원형 및 선형 섹션들에 의존하고 필렛(11)의 높이(Hf)를 규정한다. 도 5에 도시된 실시예는 단지 예시적인 실시예일 뿐이고 무제한의 다른 가능한 실시예들을 생각할 수 있으며, 여기서 실제 설계는 엔진 크기, 동적 부하 등과 같은 다수의 다른 설계 기준에 의존한다.
도 4 및 도 5 양쪽 모두에 도시된 바와 같이, 메인 저널 단부 섹션(1a)은 각각의 필렛(11)을 둘러싸는 환형 립(lip, 8)을 구비한다. 립(8)은 립(8)의 충분한 강성을 보장하기 위해 적절한 높이 H1을 가져 크랭크 웹(5)의 각각의 구멍(6)의 축선방향 연장에 대응하는 길이 L을 갖는 고압 수축 끼워맞춤 연결을 보장한다.
제안된 바와 같은 방식으로 메인 저널 핀 필렛(11)의 반경으로부터 수축 끼워맞춤 연결 길이(L)를 분리(uncouple)하기 위해서, 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션들의 직경 DS는 알려진 크랭크 샤프트에 비해 증가되어야 하며 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)의 직경 DC보다 커야 한다. 따라서, 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션(1a)들의 직경 DS는, 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)의 직경 DC보다, 단면에서 볼 때 적어도 환형 필릿(11)의 높이 Hf의 2배에 환형 립(8)의 높이 H1의 2배를 더한 만큼 커야 한다. 따라서, 서로 다른 엔진 크기에 대한 추정은 비율 DS/DC가 1.1에서 2까지의 범위에 있어야 한다는 것을 나타낸다.
각각의 필렛(11)의 높이 Hf는, 단면에서 볼 때, 바람직하게는 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 섹션(1b)의 직경의 1 내지 10%, 보다 바람직하게는 2 내지 5%, 가장 바람직하게는 약 3% 이어야 한다. 또한, 환형 립(8)의 높이 H1은 바람직하게는 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 섹션(1b)의 직경의 0.5 내지 5%, 가장 바람직하게는 약 1.5% 이어야 한다.
따라서 충분한 높이를 갖는 필렛(11)과 환형 립(8)을 수용하도록 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들에 충분한 공간을 제공하기 위해서, 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션(1a)들의 직경 DS는 메인 저널 핀(1)의 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)의 직경 DC보다 적어도 10%, 바람직하게는 25%, 가장 바람직하게는 50% 더 크다. 이는 메인 저널 핀(1)이 설명된 필렛(11)을 갖추고 만들어질 수 있게 하며, 비교적 큰 반경을 갖는 필렛(11)이 메인 저널 핀(1)의 내측에서 완전하게 얻어질 수 있게 한다. 또한, 메인 저널 핀(1)의 단부 섹션(1a)들은 이러한 방식으로 환형 필렛(11)을 둘러싸는 환형 립(8)을 포함할 수 있고, 따라서 마치 필렛(11)이 만들어지지 않은 것처럼 거의 동일한 길이 L의 수축 끼워맞춤 연결을 제공한다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에서, 단면에서 볼 때, 필릿(11)의 표면은 수축 끼워맞춤 연결 길이(L)가 가능한 한 크게 되기 때문에 완전한 원의 적어도 180도를 넘어 연장되며, 따라서 선택된 웹 두께로 토크를 전달하는 최대 능력을 제공한다.

