CN103038483A - 十字头式柴油机的十字头 - Google Patents

Abstract

一种十字头式柴油机的十字头，不增大滑动板的强度就能使滑动板与十字头之间的表面压力下降。十字头式柴油机的十字头(2)具有：将活塞杆的一端和连杆的一端可转动地连接的销(14)；相对于从固定于机架的固定端向自由端竖立设置的滑动板进行滑动并往复运动的端头(8)；以及连接销(14)和端头(8)的连接板(13)，在该十字头式柴油机的十字头(2)中，端头(8)的往复运动方向上的端部(8c，8d)是厚度比中央部(8e)薄的薄壁部(8f)。

Description

十字头式柴油机的十字头

技术领域

本发明涉及一种十字头式柴油机的十字头。

背景技术

以往，作为船舶推进用的主发动机，使用十字头式柴油机(参照专利文献1)。这种十字头式柴油机具有将活塞杆的一端和连杆的一端可转动地连接的十字头，该十字头在固定于主体侧的滑动板上进行滑动并往复运动。当十字头在滑动板上进行往复运动时，力从活塞通过活塞杆而传递给十字头。该传递的力在横向(朝向滑动板的方向)上的分力被称为侧向力，其是使滑动板变形的力。

为了抑制该滑动板的变形，以往，通过增加滑动板的板厚、或增加设置对滑动板的变形予以抑制的肋部来增大滑动板的强度。

专利文献1：日本专利特开平11－336560号公报

发明所要解决的课题

但是，若为了抑制滑动板的变形而增加滑动板的强度，则不仅会导致成本增大，滑动板与十字头之间的表面压力上升，还可能导致润滑油的油膜破裂等不良情况。

发明内容

本发明是鉴于这种问题而做成的，其目的在于，提供一种十字头式柴油机的十字头，能够不增大滑动板的强度地使滑动板与十字头之间的表面压力下降。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的十字头式柴油机的十字头采用如下技术方案。

即，本发明第一技术方案的十字头式柴油机的十字头，具有：将活塞杆的一端和连杆的一端可转动地连接的销；相对于从固定于主体侧的一侧端向另一侧端竖立设置的滑动板进行滑动并往复运动的滑动部；以及连接所述销和所述滑动部的连接部，所述滑动部的所述往复运动方向上的端部是厚度比除该端部以外的部分薄的薄壁部。

将滑动部的往复运动方向的端部做成比端部以外部分薄的厚度，就使刚性比端部以外部分低。由此，因为能够减小通过滑动部的端部而传递给滑动板的力(侧向力)，故能抑制滑动部与滑动板之间表面压力的局部上升。

此外，在上述技术方案的十字头式柴油机的十字头中，所述薄壁部是去除了与所述滑动板相反的一侧的面的形状。

由于做成与滑动板相反侧的面被去除了的形状的薄壁部，故能容易进行加工。另外，由于不减少相对于滑动板的滑动面积地形成薄壁部，故能不增大表面压力地形成薄壁部。

此外，在上述技术方案的十字头式柴油机的十字头中，所述薄壁部是去除了所述滑动板侧的面的形状。

也可做成滑动板侧的面被去除了的形状的薄壁部。

此外，在上述技术方案的十字头式柴油机的十字头中，所述连接部设成，使从所述销向所述滑动部的力施加在从该滑动部的中央向所述滑动板的所述另一侧端侧偏离的位置。

由于连接部设成：从销向滑动部的力(侧向力)施加在从滑动部的中央向滑动板的另一侧端侧偏离的位置上，故滑动部中的侧向力的作用点就向滑动板的另一侧端侧偏离。由此，滑动部就在作用点周围受到使滑动部的另一侧端侧的端部变位到滑动板侧、使滑动部的一侧端侧的端部变位到销侧的力矩。因此，在侧向力施加在十字头上的情况下，滑动部就能进行这样的变位：滑动部的另一侧部侧端部变位到滑动板侧，滑动部的一侧端侧的端部变位到销侧，而且滑动部的一侧端侧的端部的变位大于另一侧端侧的端部的变位。该变位为与施加侧向力时的滑动板同样的变形。其原因是，滑动板的一侧端固定在主体侧并向另一侧端竖立设置，故在从十字头施加侧向力的情况下，另一侧端比一侧端较大变位地挠曲。因此，上述技术方案的十字头在施加了侧向力的情况下，能使滑动部变位以与滑动板的变形相对应，故能使滑动部与滑动板之间的表面压力下降。

