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KR20110058647A - 커넥팅 로드 및 이것을 제조하는 방법 - Google Patents

커넥팅 로드 및 이것을 제조하는 방법 Download PDF

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KR20110058647A
KR20110058647A KR1020100081795A KR20100081795A KR20110058647A KR 20110058647 A KR20110058647 A KR 20110058647A KR 1020100081795 A KR1020100081795 A KR 1020100081795A KR 20100081795 A KR20100081795 A KR 20100081795A KR 20110058647 A KR20110058647 A KR 20110058647A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
connecting rod
bore
radius
unfinished
cylindrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020100081795A
Other languages
English (en)
Inventor
크리스토퍼 알. 아브루
안쏘니 피. 코퍼
Original Assignee
코요 베어링즈 유에스에이, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코요 베어링즈 유에스에이, 엘엘씨 filed Critical 코요 베어링즈 유에스에이, 엘엘씨
Publication of KR20110058647A publication Critical patent/KR20110058647A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
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Abstract

본 발명에 따른 커넥팅 로드를 제조하는 방법은 커넥팅 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 제공하는 단계와, 미완성 보어를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 커넥팅 로드에 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 가하는 단계와, 압축 하중 및 인장 하중 중 하나가 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어를 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공하는 단계를 포함한다.

Description

커넥팅 로드 및 이것을 제조하는 방법 {CONNECTING ROD AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
본원은 2009년 11월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/264,329호에 대해 우선권을 주장하며, 이것의 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다.
본 발명은 내연 기관에 관한 것이며, 특히 내연 기관에 사용하기 위한 커넥팅 로드에 관한 것이다.
내연 기관은 일반적으로 피스톤의 왕복 운동을 크랭크 샤프트의 회전으로 전환하기 위한 커넥팅 로드를 포함한다. 몇몇 엔진은 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 사이의 상대 회전을 촉진하기 위해 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트 상의 각각의 저널 사이에 롤러 베어링을 사용한다. 관련 피스톤의 배기 행정 또는 압축 행정 동안의 커넥팅 로드의 관성 하중 또는 관련 피스톤의 동력 행정 동안의 커넥팅 로드의 압축 하중은 일반적으로 롤러 베어링이 배치되는 커넥팅 로드 내의 보어를 변형시킨다. 이것은 곧 롤러 베어링이 크랭크 샤프트 저널과 커넥팅 로드 모두와 접촉하여 크랭크 샤프트 저널과 커넥팅 로드 사이에서 힘을 전달하는 접촉 구역의 길이를 감소시킨다. 이러한 짧아진 접촉 구역의 결과로서, 롤러 베어링은 일반적으로 가변적인 응력 분포를 겪고, 때때로 순간적인 피크 응력을 겪으며, 이것은 롤러 베어링의 유효 수명을 감소시킬 수 있다.
일 태양에서 본 발명은 커넥팅 로드를 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은 커넥팅 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 제공하는 단계와, 미완성 보어를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 커넥팅 로드에 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 가하는 단계와, 압축 하중 및 인장 하중 중 하나가 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어를 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공하는 단계를 포함한다.
다른 태양에서 본 발명은 종방향 축을 형성하는 본체, 본체에 결합된 캡, 및 본체와 캡에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 비원통형의 완성된 보어를 포함하는 커넥팅 로드를 제공한다. 완성된 보어는 종방향 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 중심 축을 형성한다. 완성된 보어는 중심 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 평면을 통한 단면 형상을 갖는다. 단면 형상은 중심 축에 대해 최소인 제1 반경 및 최대인 제2 반경을 갖는다. 단면 형상의 반경은 제1 반경으로부터 제2 반경까지 연속적으로 증가한다.
또 다른 태양에서 본 발명은 종방향 축을 형성하는 본체, 본체에 결합되는 캡, 및 본체와 캡에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 타원형의 완성된 보어를 포함하는 커넥팅 로드를 제공한다. 완성된 보어는 종방향 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 중심 축을 형성한다. 완성된 보어는 중심 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 평면을 통한 단면 형상을 포함한다. 완성된 보어의 단면 형상은 장축 및 단축을 갖는다. 장축 및 단축 중 하나는 종방향 축과 실질적으로 평행하게 배향된다. 완성된 보어의 단면에 의해 경계가 형성되고 중심 축을 교차하는 현(chord)은 현이 중심 축을 중심으로 회전함에 따라서 현이 장축과 정렬되는 제1 배향으로부터 현이 단축과 정렬되는 제2 배향까지 연속적으로 감소된다.
발명의 다른 특징 및 태양은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 고찰함으로써 명확해질 것이다.
도 1a는 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 갖는 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 1b는 연결 로드에 압축 하중을 가하여 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 적어도 부분적으로 변형시키는, 도 1a의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 1c는 압축 하중이 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어가 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공되는 것을 도시하는, 도 1b의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 1d는 완성된 보어가 타원 형상으로 탄성적으로 복원되는 것을 허용하기 위해 압축 하중이 커넥팅 로드로부터 제거되는 것을 도시하는, 도 1c의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 2a는 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 갖는 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 2b는 커넥팅 로드에 인장 하중을 가하여 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 적어도 부분적으로 변형시키는, 도 2a의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 2c는 인장 하중이 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어가 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공되는 것을 도시하는, 도 2b의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 2d는 완성된 보어가 타원 형상으로 탄성적으로 복원되는 것을 허용하기 위해 커넥팅 로드로부터 인장 하중이 제거되는 것을 도시하는, 도 2c의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 3a는 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 갖는 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 3b는 커넥팅 로드에 압축 하중을 가하여 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 적어도 부분적으로 변형시키는, 도 3a의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 3c는 압축 하중이 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어가 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공되는 것을 도시하는, 도 3b의 커넥팅 로드의 정면도이다.
도 3d는 완성된 보어가 비원통 형상으로 탄성적으로 복원되는 것을 허용하기 위해 압축 하중이 커넥팅 로드로부터 제거되는 것을 도시하는, 도 3c의 커넥팅 로드의 정면도이다.
본 발명의 실시예들이 상세히 설명되기 전에, 본 발명은 이하의 설명에 기재되거나 또는 첨부된 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배치의 상세사항에 본원이 한정되는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다. 본 발명은 기타 실시예들이 가능하고, 다양한 방법으로 실행 또는 수행될 수 있다. 또한, 본원에 사용되는 문구 및 용어는 설명을 목적으로 한 것이며 한정으로 여겨져서는 안된다는 것이 이해되어야 한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 커넥팅 로드(10)를 제조하는 제1 방법을 도시한다. 도 1a는 종방향 축(18)을 형성하는 본체(14) 및 본체(14)에 결합되는 캡(22)을 포함하는 커넥팅 로드(10)를 도시한다. 커넥팅 로드(10)의 도시된 구성에서, 캡(22)은 체결구(26)(예를 들어, 볼트)를 사용하여 본체(14)에 결합된다. 대안적으로, 여러 구성요소들 중 임의의 것이 본체(14)에 캡(22)을 결합시키는데 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 커넥팅 로드(10)는 캡(22)이 본체(14)와 일체이도록 단일 피스로서 일체형으로 형성될 수 있다. 그러한 커넥팅 로드(10)는 예를 들어 외팔보형 크랭크 샤프트를 갖는 엔진에서 사용될 수 있다.
커넥팅 로드(10)는 커넥팅 로드(10)의 일 단부(34)에 근접하여 배치되는 제1 보어(30a) 및 커넥팅 로드(10)의 대향 단부(42)에 근접하여 배치되는 제2 보어(38)를 포함한다. 제1 보어(30a)를 갖는 커넥팅 로드(10)의 단부(34)는 다르게는 커넥팅 로드(10)의 "큰 단부"(34)로 공지되어 있으며, 이것에 크랭크 샤프트 저널이 회전 가능하게 결합된다. 제2 보어(38)를 갖는 커넥팅 로드(10)의 단부(42)는 다르게는 커넥팅 로드(10)의 "작은 단부"(42)로 공지되어 있으며, 이것에 피스톤이 피봇 가능하게 결합된다. 도시된 커넥팅 로드(10)는 내연 기관에 사용하도록 구성된다. 대안적으로, 커넥팅 로드(10)는 여러 응용예에서의 사용을 위해 여러 방식들 중 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
커넥팅 로드(10)의 본체(14) 및 캡(22)은 처음에 여러 방법들 중 임의의 방식으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 본체(14)와 캡(22)은 (예를 들어, 주조 또는 단조 공정 등을 사용하여) 따로 형성될 수 있고, 이어서 체결구(26)를 사용하여 결합될 수 있다. 대안적으로, 본체(14)와 캡(22)은 단일 피스로서 일체형으로 형성될 수 있고, 나중의 제조 공정에서 분리될 수 있다. 어느 쪽으로 해도, 제1 보어(30a)는 처음에 본체(14) 및 캡(22)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 실질적으로 원통형인 미완성 보어(30a)로서 형성된다. 환언하면, 미완성 보어(30)는 아직 최종 크기로 가공되지 않았다.
도 1b는 미완성 보어(30a)를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 압축 하중을 받는 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34)를 도시한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 단일의 고정된 지지체(46)가 종방향 축(18)과 정렬되고, 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34)를 압축 또는 클램핑하기 위해 지지체(46)의 방향으로 커넥팅 로드(10)의 본체(14)에 하중(F)이 가해진다. 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34) 상의 클램핑 하중(F)의 크기는 내연 기관의 압축 행정 동안 커넥팅 로드(10)에 가해지는 압축 하중에 근접하도록 결정된다. 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34)의 결과적인 압축 또는 클램핑은 실질적으로 원통형인 미완성 보어(30a)(도 1b에 가상선으로 도시됨)를 변형시켜 타원형의 비원통 형상을 갖게 한다(도 1b에 실선으로 도시됨). 구체적으로, 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)는 종방향 축(18)에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 장축(50) 및 종방향 축(18)에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 단축(54)을 갖는 타원 형상을 갖는다. 환언하면, 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)는 단축(54)을 따라 배향되는 최소 반경 및 장축(50)을 따라 배향되는 최대 반경을 포함한다. 도 1b에 도시된 특정 타원 형상에서, 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)의 반경은 [단축(54)을 따라 배향된] 최소 반경으로부터 [장축(50)을 따라 배향된] 최대 반경까지 연속적으로 증가한다. 마찬가지로, 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)의 반경은 [장축(50)을 따라 배향된] 최대 반경으로부터 [단축(54)을 따라 배향된] 최소 반경까지 연속적으로 감소한다.
대안적으로, 하나 이상의 지지체(46)가 사용될 수 있고, 이 지지체(46)들은 도 1b에 도시된 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)의 형상과는 다른 변형된 비원통 형상을 형성하기 위해 여러 구성 중 임의의 구성으로 서로에 대해 상대적으로 위치될 수 있거나(즉, 서로 더 근접하게 또는 서로 더 멀리 이격됨), 또는 종방향 축(18)으로부터 이격될 수 있다(도 3b 참조).
도 1c를 참조하면, 다음으로 변형된 비원통형의 미완성 보어(30b)(가상선으로 도시됨)는 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34) 상에 클램핑 하중(F)이 유지되는 동안 실질적으로 원통형인 완성된 보어(30c)(실선으로 도시됨)로 기계가공된다. 이어서, 클램핑 하중(F)이 해제되고, 완성된 보어(30d)는 커넥팅 로드(10)가 변형되지 않은 형상으로 탄성적으로 복원될 때 타원 형상을 갖게 된다(도 1d 참조). 구체적으로, 완성된 보어(30d)는 종방향 축(18)에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 장축(58) 및 종방향 축(18)에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 단축(62)을 갖는 타원 형상을 갖는다. 도 1d에 도시된 변형되지 않은 비원통형의 완성된 보어(30d)가 갖는 특정 타원 형상에서, 완성된 보어(30d)의 형상 또는 외주에 의해 경계가 형성되고 완성된 보어(30d)의 중심 축(70)을 교차하는 현(66)은 현(66)이 완성된 보어(30d)의 중심 축(70)을 중심으로 회전함에 따라서 현(66)이 장축(58)과 정렬되는 제1 배향(즉, 수직)으로부터 현(66)이 단축(62)과 정렬되는 제2 배향(즉, 수평)까지 연속적으로 감소한다. 환언하면, 변형되지 않은 비원통형의 완성된 보어(30d)는 불연속부[예를 들어, 완성된 보어(30d)의 대체로 원호형인 형상으로부터 벗어난 표면의 꼭지점 또는 함몰부]가 없는 단일의 연속적인 표면에 의해 형성된다.
내연 기관의 일부로서 조립되면, 복수의 구름 요소(예를 들어, 원통형 롤러)들이 크랭크 샤프트 저널의 외측 표면과 완성된 보어(30d)를 형성하는 커넥팅 로드(10)의 내측 표면(74) 사이의 반경방향 공간에 위치한다. 엔진이 작동하지 않을 때, 커넥팅 로드(10)는 관성 하중 또는 압축 하중을 받지 않으며, 완성된 보어(30d)는 도 1d에 도시된 형상을 갖는다. 완성된 보어(30d)는 타원형이기 때문에, 도 1d의 원호 길이(A1)에 대응하는 영역에 위치한 롤러 베어링은 커넥팅 로드(10)의 내측 표면(74)으로부터 이격되어, 도 1d의 원호 길이(A2, A3)에 대응하는 영역에 위치한 롤러 베어링이 커넥팅 로드(10)의 내측 표면(74)과 접촉 상태로 남아있게 할 수 있다.
