KR950007628B1

KR950007628B1 - 리스트 핀

Info

Publication number: KR950007628B1
Application number: KR1019870001219A
Authority: KR
Inventors: 보우리페어 올리비어; 허버트 톰프슨 프레드릭
Original assignee: 에이이 피엘씨; 데이빗 깁슨 한톤
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1995-07-13
Also published as: EP0234625A1; GB8603582D0; US5009124A; JPS62266266A; EP0234625B1; KR870008135A; DE3762277D1; ES2014461B3; JP2884162B2

Abstract

내용 없음.

Description

리스트 핀

제1도는 종래의 리스트 핀의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 리스트 핀의 단면도.

제3도는 제2도 리스트 핀의 한개의 볼록부위의 내.외측 단부와 한개의 오목한 측벽의 내.외측 단부사이의 접속부의 상세도.

제4도는 제3도 리스트 핀의 제1실시예.

제5도는 제3도 리스트 핀의 제2실시예.

제6도는 본 발명에 다른 리스트 핀의 또다른 실시예.

제7도는 제2도 리스트 핀의 다른 실시예.

제8도는 제6도 리스트 핀의 다른 실시예.

본 발명은 리스트 핀(wrist pin)에 관한 것이다. 내연기관의 피스톤과 연접봉(connecting rod)을 연결하는 리스트 핀(피스톤 핀)은 엔진에서 가장 많은 응력을 받는 부품중 하나이다. 리스트 핀은 실질적으로 변형되지 않고서 만곡응력, 압축응력, 및 전단응력을 지탱할 수 있어야만 한다. 그 리스트 핀은 아주 강한 만곡응력을 지탱해야만 하는데, 그렇지 않을 경우, 피스톤 핀 보스의 피로도에 나쁜 효과를 야기시킬 것이다. 타원화(ovalisation)라고 일컬으며 부분착압이나 마모를 필요로 하는 저항은 일반적으로 사용되는 매우 작은 공극에 기인하여 핀 포스에서 발생될 수도 있다. 타원화는 피로의 위험을 가지고 핀 보스에서 인장 후프응력을 야기시킬 수도 있다. 예컨대, 현재의 가솔린 엔진에 있어서, 피스톤의 압축고(compression height)는 점진적으로 경감되므로 피스톤 핀을 고온의 크라운에 점점 더 근접시킨다. 이러한 결과, 윤활의 곤란성은 피스톤 보스의 고온과, 증대된 엔진성능으로 인한 고하중을 야기시킨다. 몇몇의 피스톤은 피스톤 핀과 그의 보어사이의 향상된 윤활을 위해 핀 보스 보어에 형성된 홈을 갖는다. 그러나, 이들 홈은 항상 성공적인 것이 아니며, 또다른 베어링 지지구가 필요로 하는 곳에 종종 위치된다. 더우기, 전체의 피스톤 및 리스트 핀 중량의 증가된 비율에 기여하는 리스트 핀을 야기시키는 경량의 피스톤을 원하는 경향이 대두하게 되었다. 현재의 어떤 엔진에 있어서, 리스트 핀은 전체의 피스톤 중량의 30-40%를 점유한다. 증가된 엔진의 경제성 및 효율을 검사하는데 있어서, 중량의 감소는 항상 주시되었다.

일반적으로 리스트 핀은 소정의 변형이 탄성적일 경우 쉽사리 파괴되지 않는다. 리스트 핀의 강도는 증가는 이후 많이 요구된다.

본 발명의 목적은 제조비용을 많이 들이지 않고서도 가벼우면서 강도가 강한 내연기관용 리스트 핀을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 핀 보스에서 대단히 향상된 윤활을 할 수 있는 리스트 핀을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 원통형의 외형을 갖는 두개의 볼록부위를 구비하며 관련 피스톤의 리스트 핀 보스와 관련 연접봉의 소단부(small end)에서의 해당표면과 상호 협동하는 세장형의 중공부재로 구성시켜서된 리스트 핀을 제공하는바, 상기의 볼록부위는 상이한 곡률의 측벽에 의해서 볼록부위에 연결됨을 특징으로 한다.