此外，在上述技术方案的十字头式柴油机的十字头中，所述连接部的位于所述滑动部侧的臂部相比于所述滑动部的中央而向所述滑动板的所述另一侧端侧偏离。

由于连接部的臂部位于连接部的滑动部侧，故能根据该臂部的位置而决定施加在滑动部上的侧向力的作用点。上述技术方案是使臂部相比于滑动部的中央而向滑动板的另一侧端侧偏离，故能使滑动部的另一侧部侧端部变位到滑动板侧，并使滑动部的一侧端侧的端部变位到销侧。

另外，由于根据臂部而决定作用点，因此，优选在除了臂部外不设置将侧向力传递给滑动部的肋部等，而仅有臂部与滑动部连接。

此外，在上述技术方案的十字头式柴油机的十字头中，在所述连接部的位于所述滑动部侧的臂部的所述一侧端侧，设有向所述另一侧端形成的缺口部。

由于在臂部的一侧端侧设有向另一侧端侧形成的缺口部，故能使侧向力的作用点相比于滑动部的中央而偏离到滑动板的另一侧端侧。另外，能允许臂部以缺口部作为起点的变形。由此，能更顺利地使滑动部的另一侧部侧端部变位到滑动板侧，并使滑动部的一侧端侧的端部变位到销侧。

另外，作为缺口部，优选R形状以避免因反复负荷所带来的寿命的下降。

另外，本发明第二技术方案的十字头式柴油机，具有上述任一种所述的十字头。

由于具有上述任一种的十字头，故能使滑动板的表面压力下降，能将滑动板的厚度做薄，或不需要过度的加强，故能降低整体重量，降低成本。

发明的效果

由于采用本发明的十字头式柴油机的十字头，能使滑动板与十字头之间的表面压力下降，故能尽量减少滑动板的增厚、加强，能获得十字头式柴油机的轻量化和成本下降。

附图说明

图1是表示本发明的十字头式柴油机的大致纵剖面图。

图2表示图1的十字头周边的放大立体图。

图3是十字头的侧视图。

图4是图3的十字头的局部放大俯视图。

图5是表示图4所示的十字头的作用的图，(a)是表示端头相对于滑动板的位置关系的俯视图，(b)是表示滑动板及端头的变形的俯视图。

图6是表示图3所示的十字头的端头端部的作用的图，(a)是端头的相对于滑动方向的表面压力的曲线图，(b)是表示端头端部的形状和比较例的局部放大侧视图。

图7是表示侧向力相对于十字头的位置的变化的曲线图。

图8是表示滑动板的变形图形的局部放大立体图。

图9是表示图4所示的十字头的变形例的局部放大俯视图。

图10是表示图3所示的十字头的端头端部的变形例的局部放大侧视图。

符号说明：

2   十字头

3   连杆

5   机架

6   滑动板

6a  固定端(一侧端)

6b  自由端(另一侧端)

8   端头(滑动部)

8a  外侧端部(一侧端侧的端部)

8b  内侧端部(另一侧端侧的端部)

8c  上端(端部)

8d  下端(端部)

8e  中央部(端部以外部分)

8f  薄壁部

13  连接板(连接部)

13a 臂部

14   销

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的一实施方式。

图1表示本发明一实施方式的十字头式柴油机的概略结构。该图所示的柴油机主要用作为船舶推进用的主发动机，是二冲程一工作循环的直流扫气方式。

该柴油机具有：位于下方的机座20；设在机座20上的机架(主体)5；以及设在机架5上的缸体21。这些机座20、机架5及缸体21利用向上下方向延伸的多个抗拉螺栓(未图示)而被紧固固定成一体。

在缸体21上设有气缸套22，在该气缸套22的上端设有气缸盖23。在由气缸套22和气缸盖23形成的空间内设有可往复运动的活塞1。在活塞1的下端可转动地安装有活塞杆24的上端。

机座20做成曲轴箱，设有曲轴4。在曲轴4的上端可转动地连接有连杆3的下端。

在机架5上，设有将活塞杆24和连杆3可转动地连接的十字头2。即，活塞杆24的下端及连杆3的上端与十字头2连接。在十字头2的两侧(图1中的左右)，设有向上下方向延伸的一对滑动板6，且该滑动板6呈被固定在机架5侧的状态。

如图2所示，滑动板6固定在机架5的隔壁9上。即，滑动板的作为其一侧端的固定端6a固定在隔壁9上、并朝向另一侧端而竖立设置。另外，另一侧端是不固定在隔壁9上的自由端6b。

滑动板6只是由固定端6a固定在隔壁9上，未设有防止滑动板6变形用的肋部等加强部件。

十字头2具有：将活塞杆24的下端和连杆3的上端可转动地连接的销14；相对于滑动板6进行滑动并往复运动的端头(滑动部)8；以及连接销14和端头8的连接板(连接部)13。

