往复式发动机的曲轴制造技术

曲轴具有成为旋转中心轴的轴颈部(J)、相对于该轴颈部(J)偏心的销部(P)、将轴颈部(J)和销部(P)相连的曲轴臂部(A)，在曲轴臂部(A)中的全部曲轴臂部(A)或一部分曲轴臂部(A)一体地具有平衡块部。在曲轴臂部(A)的靠轴颈部(J)侧的表面上，在沿着该表面的轮廓的缘部(11)的内侧，沿着该缘部(11)形成有凹部(10)。由此，在谋求曲轴的轻量化和扭转刚性的提高的同时，能够谋求弯曲刚性的提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可搭载于汽车用发动机、船舶用发动机、发电机等通用发动机这样的往复式发动机的曲轴。
技术介绍
往复式发动机将在缸(汽缸)内的活塞的往复运动变换成旋转运动而输出动力，因此需要曲轴。曲轴大致分成由模锻制造的曲轴和由铸造制造的曲轴。尤其是，在汽缸数为两个以上的多缸发动机中，大多采用强度和刚性占优势的前者的模锻曲轴。图1是示意性地表示通常的多缸发动机用曲轴的一个例子的侧视图。图1所示的曲轴1可搭载于四缸发动机，包括5个轴颈部J1～J5、4个销部P1～P4、前部Fr、法兰部Fl以及分别将轴颈部J1～J5和销部P1～P4相连的8片曲轴臂部(以下也简称为“臂部”)A1～A8。该曲轴1在全部8个臂部A1～A8一体地具有平衡块部(日文：カウンターウエイト部)(以下也简称为“平衡块部(日文：ウエイト部)”)W1～W8，被称为四缸－8平衡块的曲轴。以下，在对轴颈部J1～J5、销部P1～P4、臂部A1～A8以及平衡块部W1～W8分别进行统称时，也将轴颈部的附图标记记为“J”，将销部的附图标记记为“P”，将臂部的附图标记记为“A”，将平衡块部的附图标记记为“W”。也将销部P以及与该销部P相连的一组臂部A(包括平衡块部W在内)统一称为“曲拐”。平衡块部W也可以设置于全部的臂部A，但也可以仅设置于一部分的臂部A。在例如搭载于四缸发动机的曲轴中，有时在8个臂部A中的、前头的第1臂部A1、最末尾的第8臂部A8以及中央的两个臂部(第4臂部A4、第5臂部A5)设置有平衡块部W。在该情况下，剩余的第2、第3、第6以及第7臂部A2、A3、A6以及A7不具有平衡块部W。该曲轴称为四缸－4平衡块的曲轴。轴颈部J、前部Fr以及法兰部Fl配置于与曲轴1的旋转中心相同的轴线上。销部P相对于曲轴1的旋转中心偏心活塞冲程的一半的距离地配置。轴颈部J被滑动轴承支承于发动机缸体，成为旋转中心轴。销部P通过滑动轴承与连接杆(以下也称为“连杆”)的大端部连结，该连杆的小端部与活塞连结。前部Fr是曲轴1的前端部。在前部Fr安装有用于驱动正时皮带、风扇动力带等的减震皮带轮2。法兰部Fl是曲轴1的后端部。在法兰部Fl安装有飞轮3。在发动机中，燃料在各缸内爆发。由该爆发形成的燃烧压力引起活塞的往复运动而作用于曲轴1的销部P，与此同时，经由与该销部P相连的臂部A向轴颈部J传递，变换成旋转运动。此时，曲轴1一边反复弹性变形一边旋转。在支承曲轴的轴颈部的轴承中存在润滑油。根据曲轴的倾斜以及弹性变形，在轴承内，油膜压力以及油膜厚度与轴承载荷以及轴颈部的轴心轨迹相互关联地变化。而且，根据轴承处的轴颈部的表面粗糙度和轴承金属的表面粗糙度，不仅油膜压力变化，也产生局部的金属接触。确保油膜厚度对于防止由断油导致的轴承发热胶着并且防止局部的金属接触而言是重要的，影响燃耗性能。另外，伴随着曲轴的旋转而产生的弹性变形以及在轴承内的间隙中移动的轴心轨迹使旋转中心产生偏离，因此，影响发动机振动(机架振动)。而且，该振动在车身上传播，因此，影响乘车室内的噪声以及乘车舒适度。为了提高这样的发动机性能，要求曲轴的刚性较高、难以变形。除此之外，要求曲轴轻量化。在曲轴上施加有缸内压力(缸内的燃烧压力)以及旋转离心力的载荷。为了对这些载荷施加变形阻力，谋求扭转刚性以及弯曲刚性的提高。在曲轴的设计中，首先，确定轴颈部的直径、销部的直径、活塞冲程等主要参数。在确定主要参数后，臂部的形状设计成为剩下的设计区域。因此，通过臂部的形状设计来使扭转刚性和弯曲刚性一起提高成为重要的要件。另一方面，曲轴需要静平衡以及动平衡获得均衡的质量分配，以便其在运动力学上可作为旋转体进行顺利的旋转。因而，对于根据弯曲刚性和扭转刚性的要件确定的臂部侧的质量，在获得静平衡以及动平衡的同时考虑轻量化的基础上，对平衡块部侧的质量进行调整成为重要的要件。