커넥팅 로드

Connecting rod
차량 엔진의 커넥팅 로드 및 피스톤

커넥팅 로드는 피스톤 엔진에서 피스톤을 크랭크축에 연결하는 부분입니다.커넥팅 로드는 크랭크와 함께 피스톤의 왕복 운동을 크랭크축의 [1]회전으로 변환합니다.커넥팅 로드는 피스톤으로부터 압축력과 인장력을 전달하는 데 필요합니다.가장 일반적인 형태인 내연기관에서는 피스톤 엔드에서 피벗하고 샤프트 엔드에서 회전할 수 있습니다.

커넥팅 로드의 전신은 물레방아에서 물레방아 회전 운동을 왕복 [2]운동으로 변환하기 위해 사용하는 기계식 링크입니다.

커넥팅 로드의 가장 일반적인 용도는 내연기관 또는 증기기관입니다.

오리진스

커넥팅 로드와 [3]크랭크를 결합한 최초의 기계인 RomanHierapolis 제재소 설계도.

연결봉에 대한 최초의 증거는 서기 3세기 후반의 로마 히에라폴리스 제재소에서 나타난다.그것은 또한 각각 에페수스에서 발굴된 2개의 6세기 동로마 제재소에도 나타난다.이 로마 물레방아들의 크랭크와 커넥팅 로드 메커니즘은 물레방아 회전 운동을 [3]톱날들의 선형 운동으로 변화시켰다.

르네상스 시대 이탈리아에서는 기계적으로 오해되기는 하지만 복합 크랭크와 커넥팅 로드의 초기 증거가 타콜라의 [4]스케치북에서 발견됩니다.관련된 움직임에 대한 건전한 이해는 물레방아에 의해 구동되고 두 개의 단순한 크랭크와 두 개의 연결 로드에 [4]의해 작동되는 피스톤 펌프를 보여준 화가 피사넬로(d. 1455)를 보여준다.

16세기까지, 르네상스 유럽의 기술 논문과 예술 작품에서 크랭크와 연결봉의 증거가 풍부해졌다; 아고스티노 라멜리의 1588년의 다양하고 인공적인 기계들만이 18개의 예를 묘사하고 있는데, 이 숫자는 게오르그 안드레아스 뵐러의 The The Theaterrum Machinarum Novum에서 45개의 다른 [5]기계들에 이르는 숫자이다.

Connecting rod in an engine
캐터필러 엔진의 커넥팅 로드

설계에 대한 초기 문서화는 Artuqid 주(현대 터키)에서 1174년에서 1206년 사이에 발생했는데, 이때 발명가 Al-Jazari는 물을 끌어올리는 [6][7]기계의 일부로 물을 퍼올리기 위해 연결봉을 크랭크축과 통합하는 기계를 설명했습니다.

증기 기관

수평 빔과 플라이휠 사이에 2개의 커넥팅 로드가 있는 빔 엔진(거의 수직)
증기 기관차 커넥팅 로드(피스톤과 리어 휠 사이, 눈에 보이는 가장 큰 로드)

1712 뉴코멘 대기 엔진(최초의 증기 엔진)은 피스톤이 한 [8]방향으로만 힘을 발생시키기 때문에 커넥팅 로드 대신 체인 구동 방식을 사용했습니다.그러나 이후 대부분의 증기 엔진은 이중 작용하므로 힘이 양방향으로 생성되어 커넥팅 로드를 사용하게 됩니다.일반적인 배열에서는 크로스헤드라는 대형 슬라이딩 베어링 블록을 사용하며, 피스톤과 커넥팅 로드 사이에 힌지가 있어 피스톤 [9]로드 주위에 씰이 필요합니다.

증기기관차에서 크랭크는 보통 구동바퀴에 직접 장착됩니다.커넥팅 로드는 휠의 크랭크 핀과 크로스 헤드(피스톤 [10]로드에 연결) 사이에 사용됩니다.디젤 기관차의 동등한 연결 로드를 '사이드 로드' 또는 '커플링 로드'라고 합니다.소형 증기기관차에서 연결봉은 일반적으로 직사각형 [11]단면으로 되어 있지만 원형 단면의 해양형 로드가 가끔 사용되어 왔다.

