專利名稱：拼合式連桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拼合式連桿，其中使經(jīng)過(guò)表面硬化處理的大端部分?jǐn)嗔巡⑶曳至殉蓷U部和帽部，而且在使各部分的斷裂表面保持對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)采用連接螺栓將桿部和帽部重新連接。
背景技術(shù)：
在將大端部分?jǐn)嗔巡⑶曳至殉蓷U部和帽部時(shí)，這種拼合式連桿可以設(shè)有用于開(kāi)始斷裂的斷裂起始點(diǎn)凹槽。例如，如圖1A和圖1B中所示，曾經(jīng)提出一種具有一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽51的結(jié)構(gòu)，這些凹槽沿著開(kāi)有槽的大端部分50的曲柄銷孔50a的軸中心方向延伸并且形成于曲柄銷孔50a的內(nèi)圓周表面上(例如，參見(jiàn)美國(guó)專利NO.4569109)。
另一方面，當(dāng)使大端部分50斷裂并分離時(shí)，斷裂表面如圖2A和圖2B中所示從斷裂起始點(diǎn)凹槽5 1沿著由箭頭X和Y所示的路徑圍繞著螺栓孔前進(jìn)，并且這些路徑在外壁部分Z處彼此相交。
但是，如果斷裂表面在沿著由箭頭X和Y所示的路徑前進(jìn)的同時(shí)偏離，則斷裂表面不能在相同平面上彼此相交在外壁部分Z處，從而造成高度差和裂紋。這會(huì)引起斷裂表面剝落或脫落，這在發(fā)動(dòng)機(jī)正在工作的同時(shí)會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)部件，從而引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障。
提高斷裂起始點(diǎn)凹槽底部的應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)可以有效防止出現(xiàn)剝落或脫落的問(wèn)題。因此，如圖3所示，可以增加斷裂起始點(diǎn)凹槽51的凹槽深度L2并且提高凹槽深度L2與斷裂起始點(diǎn)凹槽51和螺栓孔50b的邊緣之間的最短距離L1的比值。
但是，增加斷裂起始點(diǎn)凹槽51的凹槽深度L2會(huì)產(chǎn)生在下面段落中所述的許多問(wèn)題。
首先，當(dāng)對(duì)連桿實(shí)施表面硬化處理例如滲碳處理時(shí)，滲碳不會(huì)到達(dá)斷裂起始點(diǎn)凹槽的底部，并且在底部處的表面硬化層會(huì)較淺。因此，斷裂起始點(diǎn)不能被充分硬化，因此該表面會(huì)很容易轉(zhuǎn)變成具有韌性斷口的表面，并且在斷裂之后桿部和帽部之間的對(duì)準(zhǔn)精確度會(huì)降低。
第二，由于凹槽變得更深，機(jī)加工凹槽所需要的加工時(shí)間增加，并且更難以精確地控制凹槽深度。該問(wèn)題在采用激光進(jìn)行凹槽機(jī)加工時(shí)變得尤為突出。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種拼合式連桿，該連桿能夠防止在斷裂/分裂期間出現(xiàn)例如剝落或脫落的問(wèn)題，并且確保了在斷裂之后的對(duì)準(zhǔn)精確度，因此進(jìn)一步縮短了加工凹槽所需要的加工時(shí)間并且提高了加工精度。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，拼合式連桿包括在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成的凹部和在凹部的底部處形成的斷裂起始點(diǎn)凹槽。
本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿優(yōu)選的是通過(guò)鍛造、鑄造或燒結(jié)形成的無(wú)螺母型連桿。
優(yōu)選的是，斷裂起始點(diǎn)凹槽的寬度小于凹部的寬度。
還優(yōu)選的是，凹部如此形成，即，使底部處于這樣一個(gè)位置處，在該位置處，斷裂起始點(diǎn)凹槽的深度與從斷裂起始點(diǎn)凹槽的開(kāi)口到螺栓孔的最短距離的比值大約為70％或更大。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例還優(yōu)選地包括一個(gè)設(shè)在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上的軸承鎖緊凹槽，其中凹部形成于一個(gè)與設(shè)在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上的軸承鎖緊凹槽相對(duì)的位置處。
該軸承鎖緊凹槽最好包括一對(duì)位于沿著曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面的圓周方向偏離的位置處的凹形部分。
還優(yōu)選的是，凹部沿著內(nèi)圓周表面的圓周方向的寬度小于軸承鎖緊凹槽的這對(duì)凹形部分沿著內(nèi)圓周表面的圓周方向的寬度。
還優(yōu)選的是，在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成有一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽。
該凹部最好包括一對(duì)傾斜部分。
凹部的傾斜部分最好形成用于引導(dǎo)插入到曲柄銷孔中的對(duì)分的軸承金屬元件的斜面。
在各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，凹部的每個(gè)傾斜部分具有彎曲形狀和隆起的圓形中的一種形狀。
還優(yōu)選的是，凹部在其一個(gè)上角部中具有凹形形狀，或者在其上角部中具有直線形狀。
還優(yōu)選的是，相對(duì)于從曲柄銷孔的軸中心穿過(guò)在這對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽的底面上的底部的預(yù)定斷裂面的角度大約為45度。
還有，凹部的內(nèi)角最好大約為90度。
還優(yōu)選的是，斷裂起始點(diǎn)凹槽的上、下內(nèi)表面如此形成，從而相對(duì)于從曲柄銷孔的軸中心穿過(guò)在這對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽的底面上的底部的預(yù)定斷裂面的角度大約為0度。
還有，優(yōu)選的是，凹部的橫斷面大于斷裂起始點(diǎn)凹槽的橫斷面。
該斷裂起始點(diǎn)凹槽最好包括基本上平行的壁，這些壁相對(duì)于預(yù)定斷裂面形成大約為0度的夾角，并且包括一個(gè)具有底面的基本上平行的凹槽，該底面使這些基本上平行的壁連接在一起并且形成半徑為R的弧形。
還優(yōu)選的是，從曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面到底面的底部的深度H和半徑R如此設(shè)定，從而比值H/R大約為1.0至大約10.0。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)包括根據(jù)上述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的任一個(gè)的拼合式連桿。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種汽車，該汽車包括根據(jù)上述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的任一個(gè)的拼合式連桿。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種形成拼合式連桿的方法，該方法包括提供一連桿；在連桿中形成一曲柄銷孔；在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成一凹部，該凹部包括一底部；以及在所述凹部的底部處形成一斷裂起始點(diǎn)凹槽。
優(yōu)選的是，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽是于所述曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成凹部之后形成的。
該方法還最好包括以下步驟對(duì)拼合式連桿進(jìn)行表面硬化處理；使該拼合式連桿斷裂并且分裂成桿部和帽部，以在桿部和帽部上都形成斷裂面；通過(guò)使兩個(gè)斷裂面相互接觸而使被斷裂并且分裂開(kāi)的桿部和帽部相互對(duì)準(zhǔn)；以及通過(guò)連接螺栓將桿部和帽部連接在一起。
還優(yōu)選的是，通過(guò)借助切割、線切割和利用激光進(jìn)行的機(jī)加工中的一種方法進(jìn)行刻槽來(lái)形成一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽。
另外，該凹部?jī)?yōu)選地通過(guò)對(duì)在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面和斷裂起始點(diǎn)凹槽之間的上、下角部進(jìn)行斜切而形成。
該凹部?jī)?yōu)選地通過(guò)機(jī)加工、鍛造、鑄造和燒結(jié)中的一種方法形成。
從參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明中將更加了解本發(fā)明的其它特征、要素、特點(diǎn)、步驟和優(yōu)點(diǎn)。
圖1A為傳統(tǒng)的通見(jiàn)拼合式連桿的主視圖；圖1B為圖1A中所示拼合式連桿沿著I-I線的剖視圖；圖2A是顯示出在傳統(tǒng)斷裂面上的斷裂前進(jìn)路徑的視圖；圖2B為一側(cè)視圖，顯示出在傳統(tǒng)的斷裂/分裂中斷裂前進(jìn)路徑的相交部分；圖3為傳統(tǒng)的通見(jiàn)拼合式連桿的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿的主視圖；圖5為圖4所示拼合式連桿的大端部分的剖視圖；圖6A為大端部分的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖，用來(lái)說(shuō)明凹部的傾斜角度；圖6B為大端部分的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖，用于說(shuō)明凹部的開(kāi)口寬度；圖7是顯示出斷裂并分裂大端部分的方法的視圖；
圖8是顯示出斷裂起始點(diǎn)凹槽的深度和剝落發(fā)生率之間的關(guān)系的視圖；圖9是顯示出本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的斷裂起始點(diǎn)凹槽的角度的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例的視圖；圖10是顯示出本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的凹部的開(kāi)口寬度的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例的視圖；圖11A是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的斜面是彎曲的實(shí)施例的視圖；圖11B是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的斜面具有隆起的圓形形狀的實(shí)施例的視圖；圖12是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的傾斜角度大約為90度的實(shí)施例