엔진의 작동중에, (피스톤에 작용하는 실린더 내의 팽창하는 연소 가스에 의해 가해지는) 커넥팅 로드(10) 상의 압축 하중은 완성된 보어(30d)가 도 1c에 실선으로 도시된 실질적으로 원통형인 형상(30c)을 다시 갖게 하고, 따라서 도 1d에 도시된 원호 길이(A1)에 대응하는 영역을 포함하도록 구름 요소들과의 접촉 구역 또는 영역을 확장시킨다. 그 결과, 구름 요소들이 접촉하는 내측 표면(74)의 총 면적이 증가하고, 따라서 구름 요소 상의 응력을 감소시킨다. 이러한 커넥팅 로드(10)의 작동 방식은, 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34)가 엔진의 작동중의 커넥팅 로드(10) 상의 압축 하중처럼 작용하는 클램핑 하중(F)을 받고 커넥팅 로드(10)의 큰 단부(34) 상에 클램핑 하중(F)이 유지되는 동안 커넥팅 로드(10)가 기계가공되어 완성된 보어(30c)를 형성하는 상술한 제조 공정에 의해 가능해진다. 이러한 방식에서, 커넥팅 로드(10)가 엔진의 작동중에 압축 하중을 받을 때 완성된 보어(30c)의 형상은 실질적으로 원통형인 형상을 갖도록 보장된다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 커넥팅 로드(110)를 제조하는 제2 방법을 도시한다. 도 2a는 종방향 축(118)을 형성하는 본체(114) 및 본체(114)에 결합되는 캡(122)을 포함하는 커넥팅 로드(110)를 도시한다. 커넥팅 로드(110)의 도시된 구성에서, 캡(122)은 체결구(126)(예를 들어, 볼트)를 사용하여 본체(114)에 결합된다. 대안적으로, 여러 구성요소들 중 임의의 것이 본체(114)에 캡(122)을 결합시키는데 사용될 수 있다. 커넥팅 로드(110)는 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134)에 근접하여 배치되는 제1 보어(130a) 및 커넥팅 로드(110)의 작은 단부(142)에 근접하여 배치되는 제2 보어(138)를 포함한다. 도시된 커넥팅 로드(110)는 내연 기관에 사용하도록 구성된다. 대안적으로, 커넥팅 로드(110)는 여러 응용예에서의 사용을 위해 여러 방식들 중 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d의 커넥팅 로드에서와 유사한 방식으로, 제1 보어(130a)는 처음에 본체(114) 및 캡(122)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 실질적으로 원통형인 미완성 보어(130a)로서 형성된다. 도 2b는 미완성 보어(130a)를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134)가 인장 하중(F)을 받는 것을 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 캡(122)은 고정된 지지체(146) 또는 기타 구조체에 고정되거나 클램핑되고, 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134)를 신장시키기 위해 지지체(146)로부터 멀어지는 방향으로 커넥팅 로드(110)의 본체(114)에 하중(F)이 가해진다. 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134) 상의 인장 하중(F)의 크기는 엔진의 작동중에 (예를 들어, 배기 행정과 흡입 행정 사이에서) 방향을 바꿀 때 피스톤에 의해 커넥팅 로드(110)에 가해지는 관성 하중에 근접하도록 결정된다. 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134)의 결과적인 신장은 실질적으로 원통형인 미완성 보어(130a)(도 2b에 가상선으로 도시됨)를 변형시켜 타원형인 비원통 형상(도 2b에 실선으로 도시됨)을 갖게 한다.
구체적으로, 변형된 비원통형의 미완성 보어(130b)는 종방향 축(118)에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 장축(150) 및 종방향 축(118)에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 단축(154)을 갖는 타원 형상을 갖는다. 환언하면, 변형된 비원통형의 미완성 보어(130b)는 단축(154)을 따라 배향되는 최소 반경 및 장축(150)을 따라 배향되는 최대 반경을 포함한다. 도 2b에 도시된 특정한 타원 형상에서, 변형된 비원통형의 미완성 보어(130b)의 반경은 [단축(154)을 따라 배향된] 최소 반경으로부터 [장축(150)을 따라 배향된] 최대 반경까지 연속적으로 증가한다. 마찬가지로, 변형된 비원통형의 미완성 보어(130b)의 반경은 [장축(150)을 따라 배향된] 최대 반경으로부터 [단축(154)을 따라 배향된] 최소 반경까지 연속적으로 감소한다.
