JP2014234874A - Crankshaft - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crankshaft advantageous to reduction in cost and size, and capable of improving fatigue strength.SOLUTION: A crankshaft 1 included in an internal combustion engine has a crank pin fillet part 5 formed from a crank arm 3 to a crank pin 4. An outer peripheral surface 6 of the crank pin fillet part 5 is configured by; a first concave curved surface 6a on the crank pin 4 side configured by a first curvature R1; and a second concave curved surface 6b on the crank arm 3 side configured by a second curvature R2. Length L of the crank pin fillet part 5 in an extension direction of the first curvature R1, the second curvature R2 and the crank pin satisfies a predetermined relationship.

Description

本発明は、内燃機関に備えられるクランクシャフトに関する。   The present invention relates to a crankshaft provided in an internal combustion engine.

従来、内燃機関に備えられるクランクシャフトに関する技術文献として、特開昭６２−７５１１８号公報が知られている。この公報には、クランクジャーナルに接続されたクランクアームと、該クランクアームの端面に突設されるクランクピンと、を備え、クランクアームの端面とクランクピンの外周面の間の環状フィレット部の凹曲面を、クランクアーム側の第１曲面とクランクピン側の第２曲面により構成したものが記載されている。   Conventionally, Japanese Patent Laid-Open No. 62-75118 is known as a technical document related to a crankshaft provided in an internal combustion engine. This publication includes a crank arm connected to a crank journal, and a crank pin protruding from an end surface of the crank arm, and a concave curved surface of an annular fillet portion between the end surface of the crank arm and the outer peripheral surface of the crank pin. Is composed of a first curved surface on the crank arm side and a second curved surface on the crank pin side.

特開昭６２−７５１１８号公報JP 62-75118 A

ところで、内燃機関において燃費改善のために筒内圧の高圧化を図る場合やフリクション低減のためクランクピン径の細軸化を図る場合、クランクシャフトが強度不足となるおそれがある。   By the way, when increasing the in-cylinder pressure to improve fuel efficiency in an internal combustion engine or reducing the crankpin diameter to reduce friction, the crankshaft may have insufficient strength.

対策としては、クランクピンフィレット部の曲率Ｒを大きくすることにより応力低減（疲労強度向上）を図ることができるが、クランクピンと連結するコネクティングロッドのメタル幅を狭くする必要があり、高筒内圧時にメタル面圧が高くなり焼付きや摩耗量の増大などの不具合の要因になる。これを回避するためにはクランクピンを長くする必要があるが、そうするとクランクシャフトの全長が長くなり、エンジンの前後幅も長くなってしまう。   As a countermeasure, stress can be reduced (fatigue strength improved) by increasing the curvature R of the crankpin fillet, but the metal width of the connecting rod connected to the crankpin needs to be reduced. The metal surface pressure becomes higher, which causes problems such as seizure and increased wear. In order to avoid this, it is necessary to lengthen the crankpin. However, if this is done, the overall length of the crankshaft becomes longer and the longitudinal width of the engine also becomes longer.

このクランクシャフトの全長を抑えるためにクランクアームの幅を小さくすることも考えられるが、この場合には再び強度不足を招くおそれがある。また、クランクアームにバランスウェイトを付けている場合には、クランクアームの狭幅化により回転バランスが取りにくくなるという問題もある。クランクピン及びクランクジャーナルの大径化も応力低減に有効だが、これもエンジンの大型化を招く上にフリクションロスが増大する結果となる。   In order to suppress the overall length of the crankshaft, it is conceivable to reduce the width of the crank arm. However, in this case, there is a possibility that the strength is insufficient again. In addition, when a balance weight is attached to the crank arm, there is a problem that it becomes difficult to balance the rotation due to the narrow width of the crank arm. Increasing the diameter of the crankpin and crank journal is also effective in reducing stress, but this also results in an increase in the size of the engine and an increase in friction loss.

