JP2010255834A - Crankshaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クランクシャフトに関し、一層詳細には、内燃機関を構成するピストンの往復動作によって加えられる荷重を局部的に集中させることなく、その応力を分散することを可能にしたクランクシャフトに関する。 The present invention relates to a crankshaft, and more particularly, to a crankshaft that can distribute the stress without locally concentrating a load applied by a reciprocating motion of a piston constituting an internal combustion engine.
内燃機関を構成するクランクシャフトは、コンロッドを介してピストンの往復動作を回転運動に変換する。クランクシャフトは、クランクピンとこのクランクピンの両端部に設けられるクランクアームと、前記クランクピンの軸芯に対して偏芯してクランクアームの外側に設けられるクランクジャーナルとを有する。この場合、クランクアームにはカウンターウエイトが設けられるが、それを備えないものもある。 A crankshaft constituting an internal combustion engine converts a reciprocating motion of a piston into a rotational motion via a connecting rod. The crankshaft includes a crankpin, crank arms provided at both ends of the crankpin, and a crank journal provided eccentrically with respect to the axis of the crankpin and provided outside the crank arm. In this case, the crank arm is provided with a counterweight, but some may not have it.
この種のクランクシャフトを示す従来技術として、特許文献1をここに掲げる。特許文献1は、特公昭60−564号公報であって、「エンジンクランク軸の構造」を開示する。この特許文献1のエンジンクランク軸では、クランク軸芯と同芯状のジャーナル1に2個一対のクランクアーム2、2を連設すると共に、該一対のクランクアーム2、2同士をクランクピン3で連結し、前記クランクアーム2、2のそれぞれにバランスウエイト4を連設し、それらを鋳造によって一体成形してなるものである。特に、この特許文献1の発明では、クランクピン3とクランクアーム2の連結箇所に凹入部7を形成して、その凹入部7によって前記連結箇所近くのクランクアーム2に対する引張り応力の集中を緩和させるようにしている(特許文献1第2欄第14行乃至同第3欄第8行)。
As a prior art showing this type of crankshaft,
しかしながら、この特許文献1に記載のエンジンクランク軸の構造では、ピストンの往復動作がコンロッドを介してクランクピン3に伝達され、クランクピン3にエンジンの爆発荷重が加わると、前記クランクピン3が撓み、そのクランクピン3の付け根に設けられている凹入部7、7に応力が集中するという問題が露呈している。
However, in the structure of the engine crankshaft described in
本発明は、前記の不都合を克服するためになされたものであって、クランクピンの両端部に設けられるクランクアームに薄肉部を形成し、この薄肉部によってピストンの爆発荷重がクランクピンに加わった場合であっても、前記薄肉部の存在によって、クランクアームが撓むことにより応力を分散させ、このためにクランクピンとクランクアームの連結部に曲げ応力と捻り応力の両方の応力集中が発生することを回避することが可能なクランクシャフトを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to overcome the above-described disadvantages. A thin portion is formed in a crank arm provided at both ends of the crank pin, and an explosion load of a piston is applied to the crank pin by the thin portion. Even in such a case, due to the presence of the thin-walled portion, the crank arm bends to disperse the stress, which causes stress concentration of both bending stress and torsional stress at the connecting portion of the crank pin and the crank arm. An object of the present invention is to provide a crankshaft capable of avoiding the above.
前記の目的を達成するために、本願の請求項1で特定される発明は、コンロッドを軸支するクランクピンと、クランクジャーナルと、前記クランクピンと前記クランクジャーナルの間を連結するクランクアームを有するクランクシャフトであって、前記クランクアームには、前記クランクピンとの連結部に前記クランクピンの外周に沿い、前記クランクピンと同芯円状のスラスト受け部が設けられ、前記クランクアームの前記クランクピン側面に前記クランクジャーナル側へ窪んだ薄肉部が形成され、前記薄肉部は少なくとも前記クランクピンのスラスト受け部外周縁と前記クランクジャーナルのスラスト受け部の外周縁をつなぐ直線内のクランクアーム側に窪んで設けられることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention specified in
請求項1で特定される発明によれば、ピストンの往復動作によってクランクピンに荷重が加わった際に、クランクアームに設けられた薄肉部によって、クランクアーム自体が撓むことにより応力を分散させることが可能となり、これによってクランクピンとクランクアームの間に発生する曲げ応力と捻り応力の二つの応力の集中を回避することができる。これによって、クランクピンの長寿命化が図れると共に、信頼性の高いクランクシャフトを得ることができる。
According to the invention specified in
また、請求項2で特定される発明は、請求項1記載のクランクシャフトにおいて、前記薄肉部が前記クランクアームの前記クランクピン軸線と直交する方向の全幅にわたって設けられることを特徴とする。
The invention specified in claim 2 is characterized in that, in the crankshaft according to
請求項2で特定される発明によれば、鍛造成形が可能となるために、一層の製造コストの低減が図られる効果を奏する。 According to the invention specified in claim 2, since forging is possible, there is an effect that the manufacturing cost can be further reduced.
また、請求項3で特定される発明は、請求項1又は2記載のクランクシャフトにおいて、前記クランクアームに連設してカウンターウエイトが一体的に設けられ、前記カウンターウエイトに該カウンターウエイトを横断する肉抜き部を設けることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the crankshaft according to the first or second aspect, a counterweight is provided integrally with the crank arm, and the counterweight crosses the counterweight. It is characterized by providing a lightening part.
請求項3で特定される発明によれば、ピストンの往復動作によってクランクピンに荷重が加わった際に、クランクアームに設けられた薄肉部によって応力を分散させるとともにカウンターウエイトも応力の分散に資する。さらに、重量も軽減する。 According to the invention specified in claim 3, when a load is applied to the crankpin by the reciprocating motion of the piston, the stress is dispersed by the thin portion provided in the crank arm, and the counterweight also contributes to the dispersion of the stress. In addition, the weight is reduced.
クランクピンにエンジンの爆発荷重の如き応力が負荷された場合であっても、前記クランクアームに設けられた薄肉部が撓むことによって応力を分散させることができる。すなわち、クランクピンとクランクアームとの連結部に曲げ応力と捻り応力が加わることなく、応力の集中を惹起することを回避できる。 Even when a stress such as an engine explosion load is applied to the crank pin, the stress can be dispersed by the bending of the thin portion provided in the crank arm. That is, it is possible to avoid stress concentration without applying bending stress and torsional stress to the connecting portion between the crankpin and the crank arm.
次に、本発明に係るクランクシャフトについて、好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。 Next, preferred embodiments of the crankshaft according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本実施の形態に係るクランクシャフトの正面図、また、図2は図1におけるII−II線断面図である。 FIG. 1 is a front view of a crankshaft according to the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
