JP2006300130A - 軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内輪と軸との干渉による軸痕の発生を有効に回避することができる軸受構造を提供する。
【解決手段】 軸と内輪１２と当接部材としての後蓋１７とを備える軸受構造において、内輪１２の端面に対向する後蓋１７の端面は、その径方向内側に内輪１２の端面に接触する接触部１７ａと、その径方向外側に接触部１７ａから軸方向に後退した位置に軸受内輪１２の端面と接触しない非接触部１７ｂとを備える。また、内輪１２の内径寸法ｄ_１と、接触部１７ａ上端の径方向寸法Ｄ_１とは、Ｄ_１／ｄ_１≧１．１の関係を有し、非接触部１７ｂの上端での内輪１２と後蓋１７との軸方向間隔δ_１は、δ_１≧０．５ｍｍである。
【選択図】 図５

Description

この発明は、軸受構造、特に、大きな曲げモーメントが作用する軸を支持する軸受構造に関するものである。

従来、鉄道車両用車軸を支持する軸受としては、図１に示すような複列円筒ころ軸受および背面組み合わせ（以下、「外向き形」という）の複列円錐ころ軸受が用いられることが多い。

図１を参照して、鉄道車両用の車軸１０を支持する複列円錐ころ軸受１は、２つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪２と、外輪３と、内輪２および外輪３の間に複列に配置された円錐ころ４と、円錐ころ４の間隔を保持する保持器５と、両端面を密封する密封シール６とを備える。

また、図２は、図１の突合部Ｐにおける内輪部材の一方側を拡大した図である。図２に示すように、内輪２の内径面は、その中央部に車軸１０に嵌合する嵌合部２ａと、その外縁部に挿入案内部２ｂと、嵌合部２ａおよび挿入案内部２ｂの境界部に稜線部２ｃとを有する。

鉄道車両用の車軸１０は、鉄道の運転中に大きな荷重が作用することによって、車軸１０が回転軸線に対して垂直方向に撓みながら回転するいわゆるベンディングが発生する。このとき、車軸１０と車軸を支持する複列円錐ころ軸受１の内輪２との間で起こる微小滑り（以下、「フレッティング」という）によって、車軸１０の外周面に傷を生じる（以下、「軸痕」という）という問題がある。

車軸１０にベンディングが発生した場合、例えば、図１に示すように車軸１０の上側が凸状に撓んで引張応力を受け、下側が凹状に撓んで圧縮応力を受ける場合、Ｐ部で車軸１０と稜線部２ｃとの間でフレッティングが発生して、車軸１０の外周面１０ａに摩耗や軸痕を生じる恐れがある。そして、軸痕には応力集中が起こり、車軸折損等の重大事故を引き起こす可能性がある。

そこで、突合部Ｐでの軸痕の発生を防止するために、例えば、特開２００４−８４９３８号公報（特許文献１）に記載されているように、内輪２の突合面の肩部２ｄを切り取ることによって、稜線部２ｃの面圧を低減する方法が知られている。
特開２００４−８４９３８号公報（段落番号００１４等）

図３は、図１に示す複列円錐ころ軸受１のＱ部周辺の拡大図である。これによると、内輪２は、後蓋７の端面全域と当接しているので、複列円錐ころ軸受１の変位は後蓋７によって規制されることとなる。

これは、車軸１０がラジアル方向に撓んだ場合、車軸１０の変形に複列円錐ころ軸受１が追従できず、稜線部２ｃの接触面圧が増大する原因となる。また、内輪２の突合面の肩部２ｄを薄肉化しただけでは、面圧低減効果は不十分である。したがって、稜線部２ｃと車軸１０とのフレッティングによる摩耗や軸痕の発生の問題は依然として残っているといえる。また、この問題は、内輪２と油きり８との接触部分にも起こり得る。

そこで、本発明の目的は、内輪と軸との間のフレッティングによる摩耗および軸痕の発生を有効に回避することができる軸受構造を提供することである。

この発明に係る軸受構造は、軸と、軸に嵌合する軸受内輪と、軸受内輪の端面に当接し、軸に嵌合する当接部材とを備え、当接部材の端面は、その径方向内側に軸受内輪の端面と接触する接触部と、その径方向外側に接触部から軸方向に後退した位置に軸受内輪の端面と接触しない非接触部とを有する。そして、軸受内輪の端面の径方向幅ｗ_１と、接触部の径方向幅ｗ_２は、ｗ_２／ｗ_１≦０．５の関係を有する。

上記構成とすることにより、軸受内輪が当接部材に規制されずにある程度変位可能となるので、軸が撓んだ場合でも、軸と軸受内輪との接触部分の接触面圧の増大を抑制することができる。その結果、フレッティングによる摩耗や軸痕の発生を抑制することができる。

