本发明主要涉及作为船舶的主机而搭载的十字头式发动机所使用的连接棒及具有连接棒的十字头式发动机。
背景技术：
图6是船舶用的十字头式发动机的纵剖视图。另外，图7是沿着图6的vii-vii线的剖视图，图8是基于图7的viii-viii箭头的俯视图，图9是沿着图7的ix-ix线的纵剖视图。
在该十字头式发动机eg中，活塞2滑动自如地插入到在上下方向上延伸的气缸衬垫1，曲轴3轴支承在气缸衬垫1的轴心延长线上，十字头5上下滑动自如地设于在气缸衬垫1与曲轴3之间设置的一对滑动板4之间。
在从活塞2向下方延伸的活塞杆6的顶端设置的横轴状的十字头轴颈7与十字头5连结。另外，连接棒8的小端部8a转动自如地枢接于十字头轴颈7，连接棒8的大端部8b转动自如地轴支承于曲柄销9，曲柄销9相对于曲轴3偏心设置。因此，活塞2通过伴随燃料的燃烧的爆发压力p而被压下时，十字头5也被压下，连接棒8转动而使曲轴3旋转，该旋转成为十字头式发动机eg的输出。
在连接棒8的小端部8a和大端部8b分别安装有帽部件81、82，十字头轴颈7和曲柄销9保持为夹具状。另外，在小端部8a(81)的轴承面8a和大端部8b(82)的轴承面8b，分别安装有由白色金属等轴承材料形成的半分圆筒状的轴承金属件11、12。
如图7～图9及专利文献1等所示，在连接棒8，以沿着其内部长度方向延伸的方式形成有使小端部8a(轴承面8a)与图6所示的大端部8b(轴承面8b)之间连通的供油通路15，该供油通路15在小端部8a的轴承面8a和大端部8b的轴承面8b开口成孔状(也参照专利文献1的图5等)。另外，在轴承面8a，形成有沿着周向延伸的多个供油槽16。
在十字头式发动机eg的工作时，从未图示的润滑油泵向十字头5供给的润滑油在十字头轴颈7与轴承金属件11之间进行润滑后，经过供油槽16和供油通路15而在轴承金属件12与曲柄销9之间进行润滑。
如图9及专利文献1的图1、图10等所示，存在小端部8a的轴承面8a中的供油通路15的开口部的开口宽度尺寸d大于轴承金属件11的厚度尺寸h的情况。以往，没有特别考虑这样的供油通路15、供油槽16等轴承面8a所形成的凹部的开口宽度尺寸d与轴承金属件11的厚度尺寸h的关系。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2007-532845号公报
但是，如上所述，供油通路15、供油槽16等凹部的开口宽度尺寸d大于轴承金属件11的厚度t时，从十字头轴颈7施加的爆发压力p(参照图6)作用于轴承金属件11时，由白色金属等比较软质的轴承材料形成的轴承金属件11进入供油通路15(或供油槽16)的凹部，从而引起压力变形。因此，在图7中以线d所示，轴承金属件11的滑动面11a中的最大油膜压力的分布状态在供油通路15的附近急剧地降低，在供油通路15的周围如高度e所示急剧地上升。
因此，在最大油膜压力急剧地上升到高度e的位置(供油通路15的开口部周围附近)，向轴承金属件11的滑动面11a与十字头轴颈7之间供给的润滑油的油膜变薄，担心在轴承金属件11的滑动面11a产生不均匀磨损等损伤而有损于十字头式发动机eg的耐久性和可靠性。
技术实现要素：
本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供一种连接棒及具有连接棒的十字头式发动机，防止轴承金属件过度变厚，并且抑制在连接棒的端部的轴承面形成的供油通路、供油槽等凹部所引起的轴承金属件的压力变形，能够消除轴承金属件的滑动面中的最大油膜压力急剧地变高的部位，从而防止轴承金属件的损伤，提高发动机耐久性。
为了解决上述课题，本发明采用以下的手段。
即，本发明所涉及的连接棒将设置于十字头式发动机的活塞杆顶端的十字头轴颈和设置于曲轴的曲柄销之间连结起来，所述连接棒具备：
凹部，所述凹部形成于所述连接棒的端部的轴承面；以及
半分圆筒状的轴承金属件，所述轴承金属件安装于所述轴承面，
所述凹部的开口宽度尺寸设为d，所述轴承金属件的厚度尺寸设为h时，满足h>d·α的关系，
作为系数的所述α的范围是如下任一种：
(a)所述凹部是孔和与该孔连接的槽，所述开口宽度尺寸d小于10毫米时，α>0.6；
(b)所述凹部是孔和与该孔连接的槽，所述开口宽度尺寸d在10毫米以上且40毫米以下时，α＝0.8；
(c)所述凹部仅是孔，所述开口宽度尺寸d小于10毫米时，α>0.5；
(d)所述凹部仅是孔，所述开口宽度尺寸d在10毫米以上且40毫米以下时，α>0.6。
根据上述构成的连接棒，由白色金属等比较的软质的轴承材料形成的轴承金属件的厚度尺寸在必要最小限的范围内最佳化，因此能够不招致重量增加、成本提高等地提高轴承金属件的强度。
由此，在十字头轴颈的载荷(爆发压力)作用于轴承金属件时，能够抑制以轴承金属件进入形成于轴承面的供油通路、供油槽等凹部的方式引起压力变形的情况。
因此，不会产生如现有技术那样因在轴承金属件的滑动面中的最大油膜压力的分布状态产生急剧的上升部而润滑油的油膜变薄的部分，能够防止在轴承金属件的滑动面产生不均匀磨损等损伤。
由此，防止轴承金属件过度变厚，并且抑制在连接棒的端部的轴承面形成的供油通路、供油槽等凹部所引起的轴承金属件的压力变形，能够消除轴承金属件的滑动面中的最大油膜压力急剧地变高的部位，从而防止轴承金属件的损伤，提高十字头式发动机的耐久性。
在上述连接棒中，也可以是，所述轴承金属件的所述厚度尺寸h为h>d·α的角度范围是：从由所述十字头轴颈施加的爆发压力的最高压力作用点，直到在所述轴承金属件的周向上对该轴承金属件的变形没有影响的范围的近前的范围，在除此以外的范围所述轴承金属件的厚度尺寸小于所述h。
根据上述构成，仅在轴承金属件容易引起变形的最高压力作用点附近的范围使轴承金属件的厚度尺寸h变厚，在其他部分厚度没有增加，因此能够防止轴承金属件过度变厚，并且抑制轴承金属件的压力变形，提高十字头式发动机的耐久性。
在上述连接棒中，也可以是，所述轴承金属件的所述厚度尺寸从所述轴承金属件的最大部到最小部没有阶梯性突变地平缓变化。由此，在轴承金属件没有截面形状急剧地变化的部分，能够避免应力集中、金属疲劳的集中从而延长轴承金属件的寿命，提高十字头式发动机的耐久性。
本发明所涉及的十字头式发动机具备上述任一连接棒，因此能够防止轴承金属件的压力变形并提高发动机耐久性。
发明效果
以上，根据本发明所涉及的连接棒及具有连接棒的十字头式发动机，能够防止轴承金属件过度变厚，并且抑制在连接棒的端部的轴承面形成的供油通路、供油槽等凹部所引起的轴承金属件的压力变形，能够消除轴承金属件的滑动面中的最大油膜压力急剧地变高的部位，从而防止轴承金属件的损伤，提高发动机耐久性。
附图说明
图1a是示出本发明的第1实施方式的图，并且是连接棒的轴承面的俯视图。
图1b是沿着图1a的ib-ib线的纵剖视图。
图1c是沿着图1b的ic-ic线的纵剖视图。
图2是示出基于轴承金属件的厚度与轴承面中的凹部的开口宽度尺寸的关系的轴承金属件的变形量的曲线图。
图3是示出本发明的第2实施方式且示出将轴承金属件的厚度尺寸变大的角度范围的连接棒的侧视图。
图4是示出作用于轴承金属件的滑动面的面压与作用角度的关系的曲线图。
图5是示出本发明的第3实施方式的连接棒的纵剖视图。
图6是船舶用的十字头式发动机的纵剖视图。
图7是示出现有技术的沿着图6的vii-vii线的活塞杆和连接棒的纵剖视图。
图8是示出现有技术的基于图7的viii-viii箭头的连接棒的轴承面的俯视图。
图9是示出现有技术的图7的沿着ix-ix线的连接棒的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
【第1实施方式】
首先，参照图1a、图1b说明本发明的第1实施方式所涉及的连接棒。此处所示的连接棒18具有与如图8、图9所示的以往的连接棒8相同的小端部8a，在该小端部8a安装有帽部件81，设置于活塞侧的十字头轴颈(参照图6的符号7)转动自如地被保持。在轴承面8a安装有半分圆筒状的轴承金属件11a、11b。在小端部8a侧安装有轴承金属件11a，在帽部件81侧安装有轴承金属件11b。
在连接棒18的内部形成有沿着长度方向(连接棒18的轴向)延伸的供油通路15(凹部)。另外，在轴承面8a，例如三条供油槽16(凹部)沿着周向形成。供油通路15与例如中央的供油槽16连接。供油槽16的内径(开口径)大于供油槽16的宽度，但该大小关系也可以考虑为相反，或者相等。
在此，在供油通路15及供油槽16等形成于轴承面8a的凹部的开口宽度尺寸设为d，轴承金属件11a的厚度尺寸设为h的情况下，以h>d·α的方式设定h。α是系数。
并且，系数α的范围基于如下的(a)～(d)中任一条件设定。
(a)凹部是孔(供油通路15)和与该孔连接的槽(供油槽16)，开口宽度尺寸d小于10毫米时，设为α>0.6。
(b)凹部是孔(供油通路15)和与该孔连接的槽(供油槽16)，上述开口宽度尺寸d在10毫米以上且40毫米以下时，设为α>0.8。
(c)上述凹部仅是孔(供油通路15)，上述开口宽度尺寸d小于10毫米时，设为α>0.5。
(d)上述凹部仅是孔(供油通路15)，上述开口宽度尺寸d在10毫米以上且40毫米以下时，设为α>0.6。
例如，在本实施方式，在供油通路15或供油槽16中较大的一方的开口宽度尺寸d是20毫米时，相当于上述(b)的条件，因此系数α大于0.8。因此，轴承金属件11a的厚度尺寸h成为h>20×0.8＝16毫米以上。
然而，在船舶用柴油发动机中，通常，运转中的十字头轴颈7与轴承金属件11a、11b之间的油膜压力设计为60mpa以下。油膜的厚度是大致5μm以下时是微小的。因此，需要考虑轴承金属件11a的厚度尺寸h与形成于轴承面8a的凹部(供油通路15或供油槽16)的开口宽度尺寸d的关系，使得不发生由于基于爆发压力p的轴承金属件11a的变形因而如图7所示最大油膜压力的分布状态产生急剧地上升的e点进而油膜变薄所引起的润滑不良。
图2是示出基于轴承金属件11a的厚度尺寸h与轴承面8a中的凹部的开口宽度尺寸d的关系的轴承金属件11a的变形量的曲线图。纵轴是轴承金属件11a的厚度尺寸h和开口宽度尺寸d的比h/d，即轴承金属件11a的厚度系数α，横轴是开口宽度尺寸d。在此，最大油膜压力假定为通常值的60mpa。
轴承金属件11a的变形量设为小于十字头轴颈7与轴承金属件11a、11b之间的油膜厚度，由此能够将轴承金属件11a的厚度尺寸h设为必要最小限并且抑制油膜压力的降低。因此，设定h/d的值即系数α，使得轴承金属件11a的变形量小于作为油膜的厚度的5μm，优选1μm以下。即，根据开口宽度尺寸d，以与成为图2中所示的变形量1μm的边界线近似的方式设定系数α，决定轴承金属件11a的厚度尺寸h。此外，图2所示的线图(变形量)能够通过fem解析或梁模型的逻辑计算来算出。
例如，在连接棒18的轴承面8a形成有供油通路15(凹部)和供油槽16(凹部)这两方，在供油通路15和供油槽16的开口宽度尺寸d小于10毫米的情况下，为了将轴承金属件11a的变形量抑制到1μm以下，如图2的曲线图所示，厚度系数α设为0.8，根据h>d·α的关系设定轴承金属件11a的厚度尺寸h即可。此时，优选以厚度尺寸h不过度薄的方式将厚度系数α的下限值设为0.6以上。
另外，在供油通路15及供油槽16的开口宽度尺寸d在10毫米以上40毫米以下的情况下，为了将轴承金属件11a的变形量抑制到1μm以下，如图2的曲线图所示，根据开口宽度尺寸d在0.8～1.2的范围选择厚度系数α，根据h>d·α的关系设定轴承金属件11a的厚度尺寸h即可。
而且，凹部仅是供油通路15的孔，凹部的开口宽度尺寸d小于10毫米时，在0.5～0.6的范围内决定轴承金属件11a的厚度系数α，根据上述式设定轴承金属件11a的厚度尺寸h即可。这是因为，凹部只是形成供油通路15的孔，即不形成供油槽16时，与两方都形成的情况相比能够将轴承金属件11a的厚度尺寸h设定得薄。即，轴承金属件11a的厚度尺寸h是还考虑了实际上不过度薄的情况的范围。
另外，在供油通路15的孔的开口宽度尺寸d在10毫米以上且小于40的情况下，在0.6～0.8的范围内决定厚度系数α，根据上述式设定轴承金属件11a的厚度尺寸即可。与上述同样地，相比于形成有供油通路15及供油槽16这两方的情况，能够将轴承金属件11a的厚度尺寸h设定得薄。
根据这样构成的连接棒18，由白色金属等比较软质的轴承材料形成的轴承金属件11a的厚度尺寸h在必要最小限的范围最佳化，因此不会导致重量增加、成本提高等，能够提高轴承金属件11a的强度。
由此，在来自十字头轴颈7的载荷(图6所示的爆发压力p)作用于轴承金属件11a时，能够抑制以轴承金属件11a进入形成于轴承面8a的供油通路15、供油槽16等凹部的方式引起压力变形的情况。
因此，不产生现有技术那样因在轴承金属件11a的滑动面11a中的最大油膜压力的分布状态产生急剧的上升部而润滑油的油膜变薄的部分，能够防止在轴承金属件11a的滑动面11a产生不均匀磨损等损伤的情况。
由此，能够防止轴承金属件11a过度变厚，并且抑制在连接棒18的小端部8a的轴承面8a形成的供油通路15、供油槽16等凹部所引起的轴承金属件11a的压力变形，能够消除轴承金属件11a的滑动面11a中的最大油膜压力急剧地变高的部位从而防止轴承金属件11a的损伤，提高十字头式发动机eg的耐久性。
【第2实施方式】
接着，参照图3及图4说明本发明的第2实施方式所涉及的连接棒。在该连接棒28中，也是其小端部8a的轴承面8a与供油通路15连通，在该轴承面8a安装有半分圆筒状的轴承金属件11a。在该轴承金属件11a，施加有如图6所示的来自十字头轴颈7的载荷(爆发压力p)，但作用最高的压力是指，与爆发压力p的向量方向一致的最高压力作用点pmax的位置。在图3中，该最高压力作用点pmax的位置成为与连接棒28的未图示的中心线一致的点，但也未必限定于该位置，有时沿着轴承面8a的周向偏移20～30度程度。
在该第2实施方式的连接棒28，轴承金属件11a的厚度尺寸h也与前述的第1实施方式的情况同样地，根据h>d·α的式算出。设为该厚度尺寸h的角度范围θ在将最高压力作用点pmax的位置设为0度的情况下，从此处，直到在轴承金属件11a的周向上对该轴承金属件11a的变形没有影响的范围的近前，限定为仅是例如±30度的范围。在该角度范围θ以外的范围，轴承金属件11a的厚度尺寸小于h。即，沿用以往连接棒中的轴承金属件的厚度。
如图4所示，从十字头轴颈7施加的面压在施加最高压力作用点pmax的点、即在0度成为最高，但从此处超过±30度时，降低到对轴承金属件11a的变形没有影响的水平。由此，仅在从轴承金属件11a容易引起变形的最高压力作用点pmax到±30度的范围内使轴承金属件11a的厚度尺寸h变厚，在除此以外的部分不使厚度增大，因此能够防止轴承金属件11a过度变厚，并且抑制轴承金属件11a的压力变形，提高十字头式发动机eg的耐久性。
【第3实施方式】
接着，参照图5说明本发明的第3实施方式所涉及的连接棒。该连接棒38除了其轴承金属件11a的形状以外，具备与图1c所示的连接棒18、图3所示的连接棒28同样的构成。
在该连接棒38中，对于在轴承面8a开口的供油通路15的开口宽度尺寸d，轴承金属件11a的中央部附近的最大厚度尺寸h根据第1实施方式中说明的h>d·α的式算出，随着从其中央部附近朝向两端，厚度h变小。
该轴承金属件11a的厚度尺寸h从其最大部到最小部没有阶梯性突变地平缓变化。由此，在轴承金属件11a中没有截面形状急剧地变化的部分，能够避免应力集中、金属疲劳的集中而延长轴承金属件11a的寿命，提高十字头式发动机eg的耐久性。
此外，轴承面8a的曲率与图9所示的现有技术一样，可以是轴承面8a的深度下挖从轴承金属件11a的最大厚度尺寸h减去最小厚度尺寸的量，因此能够不使现有制造工序较大变化地进行制造。
如以上说明，根据上述各实施方式所涉及的连接棒18、28、38及具有连接棒的十字头式发动机eg，能够防止轴承金属件11a过度变厚，并且抑制在连接棒18、28、38的小端部8a的轴承面8a形成的供油通路15、供油槽16等凹部所引起的轴承金属件11a的压力变形，能够消除轴承金属件11a的滑动面11a中的最大油膜压力急剧地变高的部位而防止轴承金属件11a的损伤，提高发动机的耐久性。
此外，本发明不限定于上述实施方式的构成，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加适当变更、改良，这样施加的变更、改良的实施方式也包括在本发明的保护范围。
例如，在上述各实施方式中，说明了在连接棒18、28、38的小端部8a侧适用本发明的例子，但也可以在大端部8b侧适用本发明。另外，也可以组合各实施方式，附加其他构成。
符号说明
1气缸衬垫
2活塞
3曲轴
6活塞杆
7十字头轴颈
8a小端部(端部)
8a轴承面
9曲柄销
11a轴承金属件
15供油通路(凹部)
16供油槽(凹部)
18、28、38连接棒
eg十字头式发动机
d凹部的开口宽度尺寸
h轴承金属件的厚度尺寸
p爆发压力
pmax最高压力作用点
α系数