패들 증기선에서 커넥팅 로드는 '피트만'이라고 불립니다(피트만 암으로 오인해서는 안 됩니다).

내연기관

자동차 엔진 커넥팅 로드의 전형적인 설계

내연기관의 커넥팅 로드는 '빅 엔드', '로드' 및 '스몰 엔드'(또는 '리틀 엔드')로 구성됩니다.작은 단부는 피스톤, 커넥팅 로드 또는 둘 다에서 회전할 수 있는 거전 핀('피스톤 핀' 또는 '손목 핀'이라고도 함)에 부착됩니다.일반적으로 빅 엔드는 마찰을 줄이기 위해 플레인 베어링을 사용하여 크랭크 핀에 연결됩니다. 그러나 일부 소형 엔진은 펌핑 윤활 시스템의 필요성을 피하기 위해 롤 엘리먼트 베어링을 대신 사용할 수 있습니다.롤링 엘리먼트 베어링이 있는 커넥팅 로드는 일반적으로 크랭크축을 통해 함께 눌러야 하는 일체형 설계로, 일체형 크랭크축 저널 주위에 볼트로 고정할 수 있는 2피스 설계가 아닙니다.

일반적으로 커넥팅 로드의 큰 끝에는 핀홀이 뚫려 있어 실린더 벽의 스러스트 측으로 윤활유가 뿜어져 나와 피스톤 및 피스톤 링의 이동을 윤활합니다.

커넥팅 로드는 양단에서 회전할 수 있으므로 커넥팅 로드와 피스톤 사이의 각도가 로드가 상하로 움직이면서 크랭크축 주위를 회전함에 따라 변화할 수 있습니다.

자재

발바닥에 모듈러 헤드 및 부싱이 있는 알루미늄 로드(왼쪽), 패트가 있는 알루미늄 오일 드립 로드(중앙), 스틸 로드(오른쪽)

커넥팅 로드에 사용되는 재료는 탄소강, 철기 소결 금속, 마이크로 합금강, 구상 흑연 [12]주철 등 매우 다양합니다.대량 생산된 자동차 엔진에서 커넥팅 로드는 대부분 강철로 만들어집니다.고성능 용도에서는 "빌렛" 커넥팅 로드를 사용할 수 있습니다. 이 커넥팅 로드는 주조되거나 단조되는 대신 금속의 단단한 빌렛으로 가공됩니다.

다른 재료로는 T6-2024 알루미늄 합금 또는 T651-7075 알루미늄 합금이 있으며, 가볍고 내구성을 희생하면서 높은 충격을 흡수하는 데 사용됩니다.티타늄은 무게를 줄이는 더 비싼 옵션이다.주철은 모터 스쿠터와 같이 저렴하고 성능이 낮은 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

동작 중 장애

고장 난 커넥팅 로드의 상부 절반
처음에는 피로로 인해 고장이 났다가 크랭크축과의 충격으로 인해 더 많이 손상된 커넥팅 로드

크랭크축의 각 회전 동안 커넥팅 로드는 종종 크고 반복적인 힘을 받습니다. 피스톤과 크랭크핀 사이의 각도로 인한 전단력, 피스톤이 아래로 이동할 때의 압축력, 피스톤이 위로 이동할 때의 [13]인장력입니다.이러한 힘은 엔진 속도(RPM)의 제곱에 비례합니다.

커넥팅 로드의 고장(종종 "로드 던지기"라고 함)[citation needed]은 차량에서 치명적인 엔진 고장의 가장 일반적인 원인 중 하나이며, 고장 난 로드가 크랭크케이스 측면을 통과하여 엔진을 복구할 [14]수 없게 만드는 경우가 많습니다.커넥팅 로드 고장의 일반적인 원인은 높은 엔진 속도에서 발생하는 인장 고장, 피스톤이 밸브에 부딪힐 때의 충격력(밸브트레인 문제로 인한), 로드 베어링 고장(일반적으로 윤활 문제로 인한), 또는 커넥팅 [15][16][17][18]로드의 잘못된 장착입니다.

실린더 마모

크랭크축이 커넥팅 로드를 통해 피스톤에 가해지는 횡방향 힘으로 인해 실린더가 타원형으로 마모될 수 있습니다.이렇게 하면 원형 피스톤 링이 타원형 실린더 벽에 제대로 씰링되지 않기 때문에 엔진 성능이 크게 저하됩니다.

측면 힘의 양은 커넥팅 로드의 각도에 비례하므로 커넥팅 로드가 길면 측면 힘의 양과 엔진 마모가 줄어듭니다.그러나 커넥팅 로드의 최대 길이는 엔진 블록 크기에 따라 제한됩니다. 스트로크 길이와 커넥팅 로드 길이를 더한 결과 피스톤이 엔진 블록 상단을 지나쳐서는 안 됩니다.

마스터 앤 슬레이브 로드

레이디얼 엔진의 작동 원리
1916-1918 르노 8G V8 항공기 엔진의 마스터 슬레이브 로드

레이디얼 엔진은 일반적으로 마스터 및 슬레이브 커넥팅 로드를 사용합니다. 이 로드는 하나의 피스톤(애니메이션에서 가장 위쪽 피스톤)에 크랭크축에 직접 부착된 마스터 로드를 가집니다.나머지 피스톤은 커넥팅 로드 부착부를 마스터 로드 가장자리 주변의 링에 핀으로 고정합니다.

V12 엔진과 같이 실린더가 많은 멀티뱅크 엔진은 제한된 길이의 크랭크축에서 많은 커넥팅 로드 저널을 위한 공간이 거의 없습니다.대부분의 도로 차량 엔진에서 사용되는 가장 간단한 해결책은 각 실린더 쌍이 크랭크 저널을 공유하는 것이지만, 이는 로드 베어링의 크기를 줄여 서로 다른 뱅크에서 일치하는 실린더(즉, 반대쪽)가 크랭크축 축을 따라 약간 오프셋된다는 것을 의미합니다(흔들리는 커플이 생성됨).또 다른 해결책은 마스터 앤 슬레이브 커넥팅 로드를 사용하는 것입니다. 마스터 로드는 다른 실린더의 슬레이브 로드의 대단부에 연결된 하나 이상의 링 핀도 포함합니다.마스터 슬레이브 로드의 단점은 마스터 피스톤에서 180° 떨어져 있지 않은 모든 슬레이브 피스톤의 스트로크 길이가 마스터 피스톤의 스트로크 길이보다 항상 약간 길기 때문에 V 엔진의 진동이 증가한다는 것입니다.

마스터 앤 슬레이브 커넥팅 로드의 가장 복잡한 예 중 하나는 제2차 세계대전을 위해 개발된 24기통 융커스 주모 222 실험용 비행기 엔진이다.이 엔진은 6개의 실린더 뱅크로 구성되었고, 각 뱅크에는 4개의 실린더가 있습니다.6개의 실린더의 각 "층"은 하나의 마스터 커넥팅 로드를 사용하고 나머지 5개의 실린더는 슬레이브 [19]로드를 사용했습니다.약 300개의 테스트 엔진이 제작되었지만, 엔진은 생산에 이르지 못했습니다.

지게차

포크 및 블레이드 로드

포크 앤 블레이드 로드는 V-트윈 모터사이클 엔진과 V12 항공기 [20]엔진에 사용되어 왔다.각 한 쌍의 실린더에 대해 "포크" 로드를 큰 끝에서 둘로 분할하고 반대쪽 실린더로부터의 "블레이드" 로드를 포크의 이 틈새에 맞도록 얇게 한다.이 배열은 실린더 쌍이 크랭크축을 따라 오프셋될 때 발생하는 흔들림 커플을 제거합니다.

빅 엔드 베어링의 일반적인 배열은 포크 로드가 중앙 간극을 포함한 로드의 전체 폭에 걸쳐 있는 단일 와이드 베어링 슬리브를 갖는 것입니다.그러면 블레이드 로드가 크랭크핀에서 직접 구동되지 않고 이 슬리브의 바깥쪽에서 구동됩니다.이로 인해 (서로 회전하는 대신) 두 개의 로드가 앞뒤로 진동하므로 베어링에 가해지는 힘과 표면 속도가 감소합니다.그러나 베어링의 움직임도 연속적으로 회전하기보다는 왕복이 되기 때문에 윤활이 더 어렵습니다.

포크 앤 블레이드 로드를 사용하는 주목할 만한 엔진으로는 롤스로이스 멀린 V12 항공기 엔진, EMD 2행정 디젤 엔진 및 다양한 할리 데이비드슨 V-트윈 모터사이클 엔진이 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 커넥팅 로드 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Yamagata, H. (2005). The Science and Technology of Materials in Automotive Engines. Woodhead Publishing in materials The science and technology of materials in automotive engines. Elsevier Science. p. 207. ISBN 978-1-84569-085-4.
  2. ^ Lyon, Robert L.; Editor. Steam Automobile Vol. 13, No. 3. SACA. {{cite book}}: last2=범용명(도움말)이 있습니다.
  3. ^ a b Ritti, Grewe & Kessener 2007, 페이지 161 : 도움말):

    에페수스와 게라사에서의 발견으로 크랭크와 커넥팅 로드 시스템의 발명은 13세기에서 6세기까지 재연되어야 했다; 이제 히에라폴리스의 부조는 Ausonius가 그의 Mosella를 썼을 때 수력으로 움직이는 돌톱이 실제로 사용되었음을 확인시켜준다.
  4. ^ a b White Jr. 1962, 페이지 113 :
  5. ^ White Jr. 1962, 페이지 172 :
  6. ^ Ahmad Y Hassan. "The Crank-Connecting Rod System in a Continuously Rotating Machine".
  7. ^ Sally Ganchy; Sarah Gancher (2009), Islam and Science, Medicine, and Technology, The Rosen Publishing Group, p. 41, ISBN 978-1-4358-5066-8
  8. ^ "Steam Locomotive Glossary". www.railway-technical.com. Archived from the original on 2008-01-28. Retrieved 2016-02-05.
  9. ^ Dempsey, G.D.; Clark, D. Kinnear (2015). The Victorian Steam Locomotive: Its Design & Development 1804-1879. Barnsley, England: Pen & Sword Transport. pp. 27–28. ISBN 978-1-47382-323-5 – via Google Books.
  10. ^ Ahrons, E.L. (1921). Neale, R.E. (ed.). Steam Locomotive Construction and Maintenance. Pitman's Technical Primer Series. London: The Locomotive Publishing Co. Ltd. pp. 74–78 – via Google Books.
  11. ^ White, John H. Jr. (1979). A History of the American Locomotive: Its Development, 1830-1880. New York: Dover Publications. p. 185. ISBN 9780486238180 – via Google books.
  12. ^ 야마가타 2005, 7페이지
  13. ^ "Causes of Failure With a Connecting Rod". www.itstillruns.com. Retrieved 21 September 2019.
  14. ^ "What does it mean to "throw a rod"?". Car Talk. April 1990. Retrieved 2016-02-05.
  15. ^ "Preventing Connecting Rod Failures". www.enginebuildermag.com. 15 March 2017. Retrieved 21 September 2019.
  16. ^ "How to eliminate connecting rod failures". www.hotrod.com. November 2003. Retrieved 21 September 2019.
  17. ^ "Probable Cause of Most Rod Failures". www.arcracing.blogspot.com. 1 June 1999. Retrieved 21 September 2019.
  18. ^ "Emerson Bearing Extreme Applications". www.emersonbearing.com. Retrieved 2016-02-05.
  19. ^ http://www.flugzeug-lorenz.de/index.php?eID=tx_cms_showpic&file=uploads%2Fpics%2FYY_169-1_Jumo222_Stirnschnitt.jpg&width=10000m&height=10000m&bodyTag=%3Cbody%20style%3D%22margin%3A0%3B%20background%3A%23fff%3B%22%3E&wrap=%3Ca%20href%3D%22javascript%3Aclose%28%29%3B%22%3E%20%7C%20%3C%2Fa%3E&md5=3a4da1957d3bd583a511bb5044efc2d8
  20. ^ "Drysdale Godzilla V-Twin". thekneeslider.com. Retrieved 26 September 2019.