두개의 볼록부위는 동일한 면적을 가질 필요가 없다. 이와 마찬가지로, 볼록부위의 벽두께는 유사하지 않거나 그들의 단면에 따라 변화할 수도 있다.

본 발명의 리스트 핀은 얇은 벽단면이 종래의 원통형 리스트 핀에 필적할만한 강도를 얻기 위해서 볼록 부위의 단면에 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

그 벽은 실질적으로 평평한 형태의 오목형일 수도 있다. 어떤 실시예에서, 그 벽은 볼록형일 수도 있지만, 리스트 핀 베어링면을 형성하는 볼록부위보다 훨씬 큰 곡률반경을 가질 수도 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

제1도에는 종래 기술의 리스트 핀(10)이 도시되었다. 이러한 리스트 핀은 외측직경(11)과 내측직경(12)을 갖는 원통형으로 만들어졌다. 외측직경(11)과 내측직경(12)의 크기는 운전시 발생하는 타원형을 25μm이하로 유지하도록 선택된다. 그러한 타원형은 화살표(13,14)방향에서 리스트 핀의 외측직경(11)과 내측직경(12)의 팽창으로써 명확해진다. 이러한 팽창은 엔진의 실린더 연소실내의 연료의 압축시에 신속한 압력증가가 피스톤(도시하지 않았음)에 의해 리스트 핀(10)에 전달되는 동안 화살표(15,16)방향에서 피스톤의 압축에 기인한다. 피스톤 핀 보스구멍과 리스트 핀 외측직경사이에 쓰인 매우 작은 공극때문에 약 60mm 이하의 리스트 핀 직경에서 매우 작은 한계 에컨대 25μm 이하의 한계에 대한 타원화 또는 팽창을 방지할 필요가 있다. 과도한 타원화는 그의 피스톤 핀 보스구멍안에서 진동하는 리스트 핀의 마모나 부분압착을 야기 시키며, 이들중 어느 하나 또는 그들 모두는 평평한 표면과 베어링 표면을 형성한다. 이러한 마모는 마모율을 상당히 증가시키는 재료용접이나 픽업을 위치시키며, 실린더 구멍내의 피스톤의 착압이나 고장을 야기시킬 수도 있다.

종래의 피스톤 핀에서 필요로 하는 낮은 정도의 타원화를 유지하기 위해서는 고장을 방지하기 위한 강도의 견지에서 그러한 경우보다도 훨씬 두꺼운 재료부위를 필요로 한다. 제2도를 참조하면, 리스트 핀(20)은 원통형인 두개의 볼록부위(21,22)를 가지며, 각각의 부위(21,22)의 외측면(외측직경)(23,24)은 실질적으로 동일한 원(25)(점선으로 도시하였음)에 위치한다. 볼록부위(21,22)는 내측으로 만곡된 또는 오목한 측벽(26,27)에 의해서 상호 연결된다. 이 경우에 측벽의 곡률 역시 원통형이다. 볼록부위(21,22)는 각각 외측면(23,24)뿐만 아니라 내측면(29,30)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 내측면(29,30)과 외측면(23,24)의 곡률중심은 리스트 핀의 중심인 선(31)에서 일치한다. 측벽(26,27)은 내측면(33,34)과 외측면(35,36)을 각각 갖는다. 이 실시예에서, 내측면(33,34)과 외측면(35,36)의 곡률중심은 선(37,38)에서 각각 일치한다.

제2도에 도시한 바와같은 리스트 핀은 구멍이 80mm, 분당 회전수(rev/min) 2000에서 가동되는 110mm행정의 단일 실린더 시험 엔징용으로 만들어졌다. 원(25)의 직경은 24mm이고, 볼록부위(21,22)의 두께는 2.5mm이며 내측면(33,34)과 외측면(35,36)의 곡률반경은 각각 26mm, 24mm이고 벽의 두께는 2mm이다. 각도(θ)는 60°이고, 각각의 볼록부위(21,22)의 접촉원호는 120°이다. 리스트 핀의 중량은 85g이고, 그 리스트 핀은 BS 910-En 32강철로 만들었다. 리스트 핀은 실질적인 뒤틀림 없이 100바아의 최대 실린더 압력의 효과에 견디도록 설계되었다. 제1도에 도시한 유형의 종래의 리스트 핀은 동일한 재료의 157g의 무게를 필요로 하는 허용치내에서 허용가능한 타원화를 갖도록 만들어진다.