도 2c를 참조하면, 다음으로 변형된 비원통형의 미완성 보어(130b)(가상선으로 도시됨)는 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134) 상에 인장 하중(F)이 유지되는 동안 실질적으로 원통형인 완성된 보어(130c)(실선으로 도시됨)로 기계가공된다. 이어서, 인장 하중(F)이 해제되고, 완성된 보어(130c)는 커넥팅 로드(110)가 그것의 변형되지 않은 형상으로 탄성적으로 복원될 때 타원 형상을 갖게 된다(도 2d 참조). 구체적으로, 완성된 보어(130d)는 종방향 축(118)에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 장축(158) 및 종방향 축(118)에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 단축(162)을 갖는 타원 형상을 갖는다. 도 2d에 도시된 변형되지 않은 비원통형의 완성된 보어(130d)가 갖는 특정 타원 형상에서, 완성된 보어(130d)의 형상 또는 외주에 의해 경계가 형성되고 완성된 보어(130d)의 중심 축(170)을 교차하는 현(166)은 현(166)이 완성된 보어(130d)의 중심 축(170)을 따라 회전됨에 따라서 현(166)이 장축(158)과 정렬되는 제1 배향(즉, 수평)으로부터 현(166)이 단축(162)과 정렬되는 제2 배향(즉, 수직)까지 연속적으로 길이가 감소한다. 환언하면, 변형되지 않은 비원형의 완성된 보어(130d)는 불연속부[예를 들어, 완성된 보어(130d)의 대체로 원호형인 형상으로부터 벗어나는 표면의 꼭지점 또는 함몰부]가 없는 단일의 연속 표면에 의해 형성된다.
내연 기관의 일부로서 조립되면, 복수의 구름 요소(예를 들어, 원통형 롤러)들이 크랭크 샤프트 저널의 외측 표면과 완성된 보어(130d)를 형성하는 커넥팅 로드(110)의 내측 표면(174) 사이의 반경방향 공간 내에 위치된다. 엔진이 작동하지 않을 때, 커넥팅 로드(110)는 관성 하중 또는 압축 하중을 받지 않으며, 완성된 보어(130d)는 도 2d에 도시된 형상을 갖는다. 완성된 보어(130d)는 타원형이기 때문에, 도 2d의 원호 길이(A4, A5)에 대응하는 영역에 위치한 구름 요소들은 커넥팅 로드(110)의 내측 표면(174)으로부터 이격되어, 도 2d의 원호 길이(A6)에 대응하는 영역에 위치한 구름 요소들이 커넥팅 로드(110)의 내측 표면(174)과 접촉하는 상태로 남아 있게 한다.
엔진의 작동중에, 커넥팅 로드(110) 상의 관성 하중은 완성된 보어(130d)가 도 2c에 실선으로 도시된 실질적으로 원통형인 형상(130c)을 다시 갖게 하고, 따라서 도 2d에 도시된 원호 길이(A4, A5)에 대응하는 영역을 포함하도록 구름 요소들과의 접촉 구역 또는 영역을 확장시킨다. 그 결과, 구름 요소들이 접촉하는 내측 표면(174)의 총 면적이 증가하고, 따라서 구름 요소들 상의 응력을 감소시킨다. 커넥팅 로드(110)의 이러한 작동 방식은, 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134)가 엔진의 작동중의 커넥팅 로드(110) 상의 관성 하중처럼 작용하는 인장 하중(F)을 받고 커넥팅 로드(110)의 큰 단부(134) 상에 인장 하중(F)이 유지되는 동안 완성된 보어(130c)를 형성하기 위해 커넥팅 로드(110)가 기계가공되는 상술한 제조 공정에 의해 가능해진다. 이러한 방식으로, 완성된 보어(130c)의 형상은 커넥팅 로드(110)가 엔진의 작동중에 관성 하중을 받을 때 실질적으로 원통형이 되도록 보장된다.
대안적인 제조 공정에서, 커넥팅 로드(10, 110)의 큰 단부(34, 134)에 있는 미완성 보어(30a, 130a)는 커넥팅 로드(10, 110)의 압축 하중 및 관성 하중 동안 완성된 보어(30d, 130d)가 받는 변형을 고려하여 기계가공될 수 있다. 그러한 제조 공정은 완성된 보어(30d)의 상부 절반이 도 1d에 도시된 완성된 보어(30d)의 상부 절반을 닮고 완성된 보어의 하부 절반이 도 2d에 도시된 완성된 보어(130d)의 하부 절반을 닮은 완성된 보어를 갖는 커넥팅 로드를 형성한다. 그러나, 완성된 보어는 불연속부(예를 들어, 완성된 보어의 대체로 원호형인 형상으로부터 벗어나는 표면의 꼭지점 또는 함몰부)가 없는 단일의 연속적인 표면을 갖도록 기계가공될 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 커넥팅 로드(210)를 제조하는 제3 방법을 도시한다. 도 3a는 종방향 축(218)을 형성하는 본체(214) 및 본체(214)에 결합되는 캡(222)을 포함하는 커넥팅 로드(210)를 도시한다. 커넥팅 로드(210)의 도시된 구성에서, 캡(222)은 체결구(226)(예를 들어, 볼트)를 사용하여 본체(214)에 결합된다. 대안적으로, 여러 구성요소들 중 임의의 것이 본체(214)에 캡(222)을 결합시키는데 사용될 수 있다. 다른 대안으로서, 커넥팅 로드(210)는 캡(222)이 본체(214)와 일체이도록 단일 피스로서 일체형으로 형성될 수 있다. 그러한 커넥팅 로드(210)는 예를 들어 외팔보형 크랭크 샤프트를 갖는 엔진에서 사용될 수 있다.
