具有定位特征的連桿螺栓的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于與連桿組件(118)一起使用的連桿螺栓(123)。所述連桿螺栓可具有體部(303)，所述體部具有第一端(302)、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端(304)以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面(305)。所述連桿螺栓還可包括具有與所述外表面基本上對齊的半徑的多個定位特征(402、502)，和設(shè)置在所述外表面上位于相鄰的定位特征之間的多個間隙特征(404、504)，其中，從所述體部的中心到各間隙特征的外表面的距離比所述多個定位特征的半徑小。所述連桿螺栓還可具有連接至所述體部的第一端的頭部(212)。
【專利說明】具有定位特征的連桿螺栓

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及連桿螺栓，更具體地涉及具有定位特征的連桿螺栓。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)地，內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中的連桿和蓋用于將活塞連接到曲軸上。利用多個螺栓將連桿連接到蓋上。在螺栓定位表面與位于連桿及蓋上的配合表面之間存在極小的間隙。在發(fā)動機(jī)運行期間，連桿可能發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致螺栓與桿之間相互接觸。這種接觸和移動可導(dǎo)致微動磨損，使得螺栓和桿在它們的表面接觸處顯微焊接(microscopically welding)在一起。螺栓和桿的進(jìn)一步運動可使這些焊接處斷開，導(dǎo)致材料損壞——諸如破裂/裂紋。由于連桿螺栓為高拉應(yīng)力構(gòu)件，所以任何裂紋可擴(kuò)散并導(dǎo)致螺栓和桿的失效。
[0003]于1969年7月15日授予Gallois的美國專利N0.3，455，587 ( “’ 587專利，，)中描述了一種抗微動磨損的螺栓。特別地，’ 587專利描述了具有承載部分的螺栓，該承載部分具有軸向分隔開的圓形凹槽，該圓形凹槽具有U形截面、限定出由肋分隔開的中空部分。裂紋仍會在運行期間在螺栓中形成，但是這些裂紋不會像在未包含中空部位和肋的標(biāo)準(zhǔn)螺栓中那樣容易地達(dá)到螺栓的應(yīng)力線。
[0004]盡管專利’587中的螺栓可幫助減少螺栓和桿的失效，但它仍然不是最優(yōu)的。具體地，專利’587中的螺栓設(shè)計僅抑制裂紋擴(kuò)散傳播，但并不防止裂紋形成。經(jīng)過一段時間，專利’ 587中的螺栓仍然可能由于微動磨損及隨后的裂紋形成而失效。
[0005]本發(fā)明中的連桿螺栓解決了上述問題中的一個或多個和/或現(xiàn)有技術(shù)具有的其它問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方案中，本發(fā)明涉及連桿螺栓。所述連桿螺栓可包括體部，所述體部具有第一端、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面。所述連桿螺栓還可包括具有與所述外表面基本上對齊的半徑的多個定位特征，和定位在相鄰的定位特征之間的多個間隙特征。從所述體部的中心到各間隙特征的距離可比所述多個定位特征的半徑小。所述連桿螺栓還可包括連接到所述體部的第一端的頭部。
[0007]在第二個方案中，本發(fā)明涉及連桿螺栓。所述連桿螺栓可包括體部，所述體部具有第一端、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面。所述連桿螺栓還可包括設(shè)置在所述體部的軸向?qū)R區(qū)域中的多個定位特征。所述軸向?qū)R區(qū)域的長度比所述體部的長度短。所述連桿螺栓還可包括定位在相鄰的定位特征之間的多個間隙特征。所述連桿螺栓還可包括連接到所述體部的第一端的頭部。