Claims (10)

  1. 2개의 크랭크 웹(5)들과 함께 크랭크 핀(4)을 포함하는 크랭크 쓰로우(3)들을 갖는 대형 터보차지식 2행정 유니플로 크로스헤드 내연 엔진용 반-제작형 크랭크샤프트(20)로서,
    각각의 크랭크 웹은 구멍(6)을 가지며, 상기 크랭크 쓰로우들은 직경 DC를 갖는 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b) 및 직경 DS를 갖고 해당 크랭크 웹(5)의 구멍(6)에 삽입되는 2개의 원통형 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들을 갖춘 메인 저널 핀(1)들에 의해서 함께 연결되며, 상기 크랭크샤프트(20)는 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)과 상기 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들과의 사이의 천이 구역에서 응력 집중을 감소시키기 위해서 필렛(11)들을 포함하며, 상기 메인 저널 핀(1)들의 상기 필렛(11)들 중 적어도 일부는 각각의 메인 저널 핀(1)에만 제공되며,
    상기 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들의 직경 DS는 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)의 직경 DC보다 크고, 상기 필렛(11)들은 상기 메인 저널 핀(1)의 각각의 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)의 단부 표면(1c)에 만들어지고, 상기 단부 표면(1c)은 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)을 향하는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 필렛(11)들은 환형 필렛(11)으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 필렛(11)들은 상기 메인 저널 핀(1) 주위에서 완전히 연장되는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필렛(11)들은, 단면에서 볼 때, 각각 곡률반경(R1, R2 및 R3)을 갖는 다수의 원형 섹션(30a, 30b 및 30c)들을 포함하며, 상기 다수의 원형 섹션(30a, 30b 및 30c)들의 각도 합은 완전한 원의 적어도 120도, 바람직하게는 적어도 150도, 및 가장 바람직하게는 적어도 180도인 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 필렛(11)들의 표면은, 단면에서 볼 때, 다수의 선형 섹션(30d, 30e)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 저널 핀 단부 섹션(1a)들은 각각의 필렛(11)을 둘러싸는 환형 립(8)을 구비하고, 상기 립(8)은 적절한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    비율 DS/DC는 1.1 내지 2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 필렛(11)의 높이 Hf는, 단면에서 볼 때, 상기 메인 저널 핀(1)의 상기 중앙 메인 섹션(1b)의 직경 DC의 1 내지 10%, 보다 바람직하게는 2 내지 5%, 및 가장 바람직하게는 약 3%인 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환형 립(8)의 높이 H1은 상기 메인 저널 핀(1)의 상기 중앙 메인 섹션(1b)의 직경 DC의 0.5 내지 5%, 가장 바람직하게는 약 1.5%인 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 저널 핀(1)의 상기 단부 섹션(1a)의 직경 DS는 상기 메인 저널 핀(1)의 상기 중앙 메인 저널 핀 섹션(1b)의 직경 DC보다 적어도 10%, 바람직하게는 25%, 및 가장 바람직하게는 50% 큰 것을 특징으로 하는 반-제작형 크랭크샤프트.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1136524A (en) * 1910-04-21 1915-04-20 Krupp Ag Crank-pin connection.
JPS52151218U (ko) * 1976-05-13 1977-11-16
US20040255631A1 (en) * 2003-02-26 2004-12-23 Alfred Heimann Method for deep-rolling transitions between the bearing journals and the flanges of crankshafts
KR101483208B1 (ko) * 2012-11-09 2015-01-14 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 크랭크샤프트, 베어링 어셈블리 및 대형 멀티-실린더 2행정 디젤 엔진
JP2021134788A (ja) * 2020-02-26 2021-09-13 エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド 封入特性の向上した燃料ポンプ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1136524A (en) * 1910-04-21 1915-04-20 Krupp Ag Crank-pin connection.
JPS52151218U (ko) * 1976-05-13 1977-11-16
US20040255631A1 (en) * 2003-02-26 2004-12-23 Alfred Heimann Method for deep-rolling transitions between the bearing journals and the flanges of crankshafts
KR101483208B1 (ko) * 2012-11-09 2015-01-14 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 크랭크샤프트, 베어링 어셈블리 및 대형 멀티-실린더 2행정 디젤 엔진
JP2021134788A (ja) * 2020-02-26 2021-09-13 エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド 封入特性の向上した燃料ポンプ

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