커넥팅 로드(210)는 커넥팅 로드(210)의 일 단부(234)에 근접하여 배치되는 제1 보어(230a) 및 커넥팅 로드(210)의 대향 단부(242)에 근접하여 배치되는 제2 보어(238)를 포함한다. 제1 보어(230a)를 갖는 커넥팅 로드(210)의 단부(234)는 다르게는 커넥팅 로드(210)의 "큰 단부"(234)로 공지되어 있으며, 이것에 크랭크 샤프트 저널이 회전 가능하게 결합된다. 제2 보어(238)를 갖는 커넥팅 로드(210)의 단부(242)는 다르게는 커넥팅 로드(210)의 "작은 단부"(242)로 공지되어 있으며, 이것에 피스톤이 피봇 가능하게 결합된다. 도시된 커넥팅 로드(210)는 내연 기관에 사용하도록 구성된다. 대안적으로, 커넥팅 로드(210)는 여러 응용예에서의 사용을 위해 여러 방식들 중 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
커넥팅 로드(210)의 본체(214) 및 캡(222)은 처음에 여러 방법들 중 임의의 방법으로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 본체(214)와 캡(222)은 (예를 들어, 주조 또는 단조 공정 등을 사용하여) 따로 형성될 수 있고, 이어서 체결구(226)를 사용하여 결합될 수 있다. 대안적으로, 본체(214)와 캡(222)은 단일 피스로서 일체형으로 형성될 수 있고, 나중의 제조 공정에서 분리될 수 있다. 어느 쪽으로 해도, 제1 보어(230a)는 처음에 본체(214) 및 캡(222)에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 실질적으로 원통형인 미완성 보어(230a)로서 형성된다. 환언하면, 미완성 보어(230)는 아직 최종 크기로 가공되지 않았다.
도 3b는 미완성 보어(230a)를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 압축 하중을 받는 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234)를 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 이중의 고정된 지지체(246)가 본체(214)와 맞물리고, 하중(F)이 커넥팅 로드(210)의 본체(214)에 가해져 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234)를 압축 또는 클램핑한다. 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234) 상의 클램핑 하중(F)의 크기는 내연 기관의 압축 행정 동안 커넥팅 로드(210)에 가해지는 압축 하중에 근접하도록 결정된다. 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234)의 결과적인 압축 또는 클램핑은 실질적으로 원통형인 미완성 보어(230a)(도 3b에 가상선으로 도시됨)를 변형시켜 비원통 형상을 갖게 한다(도 3b에 실선으로 도시됨). 구체적으로, 변형된 비원통형의 미완성 보어(230b)는 복수(예를 들어, 3개)의 최소 반경(R1) 및 복수(예를 들어, 3개)의 최대 반경(R2)에 의해 형성되는 비원통 형상을 갖는다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 인접한 최소 반경(R1)들은 약 120도의 각도(AN1)만큼 각도 이격되어 있다. 마찬가지로, 인접한 최대 반경(R2)들은 약 120도의 각도(AN2)만큼 각도 이격되어 있다. 또한, 각각의 최소 반경(R1)은 인접한 최대 반경(R2)으로부터 약 60도의 각도(AN3)만큼 각도 이격되어 있다. 비원통 형상의 반경은 각각의 최소 반경(R1)으로부터 인접한 최대 반경(R2)까지 연속적으로 증가한다. 마찬가지로, 비원통 형상의 반경은 각각의 최대 반경(R2)으로부터 인접한 최소 반경(R1)까지 연속적으로 감소한다.