본 발명에 따른 리스트 핀은 시험이 종료되기전 50시간 동안 작동되었다. 시험을 한 후에 검사해 본 결과, 핀표면이나 피스톤 핀 보스구멍에서는 어떠한 마모도 검출되지 않았다. 그 리스트 핀은 연접봉 단부 즉 연접봉축에 평행한 선(AA')에서 간섭결합으로 결합되었다.

몇 개의 실시예로서, 우선 제3도를 참조하면, 볼록부위(21,22)의 내측면(29,30)과 오목한 측벽(26,27)의 내측면(33,34)의 접속부에는 원만한 반경(40)이 제공되어 있음을 알 수 있다.

제4도에서, 외측면(23,25)의 접속부는 외측면(23,35)의 교차점에서 존재하는 예리한 변부를 제거하기 위해 작은 반경의 원호부(41)를 갖는다. 원호부(41)는 피스톤 핀 보스구멍의 윤활에 도움을 준다.

제5도에 도시된 실시에에서, 볼록부위(21)의 외측면(50)은 약간의 타원형단면을 갖도록 형성되었다. 이것은 리스트 핀과 핀 보스간의 윤활을 향상시킨다.

제6도에 도시된 또다른 실시예에서, 리스트 핀은 참조버호(60)로 표시되었다. 이 핀은 전술한 실시예와 같이 실질적으로 원통형의 외측곡률(63,64)을 갖는 두개의 볼록부위(61,62)를 갖는다. 그러나 이 경우, 볼록부위와 인접된 측벽(65,66)은 실질적으로 평평하다. 볼록부위(61,62)의 단면두께는 약 2.6mm이며, 측벽(65,66)의 단면두께는 약 2.1mm이다. 각도(θ)는 60°이고 볼록부위(61,62)의 접촉원호는 각각 120°이다.

본 발명의 리스트 핀에 있어서, 리스트 핀 측벽(flank walls)에 형성된 홈은 이들 홈이 피스톤 핀 보어내에서 진동하여 핀 보스 보어에 많은 량의 오일을 수집 및 확산하므로 마모의 위험성을 경감시킨다는 사실때문에 피스톤 핀 보스 보어에 대한 윤활을 향상시킨다는 것을 알 수 있다.

측벽(26,27; 65,66) 때문에, 리스트 핀의 타원도는 소정의 하중을 위해 매우 많이 경감된다. 이것은 원통형 리스트 핀의 통상적으로 외측으로 만곡된 측벽 부위가 상당한 만곡운동으로 하중을 받을 경우에, 측벽이 종래의 리스트 핀의 해당 부분보다 순수한 압축을 더 많이 받기 때문이다.

제7도는 볼록부위(71)을 갖는 리스트 핀(70)을 도시한 것인바, 볼록부위의 분기되는 평면인 중앙부(72)는 축벽(74)에 인접된 외측부(73)보다 훨씬 큰 단면을 갖는다.

제8도는 볼록부위(81,82)를 갖는 리스트 핀(80)을 도시한 것인바, 볼록부위(81)는 볼록부위(82)보다 훨씬 큰 원호로 연장되므로 큰 면적을 갖는다. 그러므로 측벽(83)은 축선(AA')에 대해 경사져 있다. 그러나, 평평한 벽으로서 도시된 측벽(83)은 다른 실시예에서 기술된 바와같이 만곡된 형상을 갖는다.

제3, 4, 5도를 참조로 하여 기술된 형상은 여기에 기술된 소정의 실시예에 결합될 수도 있다.

본 발명에 따른 리스트 핀의 전체 면적은 종래의 리스트 핀에 비해 상당히 경감되기 때문에, 그의 길이에 걸친 만곡시에 리스트 핀의 수축은 증가된다. 피스톤 핀 보스에서 발생하는 피로를 경감사키기 위해서 많은 수축을 수용하기 위해 피스톤 핀 보스에는 약간 경사진 구멍을 만드는 것이 바람직하다. 그러므로, 피스톤 핀 보어의 직경은 방사상 내측단부에서는 가장 크고, 방사상 외측단부에서는 가장 작을 수도 있다.