形状を伴わない対策としては、高強度材の採用、研削時の送り速度低減などがあるが、これらはコスト増を伴う。なお、研削時の送り速度低減は、加工時の熱によりクランクシャフトの圧縮残留応力が開放されることを抑制する対策である。しかしながら、研削時の送り速度を遅くすると、製品の製造効率が低下するため、一定時間で多数の製品を製造しなければならない場合には、加工ラインを増やすなどの設備投資が必要となりコスト増を招く。   Measures that do not involve shapes include the use of high-strength materials and the reduction of feed speed during grinding, but these increase costs. The feed rate reduction during grinding is a measure that suppresses the release of the compressive residual stress of the crankshaft due to heat during processing. However, if the feed rate during grinding is slowed down, the production efficiency of the product decreases, so if a large number of products must be manufactured in a certain period of time, capital investment such as increasing the processing line is required, which increases costs. Invite.

そこで、本発明は、低コスト化及びエンジン小型化に有利であり、疲労強度を向上させることができるクランクシャフトを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a crankshaft that is advantageous for cost reduction and engine size reduction and can improve fatigue strength.

上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関に備えられるクランクシャフトであって、クランクアームからクランクピンにかけて形成されるクランクピンフィレット部を有し、クランクピンフィレット部の外周面は、第１の曲率Ｒ１からなるクランクピン側の第１凹曲面と、第２の曲率Ｒ２からなるクランクアーム側の第２凹曲面と、から構成され、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、及びクランクピンの延在方向におけるクランクピンフィレット部の長さＬは、次の式（１），（２）又は式（３），（４）又は式（５），（６）の何れかを満たすことを特徴とする。
０．１≦Ｒ１／Ｌ≦０．２５・・・（１）
１．１３≦Ｒ２／Ｌ≦１．１８・・・（２）
０．２５＜Ｒ１／Ｌ≦０．６５・・・（３）
１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３・・・（４）
０．６５＜Ｒ１／Ｌ≦０．７５・・・（５）
１．１１≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（６） In order to solve the above problems, the present invention is a crankshaft provided in an internal combustion engine, having a crankpin fillet portion formed from a crank arm to a crankpin, and the outer peripheral surface of the crankpin fillet portion is a first one. A first concave curved surface on the crankpin side composed of the first curvature R1 and a second concave curved surface on the crank arm side composed of the second curvature R2, and the first curvature R1, the second curvature R2, and the crank The length L of the crank pin fillet portion in the pin extending direction satisfies either of the following formulas (1), (2) or formulas (3), (4) or formulas (5), (6). It is characterized by.
0.1 ≦ R1 / L ≦ 0.25 (1)
1.13 ≦ R2 / L ≦ 1.18 (2)
0.25 <R1 / L ≦ 0.65 (3)
1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23 (4)
0.65 <R1 / L ≦ 0.75 (5)
1.11 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (6)

本発明に係るクランクシャフトによれば、クランクピンフィレット部の外周面がクランクピン側の第１凹曲面とクランクアーム側の第２凹曲面とから構成され、応力集中の起こりやすいクランクアーム側に曲率のより大きい第２凹曲面が形成されるので、第２凹曲面において応力集中を緩和することができる。また、このクランクシャフトによれば、曲率Ｒ１、曲率Ｒ２、及びクランクピンの延在方向におけるクランクピンフィレット部の長さＬが式（１），（２）又は式（３），（４）又は式（５），（６）の何れかを満たすので、曲率一定の場合と比べて効果的な応力緩和を実現することができ、クランクシャフトの疲労強度を向上させることができる。しかも、このクランクシャフトによれば、大径化や全長を長くすることなく疲労強度の向上を達成できるので、低コスト化及びエンジンの小型化に有利である。   According to the crankshaft of the present invention, the outer peripheral surface of the crankpin fillet portion is composed of the first concave curved surface on the crankpin side and the second concave curved surface on the crank arm side, and the curvature is increased on the crank arm side where stress concentration easily occurs. Since the second concave curved surface having a larger diameter is formed, the stress concentration can be relaxed on the second concave curved surface. Further, according to this crankshaft, the curvature R1, the curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion in the extending direction of the crankpin are expressed by the formulas (1), (2) or the formulas (3), (4) or Since either of the expressions (5) and (6) is satisfied, effective stress relaxation can be realized as compared with the case where the curvature is constant, and the fatigue strength of the crankshaft can be improved. Moreover, according to this crankshaft, it is possible to achieve improvement in fatigue strength without increasing the diameter or lengthening the entire length, which is advantageous for cost reduction and engine size reduction.