本実施の形態に係るクランクシャフト10は、第1クランクアーム12と、この第1クランクアーム12に所定間隔離間して対向配設される第2クランクアーム14とを有し、第1クランクアーム12には、第1カウンターウエイト16が一体的に形成され、また、第2クランクアーム14には、第2カウンターウエイト18が一体的に形成される。第1クランクアーム12と第2クランクアーム14の間に第1クランクピン20が設けられる。前記第1クランクピン20の軸芯に変位して、クランクジャーナル22が設けられ、クランクジャーナル22には第3クランクアーム24が連設されると共に、第4クランクアーム26との間で、第2クランクピン28が設けられている。以下同様にして、エンジンの気筒数に応じてクランクジャーナル、クランクアーム、クランクピンの順でフロント側からミッション側へと延在し、クランクシャフト10が構成されることになる。
The
ところで、前記のような構成において、第1クランクアーム12と第1クランクピン20との間、及び該第1クランクピン20と第2クランクアーム14との間に第1スラスト受け部40が形成される。図1から容易に了解されるように、前記第1スラスト受け部40は、第1クランクピン20の軸芯と直交する平面状に形成される。この第1スラスト受け部40は、図示しないコンロッドの大径部のスラスト方向の変位を受容するものであって、図2に示されるとおり、第1クランクピン20の軸芯と同芯状の略真円状である。
By the way, in the configuration as described above, the first
一方、前記第1クランクアーム12の外側面には、クランクジャーナル22と同芯で第2スラスト受け部42が形成される。図示しないジャーナル軸受を受容するためのものである。前記第2スラスト受け部42は、クランクジャーナル22の軸芯と直交する平面状に形成される。第2スラスト受け部42は、クランクジャーナル22と同芯の略真円状である。
On the other hand, a second
以上のような構成において、第1スラスト受け部40の外周縁40aと第2スラスト受け部42の外周縁42aとの間に仮想線Aを引く(図3参照)。そして、この仮想線Aとクランクジャーナル22の軸線Bの中にあって、前記第1クランクアーム12側に薄肉部50を設ける。薄肉部50は、前記外周縁40aが終端して軸線Bに直交する平面40bの端縁から前記第1クランクアーム12側に湾曲して窪み、前記平面40bと平行な平面12bに連なっている。前記薄肉部50は、図2から容易に了解されるように、第1スラスト受け部40の外周縁40aにその直線状の上端部50aが限りなく近く、場合によっては、前記第1スラスト受け部40の外周縁40aの接線であってもよい。以上の構成からすれば、前記平面40b、薄肉部50、平面12bによって、後述するように応力分散のための断面階段状の形状が形成される。
In the above configuration, an imaginary line A is drawn between the outer
一方、薄肉部50の下端部50bは、直線状であって、クランクジャーナル22の軸線Bよりも若干第1クランクピン20側に偏移している。すなわち、上端部50aから下端部50bに至る薄肉部50は、第1クランクアーム12を第1クランクピン20の軸線と直交する方向で横断していることが容易に了解されよう。なお、前記第1クランクアーム12において、薄肉部50を構成する上端部50aの両側に切欠部52a、52bを設けておく。軽量化のためである。
On the other hand, the
この場合、第1クランクアーム12には、第1カウンターウエイト16が一体的に形成されている。従って、本実施の形態では、この第1クランクアーム12の薄肉部50を形成する下端部50bから、図2において下方へと延在する肉抜き部60を形成する。実際、肉抜き部60は第1クランクアーム12の一部からクランクジャーナル22の軸線Bを通過して、さらに第1カウンターウエイト16の上部側へと大きく抉られた形状を備える。第2クランクアーム14にも第1クランクアーム12と同様に薄肉部50を形成するとともに、この薄肉部50に連設されて、肉抜き部60が形成される。肉抜き部60の下端部60bは、前記薄肉部50の下端部50bと平行である。なお、肉抜き部60の上端部60aは、薄肉部50の下端部50bと重複している。
In this case, a
ここで、図1に示すように、第3クランクアーム24や、第4クランクアーム26には、前記のような第1カウンターウエイト16や第2カウンターウエイト18が設けられていない。従って、これらには、肉抜き部60を設けてはいない。すなわち、薄肉部50のみが設けられる。これを図4に示す。
Here, as shown in FIG. 1, the
図4において、図1、図2の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略し、他の図においても以下同様とする。なお、参照符号Cは第1クランクピン20の軸線を示す。
4, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof is omitted, and the same applies to other drawings. Reference symbol C indicates the axis of the
本実施の形態に係るクランクシャフト10は基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
The
図示しないエンジンに組み込まれるクランクシャフト10において、前記エンジンが燃焼工程を営むと、図示しないピストンの往復動作は、図示しないコンロッドを介して第1クランクピン20に伝達される。クランクジャーナル22と第1クランクピン20とは互いに異なる位置に偏芯しているために、当該ピストンの往復動作は前記第1クランクピン20により回転運動に変換され、これがクランクシャフト10のフロント側、ミッション側に伝わって、例えば、それぞれ走行に供せられたり、或いは冷却水の冷却に利用される如く、該回転運動は多様な用途に活用されることになる。
In the