[0008]在第三個方案中，本發(fā)明涉及連桿組件。所述連桿組件可包括連桿，所述連桿具有第一肩部和設(shè)置在所述第一肩部中的第一孔。所述連桿組件還可包括蓋，所述蓋具有第二肩部和設(shè)置在所述第二肩部中與所述第一孔對齊的第二孔，所述連桿組件還可包括位于所述第一和第二孔中的連桿螺栓。所述連桿螺栓可包括體部，所述體部具有第一端、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面。所述連桿螺栓還可包括多個定位特征，每個定位特征具有半徑，設(shè)置在所述外表面的軸向?qū)R區(qū)域中并且構(gòu)造成與所述第一和第二孔接觸。軸向?qū)R區(qū)域的長度可小于所述體部的長度。所述連桿螺栓還可包括定位在所述多個定位特征中的相鄰的定位特征之間的多個間隙特征。從所述體部的中心到各間隙特征的外表面的距離可小于所述多個定位特征中的每一者的半徑。所述連桿螺栓還可包括連接到所述體部的第一端的頭部。所述頭部可構(gòu)造成與所述連桿的第一肩部接觸。所述連桿組件還可包括螺母，所述螺母構(gòu)造成與所述蓋的所述第二肩部和所述連桿螺栓的帶螺紋的第二端接合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是示例性公開的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的截面示意圖；
[0010]圖2是可與圖1中的發(fā)動機(jī)結(jié)合使用的示例性公開的連桿組件的截面示意圖；
[0011]圖3是可與圖2中的連桿組件結(jié)合使用的示例性公開的連桿螺栓的示意圖；
[0012]圖4是沿圖3中的連桿螺栓的線A-A截取的截面視圖；以及
[0013]圖5是沿圖3中的連桿螺栓的替代實施例的線A-A截取的截面視圖。

【具體實施方式】
[0014]圖1示出發(fā)動機(jī)102。發(fā)動機(jī)102在圖1中被描繪為且在本文中被描述為柴油燃料內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。然而，設(shè)想到，發(fā)動機(jī)102可具體化為任何其它類型的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，諸如由汽油或氣體燃料提供動力的發(fā)動機(jī)。設(shè)想到，發(fā)動機(jī)102可包括任意數(shù)量的燃燒室，所述燃燒室可設(shè)置為“直列”構(gòu)型、“V”構(gòu)型或任何其它常規(guī)構(gòu)型。
[0015]發(fā)動機(jī)102可包括發(fā)動機(jī)缸體104，該發(fā)動機(jī)缸體至少部分地限定有氣缸108和布置在氣缸108中的氣缸襯套110。燃燒室112可形成在氣缸襯套110內(nèi)，活塞111可設(shè)置成在燃燒室112中往復(fù)運動。發(fā)動機(jī)缸體104還可包括燃燒進(jìn)氣口(未示出)、空氣掃氣通道(未示出)以及可與燃燒室112連通的排氣口(未示出)?；钊?11可包括將活塞111連接到桿組件118的活塞銷116。
[0016]桿組件118可包括連桿120、蓋122以及多個連桿螺栓123。連桿120可包括第一端124和對向的第二端125。第一端124可包括容納軸承128的開口 126。軸承128可具有尺寸設(shè)計成用于接納活塞銷116的內(nèi)徑。第二端125可包括軛狀部(叉狀部)130，所述軛狀部具有半圓形的軸承部分134和一對肩部133。蓋122也可包括半圓形的軸承部分134，該半圓形的軸承部分134與半圓形的軸承部分132 —起可限定出用于接納發(fā)動機(jī)102的曲軸(未示出)的圓形開口 136。圓形開口 136還可包括軸承138。軸承138可為摩擦型軸承，該摩擦型軸承可由可延展/可鍛/可壓制的材料一例如鋁一制成。然而應(yīng)注意的是，任何其它適合的材料可替代地用于軸承138。蓋122可包括一對肩部140，所述一對肩部可與位于開口 136的對向側(cè)上的肩部133大致平行地設(shè)置。
[0017]參照圖2，連桿120和蓋122可各自具有分別與各肩部133和140相關(guān)聯(lián)的孔202和204?？?02和204可基本上同軸地對齊，用于在孔202和204中接納相應(yīng)的連桿螺栓123。盡管在圖2中示出肩部133和肩部140具有單配對孔202和204，但應(yīng)注意的是，給定的一對肩部133和140可具有任意適合數(shù)量的相關(guān)聯(lián)的配對孔202和204。各連桿螺栓123可貫穿配對的孔202和204且將連桿120與蓋122附接起來。螺母206可與相應(yīng)的連桿螺栓123螺紋嚙合并且被扭轉(zhuǎn)至所期望的負(fù)載值。螺母206可具有六角構(gòu)型或任何其它適合的構(gòu)型。