また、本発明に係るクランクシャフトにおいて、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、及びクランクピンフィレット部の長さＬは、式（３），（４）を満たしてもよい。
この場合、より効果的なクランクシャフトの疲労強度の向上を達成することができる。 In the crankshaft according to the present invention, the first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crank pin fillet portion may satisfy the expressions (3) and (4).
In this case, a more effective improvement of the fatigue strength of the crankshaft can be achieved.

更に、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、及びクランクピンフィレット部の長さＬは、上記式（３）及び次の式（７）を満たしてもよい。
１．１７≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（７） Further, the first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion may satisfy the above formula (3) and the following formula (7).
1.17 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (7)

この場合、より一層効果的なクランクシャフトの疲労強度の向上を達成することができる。   In this case, it is possible to achieve a more effective improvement in the fatigue strength of the crankshaft.

本発明に係るクランクシャフトよれば、低コスト化及び小型化に有利であり、疲労強度を向上させることができる。   The crankshaft according to the present invention is advantageous for cost reduction and size reduction, and can improve the fatigue strength.

本発明に係るクランクシャフトの一実施形態を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows one Embodiment of the crankshaft which concerns on this invention. クランクピンフィレット部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a crankpin fillet part. Ｒ１／Ｌが０．１４３、０．１６７、０．２の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.143, 0.167 and 0.2. Ｒ１／Ｌが０．４、０．６の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.4 and 0.6. Ｒ１／Ｌが０．３３３、０．５の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.333 and 0.5. Ｒ１／Ｌが０．２８６、０．４２９、０．５７１の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.286, 0.429, and 0.571. Ｒ１／Ｌが０．６６７の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.667. Ｒ１／Ｌが０．７１４の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the stress ratio in case R1 / L is 0.714, and the relationship of R2 / L. Ｒ１／Ｌが０．８の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.8.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１に示すクランクシャフト１は、例えば車両のレシプロエンジンに備えられ、ピストンの往復運動を回転力に変えるための部品である。クランクシャフト１は、クランクジャーナル２、クランクアーム３、及びクランクピン４を有している。   A crankshaft 1 shown in FIG. 1 is a component that is provided, for example, in a reciprocating engine of a vehicle and is used to change the reciprocating motion of a piston into a rotational force. The crankshaft 1 has a crank journal 2, a crank arm 3, and a crankpin 4.

クランクジャーナル２は、クランクシャフト１の主軸となる部位である。クランクジャーナル２は、回転軸ＣＬに沿って延在する円柱状の部位であり、クランクシャフト１上で複数に分かれて設けられている。各クランクジャーナル２は、エンジンの各シリンダ間とシリンダブロックの両端に位置しており、シリンダブロックの両端に位置するクランクジャーナル２は、エンジンに対して回転自在に支持されている。   The crank journal 2 is a part that becomes the main shaft of the crankshaft 1. The crank journal 2 is a cylindrical portion extending along the rotation axis CL, and is provided in a plurality of parts on the crankshaft 1. Each crank journal 2 is positioned between each cylinder of the engine and at both ends of the cylinder block, and the crank journal 2 positioned at both ends of the cylinder block is rotatably supported by the engine.