的視圖；圖13A是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的上角部的斜面是彎曲的實(shí)施例的視圖；圖13B是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的上角部的斜面為直線的實(shí)施例的視圖；圖13C是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的上角部的傾斜角度大約為90度的實(shí)施例的視圖；圖13D是顯示出第一優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例并且顯示出其中凹部的上角部的傾斜角具有隆起的圓形形狀的實(shí)施例的視圖；圖14A是顯示出根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿的視圖；圖14B為圖14A中所示拼合式連桿沿著XI-XI線的剖視圖；圖15為顯示出圖14A和14B中所示拼合式連桿的大端部分的視圖；圖16A為大端部分的左斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖；圖16B為大端部分的右斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿的大端部分的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖；以及圖18顯示出第三優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
第一優(yōu)選實(shí)施例圖4至7顯示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的拼合式連桿的斷裂/分裂結(jié)構(gòu)，圖4為拼合式連桿的主視圖，圖5為該拼合式連桿的大端部分的剖視圖，圖6A為大端部分的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖，用于說(shuō)明凹部的傾斜角度，圖6B為大端部分的斷裂起始點(diǎn)凹槽的放大圖，用于說(shuō)明凹部的開(kāi)口部分，并且圖7說(shuō)明了斷裂并且分開(kāi)大端部分的方法。
在這些附圖中，參考標(biāo)號(hào)100表示當(dāng)前實(shí)施例的拼合式連桿，該連桿優(yōu)選的是一種通過(guò)鍛造、鑄造或燒結(jié)形成的無(wú)螺母型連桿。該拼合式連桿100設(shè)有一個(gè)位于桿體101a的一個(gè)端部處并具有活塞銷孔101b的小端部分101c和位于另一個(gè)端部處的具有曲柄銷孔101d的大端部分101e。
大端部分101e設(shè)有臺(tái)肩101f，這些臺(tái)肩從與桿體101a相連的連接部分向右并且向左延伸，而且曲柄銷孔101d在位于兩個(gè)臺(tái)肩101f之間的中心上形成。另外，從上側(cè)延伸至大端部分101e的頂側(cè)附近的螺栓孔101g形成在臺(tái)肩101f中。
對(duì)包括成一體的并且形成一個(gè)單個(gè)的整體結(jié)構(gòu)元件的桿部102和帽部103的整個(gè)拼合式連桿100進(jìn)行表面硬化處理，例如滲碳和回火處理。在表面硬化處理之后，沿著預(yù)定的斷裂面(圖中的直線A)使拼合式連桿100的大端部分101e斷裂并且分裂成桿部102和帽部103。如圖7中所示，通過(guò)將拼合式連桿100安置在基座110上、將可以沿著直徑方向運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)件111插入到大端部分101e的曲柄銷孔101d中并且在楔形件112中驅(qū)動(dòng)，從而將連桿斷裂并且分裂成桿部102和帽部103。
然后，通過(guò)使這兩個(gè)斷裂面相互接觸來(lái)使這些斷裂并且分裂開(kāi)的桿部102和帽部103相互對(duì)準(zhǔn)，然后通過(guò)裝配在相應(yīng)的螺栓孔101g中的連接螺栓104使之連接。
通過(guò)表面硬化處理，在拼合式連桿100的外圓周表面上形成具有預(yù)定的滲碳深度的表面硬化層。不僅可以采用滲碳和回火的方式，來(lái)進(jìn)行表面硬化處理而且還可以采用滲氮、熱噴涂、氣相淀積或高頻淬火等手段進(jìn)行。
在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上，形成有一對(duì)沿著曲柄銷孔101d的軸中心方向延伸的斷裂起始點(diǎn)凹槽105。這些斷裂起始點(diǎn)凹槽105是通過(guò)利用切割、線切割(線切割放電機(jī)加工)或采用激光的機(jī)加工來(lái)進(jìn)行刻槽的方式或其它適當(dāng)?shù)姆椒ǘ纬傻模⑶已刂粭l在位于大端部分101e的桿部102和帽部103之間的預(yù)定斷裂面(由該圖中的直線A表示)和內(nèi)部圓周表面之間的相交線形成。也就是說(shuō)，當(dāng)通過(guò)例如線切割形成斷裂起始點(diǎn)凹槽105時(shí)，將導(dǎo)線放置在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面的預(yù)定位置附近，并且在該導(dǎo)線和曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面之間施加脈沖高壓。這在導(dǎo)線和曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面之間產(chǎn)生電暈放電，該放電使得曲柄銷孔101d的一部分內(nèi)圓周表面被刨掉，從而形成斷裂起始點(diǎn)凹槽105。