[0018]連桿120和蓋122可在分型線/分模線208處連接。連桿120和蓋122可具有在分型線208處彼此接合的基本上平的表面，但可替代地使用其它適合形式的互補(bǔ)表面。連桿螺栓123可具有在連桿螺栓123位于孔202和204內(nèi)時與分型線208對應(yīng)的軸向?qū)R區(qū)域210。在一個示例性實施例中，軸向?qū)R區(qū)域210的長度可以是約30_(即，該軸向?qū)R區(qū)域的各側(cè)到分型線208的距離約15mm)，但可替代地使用任意其它適合的長度。替代地，軸向?qū)R區(qū)域210的長度可以是連桿螺栓123的體部的長度的約8% -12%。或者，軸向?qū)R區(qū)域210可沿著連桿螺栓123的長度設(shè)置成多個離散且不相連的部段。例如，軸向?qū)R區(qū)域210的一個部段可與孔202對齊，而軸向?qū)R區(qū)域210的第二部分可與孔204對齊。在該特定實施例中，連桿螺栓123的未經(jīng)機(jī)加工的部段可位于軸向?qū)R區(qū)域210的分隔部分之間。連桿120還可包括當(dāng)其正確地裝配在桿組件118中時鄰近孔202的開口定位的凸起(fillet) 209。連桿螺栓123可在頭部212上具有連桿螺栓特征211，該連桿螺栓特征構(gòu)造成用于與連桿特征214對齊。換言之，當(dāng)桿組件正確裝配時，連桿螺栓特征211和連桿特征214應(yīng)面向相同的總方向。連桿螺栓特征211和連桿特征214可分別雕刻、沖壓和/或印制在連桿螺栓123和連桿122上。然而應(yīng)注意的是，如果需要的話，可替代地采用任何其它適合的識別特征。
[0019]肩部133可包括鄰近孔202的開口的第一表面216以及與第一表面216基本上垂直的第二表面218。連桿螺栓123的頭部212還可包括定向特征220，該定向特征構(gòu)造成在連桿螺栓123設(shè)置在孔202和204中時貼靠第二表面218。定向特征220可以是頭部212的基本上平的部段。定向特征220與第二表面218對齊可確保連桿螺栓123在孔202和204內(nèi)的正確取向。
[0020]參照圖3，連桿螺栓123可具有位于頭部212的第一端302、體部303、與第一端302對置的第二端304以及在從第一端302到第二端304的長度方向上沿著體部303延伸的外表面305。頭部212可包括僅部分地圍繞頭部212延伸的內(nèi)斜切邊(削角，削邊，chamferededge) 308。在將連桿螺栓123安裝到孔202和204內(nèi)期間，內(nèi)斜切邊308可提供用于連桿120的圖2中所示的凸起209的間隙。換言之，在桿組件118組裝期間，內(nèi)斜切邊308可包圍凸起209并且可防止頭部212自連桿螺栓123移位。凸起209可由連桿120的制造瑕疵/機(jī)械誤差形成。內(nèi)斜切邊308可與軸向參考平面C成角93也取向。內(nèi)斜切邊308因而可從軸向參考平面C朝向頭部212的頂端延伸。07可大約為45°。連桿螺栓123還可在第二端304處包括螺紋310，所述螺紋構(gòu)造成與螺母206螺紋嚙合。或者，如果連桿120不具有凸起209，那么頭部212可以是基本上矩形的。
[0021]圖4描繪了沿圖3中示出的線A-A截取的連桿螺栓123的截面視圖。連桿螺栓123可在對齊區(qū)域210內(nèi)包括多個定位特征402，所述多個定位特征構(gòu)造成用于與孔202和204的內(nèi)環(huán)狀表面接觸。定位特征402可以是同心圓弧，其具有以體部303的中心O為圓心的定位半徑r并且與體部303的外表面305對齊。換言之,任意給定的定位特征402的各點與體部303的中心O之間的距離基本相等。定位半徑r可與連桿螺栓123的其余未經(jīng)機(jī)加工(的部分)的半徑基本上相等。定位特征402可定位在關(guān)于參考平面Y的角Q1與關(guān)于參考平面X的角θ2之間。因此，定位特征402可在參考平面X與Y之間的空間內(nèi)延伸角θ^。在一個示例性實施例中，θρ θ2、可均為約30°。然而應(yīng)注意的是，可替代地采用任何其它適合的角度。在另一個示例性實施例中，91和θ2可基本上相等，而θα可比Θ i和Θ 2大或小。