好ましくは、軸受内輪の内径寸法ｄと、接触部上端の径方向寸法Ｄとは、Ｄ／ｄ≧１．１の関係を有するのがよい。非接触部の面積を大きくすることにより軸受内輪の変位幅が大きくなるので、軸の撓み量が大きくなった場合でも、軸と軸受内輪との接触面圧の増大を抑制することが可能となる。

しかし、非接触部の面積の増大に比例して接触部の面積は小さくなるので、軸受内輪と当接部材との接触面圧が過大となり、両部材間での摩耗等が懸念される。そこで、軸受内輪の内径寸法ｄと、接触部上端の径方向寸法Ｄとの寸法関係を、Ｄ／ｄ≧１．１とすることにより、上記の問題を解消することができる。

好ましくは、非接触部の上端での軸受内輪と当接部材との軸方向間隔は、０．５ｍｍ以上であるとよい。これにより、軸の撓みに追従して軸受内輪が変位した場合でも、当接部材との接触を避けることができる。

非接触部の端面は、例えば、接触部の端面と平行である。これにより、旋盤等により容易に非接触部を加工することができる。

好ましくは、接触部は、軸受内輪と当接部材とが異質部材を挟んで接触するとよい。また、異質部材は、内輪および当接部材と比較して硬度が低いことが好ましい。内輪および当接部材の間に両部材と比較して高度の低い異質部材を挟むことにより、接触面圧が増大した場合でも両部材間のフレッティングによる摩耗等を抑制することができる。

この発明は、軸の撓みに追従して軸受が変位可能であるので、内輪内径面の稜線部の面圧を低減することができ、稜線部が軸に干渉した場合でも軸痕の発生を防止できる軸受構造を得ることができる。

図４を参照して、この発明の一実施形態に係る軸受構造を説明する。

図４に示す軸受構造は、鉄道車両用の車軸２０を支持する複列円錐ころ軸受１１と、複列円錐ころ軸受１１に当接し、車軸２０に固定される当接部材としての後蓋１７および油きり１８とを備える。

複列円錐ころ軸受１１は、２つの内輪部材の小径側端部を突き合わせた内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間に複列に配置された円錐ころ１４と、円錐ころ１４の間隔を保持する保持器１５と、軸受の両端を密封する密封シール１６を備え、円錐ころ１４の小径側端部を突き合わせた外向き形軸受である。

また、図５は、図４のＲ部周辺の拡大図であるが、内輪１２の端面に対向する後蓋１７の端面は、その径方向内側に内輪１２の端面に接触する接触部１７ａと、その径方向外側に接触部１７ａから軸方向に後退した位置に軸受内輪１２の端面と接触しない非接触部１７ｂとを備える。そして、内輪１２の端面の径方向幅ｗ_１と、接触部１７ａの径方向幅ｗ_２は、ｗ_２／ｗ_１≦０．５の関係を有する。

上記構成とすることにより、内輪１２が後蓋１７に規制されずにある程度変位可能となるので、車軸２０が撓んだ場合でも、車軸２０と内輪１２との接触部分の接触面圧の増大を抑制することができる。その結果、フレッティングによる摩耗や軸痕の発生を抑制することができる。

また、図５に示すように、内輪１２の内径寸法ｄ_１と、接触部１７ａ上端の径方向寸法Ｄ_１とは、Ｄ_１／ｄ_１≧１．１の関係を有する。非接触部１７ｂの面積を大きくすると、内輪１２の変位幅が大きくなるので、軸２０の撓み量が大きくなった場合でも、軸２０と内輪１２との接触面圧の増大を抑制することが可能となる。

しかし、非接触部１７ｂの面積の増大に比例して接触部１７ａの面積は小さくなるので、内輪１２と後蓋１７との接触面圧が過大となり、両部材間での摩耗等が懸念される。そこで、内輪１２の内径寸法ｄ_１と、接触部１７ａ上端の径方向寸法Ｄ_１との寸法関係を、Ｄ_１／ｄ_１≧１．１とすることにより、上記の問題を解消することができる。

さらに、非接触部１７ｂの上端での内輪１２と後蓋１７との軸方向間隔δ_１は、δ_１≧０．５ｍｍである。これにより、車軸２０の撓みに追従して内輪１２が変位した場合でも、後蓋１７との接触を避けることができる。

非接触部１７ｂの端面は、図５に示すように接触部１７ａの端面と平行である。この非接触部１７ａは、旋盤等により容易に加工することができる点で有利である。しかし、車軸２０が大きく撓んだ場合、内輪１２の端面が非接触部１７ｂの角部１７ｃと接触する可能性がある。この場合、接触部分の接触面圧は非常に高くなるため、内輪１２の端面に摩耗等が生じる恐れがある。

そこで、図６に示すように、内輪２２と後蓋２７の接触部２７ａを平坦面とし、非接触部２７ｂを径方向外側に向かって広がる円錐形状とすることとしてもよい。または、図７に示すように、内輪３２と後蓋３７の接触部３７ａを平坦面とし、非接触部３７ｂを凸状球面形状とすることとしてもよい。図６および図７のいずれの実施形態においても、内輪端面と非接触部とが接触した場合でも、接触部分の接触面圧が小さいので内輪端面の摩耗等を抑制することができる。

なお、図６および図７の実施形態においては、非接触部での内輪と後蓋との軸方向間隔が一定ではないが、非接触部上端部で、それぞれ、δ_２≧０．５ｍｍおよびδ_３≧０．５ｍｍを満たすことが望ましい。また、内輪の端面の径方向幅と接触部の径方向幅との比、および、内輪の内径寸法と接触部上端の径方向寸法との比は、図５に示す実施形態と同様である。

図１〜図３に示すような従来の軸受構造と、図４および図５に示すような本発明の一実施形態に係る軸受構造とで、本発明の効果を確認する試験を行ったところ、表１に示すような結果を得た。

これによると、従来品では、内輪２の小径側稜線部２ｃに対応する車軸表面１０ａで軸痕の発生が確認された。一方、本件発明品では、１０００時間を超えても軸痕の発生はなかった。以上の結果から、本発明はフレッティングによる摩耗や軸痕の発生を抑制することができることが確認された。

さらに、接触部では、内輪と後蓋とが異質部材を挟んで接触するとよい。ここで、異質部材には、内輪および後蓋と比較して、硬度の低い材料を使用するとよい。例えば、銅合金等の軟質金属、または、自己潤滑性を有するフッ素樹脂等の樹脂、さらには、含有合金の焼結材等の多孔質材等を用いるとよい。これにより、軸受内輪と当接部材との接触面圧が増大した場合でも、両部材間のフレッティングによる摩耗等を抑制することができる。

上記実施形態では、複列円錐ころ軸受にこの発明を適用した例を示したが、これに限ることなく、４点接触玉軸受、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受、流体潤滑軸受等、転がり軸受であるかすべり軸受であるかを問わず適用することができる。

また、上記実施形態では、内輪と後蓋との当接部分に接触部と非接触部を設けた例を示したが、内輪と油きりとの当接部分にも適用可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、鉄道車両用の車軸等、大きな曲げモーメントが作用する軸を支持する軸受構造に有利に利用される。

鉄道車両用の車軸を支持する複列円錐ころ軸受を示す図である。 図１に示す軸受構造のＰ部周辺の拡大図である。 図１に示す軸受構造のＱ部周辺の拡大図である。 この発明の一実施形態に係る軸受構造を示す図である。 図４のＲ部周辺の拡大断面図を示す図であって、接触部の端面と非接触部の端面とが平行に形成されている状態を示す図である。 図４のＲ部周辺の拡大断面図を示す図であって、非接触部の端面が円錐形状である状態を示す図である。 図４のＲ部周辺の拡大断面図を示す図であって、非接触部の端面が曲面形状である状態を示す図である。

符号の説明

１，１１ 複列円錐ころ軸受、２，１２，２２，３２ 内輪、２ａ 嵌合部、２ｂ挿入案内部、２ｃ 稜線部、２ｄ，１７ｃ 角部、３，１３ 外輪、４，１４ 円錐ころ、５，１５ 保持器、６，１６ 密封シール、１０，２０ 軸、７，１７ 後蓋、８，１８ 油きり、１７ａ，２７ａ，３７ａ 接触部、１７ｂ，２７ｂ，３７ｂ 非接触部。

Claims (6)

1. 軸と、
   前記軸に嵌合する軸受内輪と、
   前記軸受内輪の端面に当接し、前記軸に嵌合する当接部材とを備え、
   前記当接部材の端面は、その径方向内側に前記軸受内輪の端面と接触する接触部と、
   その径方向外側に前記接触部から軸方向に後退した位置に前記軸受内輪の端面と接触しない非接触部とを有し、
   前記軸受内輪の端面の径方向幅ｗ_１と、前記接触部の径方向幅ｗ_２は、
   ｗ_２／ｗ_１≦０．５
   の関係を有する、軸受構造。
2. 前記軸受内輪の内径寸法ｄと、
   前記接触部上端の径方向寸法Ｄとは、
   Ｄ／ｄ≧１．１
   の関係を有する、請求項１に記載の軸受構造。
3. 前記非接触部の上端での前記軸受内輪と前記当接部材との軸方向間隔は、０．５ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の軸受構造。
4. 前記非接触部の端面は、前記接触部の端面と平行である、請求項１〜３のいずれかに記載の軸受構造。
5. 前記接触部は、前記軸受内輪と前記当接部材とが異質部材を挟んで接触する、請求項１〜４のいずれかに記載の軸受構造。
6. 前記異質部材は、前記内輪および前記当接部材と比較して硬度が低い、請求項５に記載の軸受構造。

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