ところで、本発明者によれば、前記のような第1クランクピン20の周囲隅角部において、エンジンの爆発荷重によってもたらされる動作により最も応力の集中が発生する恐れのある箇所は第1クランクピン20の第1スラスト受け部40の外周縁40aとクランクジャーナル22の第2スラスト受け部42の外周縁42aを結ぶ仮想線Aの領域内であり、その領域内で所定範囲にわたって応力の集中が発生する。従って、この応力が集中される箇所を薄肉にすることによって、エンジンの爆発荷重がコンロッドを介して第1クランクピン20に加わったとき、この薄肉の部位が撓み、その結果、応力分散を図ることが可能であると知見した。
By the way, according to the present inventor, in the peripheral corner portion of the
一方、特許文献1に記載の従来技術によれば、最も応力の集中が発生するジャーナル1の軸芯近傍のバランスウエイト4は相当大きい肉厚に形成されているために、クランクピン3の隅角部に対する応力の集中は低減できない。
On the other hand, according to the prior art described in
本発明によれば、まず第1クランクピン20に伝達される爆発荷重は、クランクシャフト10が回転体であるために、ピストンの往復動作による曲げ応力と捻り応力として第1クランクピン20側へと負荷されるに至るが、この場合、第1クランクアーム12に横断して設けられた薄肉部50とともに平面12bがクランクジャーナル22の軸線Bの近傍まで延在しているために十分に応力分散が図られ、すなわち、薄肉部50が撓むことによって、その応力が分散され、一箇所に集中することはない。従って、前記薄肉部50の存在によって従来技術が欠点とされる応力の分散という課題が解決されるに至った。
According to the present invention, since the
なお、前記第1クランクアーム12に連設される第1カウンターウエイト16の肉抜き部60は、軽量化に資するとともに、薄肉部50から伝達される応力をさらに拡散させることができる効果が得られる。
In addition, the
ここで、薄肉部50は第1クランクアーム12を横断する円弧状の溝にすることによって、互いにこの薄肉部50の両側から金型を差し込み鍛造する際に好適である。従って、この観点からすれば、図2において、薄肉部50の上端部50aの両側が互いに上方へと緩やかに傾斜する形状であれば鍛造用金型の型抜きに好適である。これと同様に薄肉部50の下端部50bの両側が互いに下方へと緩やかに傾斜する形状であってもよく、また前記両側の緩やかな傾斜形状を前記上端部50aと下端部50bの両者に設け、互いに離間するようにしてもよい。
Here, the thin-
なお、図5は、第1クランクアーム12がカウンターウエイトを備えていない点で異なるのみである。この場合、前記第1の実施形態と同様に、薄肉部50によって、ピストンの爆発による応力を分散している。
FIG. 5 is different only in that the
一方、図2や図4に示す構造に関連して、図示はしていないが、第1クランクアーム12を横断する薄肉部50に代えて、第1クランクピン20の軸線Cとクランクジャーナル22の軸線Bとを結ぶ直線上に該第1クランクアーム12に応力分散用の薄肉部50を部分的に設けてもよい。爆発応力が局部的に印加される箇所での応力分散に効果的である。
On the other hand, although not shown in relation to the structure shown in FIGS. 2 and 4, the axis C of the
図6は、薄肉部50についてその高さH及び深さDの関係を示す一部省略正面説明図である。
FIG. 6 is a partially omitted front view illustrating the relationship between the height H and the depth D of the
図7は、クランクジャーナル22の軸線Bから薄肉部50の上端部50aに至るまでの高さHを示す。この図7において、該グラフの右端は第1スラスト受け部40の外周縁40aに薄肉部50の上端部50aが接する位置にあることを示す。この高さHは小さくなるに従って、曲げ応力が一端上昇した後大きくなる一方、捻り応力は安定して分散した後、急激に小さくなることを示している。前記上端部50aが第1スラスト受け部40の外周縁40aに接すると最適である。
FIG. 7 shows a height H from the axis B of the
図8は、第1スラスト受け部40の外周縁40aの平面40bと薄肉部50の下端部50bとの平面12bの距離、すなわち、互いに平行な平面間の距離を深さDとして計測した結果である。深さDが小であるほど捻り応力が大となるため、両方の応力が低下する値が好ましく、このために第1クランクアーム12、第2クランクアーム14の厚さに対し30%程度の深さであることが最適である。
FIG. 8 is a result of measuring the distance of the
図9は、薄肉部50の幅Wに関係する(図2参照)。図9において、グラフの左端は薄肉部50のない場合を示し、その右端はクランクアームの全幅にわたって薄肉部50のある場合を示している。クランクアームの全幅にわたって薄肉部50を形成すると最適である。
FIG. 9 relates to the width W of the thin portion 50 (see FIG. 2). In FIG. 9, the left end of the graph shows the case where there is no
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能なことは言うまでもない。 The present invention has been described with reference to the preferred embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Yes.