图3表示从销14的端面侧看到的十字头2的侧视图。如该图所示，端头8在销14两侧设有一对。在连接板13的端头8侧设有臂部13a。该臂部13a如图4所示，连接端头8和连接板13的主体部13b。来自销14的侧向力经该臂部13a而传递给滑动板6。另外，如该图所示，在端头8上仅连接有臂部13a，不设有除臂部13a以外的将力传递给端头的部件。

如图4所示，臂部13a相比于销14的轴线方向上的端头8的中央部(该图中左右方向上的中央部)而偏离地位于销14的轴线方向中央侧(该图中左侧)。更具体地说，臂部13a的中央轴线C1相比于端头8的中央轴线C2而以偏离量d0偏离到销14的轴线方向中央侧。因此，从销14经臂部13a而传递给端头8的侧向力的作用点P就位于从端头8的中央轴线C2偏离的臂部13a的中央轴线C1上。因此，当侧向力施加在作用点P上时，就在作用点P周围产生图4中绕逆时针的力矩，端头8的内侧端部8b变位到滑动板6侧(图4中下方)，且端头8的外侧端部8a变位到销14的轴线侧(图4中上方)。

另外，通过使作用点P偏离端头8的中央，从而，使位于滑动板6的固定端6a侧的端头8的外侧端部(滑动部的一侧端侧的端部)8a与作用点P之间的距离d1变得比位于滑动板6的自由端6b侧的端头8的内侧端部(滑动部的另一侧端侧的端部)8b与作用点P之间的距离d2大。由此，在力依靠侧向力施加于作用点P的情况下，外侧端部8a的变位变得比内侧端部8b的变位大(参照后述的图5(b))。

另一方面，如图3所示，在端头8的往复运动方向(该图中上下方向)上的上端部8c及下端部8d上设有厚度比端头8的上下方向上的中央部8e还薄的薄壁部8f。该薄壁部8f形成为在如图3那样侧面看十字头2时与臂部13a的外轮廓线13b连接的锥状。即，薄壁部8f通过将与滑动板6相反侧的面去除成锥状而形成。图6(b)是将端头8的端部予以放大表示的图，如该图所示，臂部13a的外轮廓线13b与薄壁部8f的锥部8g项链地形成。该形状优选为沿着从臂部13a朝向端头8的侧向力的应力线而形成。另外，该图中用虚线表示比较例的形状。该比较形状是通常使用的形状，其端头8的端部厚度做成与中央部等同，而且，臂部13a’的外轮廓线13b’为在与端头8连接之前与端头8等同的宽度。即，比较例的形状是端头8的端部具有相比于本实施方式还大的刚性的形状。

接着，用图7及图8来说明侧向力所引起的滑动板6的变形。

图7表示侧向力相对于十字头2的位置的变化，在该图中，横轴表示通过十字头2而施加在滑动板上的侧向力的大小，纵轴表示十字头2的往复运动方向位置。如该图所示，在位置Z1及位置Z2侧向力表示出最大值。这就是，位置Z1表示侧向力因气缸内的燃烧空间中的爆发而增大，位置Z2表示活塞杆24(参照图1)从铅垂方向倾斜且向着朝滑动板6的方向(侧向方向)上的分力变大。如此，侧向力的大小根据十字头2的往复运动方向位置而变化。

图8表示受到侧向力时两种滑动板6的变形图形。

变形图形A是滑动板6的自由端6b受到侧向力而以固定端6a为支点产生挠曲变形的图形。

变形图形B是端头8局部推压滑动板6、滑动板6局部产生凹陷变形的图形。

下面，分别对应变形图形A和变形图形B来说明本实施方式的作用效果。

变形图形A：

本实施方式的十字头2对应变形图形A，其图4所示的作用点P的偏离有效地起到作用。

即，如图5(a)所示，当侧向力在该图中从右方施加到左方时，滑动板6的自由端6b就如双点划线所示那样变位到左方(变形图形A)。

另一方面，由于本实施方式的十字头2使臂部13a偏离到自由端6b侧，故作用点P从端头8的中央轴线C2错位到自由端6b侧。由此，绕顺时针的力矩施加在端头8上，如图5(b)所示，能使端头8的外侧端部8a较大地变位到销14侧(图中右侧)。由于该端头8的变形是与滑动板6的变形图形A同样的变形，故效仿滑动板6的变形而使端头8变形，可使滑动板6与端头8之间的表面压力下降。

如此，采用本实施方式，由于能允许滑动板6进行变形图形A的变形并使表面压力下降，故不需要增大滑动板6的板厚、增加其它的肋部等的加强部件这一类的加强措施。因此，如图2所示，可采用将抑制滑动板6的自由端6b的变形的肋部予以取消的构造。由此，可获得十字头式柴油机的轻量化和成本下降。此外，由于能省略将加强用肋部焊接在滑动板6及隔壁9(参照图2)上的工序，故能大幅度减少制造期限和制造成本。

变形图形B：

本实施方式的十字头2对应变形图形B，其图3所示的薄壁部8f有效地起到作用。

即，如图6(b)所示，由于在端头8的端部8c、8d设有薄壁部8f，故该薄壁部8f的刚性低于端头8的中央部8e。由此，能减小通过端头8的端部8c、8d而传递到滑动板6的侧向力。因此，能避免端头8端部处的表面压力的局部增大。例如，如用虚线表示的比较例所示，在将端头8的端部的厚度与中央部相同地做成一定时，经端头8的端部而传递的侧向力如图6(a)的虚线所示地表示最大值。相对地，在本实施方式中，如图6(a)的实线所示那样，由于使端部8c、8d的刚性相比于中央部8e而下降，故能与中央部8e相同地将端头8的端部8c、8d的表面压力做成大致一定。

如此，采用本实施方式，由于能允许滑动板6进行变形图形B的变形并使端头端部8c、8d的表面压力下降，故不需要增大滑动板6的板厚、增加其它的肋部等的加强部件这一类的加强措施。因此，如图2所示，可采用将抑制滑动板6的自由端6b的变形的肋部予以取消的构造。于是，可获得十字头式柴油机的轻量化和成本下降。此外，由于能省略将加强用肋部焊接在滑动板6及隔壁9(参照图2)上的工序，故能大幅度减少制造期限和制造成本。

另外，由于做成与滑动板6相反侧的面被去除后的形状的薄壁部8f，故能容易地进行加工。此外，由于不减少相对于滑动板6的滑动面积地形成薄壁部8f，故能不使表面压力增大地形成薄壁部8f。

下面，说明本实施方式的变形例。

可代替图4所示的作用点P的偏离方法而采用图9所示的偏离方法。即，图9所示的臂部30，在其基端部30a，臂部30的中央轴线与端头8的中央轴线C2一致，但相比于基端部30a而在端头8侧形成有缺口部31。该缺口部31设在滑动板6的固定端6a侧(即端头8的外侧端部8a侧，在该图中的上侧)，且朝向滑动板6的自由端6b侧(即端头8的内侧端部8b，在该图中的下侧)而形成。通过这样设置缺口部31，从而能使作用点P偏离到端头8的内侧端部8b侧，能允许缺口部31的变形。

此外，由于缺口部31做成R形状，故通过缓和应力集中能够避免由反复的负荷所带来的寿命下降。

另外，图9所示的臂部30的基端部30a的中心轴线做成与端头8的中央轴线C2一致，但也可使基端部30a的中心轴线偏离到端头8的内侧端部8b侧。

另外，图3所示的薄壁部8f，虽然其端头8的臂部13a侧的面做成锥状(参照图10(a))，但也可取而代之，如图10(b)所示，将端头8的臂部13a侧的面做成矩形。另外，如图10(c)所示，也可将端头8的臂部13a侧的面做成R形状。

另外，如图10(d)所示，也可通过将端头8端部的滑动板6侧的面形成为离开滑动板6的锥状，来设置薄壁部8f。

此外，图10(d)所示的薄壁部8f的滑动板6侧的形状，其也可以与对滑动板6的相反侧的面(臂部13a侧的面)进行加工的图10(a)至(c)进行组合。

Claims (7)

1.一种十字头式柴油机的十字头，具有：

将活塞杆的一端和连杆的一端可转动地连接的销；

相对于从固定于主体侧的一侧端向另一侧端竖立设置的滑动板进行滑动并往复运动的滑动部；以及

连接所述销和所述滑动部的连接部，该十字头式柴油机的十字头的特征在于，

所述滑动部的所述往复运动方向上的端部是厚度比除该端部以外的部分薄的薄壁部。

2.如权利要求1所述的十字头式柴油机的十字头，其特征在于，所述薄壁部是去除了与所述滑动板相反的一侧的面的形状。

3.如权利要求1或2所述的十字头式柴油机的十字头，其特征在于，所述薄壁部是去除了所述滑动板侧的面的形状。

4.如权利要求1至3中任一项所述的十字头式柴油机的十字头，其特征在于，所述连接部设成，使从所述销向所述滑动部的力施加在从该滑动部的中央向所述滑动板的所述另一侧端侧偏离的位置。

5.如权利要求4所述的十字头式柴油机的十字头，其特征在于，所述连接部的位于所述滑动部侧的臂部相比于所述滑动部的中央而向所述滑动板的所述另一侧端侧偏离。

6.如权利要求4或5所述的十字头式柴油机的十字头，其特征在于，在所述连接部的位于所述滑动部侧的臂部的所述一侧端侧，设有向所述另一侧端形成的缺口部。

7.一种十字头式柴油机，其特征在于，具有权利要求1至6中任一项所述的十字头。

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