ES2270652A1 - Perno de rigidez baja aplicable en motores de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Perno de rigidez baja aplicable en motores de combustión interna. Se pretende reducir un esfuerzo concentrado producido por un perno (40, 40{sub,1}, 42{sub,2}) con cabeza (41) o tuerca extrema (65, 66) y una porción de rosca macho (44), que sujeta un primer elemento respecto de otro segundo elemento dotado del agujero roscado (34). Para ello el perno (40, 40{sub,1}, 42{sub,2}) lleva practicado un orificio circular (45) axial y concéntrico en el extremo, que determina la zona de rigidez baja (44b) ubicada en una posición donde la rosca macho (44) y la rosca hembra (35) se solapan, en una dirección axial. Es de aplicación en la sujeción del cigüeñal (10) de un motor entre las mitades inferior (3b) y superior (3a) del cárter (51), o para sujetar un bloque de cilindros (52) y un cárter (51) que soporta un cigüeñal (55).
Description
Perno de rigidez baja aplicable en motores de
combustión interna.
Esta invención se refiere a un perno enroscado
en un agujero roscado formado en un elemento a sujetar y
especialmente en un motor de combustión interna.
Los pernos convencionales de este tipo incluyen
el descrito, por ejemplo, en el Modelo de Utilidad japonés nº
3016308. En este perno para sujetar dos elementos, en la porción de
punta de un eje roscado enroscado en un agujero pasante roscado
formado en un elemento a sujetar se forma una cavidad tal como una
cavidad hexagonal en la que se puede introducir una herramienta.
Cuando el perno se rompe en el eje roscado, el eje roscado se
desenrosca con la herramienta introducida en la cavidad de la
abertura del agujero roscado, sacándolo por lo tanto del agujero
roscado.
Además, como se describe, por ejemplo, en la
solicitud de Modelo de Utilidad japonés número
63-39229 (Modelo de Utilidad japonés publicado, no
examinado, número 1-143418) es sabido que en el
caso de un perno para sujetar un elemento a sujetar al que se
aplica una fuerza externa, cuando se aplica al perno una carga
axial en base a la fuerza externa aplicada al elemento a sujetar,
se produce un esfuerzo concentrado en una porción de una porción de
rosca hembra de un agujero roscado formado en el elemento a
sujetar en la que se enrosca la porción de punta de la porción de
rosca macho.
En una tecnología descrita en el primer
documento de patente citado, la cavidad se hace para introducir la
herramienta en la cavidad. Además, no es claro si se aplica o no
una fuerza externa al elemento a sujetar en el que se forma el
agujero roscado y no es clara la relación entre el esfuerzo
permisible del elemento a sujetar y el esfuerzo permisible del
perno. Por lo tanto, la tecnología no tiene en cuenta la reducción
de un esfuerzo concentrado producido en la porción de rosca hembra
en la que se enrosca la porción de punta del eje roscado en el
tiempo en que se aplica al perno una carga axial basada en la
fuerza externa. Además, el grosor en una dirección radial del eje
roscado que tiene la cavidad formada en el mismo no es uniforme en
una dirección periférica.
Además, en un caso en el que el perno se utiliza
para sujetar elementos a los que se aplica carga de explosión en
un motor de combustión interna, al tiempo de reducir el esfuerzo
concentrado antes descrito producido en la porción de rosca hembra,
es preferible evitar todo lo posible una reducción de la
resistencia del elemento a sujetar que tiene un esfuerzo permisible
menor que el perno.
La invención se ha hecho en vista de estas
circunstancias. El objeto de las invenciones reivindicadas en las
reivindicaciones 1 a 3 es proporcionar un perno para reducir un
esfuerzo concentrado producido en una porción de rosca hembra de un
agujero roscado formado en un elemento a sujetar al que se aplica
una fuerza externa para aplicar una carga axial al perno. El objeto
de las invenciones reivindicadas en las reivindicaciones 2 y 3, en
un caso en el que, en un motor de combustión interna en el que se
utiliza el perno según se reivindica en la reivindicación 1, se
forma un agujero roscado al que se enrosca el perno en un elemento
constituyente de un cuerpo de motor al que se aplica carga de
explosión aplicando una carga axial al perno, es evitar una
reducción de la resistencia del elemento constituyente o mejorar la
resistencia.
La invención según se reivindica en la
reivindicación 1 es un perno para sujetar un primer elemento a un
segundo elemento, del tipo que tiene una porción de rosca macho
enroscada en una porción de rosca hembra de un agujero roscado
formado en el primer elemento a sujetar, donde se aplica al perno
una carga axial en base a una fuerza externa aplicada al primer
elemento a sujetar y donde la porción de rosca macho tiene una zona
de rigidez baja, en la que se forma una parte hueca concéntrica con
el eje central de la porción de rosca macho y en forma circular en
una sección transversal, ubicada en una posición donde la rosca
macho y la rosca hembra se solapan en una dirección axial.
Según esta invención, en la zona de rigidez baja
de la porción de rosca macho en la que se forma la parte hueca, su
rigidez se reduce en comparación con un caso en el que la porción
de rosca macho es maciza. Por lo tanto, cuando se aplica la carga
axial al perno en base a la fuerza externa aplicada al primer
elemento a sujetar, la zona de rigidez baja se deforma
elásticamente con facilidad relativa, de modo que se puede liberar
una carga aplicada a la rosca hembra de extremo, desde una rosca de
la porción de rosca macho. Además, puesto que la parte hueca es
circular en sección transversal, la carga aplicada a la rosca macho
se libera uniformemente en la dirección periférica con respecto a
la parte roscada extrema.
Como resultado, según la invención en la
reivindicación 1, se produce el efecto siguiente. Puesto que se
libera la carga que se aplica a la rosca de la parte extrema del
agujero roscado, por la rosca del perno a la que se aplica la carga
axial en base a la fuerza externa aplicada al primer elemento a
sujetar, se reduce un esfuerzo concentrado producido en la raíz de
la rosca formada en la parte extrema. Además, puesto que el
esfuerzo concentrado se reduce uniformemente en la dirección
periférica de la rosca de la parte extrema, el diseño de la
resistencia del primer elemento a sujetar se puede realizar con
facilidad.
La invención reivindicada en la reivindicación 2
se aplica a un motor de combustión interna del tipo en el que un
cigüeñal se soporta rotativamente por un primer soporte dispuesto
en un cárter y un segundo soporte fijado al primer soporte con
pernos que tienen una porción de rosca macho enroscada en una
porción de rosca hembra de un agujero roscado formado en el primer
soporte, donde el esfuerzo permisible del primer soporte es menor
que el esfuerzo permisible del perno, donde se aplica al perno una
carga axial en base a una carga de explosión aplicada al primer
soporte, y donde la rosca macho tiene una zona de rigidez baja, en
la que se forma una parte hueca concéntrica con el eje central de
la porción de rosca macho en forma circular en una sección
transversal, ubicada en una posición donde la rosca macho y la
rosca hembra se solapan en una dirección axial.
Según esta invención, la rigidez se reduce en la
zona de rigidez baja del perno enroscado en el agujero roscado del
primer soporte al que se aplica una carga de explosión, como es el
caso del perno reivindicado en la reivindicación 1. Por lo tanto,
cuando la carga axial en base a la carga de explosión se aplica al
perno para sujetar el segundo soporte al que se aplica la carga de
explosión mediante el primer soporte y el cigüeñal, se efectúa la
misma operación que en la reivindicación 1 entre la zona de rigidez
baja y la parte extrema. Además, puesto que la parte hueca que es
un medio para liberar la carga aplicada a la parte extrema de la
porción de rosca macho se forma en el perno, la parte hueca del
agujero roscado no se tiene que hacer más grande o se puede hacer
lo más pequeña que sea posible.
Como resultado, según la invención reivindicada
en la reivindicación 2, se produce el efecto siguiente. Es decir,
puesto que se libera la carga aplicada a la rosca de la parte
extrema de la rosca del perno a que la carga axial en base a la
carga de explosión aplicada al primer soporte, se reduce el
esfuerzo concentrado producido en la raíz de rosca en la parte
extrema. Además, puesto que el esfuerzo concentrado se reduce
uniformemente en la dirección periférica de la porción de rosca
macho, el diseño de la resistencia del primer soporte se lleva a
cabo con facilidad. Además, para reducir el esfuerzo concentrado,
la parte hueca del agujero roscado formado en el primer soporte no
se tiene que hacer más grande o se puede hacer tan pequeño como sea
posible, de modo que se evita que se reduzca la resistencia del
primer soporte o se incrementa la resistencia. Por lo tanto, la
resistencia deseada del primer soporte se puede garantizar sin
incrementar el tamaño y peso del primer soporte y por extensión el
motor de combustión
interna.
interna.
La invención reivindicada en la reivindicación 3
es un motor de combustión interna del tipo en el que un bloque de
cilindros está fijado a un cárter que soporta rotativamente un
cigüeñal con un perno que tiene una porción de rosca macho
enroscada en una porción de rosca hembra en un agujero roscado
formado en el cárter, donde el esfuerzo permisible del cárter es
menor que el esfuerzo permisible del perno, donde se aplica al
perno una carga axial en base a una carga de explosión aplicada al
cárter, y donde la porción de rosca macho tiene una zona de rigidez
baja, en la que se forma una parte hueca concéntrica con el eje
central de la porción de rosca macho en forma circular en una
sección transversal, ubicada en una posición donde la rosca macho y
la rosca hembra se solapan, en una dirección axial.
Según esta invención, la rigidez se reduce en la
zona de rigidez baja del perno enroscado en el agujero roscado del
cárter a la que se aplica carga de explosión como es el caso del
perno de la reivindicación 1, de modo que cuando la carga axial en
base a la carga de explosión se aplica al perno para sujetar el
cárter y el bloque de cilindros, se efectúa la misma operación que
en la reivindicación 1 entre la zona de rigidez baja y la parte
extrema. Además, la parte hueca que es un medio para liberar la
carga aplicada a la parte extrema de la porción de rosca macho se
forma en el perno, de modo que la parte hueca del agujero roscado
no se tiene que hacer más grande o se puede hacer lo más pequeña
que sea posible.
Como resultado, según la invención reivindicada
en la reivindicación 3, se produce el efecto siguiente. Es decir,
puesto que se libera la carga aplicada a la rosca de la parte
extrema del perno a la que la carga axial en base a la carga de
explosión aplicada al cárter, se reduce el esfuerzo concentrado
producido en la raíz de rosca en la parte extrema. Además, puesto
que el esfuerzo concentrado se reduce uniformemente en la dirección
periférica de la porción de rosca macho, el diseño de la
resistencia del cárter se lleva a cabo con facilidad. Además, para
reducir el esfuerzo concentrado, la parte hueca del agujero roscado
formado en el cárter no se tiene que hacer más grande o se puede
hacer lo más pequeña que sea posible, se evita que se reduzca la
resistencia del cárter o se incrementa la resistencia. Por lo
tanto, se puede asegurar la resistencia deseada del cárter sin
incrementar el tamaño y peso del cárter y por extensión el motor de
combustión interna.
La figura 1 muestra una primera realización de
la invención y es una vista en sección longitudinal de un motor de
combustión interna en el que se utilizan pernos de chumacera según
la invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de una línea II-II en la figura
1.
La figura 3 es una vista en sección transversal
ampliada de la porción principal en la figura 2.
La figura 4 muestra una segunda realización de
la invención y es una vista en sección transversal correspondiente
a la figura 2, en otro tipo de motor.
La figura 5 muestra una tercera realización de
la invención y es una vista en sección transversal parcial de un
motor de combustión interna en el que se utilizan los pernos
espárrago según la invención.
1: bloque de cilindro, 2: cilindro, 3: cárter,
4: culata de cilindro, 5: cubierta de culata, 6: pistón, 7: cámara
de combustión, 8: cárter, 9: biela, 10: cigüeñal, 11: orificio de
admisión, 12: válvula de admisión, 13: cadena de temporización, 14:
árbol de levas de admisión, 15: cámara de sistema de admisión, 16:
cara de acoplamiento, 17: engranaje movido, 18: generador CA, 19:
cubierta, 20: cámara de recepción, 21: piñón de accionamiento, 22:
cubierta, 23: cámara de transmisión, 24; metal de soporte, 25:
pasador, 31: pared superior de soporte de chumacera, 32: pared
inferior de soporte de chumacera, 33: agujero pasante, 34: agujero
roscado, 35: porción de rosca hembra, 36: parte no roscada, 37:
superficie inferior, 38: parte hueca, 40: perno de chumacera, 41:
cabeza, 42: porción de eje, 43: porción cilíndrica, 44: porción de
rosca macho, 44b: zona de rigidez baja, 45: agujero u orificio
extremo, 46: porción de rosca macho, 40_{1}, 40_{2}: espárrago,
51: cárter, 52: bloque de cilindro, 53: culata de cilindro, 54:
cubierta de culata, 55: cigüeñal, 56: cámara del sistema de
válvula, 57: soporte, 58: cojinete principal, 59: eje principal,
60-64: agujero pasante, 65, 66: tuerca, 67: cara de
acoplamiento, E_{1}, E_{2}, E_{3}: motor de combustión
interna, V_{1}: sistema, P: plano imaginario, L1 línea central
rotacional, L2, L3: eje central, L4 eje de cilindro, A1: dirección,
B: elemento de apoyo, R: parte roscada, Ra: parte roscada extrema,
Fa, Fb: carga.
Las realizaciones preferidas de la invención se
describirán con referencia a las figuras 1 a 5.
Las figuras 1 a 3 son ilustraciones para
describir una primera realización. Con referencia a las figuras 1 y
2, un motor de combustión interna E_{1} en el que se utilizan
pernos de chumacera 40 como pernos según la invención, es un motor
de combustión interna de cuatro tiempos, cuatro cilindros en línea,
del tipo DOHC a montar en una motocicleta y análogos. El motor de
combustión interna E_{1} tiene un cuerpo de motor construido de
elementos constituyentes incluyendo un bloque de cilindros 1 en el
que se forman integralmente cuatro cilindros 2, una mitad inferior
de cárter 3b unida a la mitad superior de cárter 3a construida de
una porción de faldilla que es una porción inferior del bloque de
cilindros 1 con gran número de pernos, una culata de cilindro 4
unida a la parte extrema superior del bloque de cilindros 1, y una
cubierta de culata 5 unida a la parte extrema superior de la culata
de cilindro 4.
Un pistón 6 está encajado en cada cilindro 2 de
tal forma que pueda alternar, y se forma una cámara de combustión
7 entre la cabeza de cilindro 4 y el pistón 6. Un cigüeñal 10
recibido en una cámara 8 formada por un cárter 3 hecho de la mitad
superior de cárter 3a y la mitad inferior de cárter 3b, se soporta
rotativamente por el cárter 3. Los respectivos pistones 6 están
conectados al cigüeñal 10 mediante las bielas 9 y los movimientos
alternativos de los pistones 6 son convertidos en el movimiento
rotativo del
cigüeñal 10.
cigüeñal 10.
Por otra parte, la culata de cilindro 4 está
montada, para cada cámara de combustión 7, con un par de válvulas
de admisión 12 que abren o cierran un par de orificios de admisión
11 que se abren a la cámara de combustión 7, respectivamente, y un
par de válvulas de escape (no representadas) que abren o cierran un
par de orificios de escape (no representados) que se abren a la
cámara de combustión 7, respectivamente. Las respectivas válvulas
de admisión 12 y las válvulas de escape se abren o cierran en
tiempos predeterminados en sincronización con la rotación del
cigüeñal 10 por un sistema de válvulas V_{1} que tiene un árbol
de levas de admisión 14 y un árbol de levas de escape (no
representados) que giran a una velocidad rotacional que es la mitad
de la velocidad rotacional del cigüeñal 10 en asociación operativa
con el cigüeñal 10 mediante un mecanismo de transmisión que tiene
una cadena de temporización 13. Este sistema de válvulas V_{1}
está dispuesto en una cámara de sistema de válvulas 15 hecha de la
cabeza de cilindro 4 y la cubierta de cabeza 5.
En cada cilindro 2, una mezcla de
aire-combustible formada en una unidad de admisión
(no representada) es aspirada a la cámara de combustión 7 desde el
orificio de admisión 11 mediante el par de válvulas de admisión 12
abiertas en una carrera de admisión en la que el pistón 6 se
desplaza hacia abajo. La mezcla de aire-combustible
aspirada al cilindro 2 se comprime por el pistón 6 que sube en una
carrera de compresión y después se inflama y quema por una bujía de
encendido y el pistón 6 bajado por la presión del gas de combustión
en una carrera de expansión gira el cigüeñal 10 mediante la biela
9. El gas de combustión se descarga como gases de escape al
orificio de escape de la cámara de combustión 7 mediante el par de
válvulas de escape abiertas en una carrera de escape y además se
descarga al exterior mediante una unidad de escape (no
representada).
El cigüeñal 10 que tiene una línea central
rotacional L1 situada casi en un plano imaginario P incluyendo las
caras de acoplamiento 16 de la mitad superior de cárter 3a y la
mitad inferior de cárter 3b, se soporta rotativamente en una
pluralidad de porciones de chumacera 10c, en esta realización,
cinco porciones de chumacera 10c por una unidad de soporte
construida por los elementos de apoyo B dispuestos a intervalos en
una dirección A1 de la línea central rotacional L1 y del mismo
número que porciones de
chumacera 10c.
chumacera 10c.
Un engranaje movido 17 para arranque, que está
conectado y es movido por un motor de arranque mediante un embrague
unidireccional, y el rotor de un generador CA 18 están montados en
este orden desde el lado del cárter 3 en un extremo 10a del cigüeñal
10 sobresaliendo fuera de la cámara de manivela 8 en el lado del
cárter 3. El engranaje movido 17 y el generador CA 18 se reciben en
una cámara de recepción 20 hecha del cárter 3 y una cubierta 19
unida al cárter 3. Un piñón de accionamiento 21 sobre el que se
enrolla la cadena de temporización 13, está montado en el otro
extremo 10b del cigüeñal 10 sobresaliendo fuera de la cámara 8 en el
otro lado del cárter 3. El piñón de accionamiento 21 se recibe en
una cámara de transmisión 23 formada por el cárter 3 y una cubierta
22 unida al cárter 3.
Cada elemento de apoyo B que soporta
rotativamente la porción de chumacera l0c mediante un metal de
soporte 24 de un cojinete principal dispuesto en la periferia
externa de la porción de chumacera 10c, se construye de una pared
superior de soporte de chumacera 31 como un primer soporte que está
dispuesto en la mitad superior de cárter 3a y una pared inferior de
soporte de chumacera 32 como un segundo soporte que está dispuesto
en la mitad inferior de cárter 3b y está fijado a la pared superior
de soporte de chumacera 31 con un par de pernos de chumacera 40
dispuestos en posiciones entre las que está intercalada la porción
de chumacera 10c. Aquí, la pared superior de soporte de chumacera 31
está moldeada integralmente con la mitad superior de cárter 3a y la
pared inferior de soporte de chumacera 32 está moldeada
integralmente con la mitad inferior de cárter 3b. El número de
referencia 25 designa un pasador para colocar ambos soportes de
chumacera
31, 32.
31, 32.
Con referencia a la figura 2, en cada elemento
de apoyo B, cada perno de chumacera 40 se construye de una cabeza
41 que apoya sobre una caja de sujeción formada en la superficie
inferior de la pared inferior de soporte de chumacera 32 y un eje
42. El eje 42 se pasa a través de un agujero pasante 33 formado en
la pared inferior de soporte de chumacera 32 y se enrosca en un
agujero roscado 34 formado en la pared superior de soporte de
chumacera 31.
Aquí, para reducir el peso del motor de
combustión interna E_{1}, el bloque de cilindros 1 y la mitad
inferior de cárter 3b se moldean de un material de moldeo hecho de
una aleación a base de metal ligero, por ejemplo, aleación a base
de aluminio. Los esfuerzos permisibles del bloque de cilindros 1 y
la mitad inferior de cárter 3b se ponen a un valor más pequeño que
el esfuerzo permisible del perno de chumacera 40 moldeado de un
material de moldeo, por ejemplo, hecho de una aleación a base de
hierro.
Con referencia a la figura 3 en combinación con
la figura 2, un agujero roscado 34 que tiene un eje central L2
ortogonal a la cara de acoplamiento 16 y que tiene un extremo
cerrado, tiene una porción de rosca hembra 35 inicial y una parte
no roscada 36 entre la porción de rosca hembra 35 y el fondo 37 del
agujero roscado 34. El eje 42 del perno de chumacera 40 que tiene
un eje central L3 ortogonal a la cara de acoplamiento 16, tiene una
porción cilíndrica 43 próxima a la cabeza 41 y una porción de rosca
macho 44 que está próxima a la superficie extrema 42a.
En un estado donde a la pared superior de
soporte de chumacera 31 como un primer elemento a sujetar se sujeta
en cada elemento de apoyo B, la pared inferior de soporte de
chumacera 32 como un segundo elemento a sujetar con el par de
pernos de chumacera 40, la porción de rosca macho 44 de cada perno
de chumacera 40 se enrosca en la porción de rosca hembra 35 del
agujero roscado 34, denominándose esta zona una parte roscada R. En
esta realización, la parte roscada R es una zona de la porción de
rosca hembra 35. Como resultado, una zona de la porción de rosca
hembra 35 más próxima a la superficie inferior 37 que la superficie
extrema 42a de la porción de rosca macho 44 resulta una parte
roscada libre 35f donde la porción de rosca macho 44 no se enrosca
en la porción de rosca hembra 35. Una parte hueca 38 de un espacio
que no está ocupado por el perno de chumacera 40, se forma en el
agujero roscado 34 por la parte roscada libre 35f y la parte no
roscada 36.
La porción de rosca macho 44 tiene un agujero 45
que forma una zona hueca en una posición que solapa la parte
roscada extrema Ra de la parte roscada R en la porción de rosca
hembra 35, es decir, un hilo de rosca 35a donde se enrosca un paso
de rosca 44a en la punta de la porción de rosca macho 44 en la
parte roscada R e incluye roscas 35b, 35c, que están situadas en
ambos lados de la ranura roscada 35a en una dirección del eje
central L2 (que es la misma dirección que una dirección axial A2 a
describir más adelante) y una zona de raíz de rosca 35e que forma
una raíz de rosca 35d en la dirección A2 del eje central L3, es
decir, en una dirección axial A2.
El agujero 45 es un agujero circular que se
forma concéntricamente con el eje central L3 de la porción de
rosca macho 44 por perforación de la superficie extrema 42a,
colada, o forja, y tiene una sección transversal circular y un
extremo cerrado. El agujero 45 tiene una profundidad que se
extiende en la dirección axial A2 sobre la parte roscada extrema
Ra. Además, del agujero 45, una porción que solapa la parte roscada
extrema Ra en la dirección axial A2 tiene una superficie periférica
interna hecha de una superficie ahusada que se expande hacia la
superficie extrema 42a y por lo tanto construye una porción de gran
diámetro 45b que tiene un mayor diámetro que una porción cilíndrica
45a que es la otra porción y tiene una superficie periférica
interna hecha de una superficie cilíndrica. Por lo tanto, el grosor
(grosor en la dirección radial) de la porción de rosca macho 44 en
la porción de gran diámetro 45b resulta más pequeño que el grosor
de la porción cilíndrica 45a. Aquí, la longitud de la porción
cilíndrica 45a y el grosor de una parte fina 44b1 de la porción de
rosca macho 44 donde se forma la porción de gran diámetro 45b,
tienen valores adecuados desde el punto de vista del grado de
reducción de esfuerzo concentrado y garantizar la resistencia de
sujeción.
En la porción de rosca macho 44, la parte donde
se forma este agujero 45, tiene rigidez reducida en comparación
con una parte maciza donde no se forma el agujero 45 y por lo tanto
forma una zona de rigidez baja 44b. Cuando se aplica al perno de
chumacera 40 una carga axial que es una carga en la dirección axial
A2, la zona de rigidez baja 44b se deforma elásticamente más
fácilmente en la dirección axial A2 en comparación con la parte
maciza.
A continuación, se describirá la operación y el
efecto de la primera realización construida de la forma
anterior.
Cuando el motor de combustión interna E_{1} se
pone en funcionamiento, se aplica una carga de explosión producida
por la combustión de la mezcla de aire-combustible
en la cámara de combustión 7 hacia arriba en la figura 2 al bloque
de cilindros 1 unido a la culata de cilindro 4. Al mismo tiempo, la
carga de explosión se aplica al cigüeñal 10 soportado rotativamente
por los respectivos elementos de apoyo B mediante los pistones 6 y
las bielas 9 y además hacia abajo en la figura 2 a la mitad
inferior de
cárter 3b.
cárter 3b.
En los respectivos elementos de apoyo B, por la
carga de explosión, se aplica una carga hacia arriba a la pared
superior de soporte de chumacera 31 integral con el bloque de
cilindros 1 y se aplica una carga descendente a la pared inferior
de soporte de chumacera 32 integral con la mitad inferior de cárter
3b. En base a la carga de explosión que es una fuerza externa
aplicada a la pared superior de soporte de chumacera 31, la fuerza
de reacción de la carga de explosión se aplica como una carga axial
al par de pernos de chumacera 40 que sujetan la pared superior de
soporte de chumacera 31 y la pared inferior de soporte de chumacera
32 en una pieza. Al mismo tiempo, en base a la carga de explosión
aplicada a la pared inferior de soporte de chumacera 32, se aplica
una carga axial en la misma dirección que la fuerza de reacción
anterior al par de pernos de chumacera 40.
Por esta razón, como se representa en la figura
3, en la porción de rosca hembra 35, se aplica una carga hacia
arriba Fa a la rosca 35b más próxima a la parte libre o no roscada
35f de la parte roscada extrema Ra y se aplica una carga
descendente Fb a la rosca 35c enfrente de la rosca 35b a través de
la parte extrema Ra de la rosca 44a de la porción de rosca macho
44, por lo que se produce un esfuerzo concentrado en la raíz de
rosca 35e de la parte extrema Ra.
Entonces, en la porción de rosca macho 44, la
zona de rigidez baja 44b que tiene el agujero 45 que se forma
concéntricamente con el eje central L3 de la porción de rosca macho
44 y tiene una sección transversal circular, se forma en la
posición donde la porción de rosca macho 44 solapa la parte roscada
extrema Ra en la dirección axial A2 y la rosca 44a se forma en la
zona de rigidez baja 44b. Por lo tanto, en la zona de rigidez baja
44b, la rigidez se reduce en comparación con un caso en el que la
porción de rosca macho 44 es maciza. Por esta razón, cuando se
aplica una carga axial en base a la carga de explosión al perno de
chumacera 40, la zona de rigidez baja 44b se deforma elásticamente
con relativa facilidad para liberar la carga Fb aplicada a la rosca
35c desde la parte extrema Ra de la rosca 44a de la porción de
rosca macho 44, reduciendo por ello el esfuerzo concentrado
producido en la raíz de la rosca 35e de la parte extrema Ra.
Además, puesto que el agujero 45 es circular en sección
transversal, la carga Fb aplicada a la rosca 35c de la parte
roscada extrema Ra de la rosca 44a de la porción de rosca macho 44
se libera uniformemente en la dirección periférica con respecto a
la parte roscada extrema Ra para reducir el esfuerzo concentrado
uniformemente en la dirección periférica de la rosca 35c de la
parte roscada extrema Ra. Por lo tanto, esto facilita el diseño de
la resistencia de la pared superior de soporte de chumacera 31.
