ピストンとクランクシャフトを接続し、ピストンにかかる力をクランクシャフトに伝達し、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換します。
コネクティングロッドグループは、コネクティングロッド本体、コネクティングロッド大端キャップ、コネクティングロッド小端ブッシング、コネクティングロッド大端ベアリングブッシュ、コネクティングロッドボルト(またはネジ)で構成されています。コネクティングロッドグループは、ピストンピンからのガス力、自身の揺動、およびピストングループの往復慣性力の影響を受けます。これらの力の大きさと方向は周期的に変化します。そのため、コネクティングロッドは圧縮や引張などの交番荷重を受けます。コネクティングロッドは、十分な疲労強度と構造剛性を備えていなければなりません。疲労強度が不十分な場合、コネクティングロッド本体またはコネクティングロッドボルトが破損することが多く、機械全体の損傷という重大な事故につながります。剛性が不十分な場合、ロッド本体の曲げ変形やコネクティングロッド大端の非円形変形を引き起こし、ピストン、シリンダー、ベアリング、クランクピンの偏心摩耗を引き起こします。
構造と構成
コネクティングロッド本体は3つの部分から構成されており、ピストンピンと接続される部分をコネクティングロッド小端、クランクシャフトと接続される部分をコネクティングロッド大端、小端と大端を接続する部分をコネクティングロッド本体と呼びます。
コネクティングロッドの小端部分は、ほとんどの場合、薄肉の環状構造です。コネクティングロッドとピストンピン間の摩耗を低減するため、小端部分の穴には薄肉の青銅製ブッシングが圧入されています。小端部分とブッシングにドリルまたはフライス加工で溝を加工することで、飛散したオイルが潤滑ブッシングとピストンピンの接触面に浸透します。
コネクティングロッドシャフトは長いロッドであり、作業中に大きな力も受けるため、ロッド本体は曲がったり変形したりするのを防ぐために十分な剛性が必要です。このため、自動車エンジンのコネクティングロッドシャフトの多くは、十分な剛性と強度を保ちながら質量を最小限に抑えることができるI字型断面を採用しており、高強度エンジンではH字型断面が採用されています。一部のエンジンでは、コネクティングロッドの小端部からオイルを噴射してピストンを冷却するため、ロッド本体の長手方向に貫通穴を開ける必要があります。応力集中を避けるため、コネクティングロッド本体と小端部および大端部の接続部は、大きな円弧の滑らかな遷移を採用しています。
エンジンの振動を低減するためには、各シリンダーのコネクティングロッドの品質差を最小限に抑える必要があります。工場でエンジンを組み立てる際には、通常、コネクティングロッドの大端と小端の質量(グラム単位)に応じてグループ分けされます。グループ分けされたコネクティングロッド。
V型エンジンでは、左右の列の対応するシリンダーがクランクピンを共有し、コネクティングロッドには、平行コネクティングロッド、フォークコネクティングロッド、メインおよび補助コネクティングロッドの3種類があります。
主な損傷形態
コネクティングロッドの主な損傷形態は、疲労破壊と過大変形です。通常、疲労破壊はコネクティングロッドの3つの高応力領域で発生します。コネクティングロッドの使用条件では、高い強度と耐疲労性が求められ、十分な剛性と靭性も求められます。従来のコネクティングロッド加工技術では、材料には一般的に45鋼、40Cr、40MnBなどの焼入れ焼戻し鋼が使用され、これらは硬度が高くなります。そのため、ドイツの自動車会社が製造する新しいコネクティングロッド材料には、C70S6高炭素マイクロアロイ非焼入れ焼戻し鋼、SPLITASCOシリーズ鍛造鋼、FRACTIM鍛造鋼、S53CV-FS鍛造鋼などがあります(上記はすべてドイツのDIN規格です)。合金鋼は強度が高いですが、応力集中に非常に敏感です。そのため、コネクティングロッドの形状や過剰なフィレットなどには厳しい要件が求められ、疲労強度を向上させるために表面処理品質に注意を払う必要があります。そうしないと、高強度合金鋼を適用しても所望の効果が得られません。