10…クランクシャフト 12…第1クランクアーム
14…第2クランクアーム 16…第1カウンターウエイト
18…第2カウンターウエイト 20…第1クランクピン
22…クランクジャーナル 40…第1スラスト受け部
42…第2スラスト受け部 50…薄肉部
60…肉抜き部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記クランクアームには、前記クランクピンとの連結部に前記クランクピンの外周に沿い、前記クランクピンと同芯円状のスラスト受け部が設けられ、
前記クランクアームの前記クランクピン側面に前記クランクジャーナル側へ窪んだ薄肉部が形成され、
前記薄肉部は少なくとも前記クランクピンのスラスト受け部外周縁と前記クランクジャーナルのスラスト受け部の外周縁をつなぐ直線内のクランクアーム側に窪んで設けられることを特徴とするクランクシャフト。 A crankshaft having a crankpin that supports a connecting rod, a crank journal, and a crank arm that connects between the crankpin and the crank journal;
The crank arm is provided with a thrust receiving portion concentric with the crank pin along the outer periphery of the crank pin at a connecting portion with the crank pin,
A thin portion recessed toward the crank journal side is formed on the side of the crank pin of the crank arm,
The crankshaft is characterized in that the thin-walled portion is provided so as to be recessed toward the crank arm side in a straight line connecting at least the outer peripheral edge of the thrust receiving portion of the crank pin and the outer peripheral edge of the thrust receiving portion of the crank journal.
前記薄肉部が前記クランクアームの前記クランクピン軸線と直交する方向の全幅にわたって設けられることを特徴とするクランクシャフト。 The crankshaft according to claim 1, wherein
The crankshaft characterized in that the thin-walled portion is provided over the entire width of the crank arm in a direction orthogonal to the crankpin axis.
前記クランクアームに連設してカウンターウエイトが一体的に設けられ、前記カウンターウエイトに該カウンターウエイトを横断する肉抜き部を設けることを特徴とするクランクシャフト。 The crankshaft according to claim 1 or 2,
A crankshaft characterized in that a counterweight is provided integrally with the crank arm, and a thinning portion that crosses the counterweight is provided in the counterweight.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2009110082A JP2010255834A (en) | 2009-04-28 | 2009-04-28 | Crankshaft |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104321547A (en) * | 2012-05-29 | 2015-01-28 | 本田技研工业株式会社 | Middle web crankshaft having forged stress relief |
JP2015124852A (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-06 | 本田技研工業株式会社 | Internal combustion engine crankshaft structure |
US10247226B2 (en) | 2015-06-12 | 2019-04-02 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Crankshaft for reciprocating engine |
US10464120B2 (en) | 2014-12-10 | 2019-11-05 | Nippon Steel Corporation | Method for producing forged crankshaft |
-
2009
- 2009-04-28 JP JP2009110082A patent/JP2010255834A/en not_active Withdrawn
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