Además, el agujero 45 que es un medio para liberar la carga Fb
aplicada a la parte extrema Ra de la porción de rosca macho 44 se
forma en el perno de chumacera 40. Por lo tanto, la parte hueca 38
del agujero roscado 34 que se forma en la pared superior de soporte
de chumacera 31 que tiene menor esfuerzo permisible que el
esfuerzo permisible del perno de chumacera 40 para reducir el
esfuerzo concentrado no se tiene que ampliar o se puede hacer lo
más pequeña que sea posible. Por esta razón, esto puede evitar una
disminución de la resistencia de la pared superior de soporte de
chumacera 31 o mejorar la resistencia y por lo tanto puede
garantizar la resistencia deseada de la pared superior de soporte
de chumacera 31 sin incrementar el tamaño y peso de la pared
superior de soporte de chumacera 31 y por extensión el motor de
combustión interna E_{1}.
Además, puesto que la rosca 44a se forma en la
parte fina 44b1 de la zona de rigidez baja 44b, la rosca 44a se
deforma elásticamente más fácilmente. Además, puesto que la otra
parte de la zona de rigidez baja 44b es más gruesa que la parte
fina 44b1, la otra parte puede liberar la carga Fb aplicada a la
rosca 44a de la porción de rosca macho 44 y al mismo tiempo
garantizar la deseada resistencia de sujeción en la parte roscada
distinta de la parte roscada extrema Ra.
A continuación, se describirá una segunda
aplicación de la invención con referencia a la figura 4. Difiere
del motor de combustión interna E_{1} que tiene un eje central de
cilindro L4 ortogonal a un plano imaginario P incluyendo la cara
de acoplamiento 16, en que es un motor de combustión interna
E_{2} que tiene un eje de cilindro L4 inclinado respecto del
plano imaginario P y tiene fundamentalmente la misma construcción
que en la primera realización en los demás puntos. Por lo tanto,
las partes análogas o correspondientes a las partes de la primera
realización se designan por símbolos de referencia análogos y se
omitirán sus descripciones concretas. Esta segunda realización
puede producir también la misma operación y efecto que la primera
realización.
A continuación, se describirá una tercera
aplicación de la invención con referencia a la figura 5 que muestra
un motor de combustión interna E_{3} en el que se forma el mismo
agujero 45 que en la primera realización en un espárrago para
sujetar un bloque de cilindros 52 a un cárter 51. Por esta razón,
se usarán los mismos símbolos de referencia que en la primera
realización. Si es necesario, también se hace referencia a la
figura 3 en combinación.
El motor de combustión interna E_{3} en el que
se utilizan espárragos 40_{1}, 40_{2} según la invención es un
motor de combustión interna monocilindro de cuatro tiempos de tipo
OHV montado en un vehículo tal como una motocicleta. El motor de
combustión interna E_{3} está provisto de un cuerpo de motor
construido de partes constituyentes del cárter 51, el bloque de
cilindros 52 y una culata de cilindro 53 que se montan en secuencia
en el extremo superior del cárter 51, y una cubierta de culata 54
unida a la culata de cilindro 53.
El cárter 51, el bloque de cilindros 52, y la
culata de cilindro 53, están fijados a una parte con cuatro
espárragos 40_{1}, 40_{2} (dos de ellos se muestran en la
figura 5).
Como en el caso de la primera realización, un
pistón está encajado en el bloque de cilindros 52 hecho de un
cilindro único de tal forma que pueda alternar y se ha formado una
cámara de combustión entre la culata de cilindro 53 y el pistón. Un
cigüeñal 55 recibido en una cámara de cigüeñal hecha del cárter 51,
se soporta rotativamente por el cárter 51. El pistón está conectado
al cigüeñal 55 mediante una biela y el movimiento alternativo del
pistón se convierte en el movimiento rotativo del cigüeñal 55.
La culata de cilindro 53 está montada con una
válvula de admisión y una válvula de escape que abren o cierran un
orificio de admisión y un orificio de escape 53a que comunica con
la cámara de combustión, respectivamente. Estas válvulas de
admisión y de escape se abren o cierran en tiempos predeterminados
en sincronización con la rotación del cigüeñal 55 por un sistema de
válvula que tiene un brazo oscilante recibido en una cámara de
sistema de válvulas 56 formada por la culata de cilindro 53 y la
cubierta de culata 54. El brazo oscilante se soporta por un eje
oscilante mantenido por un soporte 57 fijado a la culata de
cilindro 53 de tal forma que oscile y bascule por un vástago de
empuje accionado por un árbol de levas que gira en asociación
operativa con el cigüeñal 55.
Una mezcla de aire-combustible
formada en la unidad de admisión es aspirada a la cámara de
combustión desde el orificio de admisión mediante la válvula de
admisión abierta en una carrera de admisión en la que el pistón se
desplaza hacia abajo. La mezcla de aire-combustible
aspirada al bloque de cilindros 52 se comprime por el pistón que
sube en una carrera de compresión y después se inflama y quema por
una bujía de encendido. El pistón bajado por la presión de gas de
combustión en una carrera de expansión gira el cigüeñal 55 mediante
la biela. El gas de combustión se descarga en una carrera de escape
como gases de escape a través de la válvula de escape abierta desde
la cámara de combustión al orificio de escape 53a y después se
descarga al exterior mediante una unidad de escape.
