连杆 |
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| 申请号 | CN201510908965.5 | 申请日 | 2015-12-10 | 公开(公告)号 | CN105697529A | 公开(公告)日 | 2016-06-22 |
| 申请人 | 保时捷股份公司; | 发明人 | A·布里滕; W·布克; F·舍费尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 连杆 ，具有能可旋转地与 活塞 相连接的小连杆孔，具有分离式构型的、能可旋转地与 曲柄 相连接的大连杆孔，位于连杆头孔之间的连杆体，大连杆孔具有位于该连杆体侧的连杆大头以及能被拧接到所述连杆大头上的 连杆盖 ，在连杆盖中在大连杆孔的两侧安排通孔，在连杆大头中安排与所述通孔齐平并穿透连杆大头的 螺纹 孔，螺钉穿透通孔并且被拧入 螺纹孔 中。根据本发明提供，在此种类型的连杆中，连杆大头在其背离连杆盖的侧面上、在各螺纹孔的区域中具有凹陷，凹陷指向大连杆孔的方向并且相对于螺纹轴线偏心设置。此种类型的连杆使之可能使各螺纹孔的最后的螺纹 匝 的区域中的分负载最小化，并且因而大大增加了该连杆的使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种连杆(1)，该连杆具有能可旋转地与活塞相连接的小连杆孔(2)，以及具有分离式构型的、能可旋转地与曲柄相连接的大连杆孔(3)，并且具有位于连杆孔(2，3)之间的连杆体(4)，该大连杆孔(3)具有位于该连杆体侧上的连杆大头(5)以及能被拧接到所述连杆大头(5)上的连杆盖(6)，在该连杆盖(6)中在该大连杆孔(3)的两侧安排了通孔(7)，并且在该连杆大头(5)中安排了与所述通孔(7)齐平并穿透该连杆大头(5)的螺纹孔(8)，螺钉(9)穿透这些通孔(7)并被拧入这些螺纹孔(8)中，其特征在于，该连杆大头(5)在其背离该连杆盖(6)的侧面上在各螺纹孔(8)的区域中具有凹陷(10)，该凹陷(10)指向该大连杆孔(3)的方向并且相对于该螺纹孔(8)的螺纹轴线(11)偏心设置。 |
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| 说明书全文 | 连杆技术领域[0001] 本发明涉及一种连杆，该连杆具有能可旋转地与活塞相连接的小连杆孔，以及具有分离式构型的、能可旋转地与曲柄相连接的大连杆孔，并且具有一个位于连杆头孔之间的连杆体，该大连杆孔具有位于该连杆体侧的连杆大头以及能被拧接到所述连杆大头上的连杆盖，在该连杆盖中在大连杆孔的两侧安排了通孔，并且在该连杆大头中安排了与所述通孔齐平并且穿透该连杆大头的螺纹孔，螺钉穿透这些通孔并且被拧入这些螺纹孔中。 背景技术[0002] 在运行过程中，连杆经受了由挠曲应力与转矩加载叠加而成的高的交替的拉伸/压缩负载。这些不同负载中的每个单独负载可以对连杆的截面和长度带来相当不同的影响。尤其是在分离的大连杆孔区域中，该连杆受到在此实现的螺钉连接所引起的高负载。另外，在依赖于该连杆的位置的使用过程中，这些负载改变并因此随时间而变化，总的说来导致了连杆在使用过程中将要承受复杂的载荷曲线。在针对高性能应用的连杆的情况下，除了高稳定性以及相关的长使用寿命的标准以外，还具有可能处理高发动机转速的另外的标准。 [0003] 从EP 1 602 841A2中已知一种在开头所提及类型的连杆。所述文件描述了在由连杆大头和连杆盖实现该螺钉连接情况下该连杆的一个有利的实施例。只通过这些螺钉进行螺钉连接，由此没有提供与该螺钉相互作用的另外的螺母。 [0004] 尽管该螺纹孔在已知连杆中完全穿透该连杆大头，被指派给该螺纹孔的螺钉只是部分地被拧入该螺纹孔中。因此，尽管可以有利地在该连杆大头与该螺钉之间传递力，在该连杆大头背离该连杆盖的区域中，该螺纹孔在其部分长度上保持未使用状态。该连杆大头的重量较大在此是一种不利的结果，其结果是必须移动更大的质量。 [0005] 此外，通过实践已知在开头所提及类型的连杆，其中各螺钉在被分配给该连杆大头的螺纹孔的整个长度上被拧入该螺纹孔中。在此，该孔(即在该螺纹孔的螺纹端部的螺纹凹切)只比该螺纹孔的内径稍大。这造成了主要被最后的(上部)承载螺纹匝承受的工作负荷。这在螺纹底座中在最后的承载螺纹匝正上方导致非常高的应力。 