用于內(nèi)燃機的具有偏移蓋孔的連桿的制作方法
【專利摘要】一種連桿，其包括連桿體和通過多個螺栓被附接至該連桿體的蓋。所述連桿體包括具有中心線的柄。其中兩個螺栓被定位在距所述中心線第一距離處，并且其中兩個螺栓被定位在距所述中心線大于所述第一距離的第二距離處。所述多個螺栓可關(guān)于所述連桿的平面的質(zhì)心對稱設(shè)置。
【專利說明】用于內(nèi)燃機的具有偏移蓋孔的連桿
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年3月9日提交的美國臨時專利申請N0.61 / 450，890的優(yōu)先權(quán),其全部內(nèi)容通過引用方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開內(nèi)容涉及用于內(nèi)燃機的連桿以及一種用于將連桿的蓋部附接到該連桿的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0004]連接桿，也稱為連桿，在內(nèi)燃機中的活塞和發(fā)動機曲軸之間提供連接。發(fā)動機的連桿在燃燒循環(huán)過程中受到來自相關(guān)聯(lián)活塞的巨大應(yīng)力以及當(dāng)發(fā)動機從超速傳動的輪子吸收能量時受到來自動力傳動系統(tǒng)的應(yīng)力。這些應(yīng)力可導(dǎo)致連桿的故障，該故障導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)發(fā)動機的災(zāi)難性故障。
[0005]連桿在一端附接至活塞并且在相反一端附接至曲軸。在曲軸端，連桿通常具有通過多個螺栓附接至連桿的主體的蓋部。通過連桿傳輸?shù)膽?yīng)力可選地導(dǎo)致將蓋部保持至主體的螺栓的拉伸和松弛，這可導(dǎo)致曲軸上夾持載荷的松弛，從而導(dǎo)致連桿故障。改善夾持載荷，特別是在蓋部和主體部之間的接觸面上的加載的一致性，可提高連桿的壽命，這因而可提聞相關(guān)聯(lián)的內(nèi)燃機的壽命和可罪性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本公開內(nèi)容提供了一種用于內(nèi)燃機的連桿。所述連桿包括第一端，第二端以及柄。所述第二端包括推力面、非推力面、第一平面、第二平面以及質(zhì)心。所述非推力面與所述推力面平行并被定位為距所述推力面一間隔距離。所述第一平面包括位于其中的第一對螺栓孔。所述第二平面包括位于其中的第二對螺栓孔。所述第一平面和所述第二平面被定位為垂直于所述推力面和所述非推力面。所述質(zhì)心沿著所述第一平面和所述第二平面與所述第一對螺栓孔中的每個螺栓孔的中心軸線以及所述第二對螺栓孔中的每個螺栓孔的中心軸線橫向等距定位。所述柄將所述第一端連接到所述第二端，并且包括平行于所述質(zhì)心延伸并被定位為距所述質(zhì)心一偏移距離的中心線。
[0007]本公開內(nèi)容還提供了一種用于內(nèi)燃機的連桿，其包括第一端、第二端以及柄。所述第二端包括推力面、非推力面、第一平面和第二平面。所述非推力面與所述推力面平行并被定位為距所述推力面一間隔距離。所述第一平面包括位于其中的第一對螺栓孔。所述第二平面包括位于其中的第二對螺栓孔。所述第一螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每個螺栓孔都包括中心軸線。所述柄將所述第一端連接到所述第二端并且包括中心線。所述第一對螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每一對螺栓孔中的一個螺栓孔均被定位為距所述柄的中心線第一孔距，并且所述第一對螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每一對螺栓孔中的另一個螺栓孔均被定位為距所述柄的中心線第二孔距。所述第一孔距大于所述第二孔距。[0008]當(dāng)結(jié)合附圖觀察時，從示例性實施例的以下詳述中，本公開內(nèi)容的實施例的優(yōu)點和特征將變得更明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為第一常規(guī)連桿體的平面圖，其中第二端部的一部分被切掉。
[0010]圖2為第三常規(guī)連桿體的平面圖，其中第二端部的一部分被切掉。
[0011]圖3為根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的連桿的立體圖。
[0012]圖4為圖3的連桿的正視圖。
[0013]圖5為圖3的連桿體的平面圖，其中第二端部的一部分被切掉。
[0014]圖6為根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的被附接到曲軸的兩個連桿的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]連桿可包括在下文更詳細描述的一系列元件。兩個主要部件可為連桿體和連接至該連桿體的蓋部。與位于連桿體上的特征部相結(jié)合，蓋部將連桿固定至內(nèi)燃機的曲軸的連桿軸頸。連桿蓋或蓋部沿著接頭或接合界面通過多個螺栓被附接至連桿體。
[0016]現(xiàn)在參考圖1，常規(guī)的連桿體10包括第一端部12、第二端部16、以及將第一端部12與第二端部16連接的柄部14。第二端部16包括第一平面18a和第二平面18b。為便于制造，第一平面18a和第二平面18b通常共面。第二端部16還包括通常垂直于第一平面18a延伸進入到第二端部16內(nèi)的第一對螺栓孔20a和20b，以及通常垂直于第二平面18b延伸進入到第二端部16內(nèi)的第二對螺栓孔20c和20d。
[0017]柄部14包括延伸柄部14的長度的中心線22、第一側(cè)14a以及第二側(cè)14b。第一側(cè)14a位于距中心線22第一橫向距離24a處并且第二側(cè)14b位于距中心線22第二橫向距離24b處。第一橫向距離24a等于第二橫向距離24b。螺栓孔20a和螺栓孔20c被定位為距中心線22第三橫向距離26a并且螺栓孔20b和螺栓孔20d被定位為距中心線22第四橫向距離26b。第三橫向距離26a和第四橫向距離26b在定位螺栓孔20a，20b，20c和20d的制造過程的能力內(nèi)相等。連桿體10包括被定位為距中心線22第五橫向距離30a的縱向延伸的推力面28，以及通常平行于推力面28并被定位為在與推力面28相反方向上距中心線22第六橫向距離30b的非推力面32。
[0018]第二端部16包括曲線支承面34，其與發(fā)動機內(nèi)相關(guān)聯(lián)的曲軸緊密配合。當(dāng)連桿體10被定位在“V”型發(fā)動機內(nèi)時，使得曲線支承面34與相關(guān)聯(lián)的曲軸(未示出)上的連桿軸頸或軸承面緊密配合，推力面28被定位為與另一連桿的推力面相鄰。第六橫向距離30b大于第五橫向距離30a，這是因為相關(guān)聯(lián)曲軸(未示出)的結(jié)構(gòu)和用于將連桿體10與曲軸界面連接所需的軸承面。
[0019]代表用于相關(guān)聯(lián)蓋部(未示出)的接觸區(qū)的第一平面18a和第二平面18b還包括平行于柄部14的中心線22并偏離該中心線一間隔距離37的質(zhì)心36。如果第一平面18a和第二平面18b關(guān)于該第一平面18a和該第二平面18b的中心線對稱，則質(zhì)心36可與第二端部16的中心線重合。質(zhì)心36偏離柄部14的中心線22的原因在于,第二端部16未關(guān)于柄部14在橫向方向上對稱地設(shè)置。
[0020]雖然常規(guī)的連桿體10為其預(yù)期目的而工作，但是連桿故障連續(xù)發(fā)生。 申請人:決定，在相關(guān)聯(lián)的內(nèi)燃機的某一操作條件，諸如最大超速條件期間，所述蓋部在第一平面18a的一部分18c和在第二平面18b的一部分18d中從連桿體10分離。這種分離可導(dǎo)致在第一平面18a和第二平面18b上的應(yīng)力，從而導(dǎo)致這些表面的屈服和將蓋部附接到連桿體10的螺栓的潛在地過度拉伸，這最終導(dǎo)致連桿體10為其一個部件的連桿故障。
[0021]現(xiàn)在參考圖2，常規(guī)的連桿體70包括第一端部72、第二端部76以及將第一端部72與第二端部76連接的柄部74。第二端部76包括第一平面78a和第二平面78b。為便于制造，第一平面78a和第二平面78b通常共面。第二端部76還包括通常垂直于第一平面78a延伸進入到第二端部76中的第一螺栓孔80a，以及通常垂直于第二平面78b延伸進入到第二端部76中的第二端螺栓孔80b。
[0022]柄部74包括延伸所述柄部74的長度的中心線82、第一側(cè)74a和第二側(cè)74b。第一側(cè)74a位于距中心線82第一橫向距離84a處并且第二側(cè)74b位于距中心線82第二橫向距離84b處。第一橫向距離84a等于第二橫向距離84b。第一螺栓孔80a和第二螺栓孔80b沿著中心線82定位。連桿體70包括被定位為距中心線82第三橫向距離90a的縱向延伸的推力面88，以及通常平行于推力面88并在與推力面88相反方向上被定位為距中心線82第四橫向距離90b的非推力面92。
[0023]第二端部76包括支承面94，其與發(fā)動機內(nèi)相關(guān)聯(lián)的曲軸緊密配合。當(dāng)連桿體70被定位在“V”型發(fā)動機內(nèi)時，使得支承面94與相關(guān)聯(lián)的曲軸(未示出)上的連桿軸頸或軸承面緊密配合，推力面88被定位為與另一連桿的推力面相鄰。第二橫向距離90b大于第一橫向距離90a，這是因為相關(guān)聯(lián)的曲軸(未示出)的結(jié)構(gòu)和用于將連桿體70與曲軸界面連接所需的軸承面。
[0024]代表相關(guān)聯(lián)的蓋部(未示出)的接觸區(qū)的第一平面78a和第二平面78b還包括平行于柄部74的中心線82并偏離該中心線一間隔距離97的質(zhì)心96。如果第一平面78a和第二平面78b關(guān)于該第一平面78a和該第二平面78b的中心線對稱，則質(zhì)心96可與第二端部76的中心線重合。如同前面的實施例一樣，質(zhì)心96偏離柄部74的中心線82的原因在于，第二端部76未關(guān)于柄部74在橫向方向上對稱地設(shè)置。
[0025]雖然常規(guī)的連桿體70為其預(yù)期目的而工作，但是故障連續(xù)發(fā)生。 申請人:決定，在相關(guān)聯(lián)的內(nèi)燃機的某一操作條件，諸如最大超速條件期間，蓋部在第一平面78a的一部分78c和在第二平面78b的一部分78d中從連桿體70分離。這種分離可導(dǎo)致在第一平面78a和第二平面78b上的應(yīng)力，從而導(dǎo)致獲得這些表面和將蓋部附接至連桿體70的螺栓的潛在地過度拉伸，這最終導(dǎo)致連桿體70為其一個部件的連桿故障。
[0026]現(xiàn)在參考圖3至圖6，示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施例的連桿組件98。連桿組件98包括連桿體100和由多個螺栓103附接到連桿體100上的蓋部101。連桿體100包括第一端部102，第二端部106以及將第一端部102連接到第二端部106的柄部104。第二端部106包括第一平面108a和第二平面108b，該第二平面在蓋部101被附接到連桿體100時為該蓋部101提供接觸區(qū)。為便于制造，第一平面108a和第二平面108b通常共面。第二端部106還包括通常垂直于第一平面108a延伸進入到第二端部106中的一對螺栓孔IlOa和110b，以及通常垂直于第二平面108b延伸進入到第二端部106中的一對螺栓孔IlOc和IlOd0
[0027]柄部104包括延伸柄部104的長度的中心線112，第一側(cè)104a和第二側(cè)104b。第一側(cè)104a位于距中心線112第一橫向距離114a處并且第二側(cè)104b位于距中心線112第二橫向距離114b處。第一橫向距離114a等于第二橫向距離114b。螺栓孔IlOa的中心線或中心軸線140和螺栓孔IlOc的中心線或中心軸線142被定位為距中心線112第三橫向距離116a，以及螺栓孔IlOb的中心線或中心軸線144和螺栓孔IlOd的中心線或中心軸線146被定位為距中心線112第四橫向距離116b。第四橫向距離116b大于第三橫向距離116a，如以下將更詳細地描述的。連桿體100包括被定位為距中心線112第五橫向距離120a的縱向延伸的推力面118，以及通常平行于推力面118并在與推力面118相反的方向上被定位為距中心線112第六橫向距離120b的非推力面122。
[0028]第二端部106包括支承面124，其與發(fā)動機內(nèi)相關(guān)聯(lián)的曲軸緊密配合。當(dāng)連桿組件98被定位在“V”型發(fā)動機內(nèi)時，使得支承面124與位于相關(guān)聯(lián)的曲軸152上的連桿軸頸或軸承面150緊密配合，推力面118被定位為與另一連桿的推力面相鄰。第六橫向距離120b大于第五橫向距離120a，這是因為相關(guān)聯(lián)的曲軸152的結(jié)構(gòu)和用于將連桿組件98與曲軸界面連接所需的軸承面150。第二端部106還可包括位于非推力面?zhèn)?22上的斜面130。
[0029]第二端部106的第一平面108a和第二平面108b還包括朝著非推力面122從柄部104的中心線112偏離第一間隔距離132的質(zhì)心126。因為質(zhì)心126基于第一平面108a和第二平面108b的結(jié)構(gòu)被幾何學(xué)上確定，并且第一平面108a和第二平面108b不關(guān)于第二端部106的中心線138對稱，因此質(zhì)心126也偏離第二端部106的中心線138 —間隔距離136。螺栓孔IlOa和IOOc位于距質(zhì)心126 一距離134a處并且螺栓孔IlOb和IlOd位于距質(zhì)心126相等距離134b處。本公開內(nèi)容的示例性實施例的益處在于，與具有沿柄部中心線定位的聯(lián)接螺栓的常規(guī)設(shè)計相比，橫跨第一平面108a和第二平面108b的夾持載荷具有改進的均勻性。
[0030]螺栓孔IlOa和螺栓孔IlOb關(guān)于質(zhì)心126在橫向方向上對稱設(shè)置。因此，螺栓孔IlOa和螺栓孔IlOb彼此形成關(guān)系并形成第一螺栓孔模式。同樣地，螺栓孔IlOc和螺栓孔IlOd關(guān)于質(zhì)心126在橫向方向上對稱設(shè)置,從而形成第二螺栓孔模式。第一平面108a和第二平面108b具有類似的質(zhì)心，這是因為它們的形狀類似。在另一實施例中，第一平面可能會具有與第二平面不同的形狀，在這種情況下，第一平面的質(zhì)心將不同于第二平面。不同質(zhì)心的影響可為橫向偏移第一螺栓孔模式或第二螺栓孔模式，使得它們不再形成在圖5中看到的鏡像。
[0031] 申請人:理解到，具有V形布置的汽缸的發(fā)動機包括具有不對稱的精加工形狀的連桿，如前所述，以及由柄部的中心線和推力面之間的距離以及柄部的中心線和非推力面之間距離的差所表示。然而，這種常規(guī)結(jié)構(gòu)以容許故障率被重復(fù)使用。 申請人:以確定用于將連桿的蓋附接至連桿的不同螺栓孔構(gòu)造或模式是否在蓋部和連桿體之間的夾緊應(yīng)力的均勻性方面得到改進，從而以潛在地降低故障率和提高連桿的可靠性為目標(biāo)來審查該構(gòu)造。 申請人:在替代構(gòu)造的開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)連桿中的夾緊加載，特別是在圖1的區(qū)域或部分18c和18d以及圖2的78c，78d中的夾緊加載不足以維持在某些操作條件(例如最大超速條件)期間將蓋部附接至連桿體。因為不足的夾持載荷，分離發(fā)生在上述區(qū)域18c，18d，78c和78d的蓋部和連桿體的面對表面上。 申請人:認識到，不合需要的分離可能是由于在這些外部區(qū)域中的夾持載荷損失，以及將蓋部附接至連桿體的螺栓受到改進的位置的作用。 申請人:還認識到，僅僅上緊蓋螺栓附加量并不會解決分析確認的夾持載荷的問題。常規(guī)設(shè)計中螺栓孔的位置導(dǎo)致夾持載荷的不均勻性，而與蓋螺栓被上緊的量無關(guān)。
[0032]在審查常規(guī)構(gòu)造和歷史分離問題之后， 申請人:認識到，螺栓孔和螺栓到接合面上的集中位置/場所比集中在桿中心線上的先前位置更好定位。如上所述， 申請人:確定第一平面108a和第二平面108b的質(zhì)心126。每個螺栓孔，以及因此每個蓋螺栓，都被定位在距質(zhì)心126相同的橫向距離處。因為每個螺栓孔都被定位在距質(zhì)心126相同的橫向距離處，其與中心線112偏離間隔距離132，因此螺栓孔關(guān)于柄部104的中心線112不對稱地定位。中心線112也為用于生產(chǎn)連桿體100的鍛造工藝的分模線。與螺栓孔IlOb和螺栓孔IlOd相比，螺栓孔IlOa和螺栓孔IlOc的不對稱位置終止了接合分離問題，從而給出了舒適的ESff通過。
[0033] 申請人:確定了對于上述構(gòu)造偏移距離132可為大約2.7毫米，或第二端部106全寬度的大約3.6%。然而，距離132將取決于第二端部106的構(gòu)造并可大于或小于2.7毫米。 申請人:還發(fā)現(xiàn)了螺栓位置到接合面的質(zhì)心的重新定位減少了蓋101的橫向偏轉(zhuǎn)。所述重新定位也減少了蓋孔表面和支承外表面之間的相對運動，從而提高了該設(shè)計的磨損堅固性。
[0034]雖然已示出和描述了本發(fā)明的各種實施例，但是可以理解的是，這些實施例并不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員可改變，修改和進一步應(yīng)用所述實施例。因此，這些實施例并不限于先前所示出和描述的細節(jié)，而是還包括所有這樣變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機的連桿，包括: 弟觸; 第二端，所述第二端包括推力面、與所述推力面平行并被定位為距所述推力面一間隔距離的非推力面、包括位于其中的第一對螺栓孔的第一平面、包括位于其中的第二對螺栓孔的第二平面，以及質(zhì)心，所述第一平面和所述第二平面垂直于所述推力面和所述非推力面定位，所述質(zhì)心沿著所述第一平面和所述第二平面與所述第一對螺栓孔中的每個螺栓孔的中心軸線并且與所述第二對螺栓孔中的每個螺栓孔的中心軸線橫向等距地定位；以及 柄，所述柄將所述第一端連接至所述第二端，所述柄包括平行于所述質(zhì)心延伸并被定位為距所述質(zhì)心一偏移距離的中心線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其中，所述質(zhì)心定位于所述柄的中心線和所述非推力面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其中，在所述柄的中心線和所述質(zhì)心之間的所述偏移距離為所述間隔距離的大約3.6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其中，所述偏移距離為2.7毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其中，所述第一平面和第二平面關(guān)于所述柄的中心線不對稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連桿，其中，所述第一平面和所述第二平面包括平行且偏離所述柄的中心線定位的第二端中心線，并且所述第一平面和所述第二平面關(guān)于所述第二端中心線不對稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿，其中，所述第一平面和第二平面包括平行于所述柄的中心線定位的第二端中心線，并且所述第二端中心線偏離所述質(zhì)心。
8.一種用于內(nèi)燃機的連桿，包括: 弟觸； 第二端，所述第二端包括推力面、與所述推力面平行并被定位為距所述推力面一間隔距離的非推力面、包括位于其中的第一對螺栓孔的第一平面，以及包括位于其中的第二對螺栓孔的第二平面，所述第一對螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每個螺栓孔都包括中心軸線；以及 柄，所述柄將所述第一端連接至所述第二端，所述柄包括中心線； 其中，所述第一對螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每一對螺栓孔中的一個螺栓孔均被定位為距所述柄的中心線第一孔距，并且所述第一對螺栓孔和所述第二對螺栓孔中的每一對螺栓孔中的另一個螺栓孔均被定位為距所述柄的中心線第二孔距，所述第一孔距大于所述第二孔距。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連桿，其中，所述第一孔距從所述柄的中心線朝著所述非推力面延伸。
【文檔編號】F16C7/02GK103946563SQ201280012523
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月9日
【發(fā)明者】B·多德曼 申請人:康明斯知識產(chǎn)權(quán)公司