[0022]Θ LF可選擇成使得定位特征402不位于連桿120和蓋122的動態(tài)移動平面中。例如，在發(fā)動機(jī)102運行期間，連桿120和蓋122可沿著參考平面Y振動和偏移。如果過大，則可能存在定位特征402將接近動態(tài)移動參考平面Y并致使連桿螺栓123與孔202和204的移動表面接觸的風(fēng)險。經(jīng)過一段時間，所述接觸會導(dǎo)致連桿螺栓123微動磨損(fret)。如果太小，那么施加在連桿螺栓123上的壓力可能太大。應(yīng)注意的是，連桿螺栓123的定向特征220與肩部133的第二表面218的對齊可確保定位特征402關(guān)于參考平面X和Y正確地對齊。
[0023]連桿螺栓123還可包括定位在相鄰的定位特征402之間的多個間隙特征404。間隙特征404可沿著連桿螺栓123的與動態(tài)移動參考平面Y相交的那些部分定位。換言之，間隙特征404可沿著連桿120和蓋122的偏移部分定位，以抑制連桿螺栓123與孔202和204之間振動接觸。間隙特征404可因此構(gòu)造成在連桿螺栓123設(shè)置在孔202和204中時避免與孔202和204接觸。間隙特征404可被機(jī)加工或鍛造到連桿螺栓123的外表面305中，使得從中心O到間隙特征404的給定距離比定位半徑r小。間隙特征404可在第一過渡部分408與第二過渡部分410之間包括平的部分406。盡管在圖4中描繪了四個定位特征402和四個間隙特征404，但可替代地采用任意其它適合數(shù)量的定位特征402和間隙特征404。例如，如果連桿120具有一個動態(tài)移動平面，則連桿螺栓123可制造成具有兩個間隙特征404。在另一個替代實施例中，頭部212可以是基本上矩形的，且連桿螺栓123可具有四個間隙特征404，以允許連桿螺栓123在桿組件118內(nèi)具有多個正確取向。
[0024]在一個實施例中，定位特征402和間隙特征404可沿著連桿螺栓123的外表面僅定位在軸向?qū)R區(qū)域210中。換言之，為降低生產(chǎn)成本，定位特征402和間隙特征404可僅被機(jī)加工或鍛造到連桿螺栓123的在分型線208——連桿220和蓋122在該分型線處相會一一附近的部分中。然而設(shè)想到，如果需要的話，定位特征402和間隙特征404可替代地沿著連桿螺栓123的整個長度延伸。
[0025]圖5描繪了連桿螺栓123的沿圖3中示出的線A-A截取的替代實施例。在該示例性實施例中，連桿螺栓123可具有多個間隙特征504，以及與圖4中所示的定位特征402基本上相似的多個定位特征502。然而，與圖4中的間隙特征404形成對照，間隙特征504包括多個基本上平的、制造成本比圖4的過渡部分408和410低的過渡部分506。平的過渡部分506可具有更低的制造成本是因為其可需要更簡單的機(jī)器。然而，如果可利用適合的機(jī)器，則過渡部分408和410可具有減少的制造時間。
[0026]工業(yè)適用性
[0027]所公開的連桿螺栓可適用于具有連桿組件、其中連桿組件的壽命成為問題的任何發(fā)動機(jī)中。所公開的連桿螺栓可通過防止螺栓與沿著連桿組件的孔在動態(tài)移動平面內(nèi)接觸來幫助減少螺栓微動磨損。由于所公開的連桿螺栓可減少微動磨損，所以所公開的連桿螺栓可具有比現(xiàn)有的連桿螺栓長的使用壽命?，F(xiàn)在將描述連桿螺栓123和桿組件118的裝配。
[0028]連桿螺栓123可插入到連桿120的孔202中，使得連桿螺栓特征211與連桿特征214大致彼此對齊。第二斜切邊308可圍繞連桿120的凸起209以防止頭部212移位。蓋122可然后定位成使得孔204接納連接螺栓123的從孔202中伸出的第二端308。螺母306可然后與連桿螺栓123的螺紋310嚙合并且被施加扭力。
[0029]參照圖4和5，在發(fā)動機(jī)102運行期間，連桿120和蓋122可以平面Y為參照而一致地向上和向下動態(tài)地移動。因為連桿螺栓123可藉由間隙特征404或504沿著所述動態(tài)移動平面凹入，所以可減少或甚至防止微動磨損。換言之，因為連桿螺栓123可基本上避免與孔202和204的動態(tài)移動內(nèi)環(huán)狀表面接觸，所以可防止連桿螺栓123和孔202、204由于摩擦力而被顯微焊接。所公開的連桿螺栓可提供用于對齊桿組件118的構(gòu)件的簡單且精確的機(jī)構(gòu)。所公開的連桿螺栓可通過減少連桿螺栓及其相關(guān)聯(lián)的連接孔的微動磨損和裂紋而延長發(fā)動機(jī)和/或連桿的壽命。