계속해서 도 3b를 참조하면, 지지체(246)들은 도 3b에 도시된 변형된 비원통형의 미완성 보어(230b)의 형상과는 다른 변형된 비원통 형상을 형성하기 위해 여러 구성 중 임의의 구성으로 서로에 대해 상대적으로 위치될 수 있거나(즉, 서로 더 근접하게 또는 서로 더 멀리 이격됨), 또는 종방향 축(218)으로부터 이격될 수 있다. 대안적으로, 도 3b에 도시된 것보다 많은 최소 반경(R1) 및 최대 반경(R2)을 갖는 변형된 비원통형의 미완성 보어를 형성하기 위해 2개 이상의 지지체(246)가 사용될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 다음으로 변형된 비원통형의 미완성 보어(230b)(가상선으로 도시됨)는 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234) 상에 클램핑 하중(F)이 유지되는 동안 실질적으로 원통형인 완성된 보어(230c)(실선으로 도시됨)로 기계가공된다. 이어서, 클램핑 하중(F)이 해제되고, 완성된 보어(230d)는 커넥팅 로드(210)가 탄성적으로 복원될 때 도 3b에 도시된 변형된 비원통 형상의 실질적으로 역상인 비원통 형상을 갖게 된다(도 3d 참조). 구체적으로, 완성된 보어(230d)는 완성된 보어(230d)의 중심 축(270)에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 평면을 통한 비원통형 단면 형상을 갖고, 이것은 중심 축(270)을 중심으로 [약 120도의 각도(AN4)만큼] 등각으로 이격된 3개의 최소 반경(R3) 및 중심 축(270)을 중심으로 [약 120도의 각도(AN5)만큼] 등각으로 이격된 3개의 최대 반경(R4)을 갖는다. 또한, 각각의 최소 반경(R3)은 인접한 최대 반경(R4)으로부터 약 60도의 각도(AN6)만큼 각도 이격된다. 인접한 반경(R3, R4)들 사이에서, 완성된 보어(230d)의 반경은 최소 반경(R3)으로부터 최대 반경(R4)까지 연속적으로 증가한다. 마찬가지로, 인접한 반경(R4, R3)들 사이에서, 완성된 보어(230d)의 반경은 최대 반경(R4)으로부터 최소 반경(R3)까지 연속적으로 감소한다. 그 결과, 변형되지 않은 비원통형의 완성된 보어(230d)는 불연속부[예를 들어, 완성된 보어(230d)의 대체로 원호형인 형상으로부터 벗어나는 표면의 별개의 꼭지점 또는 함몰부]가 없는 단일의 연속적인 표면에 의해 형성된다.
내연 기관의 일부로서 조립되면, 복수의 구름 요소(예를 들어, 원통형 롤러)들이 크랭크 샤프트 저널의 외측 표면과 완성된 보어(230d)를 형성하는 커넥팅 로드(210)의 내측 표면(274) 사이의 반경방향 공간에 위치한다. 엔진이 작동하지 않을 때, 커넥팅 로드(210)는 관성 하중 또는 압축 하중을 받지 않으며, 완성된 보어(230d)는 도 3d에 도시된 형상을 갖는다. 완성된 보어(230d)는 비원통형이기 때문에, 각각의 최대 반경(R4)에 근접한 영역에 위치한 롤러 베어링은 커넥팅 로드(210)의 내측 표면(274)으로부터 이격되어, 각각의 최소 반경(R3)에 근접한 영역에 위치한 롤러 베어링이 커넥팅 로드(210)의 내측 표면(274)과 접촉한 상태로 남아있게 할 수 있다.
엔진의 작동중에, (피스톤에 작용하는 실린더 내의 팽창하는 연소 가스에 의해 가해지는) 커넥팅 로드(210) 상의 압축 하중은 완성된 보어(230d)가 도 3c에 실선으로 도시된 실질적으로 원통형인 형상(230c)을 다시 갖게 하고, 커넥팅 로드(210)의 본체(214)와 관련된 최대 반경(R4)에 근접한 영역을 포함하도록 구름 요소들과의 접촉 구역 또는 영역을 확장시킨다. 그 결과, 구름 요소들이 접촉하는 내측 표면(274)의 총 면적이 증가하고, 따라서 구름 요소 상의 응력을 감소시킨다. 이러한 커넥팅 로드(210)의 작동 방식은 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234)가 엔진의 작동중에 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234) 상에 압축 하중처럼 작용하는 클램핑 하중(F)을 받고 커넥팅 로드(210)의 큰 단부(234) 상에 클램핑 하중(F)이 유지되는 동안 커넥팅 로드(210)가 기계가공되어 완성된 보어(230c)를 형성하는 상술한 제조 공정에 의해 가능해진다. 이러한 방식에서, 커넥팅 로드(210)가 엔진의 작동중에 압축 하중을 받을 때 완성된 보어(230c)의 형상은 실질적으로 원통형인 형상을 갖도록 보장된다.
본 발명의 다양한 특징들이 다음의 청구항에 기재된다.