对于静平衡而言，调整为使臂部以及平衡块部的各部分的质量矩(“质量”ד重心半径”)的全部的和成为零。另外，对于动平衡而言，调整为，以曲轴的旋转轴线上的某一点为基准，以使从该基准点到各部分的重心的轴向上的距离乘以各部分的质量矩(“质量”ד重心半径”ד轴向距离”)，并使这些积的全部的和成为零。而且，为了在一曲拐内(与一汽缸相对应的曲轴的区域)相对于燃烧压力载荷保持平衡，对平衡率进行调整。平衡率是平衡块部侧的质量矩相对于曲轴的包括销部的(严密地说也包括连杆的一部分在内的)臂部侧的质量矩的比例，进行调整以使平衡率处于某恒定范围内。谋求提高曲轴的臂部的刚性和轻量化成为此消彼长的关系，为了同时达成两者的要求，以往以来提出了各种与臂部形状有关的技术。作为现有技术，存在下述技术。日本专利第4998233号公报(专利文献1)公开了一种臂部，其中，在臂部的销部侧的表面以及轴颈部侧的表面上，在将轴颈部的轴心和销部的轴心连结的直线(以下也称为“臂部中心线”)上集中地设置有较大程度地凹陷的凹槽。在该专利文献1中公开的臂部的目的在于提高轻量化和刚性。轴颈部侧表面的凹槽有助于通过质量的减小来进行的轻量化，而且，该凹槽的周围的厚壁部有助于扭转刚性的提高。不过，由于在臂部中心线上集中地存在较大程度地凹陷的凹槽，实际上并不怎么能够期待弯曲刚性的提高。日本特表2004－538429号公报(专利文献2)、日本特表2004－538430号公报(专利文献3)、日本特开2012－7726号公报(专利文献4)以及日本特开2010－230027号公报(专利文献5)公开了一种臂部，其中，在臂部的轴颈部侧的表面上，在臂部中心线上设置有较大面积地深深凹陷的孔部。在这些专利文献2～5中公开的臂部中也可谋求轻量化和扭转刚性的提高。不过，由于在臂部中心线上存在较大面积地深深凹陷的孔部，实际上弯曲刚性降低。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4998233号公报专利文献2：日本特表2004－538429号公报专利文献3：日本特表2004－538430号公报专利文献4：日本特开2012－7726号公报专利文献5：日本特开2010－230027号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题根据所述专利文献1～5所公开的技术，能够谋求曲轴的轻量化和扭转刚性的提高。不过，对于曲轴的弯曲刚性的提高，在这些现有技术中存在极限，强烈期望对其进行技术革新。本专利技术是鉴于这样的实际情况而做成的。本专利技术的目的在于提供一种能够在谋求曲轴的轻量化和扭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复式发动机的曲轴，其中，该曲轴包括：轴颈部，其成为旋转中心轴；销部，其相对于该轴颈部偏心；以及曲轴臂部，其将所述轴颈部和所述销部相连，该曲轴是可搭载于往复式发动机的曲轴，该曲轴在所述曲轴臂部中的全部曲轴臂或一部分曲轴臂一体地具有平衡块部，在所述曲轴臂部的靠所述轴颈部侧的表面上，在沿着该表面的轮廓的缘部的内侧，沿着该缘部形成有凹部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.16 JP 2013-2152321.一种往复式发动机的曲轴，其中，该曲轴包括：轴颈部，其成为旋
转中心轴；销部，其相对于该轴颈部偏心；以及曲轴臂部，其将所述轴颈部
和所述销部相连，该曲轴是可搭载于往复式发动机的曲轴，
该曲轴在所述曲轴臂部中的全部曲轴臂或一部分曲轴臂一体地具有平
衡块部，
在所述曲轴臂部的靠所述轴颈部侧的表面上，在沿着该表面的轮廓的缘
部的内侧，沿着该缘部形成有凹部。
2.根据权利要求1所述的往复式发动机的曲轴，其中，
所述凹部扩展至所述缘部的区域中的从所述销部的轴心到偏心方向上
的顶部的范围的区...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原广一郎，今西宪治，吉野健，薮野训宏，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP