クロスヘッド

機械工学において、クロスヘッド^[1]は、長い往復動エンジン（内燃機関または蒸気機関）や往復動コンプレッサー^[2]のスライダークランクリンク機構の一部として使用される機械ジョイントであり、ピストンへの横方向の力を排除する。また、クロスヘッドにより、コネクティングロッドがシリンダーの外側を自由に移動できる。このようなエンジンではボアとストロークの比が非常に小さいため、トランクエンジンのようにピストンがコネクティングロッドに直接取り付けられていると、コネクティングロッドがシリンダー壁にぶつかり、エンジンの回転が妨げられる。したがって、クロスヘッドの縦方向の寸法は、エンジンのストロークに合わせる必要がある。

小型エンジンでは、コネクティングロッドがピストンとクランクシャフトを直接連結していますが、クランクピン（および力が適用される方向）がクランクの回転運動とともに左右に動くため、ピストンに横方向の力が伝わります。これらの横方向の力は小型エンジンでは許容できます。大型エンジンのはるかに大きな力は、ピストンとシリンダーに耐えられないほどの摩耗を引き起こし、エンジン全体の摩擦を増加させます。

ピストンロッドはピストンに取り付けられ、ピストンをクロスヘッドに連結します。クロスヘッドはクロスヘッドガイド(英: slidebar ) 内でスライドする大きな鋳物で、ピストンの移動と同じ方向にのみ移動できます。クロスヘッドには、コネクティングロッドの小端が回転するガジョンピン(米: wristpin ) も収納されています。このようにして、横方向の力はピストン自体ではなく、クロスヘッドとそのベアリングにのみ適用されます。

クロスヘッドを使用する内燃機関は、ピストンを簡単に取り外すことができるため、エンジン上部のメンテナンスが容易になります。複動式エンジンでは、ピストンロッドはピストンの下側に取り付けられ、1 つのナットでクロスヘッドに接続されます。大型の 2 ストローク船舶ディーゼル エンジンは通常このパターンです。クロスヘッドは複動式ディーゼル エンジンに不可欠です ( H クラス戦艦: 12 MAN 複動式 2 ストローク 9 気筒ディーゼルも参照)。大型ディーゼルでは、クロスヘッドに直接取り付けられたプランジャー オイル ポンプが使用されることが多く、クロスヘッド ベアリングに高圧のオイルを供給します。

蒸気エンジンの場合、エンジンを複動式にするにはクロスヘッドが不可欠です。蒸気はピストンの両側に供給されるため、ピストンロッドの周囲にシールが必要です。例外は、複動式でありながらクロスヘッドを持たない 振動シリンダー蒸気エンジンです。

ジェームズ・ワットが設計したような初期の複動式蒸気機関は、ガイドレールの製造が困難であったため、平行移動リンク機構に依存していました。クロスヘッドは、ガイドの製造に適したプレーナーの導入によって可能になりました。 ^[3]

蒸気機関車のクロスヘッドは、クロスヘッドの上に取り付けられた 1 つのガイドに取り付けることも、上下に 1 つずつ、合計 2 つのガイドに取り付けることもできます ( 「ジョー」が 2 つあるため、アリゲーター クロスヘッドと呼ばれます)。前者は、多くの最新の機関車で好まれました。

19 世紀の多くの船舶用蒸気エンジンでは、クロスヘッドはピストンロッドに垂直に取り付けられた強力な金属棒であり、スティープルエンジンのように横方向の力を排除するために使用されることもあれば、サイドレバーエンジンのサイドロッドやスクエアエンジンのコネクティングロッドへのリンクとして使用されることもありました。

• クロスヘッドピストン
• [1]ピストンの横方向の力が除去される

ウィキメディア・コモンズには、蒸気機関のクロスヘッドに関連するメディアがあります。

ウィキメディア・コモンズには、クロスヘッドピストンに関連するメディアがあります。