各クランクジャーナル２の間には、クランクアーム３及びクランクピン４が設けられている。クランクアーム３は、クランクピン４を挟み込むように形成された略板状の部位である。クランクアーム３は、クランクジャーナル２の端面から回転軸ＣＬに直交する方向に突出しており、回転軸ＣＬから外れた位置でクランクピン４を支持している。なお、クランクアーム３には回転バランスを取るためのバランスウェイトを取り付けてもよい。   A crank arm 3 and a crank pin 4 are provided between the crank journals 2. The crank arm 3 is a substantially plate-shaped part formed so as to sandwich the crank pin 4. The crank arm 3 protrudes from the end face of the crank journal 2 in a direction perpendicular to the rotation axis CL, and supports the crank pin 4 at a position away from the rotation axis CL. The crank arm 3 may be provided with a balance weight for balancing the rotation.

クランクピン４は、ピストンから伸びるコネクティングロッドが接続される円柱状の部位である。クランクピン４は、一対のクランクアーム３に挟持されており、回転軸ＣＬと平行に延在している。図１に、クランクピン４の延在軸Ａを示す。   The crankpin 4 is a cylindrical part to which a connecting rod extending from the piston is connected. The crank pin 4 is sandwiched between the pair of crank arms 3 and extends parallel to the rotation axis CL. FIG. 1 shows the extending axis A of the crankpin 4.

クランクピン４はコネクティングロッドの大端部の貫通穴に挿通され、これによりコネクティングロッドがクランクシャフト１に対して回転自在に接続される。なお、コネクティングロッドの貫通孔の内側には、クランクピン４との摺動による摩擦増化や焼付きを防ぐための環状のメタル部が設けられる。クランクピン４及び一対のクランクアーム３は、エンジンのピストン数に応じて複数設けられている。   The crank pin 4 is inserted into the through hole at the large end of the connecting rod, whereby the connecting rod is rotatably connected to the crankshaft 1. An annular metal portion for preventing frictional increase and seizure due to sliding with the crank pin 4 is provided inside the through hole of the connecting rod. A plurality of crankpins 4 and a pair of crank arms 3 are provided according to the number of pistons of the engine.

クランクアーム３の端面とクランクピン４の外周面の間には、環状のクランクピンフィレット部５が形成されている。クランクピンフィレット部５は、クランクアーム３からクランクピン４にかけて形成され、クランクピン４を囲む環状をなしている。   An annular crank pin fillet portion 5 is formed between the end surface of the crank arm 3 and the outer peripheral surface of the crank pin 4. The crankpin fillet portion 5 is formed from the crank arm 3 to the crankpin 4 and has an annular shape surrounding the crankpin 4.

図２は、クランクピンフィレット部５を示す拡大図である。図２に示されるように、クランクピンフィレット部５の外周面６は、第１凹曲面６ａ及び第２凹曲面６ｂから構成されている。外周面６は、曲率の異なる第１凹曲面６ａ及び第２凹曲面６ｂから構成された複合Ｒを有する凹曲面である。   FIG. 2 is an enlarged view showing the crankpin fillet portion 5. As shown in FIG. 2, the outer peripheral surface 6 of the crankpin fillet portion 5 is composed of a first concave curved surface 6a and a second concave curved surface 6b. The outer peripheral surface 6 is a concave curved surface having a composite R composed of a first concave curved surface 6a and a second concave curved surface 6b having different curvatures.

図２に、外周面６のクランクピン４側の始点Ｐ１、第１凹曲面６ａ及び第２凹曲面６ｂを分ける中間点Ｐ２、及びクランクアーム３側の終点Ｐ３を示す。また、クランクピン４の延在方向（延在軸Ａの延在方向）におけるクランクピンフィレット部５の長さをＬとして示す。更に、第１凹曲面６ａの曲率中心をＣ１、第２凹曲面６ｂの曲率中心をＣ２として示す。   FIG. 2 shows a starting point P1 on the crank pin 4 side of the outer peripheral surface 6, an intermediate point P2 dividing the first concave curved surface 6a and the second concave curved surface 6b, and an end point P3 on the crank arm 3 side. Further, the length of the crankpin fillet portion 5 in the extending direction of the crankpin 4 (extending direction of the extending shaft A) is indicated as L. Further, the center of curvature of the first concave curved surface 6a is shown as C1, and the center of curvature of the second concave curved surface 6b is shown as C2.