예컨대, 리스트 핀의 기본면적은 압출에 의해 제조될 수도 있다. 압출에 의한 공지의 제조방법은 리스트 핀의 내측공동의 중심에서 리스트 핀축에 대략 수직인 분할벽을 남길 수도 있다. “실질적으로 중공”이라는 용어는 이러한 구조를 포함하기 위해 의도한 것이다.

본 발명에 따른 리스트 핀을 피스톤에 대해 정확하게 배향시킬 필요가 있다. 그러나, 이것은 본 발명에 따른 리스트 핀이 피스톤이나 연접봉에 고정되어야만 한다는 것을 필수적으로 의미하는 것은 아니다. 소정의 회전자유도는 필요한 경우에 허용될 수도 있다. 연접봉축의 양측의 ±20°까지의 회전자유도가 허용될 수도 있다. 에컨대, 이러한 조정은 리스트 핀의 내부 형상에 결합되어 피스톤 핀 보스 보어에 인접된 피스톤 스커어트에 형성된 정지구 사이에서 진동(oscillate)할 수 있는 플러그를 사용함으로써 이루어질 수도 있다. 예컨대, 그러한 플러그는 플라스틱 재료로 형성되며 관련 실린더의 벽과 접촉함으로써 축상으로 유지될 수도 있다.

본 발명에 따른 리스트 핀의 단면형상은 간섭결합이나 다른 종래의 수단에 의해서 피스톤 핀 보스 보어에 고정된 리스트 핀을 갖는 피스톤에서 보조기로서 허용될 수도 있다. 핀 보스 보어의 형상은 예컨대, 브로우치절삭(broaching)에 의해 제조될 수도 있다. 이러한 피스톤에서, 하중은 예컨대, 납이 피복된 주석청동과 같은 적당한 재료로 만든 부시로 결합될 수도 있는 연접봉의 소단부(small end)에 의해 발생될 수도 있다.

Claims

원통형의 외형을 갖는 두개의 볼록부위(21,22,61,62,71,81,82)를 구비하며 관련 피스톤의 리스트 핀 보스와 관련 연접봉의 소단부(small end)에서의 해당 표면과 상호 협동하는 세장형의 중공부재로 구성시켜서 된 리스트 핀(wrist pin)(20,60,70,80)에 있어서, 볼록 부위(21,22,61,62,71,81,82)는 상이한 곡률의 측벽(26,27,65,66,74,83)에 의해서 볼록부위에 연결됨을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 측벽(26,27,74)은 오목한 형태임을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 측벽(65,66)은 평평한 형태임을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 측벽(26,27,65,66,74,83)볼록부위(21,22,61,64,71,81,82)보다 훨씬 얇은 부위임을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 볼록부위(21,22,71)와 측벽(26,27,74)의 접속부에서, 그의 연결 내측면은 원만한 반경(40)임을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 볼록부위(21,22,71)와 측벽(26,27,74)의 접속부에서, 그의 연결 외측면은 작은 반경의 원호부(41)를 가짐을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 두개의 볼록부위(81,82)는 상이한 표면적을 가짐을 특징으로 하는 리스트 핀.
제1항에 있어서, 두개의 볼록부위(21,22)의 외측면(50)의 단면두께가 균일하지 않음을 특징으로 하는 리스트 핀.
제8항에 있어서, 단면두께는 볼록부위(21,22)의 분기되는 평면인 중앙부(72)에서 최대임을 특징으로 하는 리스트 핀.
제8항 또는 제9항에 있어서, 단면두께는 볼록부위(21,22)와 측벽(26,27)의 교차점의 영역근처에서 최소임을 특징으로 하는 리스트 핀.
두개의 볼록부위(61,62,81,82)를 구비하며 관련 피스톤의 리스트 핀 보스와 관련 연접봉의 소단부에서의 해당 표면과 상호 협동하는 세장형의 중공부재로 구성시켜된 리스트 핀(60,80)에 있어서, 볼록부위(61,62,81,82)는 타원형의 외형 윤곽을 가지며 상이한 곡률의 측벽(65,66,83)에 의해서 볼록부위에 연결됨을 특징으로 하는 리스트 핀.