[0030]對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可對所公開的連桿螺栓做出多種改進(jìn)和變型而不偏離本發(fā)明的范圍。從對本文中所公開的連桿螺栓的說明和實踐的考量，連桿螺栓的其它實施例對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見。本說明書和示例應(yīng)理解為僅僅是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由所附權(quán)利要求及其等同方案指明。
【權(quán)利要求】
1.一種連桿螺栓(123),包括: 體部(303)，所述體部具有第一端(302)、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端(304)以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面(305)； 具有與所述外表面大致對齊的半徑的多個定位特征(402、502)； 定位在相鄰的定位特征之間的多個間隙特征(404、504)，其中，從所述體部的中心到各間隙特征的距離比所述多個定位特征的半徑??；和連接到所述體部的第一端的頭部(212)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿螺栓，其特征在于，所述多個定位特征包括四個定位特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿螺栓，其特征在于: 所述多個定位特征和所述多個間隙特征設(shè)置在所述體部的軸向?qū)R區(qū)域(210)中；以及 所述軸向?qū)R區(qū)域的長度比所述體部的長度短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿螺栓，其特征在于: 所述多個定位特征中的每一者延伸為與經(jīng)過所述體部的中心的第一平面相距第一角度并且與基本上垂直于所述第一平面的第二平面相距第二角度；以及其中，所述第一和第二角度基本上相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連桿螺栓，其特征在于，所述頭部在該頭部處包括僅部分地圍繞所述頭部延伸的內(nèi)斜切邊(308)。
6.一種連桿螺栓(123),包括: 體部(303)，所述體部具有第一端(302)、與所述第一端對向的帶螺紋的第二端(304)以及在從所述第一端到所述第二端的長度方向上延伸的外表面(305)； 設(shè)置在所述體部的軸向?qū)R區(qū)域(210)中的多個定位特征(402、502)，其中，所述軸向?qū)R區(qū)域的長度比所述體部的長度短； 定位在相鄰的定位特征之間的多個間隙特征(404、504);和 連接到所述體部的第一端的頭部(212)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連桿螺栓，其特征在于，所述多個定位特征包括四個定位特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連桿螺栓，其特征在于: 所述多個定位特征中的每一者延伸為與經(jīng)過所述體部的中心的第一平面相距第一角度并且與基本上垂直于所述第一平面的第二平面相距第二角度；以及其中，所述第一和第二角度基本上相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連桿螺栓，其特征在于，所述頭部在該頭部處包括僅部分地圍繞所述頭部延伸的內(nèi)斜切邊(308)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連桿螺栓，其特征在于，所述多個間隙特征中的每一者包括多個基本上平的過渡部分(506)。
【文檔編號】F16B35/04GK104145125SQ201380011659
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月29日
【發(fā)明者】A·G·福奇 申請人:易安迪機(jī)車公司