第１凹曲面６ａは、第１の曲率Ｒ１からなる凹曲面であり、クランクピン４側に位置している。具体的には、第１凹曲面６ａは、外周面６のうち始点Ｐ１と中間点Ｐ２の間の部位である。第１凹曲面６ａの第１の曲率Ｒ１は、第２凹曲面６ｂの第２の曲率Ｒ２よりも小さい。   The 1st concave curved surface 6a is a concave curved surface which consists of 1st curvature R1, and is located in the crankpin 4 side. Specifically, the first concave curved surface 6 a is a portion of the outer peripheral surface 6 between the start point P1 and the intermediate point P2. The first curvature R1 of the first concave curved surface 6a is smaller than the second curvature R2 of the second concave curved surface 6b.

第２凹曲面６ｂは、第２の曲率Ｒ２からなる凹曲面であり、外周面６のうちクランクアーム３側に位置している。第２凹曲面６ｂは、外周面６のうち中間点Ｐ２と終点Ｐ３の間の部位である。第２凹曲面６ｂの第２の曲率Ｒ２は、第１凹曲面６ａの第１の曲率Ｒ１よりも大きい。なお、第１の曲率Ｒ１及び第２の曲率Ｒ２は、延在軸Ａに直交する方向から見た場合の曲率である。   The second concave curved surface 6b is a concave curved surface having the second curvature R2, and is located on the crank arm 3 side of the outer peripheral surface 6. The second concave curved surface 6b is a portion of the outer peripheral surface 6 between the intermediate point P2 and the end point P3. The second curvature R2 of the second concave curved surface 6b is larger than the first curvature R1 of the first concave curved surface 6a. The first curvature R1 and the second curvature R2 are curvatures when viewed from a direction orthogonal to the extending axis A.

次に、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、クランクピンフィレット部５の長さＬの関係について説明する。本発明における第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、クランクピンフィレット部５の長さＬは、次の式（１），（２）又は式（３），（４）又は式（５），（６）を満たしている。
０．１≦Ｒ１／Ｌ≦０．２５・・・（１）
１．１３≦Ｒ２／Ｌ≦１．１８・・・（２）
０．２５＜Ｒ１／Ｌ≦０．６５・・・（３）
１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３・・・（４）
０．６５＜Ｒ１／Ｌ≦０．７５・・・（５）
１．１１≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（６） Next, the relationship between the first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion 5 will be described. The first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion 5 in the present invention are the following formulas (1), (2) or formulas (3), (4), or formulas (5). , (6) is satisfied.
0.1 ≦ R1 / L ≦ 0.25 (1)
1.13 ≦ R2 / L ≦ 1.18 (2)
0.25 <R1 / L ≦ 0.65 (3)
1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23 (4)
0.65 <R1 / L ≦ 0.75 (5)
1.11 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (6)

また、特に式（３），（４）を満たすことが好ましい。更には、上記式（３）と次の式（７）を満たすことがより好ましい。
１．１７≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（７） In particular, it is preferable to satisfy the expressions (3) and (4). Furthermore, it is more preferable to satisfy the above formula (3) and the following formula (7).
1.17 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (7)

続いて、図３〜図９を参照して、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、クランクピンフィレット部５の長さＬの好適な関係について説明する。以下、クランクピンフィレット部５の長さＬとクランクピン４の直径Ｄとの比Ｌ／Ｄが０．０３〜０．０５程度であることを前提として説明する。   Subsequently, a preferable relationship between the first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion 5 will be described with reference to FIGS. The following description is based on the assumption that the ratio L / D between the length L of the crankpin fillet portion 5 and the diameter D of the crankpin 4 is about 0.03 to 0.05.