El cárter 51 que soporta rotativamente el
cigüeñal 55 mediante un par de cojinetes principales, hecho cada
uno de un cojinete de bolas (un cojinete principal 58 se representa
en la figura 5), es el denominado cárter
izquierdo-derecho y está construido por un par de
mitades de cárter que tienen una cara de acoplamiento ortogonal a
la línea central rotacional L1 del cigüeñal 55 (la mitad de cárter
51a se representa en la figura 5).
La cámara del cigüeñal recibe el cigüeñal 55 y
una transmisión que tiene un eje principal conectado y movido por
el cigüeñal 55 mediante un embrague de arranque y un embrague de
transmisión.
Cuatro espárragos 40_{1}, 40_{2} incluyen un
par de primeros espárragos 40_{1} para sujetar el bloque de
cilindros 52 y la culata de cilindro 53 al cárter 51 y un par de
segundos espárragos 40_{2} para sujetar el bloque de cilindros
52, la culata de cilindro 53, y el soporte 57 al cárter 51.
Cada uno de los espárragos 40_{1}, 40_{2}
tiene porciones de rosca macho 44, 46 formadas en la parte extrema
inferior y la parte extrema superior que son ambas partes extremas
de su porción de eje 42 y la parte extrema inferior está enroscada
en el agujero roscado 34 formado en el cárter 51. Uno de los
primeros espárragos 40_{1} y uno de los segundos espárragos
40_{2} se enroscan en los agujeros roscados 34 formados en la
mitad de cárter 51a y el otro primer espárrago 40_{1} y el otro
segundo espárrago 40_{2} se enroscan en los agujeros roscados 34
formados en la otra mitad de cárter 51b.
Cada primer espárrago 40_{1} se pasa a través
de los agujeros pasantes 60, 62 que se forman en el bloque de
cilindros 52 y la culata de cilindro 53, respectivamente, y se
enrosca una tuerca 65 en su porción de rosca macho 46 sobresaliendo
hacia arriba de la superficie de extremo superior de la culata de
cilindro 53. Cada segundo espárrago 40_{2} se pasa a través de
los agujeros pasantes 61, 63, 64 que se forman en el bloque de
cilindros 52, la culata de cilindro 53, y el soporte 57,
respectivamente, y se enrosca una tuerca 66 en su porción de rosca
macho 46 sobresaliendo hacia arriba de la superficie de extremo
superior del soporte de cilindro 57.
Aquí, para reducir el peso del motor de
combustión interna E_{3}, el bloque de cilindros 52, el cárter
51, y la culata de cilindro 53 se moldean de un material de moldeo
hecho de una aleación a base de metal ligero, por ejemplo, una
aleación a base de aluminio. Los esfuerzos permisibles del bloque
de cilindros 52, el cárter 51, y la culata de cilindro 53 se ponen
a valores menores que los esfuerzos permisibles de los respectivos
espárragos 40_{1}, 40_{2} moldeados de un material de moldeo,
por ejemplo, hecho de una aleación a base de hierro.
El agujero roscado 34 que tiene el eje central
L2 ortogonal a la cara de acoplamiento 67 del cárter 51 y el
bloque de cilindros 52 y que tiene un extremo cerrado, tiene una
porción de rosca hembra 35 donde se forma una rosca hembra y una
parte no roscada 36 entre la porción de rosca hembra 35 y la
superficie inferior 37. Cada uno de los respectivos espárragos
40_{1}, 40_{2} tiene el eje central L3 ortogonal a la cara de
acoplamiento 67.
Con referencia a la figura 3 en combinación, en
un estado donde el cárter 51 como un primer elemento a sujetar está
fijado al bloque de cilindros 52 como un segundo elemento a sujetar
con cuatro espárragos 40_{1}, 40_{2}, las porciones de rosca
macho 44 de los respectivos espárragos 40_{1}, 40_{2} se
enroscan en las porciones de rosca hembra 35 de los agujeros
roscados 34 en las partes roscadas R. Aquí, la parte roscada R, la
parte no roscada 35f y la parte hueca 38 son las mismas que las de
la primera realización. Además, como en el caso de la primera
realización, en la porción de rosca macho 44, el agujero 45 que
forma una parte hueca en la porción de rosca macho, se forma en una
posición que solapa la parte extrema Ra de la porción de rosca
hembra 35 en la dirección del eje central L3, es decir, en la
dirección axial A2 para formar la zona de rigidez baja 44b.
Según esta tercera realización, en cuanto a los
respectivos espárragos 40_{1}, 40_{2}, se puede producir la
misma operación siguiente y efecto que el perno de chumacera 40 en
la primera realización.
Es decir, cuando el motor de combustión interna
E_{3} se pone en marcha, la carga de explosión producida por la
combustión de la mezcla de aire-combustible en la
cámara de combustión se aplica hacia arriba en la figura 5 a la
culata de cilindro 53. Al mismo tiempo, la carga de explosión se
aplica hacia abajo en la figura 5 al cigüeñal 55 mediante el pistón
y la biela y además al cárter 51.
En base a la carga de explosión que es una
fuerza externa aplicada al cárter 51, su fuerza de reacción se
aplica como una carga axial a los cuatro espárragos 40_{1},
40_{2} que sujetan el bloque de cilindros 52 y el cárter 51 en
una pieza. Al mismo tiempo, en base a la carga de explosión
aplicada a la culata de cilindro 53, una carga axial en la misma
dirección que la fuerza de reacción se aplica al respectivo primer
espárrago 40_{1} y en base a la carga de explosión aplicada al
soporte 57 mediante la culata de cilindro 53, una carga axial en la
misma dirección que la fuerza de reacción se aplica a los
respectivos segundos espárragos 40_{2}.