10: 커넥팅 로드
14: 본체
22: 캡
26: 체결구
30: 보어
34: 큰 단부
42: 작은 단부
50: 장축
54: 단축

Claims (16)

  1. 커넥팅 로드를 제조하는 방법이며,
    커넥팅 로드의 일 단부에 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 제공하는 단계와,
    미완성 보어를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 커넥팅 로드에 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 가하는 단계와,
    압축 하중 및 인장 하중 중 하나가 커넥팅 로드에 가해지는 동안 변형된 미완성 보어를 실질적으로 원통형인 형상으로 기계가공하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 커넥팅 로드에 가하는 단계는 보어의 중심 축에 대해 최소인 제1 반경 및 최대인 제2 반경을 갖는 변형된 미완성 보어의 비원통 형상을 형성하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 변형된 미완성 보어의 비원통 형상을 형성하는 단계는 비원통 형상의 반경이 제1 반경으로부터 제2 반경까지 연속적으로 증가하도록 비원통 형상을 형성하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 변형된 미완성 보어의 비원통 형상을 형성하는 단계는 비원통 형상의 반경이 제2 반경으로부터 제1 반경까지 연속적으로 감소하도록 비원통 형상을 형성하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 커넥팅 로드에 압축 하중을 가하는 단계는 커넥팅 로드의 종방향 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 장축을 갖는 타원 형상으로 미완성 보어를 변형하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 커넥팅 로드에 인장 하중을 가하는 단계는 커넥팅 로드의 종방향 축에 대해 실질적으로 평행하게 배향되는 장축을 갖는 타원 형상으로 미완성 보어를 변형하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 가하는 단계는 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 커넥팅 로드의 종방향 축에 대해 평행한 방향으로 배향하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 갖는 커넥팅 로드의 단부에 인접하여 적어도 하나의 지지체를 위치시키는 단계를 더 포함하고, 압축 하중을 커넥팅 로드의 단부에 가하는 단계는 커넥팅 로드를 지지체에 대해 클램핑하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 커넥팅 로드의 단부에 인접하여 적어도 하나의 지지체를 위치시키는 단계는 커넥팅 로드의 단부에 인접하여 적어도 2개의 지지체를 위치시키는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 미완성 보어를 비원통 형상으로 적어도 부분적으로 변형하기 위해 압축 하중을 가하기 전에 적어도 2개의 지지체들 사이의 간격을 조절하는 단계를 더 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서, 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 갖는 커넥팅 로드의 단부에 인접하여 적어도 하나의 지지체를 위치시키는 단계를 더 포함하고, 커넥팅 로드에 인장 하중을 가하는 단계는 커넥팅 로드의 단부를 지지체에 고정하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 커넥팅 로드는 본체 및 본체에 결합되는 캡을 포함하고, 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 제공하는 단계는 본체 및 캡에 적어도 부분적으로 실질적으로 원통형인 미완성 보어를 제공하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 변형된 미완성 보어를 기계가공한 후에 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 해제하는 단계를 더 포함하고, 압축 하중 및 인장 하중 중 하나를 해제하는 단계는 기계가공된 보어가 제2 변형된 비원통 형상을 갖는 것을 허용하는 단계를 포함하는
    커넥팅 로드 제조 방법.
  14. 종방향 축을 형성하는 본체와,
    본체에 결합되는 캡과,
    본체 및 캡에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 비원통형의 완성된 보어를 포함하고,
    완성된 보어는 종방향 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 중심 축을 형성하고, 완성된 보어는 중심 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 평면을 통한 단면 형상을 가지며, 단면 형상은 중심 축에 대해 최소인 제1 반경 및 최대인 제2 반경을 가지며,
    단면 형상의 반경은 제1 반경으로부터 제2 반경까지 연속적으로 증가하는
    커넥팅 로드.
  15. 제14항에 있어서, 비원통 형상의 반경은 제2 반경으로부터 제1 반경까지 연속적으로 감소하는
    커넥팅 로드.
  16. 종방향 축을 형성하는 본체와,
    본체에 결합되는 캡과,
    본체 및 캡에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 타원형의 완성된 보어를 포함하고,
    완성된 보어는 종방향 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 중심 축을 형성하고, 완성된 보어는 중심 축에 대해 실질적으로 직각으로 배향되는 평면을 통한 단면 형상을 가지며, 단면 형상은 장축 및 단축을 갖고,
    장축 및 단축 중 하나는 종방향 축과 실질적으로 평행하게 배향되고, 완성된 보어의 단면 형상에 의해 경계가 형성되고 중심 축을 교차하는 현은 현이 중심 축을 중심으로 회전됨에 따라서 현이 장축과 정렬되는 제1 배향으로부터 현이 단축과 정렬되는 제2 배향까지 길이가 연속적으로 감소하는
    커넥팅 로드.
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