JP2006316836A - 鉄道車両車軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速回転下においても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との間の焼付きを防止することができる構造の円錐ころ軸受を備えた鉄道車両用車軸支持構造を提供する。
【解決手段】 この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造は、軸と、円錐ころ軸受とを備える。円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間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、円錐ころ軸受１１の端部を密封する密封部材（図示せず）とを備える。内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心は、円錐ころ１４の有効長さの中央Ｘ−Ｘ´と、円錐ころ１４の有効長さの中央Ｘ−Ｘ´から円錐ころ１４の有効長さの１０％大端面側に移動した位置Ｙ−Ｙ´との範囲内にある。
【選択図】 図２

Description

この発明は、鉄道車両車軸支持構造、特に、高速回転する鉄道車両車軸の支持構造に関するものである。

従来、鉄道車両車軸を支持する軸受としては、例えば、特開２００４−３３２９０５号公報（特許文献１）に複列円錐ころ軸受が記載されている。

同公報に記載されている鉄道車両用の車軸１０を支持する円錐ころ軸受１は、図１に示すように、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。

複列円錐ころ軸受１は、ラジアル荷重と両方向のスラスト荷重を受けることができ、かつ、負荷容量が大きいことから、大きな荷重が負荷される鉄道車両車軸を支持する軸受として好適である。
特開２００４−３３２９０５号公報

上記公報に記載されているような円錐ころ軸受１は、内輪２および外輪３の軌道面と円錐ころ４の転動面とが、円錐ころ４の有効長さの中央部Ａ−Ａ´を中心に接触して回転している。

しかし、スラスト荷重等が負荷されること等により、内輪２および外輪３と円錐ころ４との接触中心が小端面側Ｂ−Ｂ´に偏ると、円錐ころ４のスキューが大きくなりやすい。さらに、近年の鉄道車両の高速化に伴い、鉄道車両車軸の高速回転によって、益々、円錐ころ４のスキューが大きくなることが考えられる。

円錐ころ４にスキューが発生すると、円錐ころ４の大端面と内輪２の大鍔面とでの接触部が移動し、接触楕円が欠ける恐れがある。接触楕円が欠けると、円錐ころ４の大端面と内輪２の大鍔面との間の接触面圧が高くなり、接触部分が焼付く可能性がある。

そこで、この発明の目的は、高速回転下においても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との間の焼付きを防止することができる構造の円錐ころ軸受を備えた鉄道車両用車軸支持構造を提供することである。

この発明に係る鉄道車両車軸支持構造は、軸と、軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを備える。円錐ころ軸受に注目すると、内輪と、外輪と、内輪および外輪の間に配置された円錐ころとを備え、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中心は、円錐ころの有効長さの中央と、円錐ころの有効長さの中央から円錐ころの有効長さの１０％大端面側に移動した位置との範囲内にあることを特徴とする。

円錐ころ軸受を上記構成とすることにより、円錐ころのスキューを抑制することができるので、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との間の焼付きを有効に防止することができる。その結果、３００ｋｍ／ｈを超える高速鉄道車両の車軸を支持する場合であっても、軸受の焼付き等に起因するトラブルの発生を防止することができる。

好ましくは、円錐ころは、その転動面の大端面側に第１クラウニングと、その転動面の小端面側に第２クラウニングとを備え、第１クラウニングの曲率半径Ｒｒ_１と、第２クラウニングの曲率半径Ｒｒ_２とは、Ｒｒ_１＞Ｒｒ_２の関係を有するとよい。

上記構成に代えて、または、上記構成と共に、内輪、および／または、外輪は、円錐ころの大端面側の軌道面に第１クラウニングと、円錐ころの小端面側の軌道面に第２クラウニングとを備え、第１クラウニングの曲率半径Ｒｉ_１と、第２クラウニングの曲率半径Ｒｉ_２とは、Ｒｉ_１＞Ｒｉ_２の関係を有することが好ましい。上記構成とすることにより、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中央が、曲率半径の大きい大端面側に移動することとなる。その結果、円錐ころのスキューが抑制される。

好ましくは、内輪の軌道面角度は、内輪と円錐ころとが、円錐ころの有効長さの中央で接触する標準軌道面角度より大きいとよい。また、外輪の軌道面角度は、外輪と円錐ころとが、円錐ころの有効長さの中央で接触する標準軌道面角度より小さいのが好ましい。

上記構成とすることにより、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中央が、ころ径の大きい大端面側に移動することとなる。その結果、円錐ころのスキューが抑制される。なお、本明細書中で「有効長さ」とは、円錐ころの全長から両端部の面取り部を引いた転動面の長さを指すものとする。また、「軌道面角度」とは、内外輪の軌道面の延長線と軸受回転軸線とがなす角度を指すものとする。

この発明は、円錐ころのスキューの発生を抑制することにより、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との間の焼付きを防止することができる円錐ころ軸受を備えた鉄道車両用車軸支持構造を得ることができる。

この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造は、軸と、図２に示すような円錐ころ軸受１１とを備える。円錐ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２および外輪１３の間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、円錐ころ軸受１１の端部を密封する密封部材（図示せず）とを備える。

内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心は、円錐ころ１４の有効長さの中央Ｘ−Ｘ´と、円錐ころ１４の有効長さの中央Ｘ−Ｘ´から円錐ころ１４の有効長さの１０％大端面側に移動した位置Ｙ−Ｙ´との範囲内にある。

上記構成のように、内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心を、Ｘ−Ｘ´より円錐ころ１４の大端面側に設定することにより、円錐ころ１４の大端面と、内輪１２の大鍔面との接触を良好に維持することができる。

その結果、円錐ころ１４のスキューの発生を抑制することができるので、円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との間の接触楕円が欠けることによる焼付きを防止することができる。これにより、３００ｋｍ／ｈを超える高速鉄道車両の車軸を支持する場合であっても、軸受の焼付きに起因するトラブルの発生を防止することができる。

一方、内外輪１２，１３と円錐ころ１４とが、Ｙ−Ｙ´より円錐ころ１４の大端面側で接触すると、円錐ころ１４の転動動作が円滑性を欠くようになり、円錐ころ軸受１１の焼付き防止効果を得ることができない。

そこで、円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との間の接触楕円が欠けることに伴う焼付きを防止するためには、内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心はＸ−Ｘ´とＹ−Ｙ´との間に設定することが望ましい。

次に、図３を参照して、図２に示すように内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心を、Ｘ−Ｘ´とＹ−Ｙ´との間に設定する方法を説明する。なお、図３は、図２のＸ−Ｘ´付近での円錐ころ１４の転動面の拡大図である。

円錐ころ１４は、その転動面の大端面側に第１クラウニング１４ａと、その転動面の小端面側に第２クラウニング１４ｂとを備え、第１クラウニングの曲率半径Ｒｒ_１と、第２クラウニングの曲率半径Ｒｒ_２とは、Ｒｒ_１＞Ｒｒ_２の関係を有する。

上記構成とすることにより、内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中央が、曲率半径の大きい大端面側に移動することとなる。これにより、内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心を、Ｘ−Ｘ´とＹ−Ｙ´との間に設定することができる。

なお、図３では、円錐ころ１４の転動面に曲率半径の異なるクラウニング加工を施す例を示したが、これに限ることなく、内輪１２、または／および、外輪１３の軌道面に曲率半径の異なるクラウニング加工を施すこととしてもよい。

この場合、内輪１２、または／および、外輪１３は、円錐ころ１４の大端面側の軌道面に第１クラウニングと、円錐ころ１４の小端面側の軌道面に第２クラウニングとを備え、第１クラウニングの曲率半径Ｒｉ_１と、第２クラウニングの曲率半径Ｒｉ_２とは、Ｒｉ_１＞Ｒｉ_２の関係を有する。これにより、上記と同様に内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中央が、曲率半径の大きい大端面側に移動することとなる。これにより、内輪１２および外輪１３と円錐ころ１４との接触位置の中心を、Ｘ−Ｘ´とＹ−Ｙ´との間に設定することができる。

次に、図４および図５を参照して、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中心を、円錐ころの大端面寄りに設定する他の方法を説明する。

図４に示す円錐ころ軸受２１は、図２に示したような円錐ころ軸受１１と同様に、内輪２２と、外輪２３と、円錐ころ２４と、保持器２５とを備える。この円錐ころ軸受２１において、外輪２３の軌道面と円錐ころ２４の転動面との接触位置の中央と、円錐ころ２４の有効長さの中央とが一致するように設定したときの標準軌道面角度をα_１とすると、外輪２３の軌道面角度β_１は、α_１＞β_１となるように設定する。

また、図５に示す円錐ころ軸受３１は、図２に示したような円錐ころ軸受１１と同様に、内輪３２と、外輪３３と、円錐ころ３４と、保持器３５とを備える。この円錐ころ軸受３１において、内輪３２の軌道面と円錐ころ３４の転動面との接触位置の中央と、円錐ころ３４の有効長さの中央とが一致するように設定したときの標準軌道面角度をα_２とすると、内輪３２の軌道面角度β_２は、α_２＜β_２となるように設定する。

上記各構成のように、外輪の軌道面角度を小さくし、または／および、内輪の軌道面角度を大きくすることによって、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中央が、ころ径の大きい大端面側に移動することとなる。これにより、図２に示すように、内輪および外輪と円錐ころとの接触位置の中心を、Ｘ−Ｘ´とＹ−Ｙ´との間に設定することができる。

次に、この発明の効果を確認するために、図２に示したような鉄道車両車軸支持構造に使用する円錐ころ軸受（本件発明品）と、従来の円錐ころ軸受（従来品）とを用いて焼付き試験を実施した。なお、試験に際しては、円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との間の接触面圧を高くすることを目的として円錐ころの本数を１３本から３本に削減した。試験条件を以下に示す。また、試験結果を図６に示す。

アキシアル荷重：６００ｋｇｆ
回転速度：３０００ｒｐｍ（立ち上げ時間４秒）
これによると、本件発明品は、従来品と比較して耐焼付き性が５倍以上向上したことが確認された。したがって、このような円錐ころ軸受を使用した鉄道車両車軸支持構造とすることにより、３００ｋｍ／ｈを超える高速鉄道車両であっても、軸受の焼付きに起因するトラブルの発生を防止することができる。

上記の各実施形態においては、鉄道車両車軸を支持する軸受として単列の円錐ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、複列円錐ころ軸受を用いてもよい。また、複列円錐ころ軸受は、円錐ころの大径側端部を突き合わせた正面組み合わせ（以下、「内向き形」という）軸受であってもよいし、円錐ころの小径側端部を突き合わせた背面組み合わせ（以下、「外向き形」という）軸受であってもよい。

内向き形軸受とした場合には、外輪の肉厚が円周上であまり差のないバランスの良い設計ができるとともに、同じ断面高さであれば、外向き形軸受より負荷容量を大きくすることができる。一方、外向き形軸受とした場合には、軸受の回転中心線と、左右の列の円錐ころと内外輪の接触線との交点の距離（「作用点間距離」という）が長くなるので、モーメント荷重を受けるのに有利な構造となる。

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、高速回転する鉄道車両車軸の支持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。 この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造に使用する円錐ころ軸受を示す図である。 図２に示す円錐ころの転動面の拡大図である。 この発明の他の実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造に使用する円錐ころ軸受を示す図であって、外輪の軌道面角度を従来より小さくした円錐ころ軸受を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造に使用する円錐ころ軸受を示す図であって、内輪の軌道面角度を従来より大きくした円錐ころ軸受を示す図である。 この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造の焼付き試験結果を示す図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１ 円錐ころ軸受、２，１２，２２，３２ 内輪、３，１３，２３，３３ 外輪、４，１４，２４，３４ 円錐ころ、１４ａ，１４ｂ クラウニング、５，１５，２５，３５ 保持器、６ 密封シール、１０ 軸。

Claims (5)

1. 軸と、
   前記軸を回転自在に支持する円錐ころ軸受とを備える、鉄道車両車軸支持構造において、
   前記円錐ころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置された円錐ころとを備え、
   前記内輪および前記外輪と前記円錐ころとの接触位置の中心は、前記円錐ころの有効長さの中央と、前記円錐ころの有効長さの中央から前記円錐ころの有効長さの１０％大端面側に移動した位置との範囲内にあることを特徴とする、鉄道車両車軸支持構造。
2. 前記円錐ころは、その転動面の大端面側に第１クラウニングと、その転動面の小端面側に第２クラウニングとを備え、
   前記第１クラウニングの曲率半径Ｒｒ_１と、前記第２クラウニングの曲率半径Ｒｒ_２とは、
   Ｒｒ_１＞Ｒｒ_２
   の関係を有する、請求項１に記載の鉄道車両車軸支持構造。
3. 前記内輪、および／または、前記外輪は、前記円錐ころの大端面側の軌道面に第１クラウニングと、前記円錐ころの小端面側の軌道面に第２クラウニングとを備え、
   前記第１クラウニングの曲率半径Ｒｉ_１と、前記第２クラウニングの曲率半径Ｒｉ_２とは、
   Ｒｉ_１＞Ｒｉ_２
   の関係を有する、請求項１または２に記載の鉄道車両車軸支持構造。
4. 前記内輪の軌道面角度は、前記内輪と前記円錐ころとが、前記円錐ころの有効長さの中央で接触する標準軌道面角度より大きい、請求項１〜３のいずれかに記載の鉄道車両車軸支持構造。
5. 前記外輪の軌道面角度は、前記外輪と前記円錐ころとが、前記円錐ころの有効長さの中央で接触する標準軌道面角度より小さい、請求項１〜４のいずれかに記載の鉄道車両車軸支持構造。
   

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