Entonces, en cuanto al esfuerzo concentrado
producido en la raíz de rosca 35e de la parte roscada extrema Ra,
se producen la misma operación y efecto que en la primera
realización entre la porción de rosca hembra 35 de cada uno de los
agujeros roscados 34 formados en el cárter 51 y la porción de rosca
macho 44 de cada uno de los espárragos 40_{1}, 40_{2}.
Con referencia a los símbolos de referencia
entre paréntesis en la figura 3 en combinación, en la porción de
rosca macho 44, la zona de rigidez baja 44b que tiene el agujero 45
que se forma concéntricamente con el eje central L3 de la porción
de rosca macho 44 y tiene una sección transversal circular formada
en la posición donde la porción de rosca macho 44 solapa la parte
roscada extrema Ra en la dirección axial A2, y la rosca 44a se
forma en la zona de rigidez baja 44b. Por lo tanto, en la zona de
rigidez baja 44b, la rigidez se reduce en comparación con un caso
en el que la porción de rosca macho 44 es maciza. Por esta razón,
cuando se aplica una carga axial en base a la carga de explosión a
los espárragos 40_{1}, 40_{2}, la zona de rigidez baja 44b se
deforma elásticamente con facilidad relativa para liberar la carga
aplicada a la rosca 35c de la parte extrema Ra de la rosca 44a de
la porción de rosca macho 44, reduciendo por ello el esfuerzo
concentrado producido en la raíz de rosca 35e de la parte roscada
extrema Ra. Además, puesto que el agujero 45 es circular en sección
transversal, la carga aplicada a la rosca 35c de la parte extrema
Ra de la rosca 44a de la porción de rosca macho 44 se libera
uniformemente en la dirección periférica con respecto a la parte
roscada extrema Ra para reducir el esfuerzo concentrado
uniformemente en la dirección periférica de la rosca 35c de la
parte roscada extrema Ra. Por lo tanto, esto facilita el diseño de
la resistencia del cárter 51. Además, el agujero 45 que es un medio
para liberar la carga aplicada a la parte roscada extrema Ra desde
la porción de rosca macho 44 se forma en cada uno de los espárragos
40_{1}, 40_{2}. Por lo tanto, la parte hueca 38 del agujero
roscado 34 que se forma en el cárter 51 que tiene menor esfuerzo
permisible que los esfuerzos permisibles de los espárragos
40_{1}, 40_{2}, para reducir el esfuerzo concentrado no se tiene
que ampliar o se puede hacer lo más pequeña que sea posible. Por
esta razón, esto puede evitar una disminución en la resistencia
del cárter 51 o mejorar la resistencia del cárter 51 y por lo tanto
puede garantizar la resistencia deseada del cárter 51 sin
incrementar el tamaño y peso del cárter 51 y por extensión el motor
de combustión interna E_{3}.
Aunque el segundo soporte se construye de la
pared inferior de soporte de chumacera formada integralmente con
el cárter inferior en la primera realización, el segundo elemento
de apoyo pueden ser tapones de chumacera que son partes separadas
una de otra.
Aunque el cárter está dividido en partes
izquierda y derecha en la tercera realización, el cárter se puede
dividir por un plano incluyendo la línea central rotacional del
cigüeñal y ortogonal al eje de cilindro, en otros términos, se
puede dividir en partes superior e inferior.
Aunque los pernos según la invención sujetan los
elementos de apoyo del cigüeñal del motor de combustión interna o
el cárter al bloque de cilindros, los pernos pueden sujetar dos
elementos arbitrarios que construyen el motor de combustión interna
y además pueden sujetar dos elementos arbitrarios a sujetar del
motor de combustión interna.
Claims (3)
1. Perno de rigidez baja aplicable en motores de
combustión interna, para sujetar un primer elemento a un segundo
elemento, del tipo que tiene una cabeza (41) o tuerca extrema
(65,66) y una porción de rosca macho (44) extrema enroscada en una
porción de rosca hembra (35) de un agujero roscado (34) formado en
el primer elemento a sujetar, donde se aplica al perno (40) una
carga axial en base a una fuerza externa aplicada al primer
elemento a sujetar, caracterizado porque la porción de rosca
macho (44) tiene una zona de rigidez baja (44b) formada por una
parte hueca (45) concéntrica con el eje central de la porción de
rosca macho (44) y de forma circular en una sección transversal,
ubicada en una posición que solapa la parte roscada extrema (Ra) de
la porción de rosca hembra (35) en una dirección axial.
2. Perno de rigidez baja aplicable en motores de
combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado
porque ambos elementos que sujeta son un primer soporte de
chumacera (31) del cigüeñal (10) de un motor de combustión interna
dispuesto en la mitad superior (3a) del cárter (51) y un segundo
soporte de chumacera (32) de la mitad inferior (3b) del mismo
fijado al primer soporte (31), siendo éste primer soporte (31) el
portador del agujero roscado (34) y el segundo soporte (32) el
retenido por la cabeza (41), y la fuerza externa es una carga de
explosión aplicada al primer soporte (31).
3. Perno de rigidez baja aplicable en motores de
combustión interna, según la reivindicación 1, caracterizado
porque ambos elementos que sujeta son un bloque de cilindros (52)
y un cárter (51) que soporta rotativamente un cigüeñal (55) y está
fijado al primero, siendo el cárter (51) el portador del agujero
roscado (34) y el bloque de cilindros (52) el retenido por la
tuerca extrema (65,66), y la fuerza externa es una carga de
explosión aplicada al cárter (51).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070401 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2270652B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |