コネクティングロッドはピストンとクランクシャフトを連結し、ピストンに作用す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。
簡単な紹介
コネクティングロッドアセンブリは、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シェル、および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、ピストンピンによって伝達されるガス力と、ピストングループの揺動および往復運動する慣性力を負担します。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る必要があります。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、機械が完全に損傷する重大な事故につながります。剛性が不十分な場合は、ロッド本体の曲げ変形やコネクティングロッド大端の真円度が崩れ、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が発生します。
構造構成
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、ピストンピンに接続される部分をコネクティングロッド小端部、クランクシャフトに接続される部分をコネクティングロッド大端部、小端部と大端部を接続するロッド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ヘッドは、主に薄壁の円形リング構造です。ピストンピンとの摩耗を減らすために、薄壁の青銅ライナーが小ヘッドの穴に押し込まれています。小ヘッドとライナーに溝をドリルまたはミル加工して、飛散した油滴が潤滑ライナーとピストンピンの接合面に入るようにします。
コネクティングロッド本体は、運転中に大きな応力を受ける長い部材です。曲がりや変形を防ぐために、ロッド本体は十分な剛性を持っている必要があります。このため、自動車エンジンのコネクティングロッド本体のほとんどはI字型断面を採用しており、十分な剛性と強度を維持しながら質量を最小限に抑えることができます。高強度エンジンもH字型断面を使用しています。一部のエンジンでは、ピストンを冷却するためにコネクティングロッドの小ヘッドオイル注入を使用しており、ロッド本体に縦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に、コネクティングロッド本体と小端および大端との間の接続は、大きな円弧の滑らかな遷移を採用しています。
エンジンの振動を抑えるには、各シリンダーのコネクティングロッドの質量差を最小限の範囲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、通常はグラム単位で測定し、コネクティングロッドの大端と小端の質量に応じてグループ化します。同じエンジンには同じコネクティングロッドのセットが選択されます。
V字型エンジンでは、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、平行コネクティングロッド、フォーク型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種類のコネクティングロッドがあります。
主な被害形態
コネクティングロッドの主な損傷形態は、疲労破壊と過度の変形です。疲労破壊は通常、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、高強度と耐疲労性が求められます。また、十分な剛性と靭性も必要です。従来のコネクティングロッド加工技術では、一般的に45鋼、40Cr、または40MnB焼入れ焼戻し鋼などの材料が使用され、これらはより高い硬度を持っています。そのため、ドイツの自動車会社が製造する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鍛造鋼などの新しいコネクティングロッド材料が使用されています（すべてドイツのDIN規格です）。合金鋼は強度が高いですが、応力集中に敏感です。そのため、コネクティングロッドの形状と過度のフィレットには厳しい要件を課す必要があり、疲労強度を向上させるために表面処理品質にも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期待どおりの結果が得られない可能性があります。