然后，通過(guò)斜切在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面和斷裂起始點(diǎn)凹槽105之間的上、下角部，形成一凹部106，該凹部沿著斷裂起始點(diǎn)凹槽105延伸并且具有比斷裂起始點(diǎn)凹槽更寬的開(kāi)口。凹部106優(yōu)選地與斷裂起始點(diǎn)凹槽105一樣通過(guò)機(jī)加工例如線切割形成，或者通過(guò)鍛造、鑄造或燒結(jié)或者其它適當(dāng)?shù)墓に嚺c該拼合式連桿100的模制同時(shí)形成。
如圖5、圖6A和6B中所示，通過(guò)按照下述方式進(jìn)行線性刻槽而形成構(gòu)成凹部106的傾斜部分106a，即，與從曲柄銷孔101d的軸中心a穿過(guò)在斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底面105c上的底部105a的直線A(預(yù)定的斷裂面)形成的夾角β優(yōu)選地大約為45度。這使得凹部106的內(nèi)角為90度。另外，斷裂起始點(diǎn)凹槽105的上、下內(nèi)表面105b按照這樣一種方式形成，即，與直線A形成的夾角α為0度，也就是平行于直線A。也就是說(shuō)，夾角β大于夾角α。另外，當(dāng)將凹部106的橫斷面與斷裂起始點(diǎn)凹槽105的橫斷面相比較時(shí)，凹部106最好具有更大的橫斷面。
另外，凹部106優(yōu)選地具有比斷裂起始點(diǎn)凹槽105的開(kāi)口寬度L 3更大的開(kāi)口寬度L4。這使得構(gòu)成凹部106的傾斜部分106a可用作在沿著螺栓孔101g的方向?qū)?duì)分的軸承金屬(未示出)插入曲柄銷孔101d中時(shí)的斜面。
這里，將對(duì)傾斜部分106a的斜面功能進(jìn)行說(shuō)明。在沒(méi)有向這些角部施加任何斜面時(shí)，軸承金屬在被裝配到曲柄銷孔中時(shí)接觸這些角部。向軸承金屬施加金屬鍍覆例如Sn(錫)鍍覆作為防腐層。當(dāng)該電鍍層與通過(guò)斷裂和分裂開(kāi)而形成的尖銳角部接觸時(shí)，一部分鍍覆層被削成顆粒并且這些顆粒粘附在斷裂面上。粘附的顆粒妨礙了使該拼合式連桿高精度地重新連接。相反，當(dāng)向這些角部施加斜面時(shí)，即當(dāng)形成凹部106時(shí)，一部分鍍覆層很難被刨掉，從而使得可以抑制顆粒的產(chǎn)生，而這些顆粒是妨礙高精度地重新連接拼合式連桿的一個(gè)因素。
斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度L2與從斷裂起始點(diǎn)凹槽105的基點(diǎn)(即，在內(nèi)表面105b和傾斜部分106a之間的邊界107)到上述螺栓孔101g的邊緣的最短距離L1的比值最好大約為70％或更高。
然后，將對(duì)這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的操作和效果進(jìn)行說(shuō)明。
根據(jù)該優(yōu)選實(shí)施例的斷裂和分裂結(jié)構(gòu)，形成一對(duì)沿著軸中心方向在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上延伸的斷裂起始點(diǎn)凹槽105，在斷裂起始點(diǎn)凹槽105和曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面之間，在上、下角部中形成傾斜部分106a，并且形成具有比斷裂起始點(diǎn)凹槽105的開(kāi)口寬度L3更大的開(kāi)口寬度L4的凹部106。換句話說(shuō)，由凹部106和直線A形成的角度β優(yōu)選地大于由斷裂起始點(diǎn)凹槽106形成的角度α。因此，可以相對(duì)于作為起始點(diǎn)的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面將斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度L2與從斷裂起始點(diǎn)凹槽105的基點(diǎn)到螺栓孔101g的邊緣的最短距離L1的比值設(shè)置得更大，并且通過(guò)表面硬化處理可靠地形成直到斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a的硬化層。這使得能夠增大在斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a處的應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)，以便避免在斷裂和分裂時(shí)出現(xiàn)剝落或脫落，并且避免由于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的掉落而出現(xiàn)故障例如損壞或燃燒。
另外，由于可以將具有足夠大的厚度的表面硬化層固定在斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a處，所以可以增強(qiáng)在斷裂起始點(diǎn)處的脆性。這降低了在斷裂面上產(chǎn)生剝落或脫落的可能性，因此在斷裂之后可以精確地重新連接桿部102和帽部103的斷裂面。
如上所述，通過(guò)在位于上述斷裂起始點(diǎn)凹槽105的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上的上、下角部中形成傾斜部分106a來(lái)形成寬的凹部106。通過(guò)采用除起始點(diǎn)凹槽加工方法(例如鍛造、鑄造、燒結(jié)或者機(jī)加工，或者其它適合的加工方法)之外的其它方法例如激光或者線切割來(lái)首先加工具有大角度β的凹部106，然后加工斷裂起始點(diǎn)凹槽105，可以降低斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度，并由此減少加工時(shí)間。還可以提高加工精度，并且甚至可以通過(guò)原先不能用來(lái)加工凹部形狀的激光加工方法也可以形成包括凹部的斷裂起始點(diǎn)凹槽的形狀。
該優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地將斷裂起始點(diǎn)凹槽105相對(duì)于直線A的角度α設(shè)定為大約0度，并將凹部106相對(duì)于直線A的角度β設(shè)定為大約45度。結(jié)果，可以實(shí)施可靠的表面硬化處理直至斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a，而且不會(huì)犧牲斷裂性能。角度β可以被優(yōu)選地設(shè)定為大約45度至大約90度，以實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)和效果。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，凹部106的開(kāi)口寬度L4優(yōu)選地大于斷裂起始點(diǎn)凹槽105的開(kāi)口寬度L3，由此可以極大地增加斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度，并可靠地形成直至斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a的表面硬化層。
斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度L2與從斷裂起始點(diǎn)凹槽105的起始點(diǎn)至螺栓孔101g的邊緣的最小距離L1之間的比值優(yōu)選地大約是70％或更大。因此，可以提高斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a的應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)，并可靠地防止剝落和脫落。
圖8表示試驗(yàn)的結(jié)果，以確定當(dāng)凹槽深度L2與上述最短距離L1之間的比率變化時(shí)剝落的發(fā)生率。從圖中可以明顯看出，當(dāng)比值L2/L1大約是65％或以下時(shí)，剝落的發(fā)生率超過(guò)大約30％。相反，當(dāng)比值L2/L1大約是70％或以上時(shí)，或者優(yōu)選地是75％或以上時(shí)，剝落的發(fā)生率低于約17％。另外，可以理解，當(dāng)比值L2/L1大約是100％時(shí)，也就是將斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度設(shè)定為到達(dá)螺栓孔101g的深度時(shí)，剝落的發(fā)生率將進(jìn)一步降低至大約15％。
另外，由于在上述斷裂起始點(diǎn)凹槽105的開(kāi)口處形成寬度更大的凹部106，因此可以首先加工相對(duì)于直線A具有大角度β的凹部106，然后加工斷裂起始點(diǎn)凹槽105，并減少了窄凹槽的深度，由此縮短了加工時(shí)間并提高了加工精度。
該優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地將斷裂起始點(diǎn)凹槽105相對(duì)于直線A的角度α設(shè)定為大約0度，但是如圖9所示，也可以將斷裂起始點(diǎn)凹槽105的角度α設(shè)定為例如大約10度，將凹部106的角度β設(shè)定為例如大約45度。在這種情況下，也可以與上述優(yōu)選實(shí)施例一樣增大斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度L2，并可靠地形成直至斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部105a的表面硬化層。
此處，角度α超過(guò)10度容易使其難以實(shí)現(xiàn)脆性斷裂，如果角度α超過(guò)10度并且進(jìn)一步加大，則斷裂的表面通常轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂许g性斷口的平面。因此，為了實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)和效果，角度α優(yōu)選地為大約0度至大約10度。
另外，如圖10所示，也可以將斷裂起始點(diǎn)凹槽105的角度α設(shè)定為大約10度，并且使凹部106的開(kāi)口寬度L4大于在斷裂起始點(diǎn)凹槽105和曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面的延伸平面之間的相交處的開(kāi)口寬度L3。同樣在這種情況下，可以實(shí)現(xiàn)與上述優(yōu)選實(shí)施例同樣的優(yōu)點(diǎn)和效果。
圖11A和11B、圖12和圖13A、13B、13C和13D顯示了凹部的改進(jìn)實(shí)施例。在圖中，與圖6相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的或者等效的元件。
圖11A表示形成凹部106的彎曲的傾斜部分106a′的一個(gè)實(shí)施例，圖11B表示其中具有隆起的圓形的傾斜部分106a′、同時(shí)凹部106的開(kāi)口寬度大于斷裂起始點(diǎn)凹槽105的開(kāi)口寬度的一個(gè)實(shí)施例。另外，圖12表示凹部106相對(duì)于直線A的角度β優(yōu)選地為大約90度的一個(gè)圖13A、13B、13C和13D表示由上角部的傾斜部分106a′形成的凹部106的實(shí)施例。圖13A表示凹部106優(yōu)選地在上角部中為凹形的實(shí)施例，圖13B表示凹部106優(yōu)選地在上角部為直線形的實(shí)施例，圖13C表示凹部106的角度β優(yōu)選地為大約90的實(shí)施例。另外，圖13D表示凹部106為隆起的圓形的實(shí)施例。在這些改進(jìn)實(shí)施例中，可以增大斷裂起始點(diǎn)凹槽105的深度，并能形成直至斷裂起始點(diǎn)凹槽105的底部的表面硬化層。
第二優(yōu)選實(shí)施例圖14A、圖14B、圖15、圖16A和圖16B表示根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿。在這些圖中，與圖4和圖6相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的或者等效的元件。
該優(yōu)選實(shí)施例中的拼合式連桿200在大端部分101e的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上設(shè)有一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽105，并優(yōu)選地具有與第一優(yōu)選實(shí)施例基本相同的基本結(jié)構(gòu)，因此以下將僅說(shuō)明不同的部分。
用于定位軸承金屬(未顯示)和鎖定旋轉(zhuǎn)的接合(鎖定)凹槽101h優(yōu)選地設(shè)置在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上。設(shè)置該接合凹槽101h，以便沿著圓周方向延伸并橫跨右斷裂起始點(diǎn)凹槽105。也就是，如圖14B所示，接合凹槽101h沿圓周方向的寬度大于凹部106的開(kāi)口寬度L4，將其中一個(gè)接合凹槽101h設(shè)置為橫過(guò)斷裂表面，并也偏至桿部102一側(cè)，而將另一個(gè)接合凹槽101h設(shè)置為橫過(guò)斷裂表面并也偏至帽部103一側(cè)，使其可以沿周向鎖定軸承金屬的旋轉(zhuǎn)。
然后，僅在位于左斷裂起始點(diǎn)凹槽105和曲柄銷孔101d之間的角部中形成凹部106，而且凹部106的內(nèi)角優(yōu)選地大約為120度。也就是，在位于曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上的相對(duì)位置處形成的斷裂起始點(diǎn)凹槽105中，一個(gè)斷裂起始點(diǎn)凹槽105設(shè)置為靠近接合凹槽101h，另一個(gè)斷裂起始點(diǎn)凹槽105設(shè)置在位于接合凹槽101h，101h的相對(duì)位置處的凹部106中。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，接合凹槽101h優(yōu)選地在上述曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上形成，以便橫過(guò)右斷裂起始點(diǎn)凹槽105，并且僅在左斷裂起始點(diǎn)凹槽105中形成凹部106。結(jié)果，可以使斷裂基本同時(shí)地從右和側(cè)斷裂起始點(diǎn)凹槽105開(kāi)始，并防止在斷裂表面上發(fā)生剝落和脫落。也就是，當(dāng)形成用于軸承金屬的接合凹槽101h時(shí)，該接合凹槽側(cè)容易提前開(kāi)始斷裂，在左側(cè)上的斷裂容易隨后開(kāi)始斷裂。這樣導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，即剝落或脫落更容易在提前發(fā)生斷裂的接合凹槽側(cè)上發(fā)生。因此，在左斷裂起始點(diǎn)凹槽105中形成凹部106可以使得基本上同時(shí)地在右側(cè)和左側(cè)上開(kāi)始斷裂，并由此防止剝落和脫落的問(wèn)題。
另外，由形成了大約為120度的內(nèi)角的傾斜部分106a形成的凹部106在左斷裂起始點(diǎn)凹槽105中形成。因此，傾斜部分106a起斜面作用，并由此可以在將軸承金屬插入曲柄銷孔101d中時(shí)防止損壞或者插入錯(cuò)誤。也就是，當(dāng)將軸承金屬用作曲柄銷的軸承時(shí)，必須形成接合凹槽101h以定位軸承金屬并停止旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，必須在位于大端部分的桿部102和帽部103之間的對(duì)準(zhǔn)面上形成斜面。沒(méi)有施加這種斜切可能會(huì)在插入的時(shí)候損壞軸承金屬并妨礙準(zhǔn)確插入。
另一方面，在拼合式連桿的情況下，桿部102和帽部103之間的對(duì)準(zhǔn)平面構(gòu)成斷裂表面，因此在斷裂和分裂之后難以實(shí)施斜切。為此，在斷裂和分裂之前實(shí)施斜切，但是這樣作在斜切中要花費(fèi)時(shí)間并且從成本角度而言是不利的。相反，本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例允許上述凹部106用作斷裂和分裂之后的斜面，由此可以避免斜切的需要。
第三優(yōu)選實(shí)施例圖17表示根據(jù)拼合式連桿的第三優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿的斷裂/分裂結(jié)構(gòu)。圖4至圖6表示相同或者等效的元件。
該優(yōu)選實(shí)施例的拼合式連桿300在大端部分101e的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上設(shè)有一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽150。該斷裂起始點(diǎn)凹槽105由相對(duì)于直線A(預(yù)定的斷裂平面)形成大約為0度角的壁、也就是基本上平行的壁形成，并包括一個(gè)寬度優(yōu)選地被設(shè)定為B1的基本上平行的凹槽150a和一個(gè)連接基本平行的壁并且形成半徑為R的弧形的底面150b。
此處，從斷裂起始點(diǎn)凹槽150的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面至底面150b的底部150c的深度H以及半徑R按照比率(H/R)優(yōu)選地為大約1.0至大約10.0的方式來(lái)設(shè)定。更具體地說(shuō)，該優(yōu)選實(shí)施例中H/R優(yōu)選地大約為0.2mm/0.1mm＝2.0或者大約為0.5mm/0.1mm＝5.0。
如上所示，在斷裂起始點(diǎn)凹槽150的底面150b上的端部處的應(yīng)力σmax是σmax＝α·σn并應(yīng)力集中系數(shù)α是α=1+2(H/R)]]>其中σn是在距離底面有足夠距離的點(diǎn)處的應(yīng)力。也就是，隨著斷裂起始點(diǎn)凹槽150的深度H的增加以及底面的半徑R的降低，在底面150b的底部150c處的應(yīng)力集中系數(shù)α以及因此在端部的應(yīng)力σmax增大，這樣導(dǎo)致斷裂更容易發(fā)生。
為了將比值H/R設(shè)定為大約1.0至約10.0，該優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)選地對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽150采用更大的深度H和更小的半徑R。因此，應(yīng)力集中系數(shù)α以及因此在端部的應(yīng)力增大，使得可以容易和可靠地在大端部分中產(chǎn)生斷裂。
當(dāng)上述比值小于大約1.0時(shí)，不可能獲得足夠的應(yīng)力集中系數(shù)。另一方面，當(dāng)深度H過(guò)大時(shí)，滲碳?xì)怏w等會(huì)難以進(jìn)入凹槽。另外，當(dāng)采用線切割方法形成斷裂起始點(diǎn)凹槽時(shí)，也根據(jù)可以采用的線直徑等而限制了半徑R?？紤]到這些方面，比值H/R的上限可以考慮為大約10.0。也就是，比值H/R最好為大約1.0至大約10.0。
另外，該優(yōu)選實(shí)施例設(shè)定斷裂起始點(diǎn)凹槽150由相對(duì)于直線A(預(yù)定的斷裂平面)形成大約為0度的角的壁也就是基本上平行的壁構(gòu)成，并由寬度優(yōu)選地被設(shè)定為較窄的寬度B1的基本平行的凹槽150a形成。結(jié)果，可以減少用于形成斷裂起始點(diǎn)凹槽150所需的加工量，容易和快速地采用線切割方法形成凹槽，減少了因?yàn)樵O(shè)置斷裂起始點(diǎn)凹槽150而在曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上減少的面積量，并避免了平面壓力因此而增加。
另外，由于斷裂起始點(diǎn)凹槽150由基本平行的凹槽150a構(gòu)成，因此容易檢查斷裂起始點(diǎn)凹槽150是否按計(jì)劃形成。
如圖18所示，斷裂起始點(diǎn)凹槽150也可以按照如下所述的方式形成，即，由構(gòu)成斷裂起始點(diǎn)凹槽150的壁相對(duì)于直線A(預(yù)定的斷裂平面)形成的角度大致是10度或更小。
在這種情況下，深度H相對(duì)于半徑R的比值(H/R)優(yōu)選地大約是1.0至大約10.0。這樣作使得可以提高應(yīng)力集中系數(shù)α以及由此加大端部處的應(yīng)力σmax，并容易和可靠地在大端部分中形成斷裂。
本發(fā)明不限于上述的優(yōu)選實(shí)施例，可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下作出各種改變和改動(dòng)。
本申請(qǐng)以2002年12月26日提交的日本專利申請(qǐng)No.2002-378020和2003年9月8日提交的日本專利申請(qǐng)No.2003-315614為基礎(chǔ)，這些專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種拼合式連桿，它包括一個(gè)曲柄銷孔；在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成的凹部；以及在所述凹部的底部處形成的斷裂起始點(diǎn)凹槽。
2.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽的寬度小于所述凹部的寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部如此形成，從而所述底部處于這樣一個(gè)位置處，即，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽的深度與從所述斷裂起始點(diǎn)凹槽的開(kāi)口到螺栓孔的最短距離的比值大約為70％或更大。
4.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，還包括一個(gè)設(shè)在曲柄銷孔的所述內(nèi)圓周表面上的軸承鎖緊凹槽，其中在一個(gè)與設(shè)在曲柄銷孔的所述內(nèi)圓周表面上的軸承鎖緊凹槽相對(duì)的位置處形成所述凹部。
5.如權(quán)利要求4所述的拼合式連桿，其特征為，所述軸承鎖緊凹槽包括一對(duì)位于沿著曲柄銷孔的所述內(nèi)圓周表面的圓周方向偏離的位置處的凹形部分。
6.如權(quán)利要求5所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部的沿著所述內(nèi)圓周表面的圓周方向的寬度小于所述軸承鎖緊凹槽的這對(duì)凹形部分沿著所述內(nèi)圓周表面的圓周方向的寬度。
7.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述拼合式連桿為一種無(wú)螺母型連桿，它由鍛造材料、鑄造材料和燒結(jié)材料中的一種制成。
8.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，還包括一個(gè)小端部分和一個(gè)大端部分，其中所述大端部分包括所述凹部，并且所述斷裂起始點(diǎn)凹槽在大端部分中形成。
9.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，還包括一個(gè)桿部和一個(gè)帽部。
10.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽。
11.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，相對(duì)于從曲柄銷孔的軸中心穿過(guò)在該對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽的底面上的底部的預(yù)定斷裂面的角度大約為45度。
12.如權(quán)利要求11所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部的內(nèi)角大約為90度。
13.如權(quán)利要求10所述的拼合式連桿，其特征為，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽的上、下內(nèi)表面如此形成，即，相對(duì)于從曲柄銷孔的軸中心穿過(guò)在該對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽的底面上的底部的預(yù)定斷裂面的角度大約為0度。
14.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部的橫斷面大于所述斷裂起始點(diǎn)凹槽的橫斷面。
15.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部包括一對(duì)傾斜部分。
16.如權(quán)利要求15所述的拼合式連桿，其特征為，所述傾斜部分形成用于引導(dǎo)插入到曲柄銷孔中的對(duì)分軸承金屬元件的斜面。
17.如權(quán)利要求11所述的拼合式連桿，其特征為，所述傾斜部分具有彎曲的形狀。
18.如權(quán)利要求11所述的拼合式連桿，其特征為，所述傾斜部分具有隆起的圓形形狀。
19.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部在其上角部中具有凹形形狀。
20.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述凹部在其上角部中具有直線形狀。
21.如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿，其特征為，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽包括基本上平行的壁，這些壁相對(duì)于預(yù)定的斷裂面形成大約為0度的夾角，并且包括一個(gè)具有底面的基本上平行的凹槽，該底面使基本上平行的壁連接在一起并且形成半徑為R的弧形。
22.如權(quán)利要求21所述的拼合式連桿，其特征為，從曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面到底面的底部的深度H和半徑R如此設(shè)定，即，比值H/R大約為1.0至大約10.0。
23.一種包括如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)。
24.一種包括如權(quán)利要求1所述的拼合式連桿的汽車。
25.一種形成拼合式連桿的方法，該方法包括以下步驟提供一個(gè)連桿；在連桿中形成一個(gè)曲柄銷孔；在曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面上形成一凹部，該凹部包括一個(gè)底部；以及在所述凹部的底部形成斷裂起始點(diǎn)凹槽。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，所述斷裂起始點(diǎn)凹槽是在于所述曲柄銷孔的所述內(nèi)圓周表面上形成所述凹部之后形成的。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括以下步驟對(duì)該拼合式連桿進(jìn)行表面硬化處理；將該拼合式連桿斷裂并且分裂成一個(gè)桿部和一個(gè)帽部，以在桿部和帽部上都形成斷裂面；通過(guò)使兩個(gè)斷裂面相互接觸而使被斷裂并且分裂開(kāi)的桿部和帽部相互對(duì)準(zhǔn)；以及通過(guò)連接螺栓將桿部和帽部連接在一起。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，通過(guò)借助切割、線切割和利用激光進(jìn)行機(jī)加工中的一種方法進(jìn)行刻槽來(lái)形成一對(duì)斷裂起始點(diǎn)凹槽。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，通過(guò)斜切位于曲柄銷孔的內(nèi)圓周表面和斷裂起始點(diǎn)凹槽之間的上、下角部而形成凹部。
30.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，所述凹部通過(guò)機(jī)加工、鍛造、鑄造和燒結(jié)中的一種方法來(lái)形成。
全文摘要
一種拼合式連桿，它能夠防止在斷裂和分裂時(shí)出現(xiàn)剝落和脫落的問(wèn)題，確保了在斷裂之后的對(duì)準(zhǔn)精度，降低了加工凹槽所需的加工時(shí)間并且改善了加工精度。該拼合式連桿100包括在大端部分101e的曲柄銷孔101d的內(nèi)圓周表面上形成的一個(gè)凹部106。在凹部106的底部處還形成有斷裂起始點(diǎn)凹槽105。
文檔編號(hào)F16C7/02GK1512082SQ20031011029
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者久保田剛, 磯部恒雄, 巖崎進(jìn)也, 也, 雄 申請(qǐng)人:雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)株式會(huì)社