JP2006083945A - Railroad vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車軸支持機構に関し、詳しくは、輪座に車輪を嵌合した車軸の軸端部を軸箱に回転可能に支承する複列円錐ころ軸受の転動体を潤滑油で油浴させる車軸支持機構に関する。 The present invention relates to an axle support mechanism for a railway vehicle, and more specifically, lubricates a rolling element of a double row tapered roller bearing that rotatably supports an axle end portion of an axle having a wheel fitted to a wheel seat on an axle box. The present invention relates to an axle support mechanism for bathing.
近年、新幹線等の高速鉄道車両の車軸支持機構では、車軸を支承する軸受に、走行安定性の観点から左右方向の隙間を小さくできる複列円錐ころ軸受が採用されており、該複列円錐ころ軸受の転動体を潤滑する方式として潤滑油で油浴させるものがある(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, in the axle support mechanism of a high-speed railway vehicle such as a Shinkansen, a double-row tapered roller bearing that can reduce a gap in the left-right direction from the viewpoint of running stability has been adopted as a bearing that supports the axle. As a method of lubricating the rolling elements of the bearing, there is a method in which an oil bath is used with a lubricating oil (see, for example, Patent Document 1).
すなわち、図10に例示されるように、車軸1は、通常両端部に軸端側からジャーナル1e、ちりよけ座1d、輪座1cが順に形成されていて、ジャーナル1eに嵌合した複列円錐ころ軸受3を介して軸箱4に支承されている。この支承部の機構は、前記車軸1のジャーナル1eに外嵌した前記軸受3の内輪3aの軸端側と反軸端側とを、軸端側に固定した軸受押さえ5と前記ジャーナル1eの反軸端側のちりよけ座1dに固定した油切り6とで位置決めし、前記軸箱4に内嵌した前記軸受3の外輪3bの軸端側と反軸端側とを、前記軸箱4の軸端側に形成された鍔部4aと前記軸箱4のちりよけ座側端部4bに固定した後蓋7の軸受押さえ部7aとで位置決めし、該後蓋7の輪座側端部7hと前記油切り6との間にラビリンスシール8を形成し、前記後蓋7の軸受押さえ部7aの内周面の前記ラビリンスシール寄りに嵌合させたオイルシール9のリップ部9aを前記油切り6の外周面に摺接し、前記軸箱4の下部内面に軸受潤滑油の油溜め10を凹設し、前記軸箱4の軸端部4cを前蓋11で塞いでいる。
That is, as illustrated in FIG. 10, the
そして、前記複列円錐ころ軸受3の回転時に転動体3cを油浴させるために、前記油溜め10から前記転動体3cを油浴して油溜め10に循環する潤滑油の流路を、前記軸受3と前記前蓋11との間に画成される前蓋側環状流路部12と、前記軸受3と前記オイルシール9との間に画成される後蓋側環状流路部13と、前記鍔部4aの下部に形成した前記油溜め10と前記前蓋側環状流路部12とを連通する凹溝状の前蓋側流路部4dと、前記軸箱4の後蓋側の下部に形成した前記油溜め10と前記後蓋側環状流路部13とを連通する凹溝状の後蓋側流路部4eと、前記軸受押さえ部7aの下部を切り欠いて前記後蓋側流路部4eと前記後蓋側環状流路部13とを連通する切り欠き流路部7dとで構成している。
Then, in order to oil bath the
前記油溜め10には、前記転動体3cのピッチ円直径付近に油面Fが位置するように潤滑油が溜められており、前記軸受3の回転に伴って、前記外輪3bの下部中央部分に形成された供給孔3fから潤滑油が内輪3a及び転動体3cによって上方へ運ばれ、転動体3cの小径側から大径側、すなわち、軸受3の中央部分から外側へ潤滑油が流れて転動体3cを潤滑し、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13とから前記油溜め10に循環する。
ところが、上述の構造は、輪座1cに圧入嵌合されている車輪をジャーナル1e側へ移動(約50mm)させて、車軸1の探傷検査を行うことを対象として設計されたものであるため、後蓋7と輪座1cに圧入嵌合されている車輪との間に車輪を移動させる間隙を大きく採らなければならなかった。したがって、軸箱4の車体幅方向の長さが、例えば、軸受3の車体幅方向中央部C1から軸箱4の車外側端までの長さが105mmであるのに対し、前記中央部C1から軸箱4の車内側端までの長さが97.5mmしか確保できず、前記ラビリンスシール8が前記車軸1のちりよけ座1dの輪座側の外周に位置し、これにより、前記後蓋7のオイルシール9の嵌合位置と前記油切り6のオイルシール9のリップ部9aの摺接位置とが、前記車軸1のちりよけ座1dのジャーナル側外周に位置せざるを得なかった。したがって、前記前蓋側環状流路部12に比べて前記後蓋側環状流路部13の容積が小さくなる。上述の構造では、前記前蓋側環状流路部12の容積を1とすると、前記後蓋側環状流路部13の容積は0.4程度である。
However, the above-described structure is designed to perform a flaw detection inspection of the
このように、前記後蓋側環状流路部13の容積が小さいと、軸受の回転数を高くした場合に、前記後蓋側環状流路部13を流れる潤滑油の流れが滞りやすくなり、潤滑油の温度上昇を招く。潤滑油の温度が高くなることは、実車において安全上の温度管理から非常に重要な事柄である。また、油温の上昇が限界を超えると、スラッジと呼ばれる不溶解物質が潤滑油中に大量に生成され、オイルシール9に噛み込まれ、油漏れの原因となる。このため、走行中の潤滑油温度には使用限界があり、走行速度の向上に大きな障害となっていた。
Thus, if the volume of the rear cover side annular
しかしながら、その後、車軸に軸方向の貫通孔を形成した中空車軸が開発され、探傷検査技術の向上によって、車輪を輪座から軸箱側へ移動させなくても車軸探傷検査が貫通孔からの非破壊検査で可能となった。 However, after that, a hollow axle having an axial through hole formed in the axle was developed, and by improving the flaw detection inspection technology, the axle flaw inspection can be carried out from the through hole without moving the wheel from the wheel seat to the axle box side. Made possible by destructive inspection.
そこで本発明は、この点に着目し、軸箱のちりよけ座側端部を輪座側へ延長して、軸箱の車体幅方向の長さを確保するとともにオイルシールの配置位置を改善して、後蓋側環状流路部の容積を大きくすることにより、後蓋側環状流路部を流れる潤滑油の温度上昇を抑えて、走行速度の向上に大幅に寄与することができる鉄道車両の車軸支持機構を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention pays attention to this point and extends the end portion of the axle box toward the wheel seat side to secure the length of the axle box in the vehicle body width direction and improve the position of the oil seal. Thus, by increasing the volume of the rear lid side annular flow passage portion, the rail vehicle can greatly contribute to the improvement of traveling speed by suppressing the temperature rise of the lubricating oil flowing through the rear lid side annular flow passage portion. The purpose of this invention is to provide an axle support mechanism.
上記した目的を達成するため、本発明は、輪座1cに車輪2を嵌合した車軸1の軸端部を複列円錐ころ軸受3を介して軸箱4に支承する鉄道車両の車軸支持機構であって、前記車軸1のジャーナル1eに外嵌した前記軸受3の内輪3aの軸端側と反軸端側とを、軸端側に固定した軸受押さえ5と前記ジャーナル1eの反軸端側のちりよけ座1bに固定した油切り6とで位置決めし、前記軸箱4に内嵌した前記軸受3の外輪3bの軸端側と反軸端側とを、前記軸箱4の軸端側に形成された鍔部4aと前記軸箱4のちりよけ座側端部4bに固定した後蓋7の軸受押さえ部7aとで位置決めし、該後蓋7の輪座側端部7hと前記油切り6との間にラビリンスシール8を形成し、前記後蓋7の軸受押さえ部7aの内周面の前記ラビリンスシール寄りに嵌合させたオイルシール9のリップ部9aを前記油切り6の外周面に摺接し、前記軸箱4の下部内面に軸受潤滑油の油溜め10を凹設し、前記軸箱4の軸端部4cを前蓋11で塞ぎ、前記軸受3の回転時に前記油溜め10から前記軸受3の転動体3cを油浴して油溜め10に循環する潤滑油の流路を、前記軸受3と前記前蓋11との間に画成される前蓋側環状流路部12と、前記軸受3と前記オイルシール9との間に画成される後蓋側環状流路部13と、前記鍔部4aの下部に形成した前記油溜め10と前蓋側環状流路部12とを連通する凹溝状の前蓋側流路部4dと、前記軸箱4の後蓋側の下部に形成した前記油溜め10と前記後蓋側環状流路部13とを連通する凹溝状の後蓋側流路部4eと、前記軸受押さえ部7aの下部を切り欠いて前記後蓋側流路部4eと前記後蓋側環状流路部13とを連通する切り欠き流路部7dとで構成した車軸支持機構を有する鉄道車両において、前記軸箱4のちりよけ座側端部4bを前記輪座方向へ延長するとともに、前記後蓋7の軸受押さえ部7aと輪座側端部7hとを前記車軸1の軸線方向に延長して、前記ラビリンスシール8を前記輪座1cに近接させ、前記後蓋7の前記オイルシール9の嵌合位置7gと前記油切り6の前記オイルシール9のリップ部9aの摺接位置6dとを前記ちりよけ座1dの輪座側外周に位置させ、前記後蓋側環状流路部13の容積を従来よりも大幅に拡張させたことを特徴としている。また、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13との容積比は、1:0.7から1:1.3程度が好ましい。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an axle support mechanism for a railway vehicle in which a shaft end portion of an
以上説明したように、本発明は、後蓋側環状流路部の容積を従来よりも大幅に拡張することにより、後蓋側環状流路部を流れる潤滑油の温度上昇を抑え、スラッジの生成を低減して、オイルシールのシール性を確保できるから、走行速度の向上に大幅に寄与することができる。 As described above, according to the present invention, the volume of the rear lid-side annular flow passage portion is greatly expanded as compared with the conventional case, thereby suppressing the temperature rise of the lubricating oil flowing through the rear lid-side annular flow passage portion, and generating sludge. And the sealing performance of the oil seal can be secured, which can greatly contribute to the improvement of the traveling speed.
以下、本発明を図面に示される実施形態例に基づいて説明する。なお、前記背景技術に記載した各部品と同一要素には同一の符号を付して説明する。軸箱4は、その内部に装着される複列円錐ころ軸受3を介して車軸1を回転可能に支承し、前記車軸1の軸端側を前蓋11で塞ぎ、反軸端側をリング状の後蓋7で塞いでいる。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same element as each component described in the said background art. The
前記車軸1は、軸方向の貫通孔1aを形成し、該貫通孔1aを軸端プラグ1bで塞いだ中空車軸で、車輪2を輪座1cに圧入嵌合し、該輪座1cの軸端側に形成されたちりよけ座1dに油切り6を圧入固定し、該ちりよけ座1dの軸端側に形成されたジャーナル1eに前記軸受3の内輪3aを外嵌して内輪3aの反軸端側を前記油切り6にて位置決めし、前記ジャーナル1eの軸端側に形成されたネジ部1fに螺着された軸受押さえ5にて内輪3aの軸端側を位置決めする。前記軸受押さえ5は、前記ネジ部1fの軸端側にスプライン嵌合する回り止めリング20とボルト21で結合することにより回り止めされて固定される。
The
前記複列円錐ころ軸受3は、前記内輪3aと外輪3bとの間に転動体3cとして小径側を中央に向けた複列円錐ころを配設し、各転動体3cを等間隔に保持器3dで保持し、前記外輪3bの下部中央部分に潤滑油の供給孔3fを形成している。
In the double row tapered roller bearing 3, double row tapered rollers having a small diameter side toward the center are disposed as
前記軸箱4は、前記外輪3bを内嵌し、車両外側となる軸端側に形成された鍔部4aにて前記外輪3bの軸端側を位置決めし、車両内側となる反軸端側となるちりよけ座側端部4bに固定される後蓋7の軸受押さえ部7aにて前記外輪3bの反軸端側を位置決めする。この軸箱4は、ちりよけ座側端部4bを従来よりも前記輪座方向へ延長して形成されている。例えば、本実施形態例では、前記軸受3の車体幅方向中央部C1から軸箱4の軸端側の端部4cまでの寸法が105mmであるのに対し、前記中央部C1から前記ちりよけ座側端部4bまでの寸法が100mmに形成されている。
The
また、軸箱4には、前記鍔部4aが軸端側に前記前蓋11の嵌合代を残して形成され、該鍔部4aのちりよけ座側の下部内面に、軸受潤滑油の油溜め10となる凹部が凹設されている。該油溜め10の軸端側に前記鍔部4aの下部を凹溝状に切り欠いた前蓋側流路部4dが形成されるとともに、反軸端側の下部の中央に凹溝状に切り欠いた第1後蓋側流路部4eが形成され、該第1後蓋側流路部4eを挟んで第2後蓋側流路部4fと第3後蓋側流路部4gとが形成されている。前記油溜め10の底部には、油抜き孔4hが設けられ、該油抜き孔4hには、磁気栓22が螺着されている。さらに、軸箱4には、軸端側外周に前記前蓋11を取り付ける前蓋用フランジ部4iが、反軸端側外周に前記後蓋7を取り付ける後蓋用フランジ部4jがそれぞれ形成されている。
Further, the
前記後蓋7は、前記軸箱4のちりよけ座側端部4bに内嵌される前記軸受押さえ部7aと、前記後蓋用フランジ部4hにボルト23にて取り付けられるフランジ部7bと、該フランジ部7bの反軸端側で前記油切り6との間にラビリンスシール8を形成する蓋部7cとで構成されている。前記軸受押さえ部7aは、前記前記軸箱4のちりよけ座側の端部4bが前記輪座方向へ延長して形成されていることから、軸端側の端部を前記車軸1の軸線方向に従来よりも延長して形成されている。この軸受押さえ部7aの下部には、前記第1後蓋側流路部4eに対応する第1切り欠き流路部7dが中央部分に切り欠き形成されるとともに、該第1切り欠き流路部7dを挟んで、前記第2後蓋側流路部4fに対応する第2切り欠き流路部7eと、前記第3後蓋側流路部4gに対応する第3切り欠き流路部7fとが形成されている。前記フランジ部7bの内周には、オイルシール9の嵌合部7gが形成されている。前記蓋部7cは、前記フランジ部7bの反軸端側に輪座側端部7hを前記車軸1の軸線方向に従来よりも延長して、前記ちりよけ座1bと前記輪座1cの中間部分の中径部1g外周に形成され、該蓋部7cの内周に前記ラビリンスシール8を形成するシール部7iが設けられている。
The
前記油切り6は、前記ちりよけ座1bの軸端側から前記輪座1cの軸端側に亘って外嵌される筒状体で、軸端側の小径部6aと該小径部6aの輪座側の中径部6bと、該中径部6bの輪座側のシール部6cとで構成されている。前記小径部6aは、前記ちりよけ座1bの軸端側からちりよけ座1bの輪座側の略中間部分の外周に亘って形成され、前記中径部6bは、ちりよけ座1bの略中間部分から前記中径部1gの外周に亘って形成され、前記シール部6cは、前記蓋部7cのシール部7iに対応して、前記ちりよけ座1bよりも前記輪座1c側の前記中径部1gの外周に形成されている。これにより、前記ラビリンスシール8は、従来よりも前記輪座1cに近接して形成されることになる。
The
前記オイルシール9は、リップ部9aと仕切り板9bとを有し、前記後蓋7の嵌合部7gに嵌合されて前記リップ部9aを前記油切り6の中径部6bに摺接している。このオイルシール9は、前記したように、前記後蓋7の嵌合部7gが前記フランジ部7bの内周に形成されていることから、その嵌合位置は、前記ちりよけ座1bの輪座側外周位置になり、また、前記油切り6の中径部6bがちりよけ座1bの略中間部分から前記中径部1gの外周に亘って形成されていることから、リップ部9aの摺接位置が前記ちりよけ座1bの輪座側外周に位置することなる。
The oil seal 9 has a
前記前蓋11は、前記軸箱4の軸端部4cに内嵌される嵌合部11aと、前記軸箱4の前蓋用フランジ部4iにボルトにて取り付けられるフランジ部11bと、前記軸箱4の軸端部4cの開口を塞ぐ蓋部11cと、該蓋部11cの車軸端部分に開口する開口部11dと、前記前蓋用フランジ部11bの内周部分に設けられた仕切り鍔部11eとを備えている。前記開口部11dは、ゴムキャップ24にて閉塞される。また、前記フランジ部11bの上部には、台車枠25との間にダンパ26を連結するアーム11fが連設されている。前記仕切り鍔部11eの下部は、前記油溜め10の予備室10aとなるように切り欠かれている。
The
前記複列円錐ころ軸受3と前記前蓋11の仕切り鍔部11eとの間には、前蓋側環状流路部12が画成され、また、前記複列円錐ころ軸受3と前記オイルシール9との間には、後蓋側環状流路部13が画成されている。前記前蓋側環状流路部12は、前記前蓋側流路部4dを介して前記油溜め10に連通し、前記後蓋側環状流路部13は、前記第1切り欠き流路部7d、前記第2切り欠き流路部7e及び前記第3切り欠き流路部7fと、前記後蓋側第1流路部4e、後蓋側第2流路部4f及び後蓋側第3流路部4gとを介して前記油溜め10に連通している。
Between the double row tapered
前記後蓋側環状流路部13は、前述したように、従来の構造よりも容積が拡張されている。すなわち、前記軸箱4のちりよけ座側の端部4bを前記輪座方向へ延長したこと、前記後蓋7の軸受押さえ部7aと輪座側端部7bとを前記車軸1の軸線方向に延長して、前記ラビリンスシール8を前記輪座1cに近接させたこと、前記後蓋7の前記オイルシール9の嵌合位置7dと前記油切り6の前記オイルシール9のリップ部9aの摺接位置6aとを前記ちりよけ座1bの輪座側外周に位置させたことにより容積が拡張されている。また、前記油溜め10の後蓋側に前記第1〜第3後蓋側流路部4e,4f,4gを形成したこと、前記後蓋7に前記第1〜第3切り欠き流路部7d,7e,7fを形成したことにより、前記後蓋側環状流路部13と前記油溜め10間の連通状態も従来の構造よりも改善され、大量の潤滑油が前記後蓋側環状流路部13から前記油溜め10に流れる。前記油溜め10には、前記転動体3cのピッチ円直径付近に油面Fが位置するように潤滑油が溜められている。
As described above, the rear lid-side annular
なお、上述の構成であっても、前記後蓋7の輪座側端部7hと前記輪座1cに嵌合された車輪2との間に、前記軸受3を軸端方向に引き抜くための治具の挿入は可能であり、また、前記輪座1cに嵌合された車輪2を軸端方向に30mm移動可能であるから、前記輪座1cの目視による探傷検査も可能である。
Even in the above-described configuration, the
この構成により、前記車軸1が回転すると、前記油溜め10の潤滑油は、前記軸受3の回転に伴って前記外輪3bの供給孔3dから内輪3a及び転動体3cによって上方へ運ばれ、転動体3cの小径側から大径側、すなわち、軸受3の中央部分から外側へ潤滑油が流れて転動体3cを潤滑し、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13とから前記油溜め8に循環する。この際に、上述したように、前記後蓋側環状流路部13の容積が拡張していることから、該後蓋側環状流路部13を流れる潤滑油が滞らず、潤滑油の温度上昇を抑えることができるとともに、スラッジの生成を少なくできる。
With this configuration, when the
本実施形態例では、前記軸箱4のちりよけ座側の端部4bを前記輪座方向へ延長するとともに、前記オイルシール9の嵌合位置及び摺接位置を前記ちりよけ座1bの輪座側外周に位置させたことにより、前記後蓋側環状流路部13の容積が従来に比べて大幅に拡張し、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13の容積比は、1:0.9程度となった。
In this embodiment, the
本出願人が実施した台上回転試験では、時速305km相当の回転数では、図9に示されるように、軸箱4の温度は、前蓋側よりも後蓋側のほうが低かった。これは、前記後蓋側環状流路部13から前記油溜め10へ循環する潤滑油の流量が従来より増加し、後蓋側環状流路部13を流れる潤滑油が滞らないため、後蓋側環状流路部13を流れる潤滑油の温度が前記前蓋側環状流路部12を流れる潤滑油の温度よりも低いことに起因するものであることは明らかである。この検査結果から、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13の容積比が1:0.7程度でも、軸箱4の温度は前蓋側と後蓋側とが略同温になると推測できる。また、前記後蓋7の輪座側端部7hと前記輪座1cに嵌合された車輪2との間に、前記軸受3を軸端方向に引き抜くための治具を挿入するスペースの確保を考慮すると、前記前蓋側環状流路部12と前記後蓋側環状流路部13の容積比を1:1.3程度にまで拡張可能である。
In the tabletop rotation test conducted by the present applicant, the temperature of the
1…車軸、1a…貫通孔、1c…輪座、1d…ちりよけ座、1e…ジャーナル、2…車輪、3…複列円錐ころ軸受、3a…内輪、3b…外輪、3c…転動体、4…軸箱、4a…鍔部、4b…ちりよけ座側端部、4c…軸端部、4d…前蓋側流路部、4e…第1後蓋側流路部、4f…第2後蓋側流路部、4g…第3後蓋側流路部、5…軸受押さえ、6…油切り、6d…油切り6のオイルシール摺接位置、7…後蓋、7a…軸受押さえ部、7d…第1切り欠き流路部、7e…第2切り欠き流路部、7f…第3切り欠き流路部、7g…オイルシール嵌合位置、8…ラビリンスシール、9…オイルシール、9a…オイルシール9のリップ部、10…油溜め、11…前蓋、12…前蓋側環状流路部、13…後蓋側環状流路部
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