図３は、Ｒ１／Ｌが０．１４３、０．１６７、０．２の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図３の横軸はＲ２／Ｌ、縦軸は応力比を示している。図３は、ＦＭＥ［Finite Element Method：有限要素法］の解析結果を示している。Ｌは、Ｒ１／Ｌが０．１４３のとき３．５ｍｍ、０．１６７のとき３．０ｍｍ、０．２のとき２．５ｍｍとなっている。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.143, 0.167, and 0.2. In FIG. 3, the horizontal axis indicates R2 / L, and the vertical axis indicates the stress ratio. FIG. 3 shows an analysis result of FME [Finite Element Method]. L is 3.5 mm when R1 / L is 0.143, 3.0 mm when 0.167, and 2.5 mm when 0.2.

この場合の応力比は、所定の加重をクランクピンに加えた場合において、本実施形態に係る複合Ｒのクランクピンフィレット部５に生じる応力と、単一の曲率からなる従来のクランクピンフィレット部に生じる応力の比を意味する。なお、従来のクランクピンフィレット部の単一の曲率は、クランクピンフィレット部の長さＬが曲率半径と等しい曲率とする。   The stress ratio in this case is as follows: the stress generated in the crankpin fillet portion 5 of the composite R according to the present embodiment and the conventional crankpin fillet portion having a single curvature when a predetermined load is applied to the crankpin. It means the ratio of the stress generated. The single curvature of the conventional crankpin fillet portion is a curvature in which the length L of the crankpin fillet portion is equal to the curvature radius.

図３に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．１４３、０．１６７、０．２の場合には、１．１３≦Ｒ２／Ｌ≦１．１８の範囲で適切な応力低減効果が得られた。この範囲では応力比が０．９５を下回っている。   As shown in FIG. 3, when R1 / L is 0.143, 0.167, and 0.2, an appropriate stress reduction effect is obtained in the range of 1.13 ≦ R2 / L ≦ 1.18. It was. In this range, the stress ratio is below 0.95.

図４は、Ｒ１／Ｌが０．４，０．６の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図４は、Ｌが３．０ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.4 and 0.6. FIG. 4 shows the analysis result of FME when L is 3.0 mm.

図４に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．４又は０．６の場合には、１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３の範囲において、応力比が０．９５を下回っており、特に有効である。   As shown in FIG. 4, when R1 / L is 0.4 or 0.6, the stress ratio is less than 0.95 in the range of 1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23, It is particularly effective.

図５は、Ｒ１／Ｌが０．３３３，０．５の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図５は、Ｌが３．０ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.333, 0.5. FIG. 5 shows the analysis result of FME when L is 3.0 mm.

図５に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．４又は０．６の場合においても、１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３の範囲で適切な応力低減効果が得られた。この範囲では、応力比が０．９５を下回っており有効である。   As shown in FIG. 5, even when R1 / L is 0.4 or 0.6, an appropriate stress reduction effect is obtained in the range of 1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23. In this range, the stress ratio is less than 0.95, which is effective.

図６は、Ｒ１／Ｌが０．２８６，０．４２９，０．５７１の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図６は、Ｌが３．５ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.286, 0.429, and 0.571. FIG. 6 shows the analysis result of FME when L is 3.5 mm.

図６に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．２８６，０．４２９，０．５７１の場合においても、１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３の範囲で適切な応力低減効果が得られた。また、図４〜図６に示す場合においては、１．１７≦Ｒ２／Ｌ≦１．２の範囲で応力比が０．９３５以下を下回っており更に有効である。   As shown in FIG. 6, even when R1 / L is 0.286, 0.429, 0.571, an appropriate stress reduction effect is obtained in the range of 1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23. It was. 4 to 6, the stress ratio is less than 0.935 or less in the range of 1.17 ≦ R2 / L ≦ 1.2, which is more effective.

図７は、Ｒ１／Ｌが０．６６７の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図７は、Ｌが３．０ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 7 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.667. FIG. 7 shows the FME analysis result when L is 3.0 mm.

図７に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．６６７の場合には、１．１１≦Ｒ２／Ｌ≦１．２の範囲で適切な応力低減効果が得られた。この範囲では、応力比が０．９５を下回っている。   As shown in FIG. 7, when R1 / L is 0.667, an appropriate stress reduction effect is obtained in the range of 1.11 ≦ R2 / L ≦ 1.2. In this range, the stress ratio is below 0.95.

図８は、Ｒ１／Ｌが０．７１４の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図８は、Ｌが３．５ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.714. FIG. 8 shows the analysis result of FME when L is 3.5 mm.

図８に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．７１４の場合においても、１．１１≦Ｒ２／Ｌ≦１．２の範囲で適切な応力低減効果が得られた。この範囲では、応力比が０．９５を下回っている。   As shown in FIG. 8, even when R1 / L is 0.714, an appropriate stress reduction effect is obtained in the range of 1.11 ≦ R2 / L ≦ 1.2. In this range, the stress ratio is below 0.95.

図９は、Ｒ１／Ｌが０．８の場合における応力比とＲ２／Ｌの関係を示すグラフである。図９は、Ｌが２．５ｍｍの場合におけるＦＭＥの解析結果を示している。   FIG. 9 is a graph showing the relationship between the stress ratio and R2 / L when R1 / L is 0.8. FIG. 9 shows the analysis result of FME when L is 2.5 mm.

図９に示されるように、Ｒ１／Ｌが０．８を超えると、応力比が０．９５を上回り、応力低減効果が限定的になる結果となった。   As shown in FIG. 9, when R1 / L exceeded 0.8, the stress ratio exceeded 0.95, resulting in a limited stress reduction effect.

以上説明した本実施形態に係るクランクシャフト１によれば、クランクピンフィレット部５の外周面６がクランクピン４側の第１凹曲面６ａとクランクアーム３側の第２凹曲面６ｂとから構成され、応力集中の起こりやすいクランクアーム３側に曲率のより大きい第２凹曲面６ｂが形成されるので、第２凹曲面６ｂにおいて応力集中を緩和することができる。   According to the crankshaft 1 according to the present embodiment described above, the outer peripheral surface 6 of the crankpin fillet portion 5 is composed of the first concave curved surface 6a on the crankpin 4 side and the second concave curved surface 6b on the crank arm 3 side. Since the second concave curved surface 6b having a higher curvature is formed on the crank arm 3 side where stress concentration is likely to occur, the stress concentration can be reduced on the second concave curved surface 6b.

しかも、このクランクシャフト１によれば、第１の曲率Ｒ１、第２の曲率Ｒ２、及びクランクピンフィレット部５の長さＬが式（１），（２）又は式（３），（４）及び（５），（６）の何れかを満たすので、図４〜図９から明らかなように、曲率一定の場合と比べて効果的な応力緩和を実現することができ、クランクシャフト１の疲労強度を向上させることができる。また、このクランクシャフト１によれば、大径化や全長を長くすることなく疲労強度の向上を達成できるので、低コスト化及びエンジンの小型化に有利である。   Moreover, according to the crankshaft 1, the first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crankpin fillet portion 5 are expressed by the equations (1), (2) or the equations (3), (4). And (5) and (6) are satisfied, as can be seen from FIGS. 4 to 9, effective stress relaxation can be achieved as compared with the case where the curvature is constant, and fatigue of the crankshaft 1 is achieved. Strength can be improved. Moreover, according to this crankshaft 1, since improvement in fatigue strength can be achieved without increasing the diameter or lengthening the entire length, it is advantageous for cost reduction and engine size reduction.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明に係るクランクシャフトは、車載用の内燃機関以外にも、船舶などの内燃機関や定地用の内燃機関に備えることができる。図１に示すクランクシャフトの形状及び図２に示すクランクピンフィレット部の形状は一例であり、図示したものに限られない。また、本発明に係るクランクピンフィレット部の形状をジャーナルフィレット部（クランクジャーナルの外周面からクランクアームに向かって形成されるフィレット）に適用してもよい。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the crankshaft according to the present invention can be provided in an internal combustion engine such as a ship or a stationary internal combustion engine in addition to an in-vehicle internal combustion engine. The shape of the crankshaft shown in FIG. 1 and the shape of the crankpin fillet portion shown in FIG. 2 are examples, and are not limited to those shown. The shape of the crank pin fillet portion according to the present invention may be applied to a journal fillet portion (a fillet formed from the outer peripheral surface of the crank journal toward the crank arm).

１…クランクシャフト ２…クランクジャーナル ３…クランクアーム ４…クランクピン ５…クランクピンフィレット部 ６…外周面 ６ａ…第１凹曲面 ６ｂ…第２凹曲面 Ａ…延在軸 ＣＬ…回転軸 Ｐ１…始点 Ｐ２…中間点 Ｐ３…終点   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crank shaft 2 ... Crank journal 3 ... Crank arm 4 ... Crank pin 5 ... Crank pin fillet part 6 ... Outer peripheral surface 6a ... 1st concave curved surface 6b ... 2nd concave curved surface A ... Extension shaft CL ... Rotating shaft P1 ... Starting point P2 ... Intermediate point P3 ... End point

Claims (3)

内燃機関に備えられるクランクシャフトであって、
クランクアームからクランクピンにかけて形成されるクランクピンフィレット部を有し、
前記クランクピンフィレット部の外周面は、第１の曲率Ｒ１からなる前記クランクピン側の第１凹曲面と、第２の曲率Ｒ２からなる前記クランクアーム側の第２凹曲面と、から構成され、
前記第１の曲率Ｒ１、前記第２の曲率Ｒ２、及び前記クランクピンの延在方向における前記クランクピンフィレット部の長さＬは、次の式（１），（２）又は式（３），（４）又は式（５），（６）の何れかを満たすことを特徴とするクランクシャフト。
０．１≦Ｒ１／Ｌ≦０．２５・・・（１）
１．１３≦Ｒ２／Ｌ≦１．１８・・・（２）
０．２５＜Ｒ１／Ｌ≦０．６５・・・（３）
１．１４≦Ｒ２／Ｌ≦１．２３・・・（４）
０．６５＜Ｒ１／Ｌ≦０．７５・・・（５）
１．１１≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（６） A crankshaft provided in an internal combustion engine,
A crank pin fillet formed from the crank arm to the crank pin;
The outer peripheral surface of the crankpin fillet portion is composed of a first concave curved surface on the crankpin side having a first curvature R1, and a second concave curved surface on the crank arm side having a second curvature R2.
The first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crank pin fillet portion in the extending direction of the crank pin are expressed by the following equations (1), (2) or (3), A crankshaft characterized by satisfying either (4) or formulas (5) and (6).
0.1 ≦ R1 / L ≦ 0.25 (1)
1.13 ≦ R2 / L ≦ 1.18 (2)
0.25 <R1 / L ≦ 0.65 (3)
1.14 ≦ R2 / L ≦ 1.23 (4)
0.65 <R1 / L ≦ 0.75 (5)
1.11 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (6) 前記第１の曲率Ｒ１、前記第２の曲率Ｒ２、及び前記クランクピンフィレット部の長さＬは、前記式（３），（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。   2. The crankshaft according to claim 1, wherein the first curvature R <b> 1, the second curvature R <b> 2, and the length L of the crank pin fillet portion satisfy the expressions (3) and (4). . 前記第１の曲率Ｒ１、前記第２の曲率Ｒ２、及び前記クランクピンフィレット部の長さＬは、上記式（３）及び次の式（７）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト。
１．１７≦Ｒ２／Ｌ≦１．２・・・（７）

The first curvature R1, the second curvature R2, and the length L of the crank pin fillet portion satisfy the above formula (3) and the following formula (7). Crankshaft.
1.17 ≦ R2 / L ≦ 1.2 (7)

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