发明内容[0006] 本发明的一个目的是开发一种在开头所提及类型的连杆，使得各螺纹孔的最后的螺纹匝的区域中的构件应力是最小的，并且该连杆的使用寿命能以一种持久的方式增加。 [0008] 在根据本发明的连杆中提供的是：连杆大头在背离连杆盖的侧面、在各螺纹孔的区域中具有凹陷。所述凹陷在该大连杆孔的方向上定向，并且相对于该螺纹轴线是偏心安排的。 [0009] 通过在该连杆大头的区域中的连杆的设计使得，由工作负载导致的最后的螺纹匝的载荷被减小，并且被分布到其它的螺纹匝上。因而，构件应力在所述区域中也得以减小，这样增加了可以耐受的力并且延长了该连杆的使用寿命。 [0010] 根据本发明提供的并且在连杆大头中在各螺纹孔区域中形成限定的径向台阶的凹陷抑制了力流进入该螺纹端，并且因此导致了尤其是最后的螺纹匝的极大卸载负荷。 [0011] 在这个方面，被认为尤其有利的是，如果该凹陷的轮廓与该螺纹孔的纵轴线平行。此外，该凹陷的设计使德可能以简单的方式在该连杆大头中制造凹陷。 [0012] 在该螺纹孔的轴向延伸范围的观察方向上，该凹陷优选地在指向该大连杆孔的侧面上具有抛物线的或部分圆形的轮廓。此设计特别有助于以应力峰值减小的方式在该连杆中传导力。 [0013] 从各螺纹孔开始，凹陷在各螺纹孔的径向方向上的范围是该螺纹孔的直径的10％到20％，优选13％到17％，尤其是15％。 [0016] 图1示出了一种根据本发明的连杆的三维视图，如在大连杆孔的方向上从斜上方所视， [0017] 图2示出了图1中的在三维展示的连杆的、连杆大头的区域中标有圆圈的细节，[0018] 图3示出了对于被拧入该连杆大头中的螺钉的纵轴线、相对于该连杆的两个连杆头孔的轴承轴线而垂直分段的根据图1的纵截面上的细节， [0019] 图4示出了根据图1的连杆的剖视图的图解展示，展示用于对于该大连杆孔的轴承轴线而垂直分段的该连杆体的下部区域以及该大连杆孔。 [0020] 图5以一个放大的视图示出了图4中展示的细节， [0021] 图6按照图4中的视图示出了根据现有技术的一个实施例， [0022] 图7以一个放大的视图示出了涉及现有技术的根据图6的细节， [0023] 图8示出了一个涉及根据本发明并根据现有技术的连杆的图，用于展示由该螺纹匝中的角位置决定的应力状态， [0025] 图10示出了根据本发明的用于展示由各螺纹匝决定的外螺纹和内螺纹的应力状态的一个图， [0026] 图11示出了根据现有技术的展示了与由各螺纹匝决定的上应力和下应力相关的应力状态的一个图，并且 [0027] 图12示出了根据本发明的展示了与由各螺纹匝决定的上应力和下应力相关的应力状态的一个图。 具体实施方式[0028] 在图1至图5中展示了根据本发明的连杆，首选参照以下说明： [0029] 附图中示出了连杆1，该连杆具有能可旋转地与活塞相连接的小连杆孔2，此外具有大连杆孔3，该大连杆孔具有分离式构型并且能可旋转地与曲柄相连接。该连杆1具有位于连杆头孔2、3之间的连杆体4。由于该大连杆孔3的分离式构型，该大连杆孔具有位于该连杆体的侧的连杆大头5以及能被拧紧到所述连杆大头5上的连杆盖6。在该连杆盖6中在该大连杆孔3的两侧上安排有通孔7。两个通孔7被提供在该大连杆孔3的各侧。该连杆大头5配备有螺纹孔8，这些螺纹孔穿透该连杆大头并在该连杆1被组装时与通孔7齐平。还设有两个螺钉9。各螺钉9插入该连杆盖6的相关联的通孔7中，并且被拧入该连杆大头5的相关联的螺纹孔8中。因此只通过这两个螺钉9将该连杆盖6紧固到该连杆大头5上，因而无需螺母。 [0030] 在其背离该连杆盖6的侧面上，连杆大头5在各螺纹孔8的区域中具有凹陷10。所述凹陷10在大连杆孔3的方向上定向，并且相对于该螺纹轴线11是偏心定位的。在其轴向延伸范围上，各螺纹孔8与该凹陷10相邻。在这些螺纹孔8的区域中安排了相同的凹陷10。 [0031] 该凹陷10的轮廓12与相关联的螺纹孔8的纵轴线平行，即与该螺纹轴线11平行。在该螺纹孔8的轴向延伸范围的观察方向上，该凹陷10在指向该大连杆孔3的侧面上具有抛物线轮廓12。当然可以提供部分圆形的(尤其是半圆形的)轮廓来替代所述区域中的抛物线轮廓，该部分圆形的轮廓是由两个平行的轮廓段邻接而成的。 [0032] 原则上，从各螺纹孔8开始，凹陷10在各螺纹孔8的径向方向上的范围是该螺纹孔8的直径的10％到20％，优选13％到17％，尤其是15％。 [0033] 从该示例性实施例可以获悉，对于在图6和图7中所展示的现有技术，与根据图4和图5的根据本发明的示例性实施例直接比较，该连杆螺纹端部的(无螺纹)孔在现有技术中只是稍大于该连杆大头的内螺纹的直径。该工作负载因此主要被最后的(上部)承载螺纹匝承受。在图7中通过示出的圆圈13进行了展示。这在螺纹底座中在最后的承载螺纹匝正上导致非常高的应力。 [0034] 在根据本发明的示例性实施例中(对此尤其参照图5的展示)，提供了指向该大连杆孔3的方向并且相对于该螺纹轴线11是偏心设置的凹陷10。这样达到了一种状态，其中由工作负载导致的最后的螺纹匝的负荷被减小，并且被分布到其它螺纹匝上。因此，构件应力在所述区域中也得以减小。这样增加了可耐受的力并且延长了该连杆的使用寿命。 [0035] 在根据图1至图3的具体的示例性实施例中，该凹陷10被设计成向内延伸2mm，即是从螺纹孔8面向该大连杆孔3的侧面开始向内延伸2mm。在此，形成了该凹陷10的底部14的1.0mm的半径R。 [0036] 图8至图12示出的图展示了对于根据现有技术或根据本发明的连杆的相关细节，或直接对所述连杆的细节进行比较： [0037] 图8展示了在试验中在该螺纹孔8(即在该内螺纹中)中确定的最大应力，其中，最大应力是在该螺纹孔的圆周方向上评估的并且例如与该内螺纹的倒数第二个螺纹匝相关。对于与该连杆内侧对应(即与面向该大连杆孔3的区域对应)的螺纹匝中的90°角位置，现有技术的曲线示出了那里经常出现最大应力。对于根据本发明的连杆的实施例的曲线，相反，在该螺纹匝中的所述90°角位置由于所制造的凹陷10导致一个显著的最小值。所述凹陷10在应力处于其最大值时精确地减小了这些应力。否则，即便只有拉伸/压缩负载的情况下，这些波浪形曲线展示在该连杆上在该螺纹本身中的显著的挠曲应力。 [0038] 图9展示了根据现有技术的由该螺纹孔8的各螺纹匝决定的最大应力。在此提供了十五个承载螺纹匝。展示了以下应力分布：即由钛制成的连杆的螺纹孔8的内螺纹的应力分布、以及由钢10.9制成的螺钉9的外螺纹的应力分布。从所述图可见，将力引入该内螺纹的端部，即引入该第一螺纹匝的区域中的螺纹孔8内，引起了相对最大有损害性的应力。 [0039] 图10示出了与图9对应的视图，由于在该内螺纹的端部处的各螺纹孔8的区域中(即在该第一螺纹匝的区域中)形成凹陷10而使该相对最大应力得以减小。 [0040] 在根据图11的图中，示出了现有技术中由该螺纹匝决定的最大应力，再次由于螺钉预紧力的主要静力加载而作用于十五个承载螺纹匝。在这些螺纹匝中展示了最大应力幅值，一个曲线示出了上应力，而另一个曲线示出了下应力。上应力和下应力是该连杆的使用寿命评估的基础。从所述的展示可以获悉，在该第一螺纹匝的区域中产生了由连杆上的拉伸/压缩导致的特别大的破坏性幅度。 [0041] 图12示出了相应于图11的图示，其中示出了连杆在根据本发明的设计中的状态。从图12可以获悉，该上应力的数值和该下应力的数值在该第一螺纹匝的区域中实质上是较低的，并且在该上应力与该下应力之间的幅度也是降低的。 [0042] 对于根据现有技术的所讨论的变型，可以确定：在该连杆的所述构型中，以一种针对性的方式将该连杆中的力流引入到该螺纹孔的端部(即该内螺纹)，并且高应力(尤其是大幅度)是在那里的螺纹匝中生成的。 [0043] 在根据本发明的示例性实施例中，相反，该螺纹端的凹切(即，在连杆1的内侧上使用限定的径向台阶形成凹陷10)使其可能阻止力流进入该螺纹端并且用于在那里极大地释放该连杆。 [0044] 与现有技术相比，本发明使该螺纹孔或该内螺纹的区域中的使用寿命预期增加10倍以上。最大损伤的位置从该螺纹端朝向前螺纹匝迁移，即在螺钉连接的情况下的经典失效位置。 [0045] 附图标记清单 [0046] 1 连杆 [0047] 2 小连杆孔 [0048] 3 大连杆孔 [0049] 4 连杆体 [0050] 5 连杆大头 [0051] 6 连杆盖 [0052] 7 通孔 [0053] 8 螺纹孔 [0054] 9 螺钉 [0055] 10 凹入处 [0056] 11 螺纹轴线 [0057] 12 轮廓 [0058] 13 圆圈 [0059] 14 底部 |
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