JP2006316837A - 円錐ころ軸受および鉄道車両車軸支持構造 - Google Patents

円錐ころ軸受および鉄道車両車軸支持構造 Download PDF

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Abstract

【課題】 円錐ころがスキューしても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面の接触部分で焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を提供することである。
【解決手段】 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。そして、円錐ころ14の大端面中央部の曲率半径Rと、円錐ころ14の大端面外縁部の曲率半径Rとは、R/R≧0.98の関係を有する。
【選択図】 図4

Description

この発明は、高速回転、高負荷環境下で使用される円錐ころ軸受、および、そのような円錐ころ軸受を備えた鉄道車両車軸支持構造に関するものである。
従来、鉄道車両車軸等を支持する軸受としては、主に複列円錐ころ軸受が採用されている。例えば、図1に示すように、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。
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10を支持する軸受として好適である。
しかしながら、最近の鉄道車両の高速化に伴い、車軸を支持する複列円錐ころ軸受1には、図2に示すように、円錐ころ4のスキューによって円錐ころ4の大端面が内輪2の大鍔面に接触し、焼付き等を生じるという問題がある。そこで、円錐ころ4の大端面と内輪2の大鍔面との接触面におけるエッジロードを緩和するために、例えば、特開2000−87963号公報(特許文献1)が記載されているような構造が採用されている円錐ころ軸受がある。
上記公報によると、図2に示すように、円錐ころ4の大端面外縁部の曲率半径Rを大端面中央部の曲率Rより小さく設定する(以下、曲率半径の小さい部分を「だらし部」という)。例えば、0.90≦R/R≦0.94程度に設定する。
これにより、円錐ころ4がスキューした場合であっても、だらし部がクラウニングとして機能し、エッジロードを緩和することができると記載されている。
特開2000−87963号公報
上記公報に記載されている軸受において、円錐ころ4の大端面は、その中央部とだらし部とで曲率半径が異なるので、大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積が変化する。例えば、図3に示すように、大端面中央部が内輪大鍔面と接触する場合(図3(a))と比較して、大端面だらし部が内輪大鍔面と接触する場合(図3(b))は接触楕円面積が小さい。これにより、円錐ころ4がスキューして、だらし部と内輪大鍔面が接触すると、接触部分の接触面圧が増大し、接触部分に焼付きを生じる可能性がある。
また、鉄道車両等の高速回転、高負荷環境下で使用される場合には、円錐ころ4のスキューが発生する可能性が高く、円錐ころ4と内輪2との接触面の焼付きに起因するトラブルが発生する恐れが大きい。
そこで、この発明の目的は、円錐ころがスキューしても、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との接触部分で焼付きが生じにくい構造の円錐ころ軸受、および、そのような円錐ころ軸受を備えた鉄道車両車軸支持構造を提供することである。
この発明に係る円錐ころ軸受は、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、円錐ころの大端面中央部の曲率半径Rと、円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Rとは、R/R≧0.98の関係を有する。
上記構成とすることにより、円錐ころ大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころがスキューしても、接触部分に焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を得ることができる。なお、接触楕円面積を同一にする観点からは、R/R=1.00が理想的であるが、これは、製造上の誤差を考慮すると非常に困難である。
この発明に係る鉄道車両主軸支持構造は、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、円錐ころの大端面中央部の曲率半径Rと、円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Rとは、R/R≧0.98の関係を有することを特徴とする。
上記構成のように、円錐ころのスキューによる焼付きを防止できる構造の円錐ころ軸受を使用することにより、高速回転、高負荷環境下でも円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルを防止可能な鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
この発明は、円錐ころ大端面の中央部と外縁部とで接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころがスキューしても、接触部分に焼付きが生じにくい円錐ころ軸受を得ることができる。
また、そのような円錐ころ軸受を鉄道車両の車軸を支持する軸受として使用することにより、高速回転、高負荷環境下でも円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルの発生を防止した鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
図4および図5を参照して、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を説明する。
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。そして、円錐ころ14の大端面中央部の曲率半径Rと、円錐ころ14の大端面外縁部の曲率半径Rとは、R/R≧0.98の関係を有する。
上記構成とすることにより、図5に示すように、円錐ころ14の大端面中央部で内輪12の大鍔面と接触した場合でも、円錐ころ14の大端面外縁部で内輪12の大鍔面と接触した場合でも、接触部分での接触楕円面積がほぼ同一となるので、円錐ころ14がスキューしても接触部分の焼付きが生じにくい構造の円錐ころ軸受11を得ることができる。なお、接触楕円面積を同一にする観点からは、R/R=1.00が理想的であるが、これは、製造上の誤差を考慮すると非常に困難である。
また、この発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸支持構造は、図1に示したような軸と、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、円錐ころ軸受として、図4に示したような、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受11を使用する。
上記構成とすることにより、高速回転で、高い荷重が負荷される鉄道車両の車軸においても、円錐ころ14の大端面と内輪12の大鍔面との接触部分の焼付きに起因するトラブルを防止することができる。
次に、本発明の効果を確認するために、図4に示したような本発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受(本件発明品)と、従来の円錐ころ軸受(従来品)とのそれぞれについて、耐焼付き性能を確認する試験を行った。試験は、軸受を所定回転数で一定時間回転させて一定時間停止させるサイクルを、円錐ころ軸受の焼付きによる温度上昇が検出されるまで繰り返し行った。なお、本件発明品としては、R/R=0.99の軸受を使用した。試験条件を以下に示す。また、試験結果は図6および図7の通りである。
軸受:φ70×φ150(内径×外径、背面組み合わせ軸受)
雰囲気温度:−15℃
アキシアル隙間:65μm
潤滑:ギヤオイルLW80W−90
これによると、従来品は、図6に示したように3サイクル目の途中で焼付きによる温度上昇が検出されたのに対し、本件発明品は、図7に示したように5サイクル目の途中まで回転可能であった。以上から、この発明によって円錐ころ軸受の耐焼付き性能が向上したことが確認された。
上記の各実施形態においては、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。
また、上記の実施形態においては、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を使用した鉄道車両用車軸支持構造の例を示したが、これに限ることなく、鉄道車両や自動車等の歯車軸を支持する軸受として使用することも可能である。
中心軸を有する歯車と、中心軸を回転可能に支持する円錐ころ軸受とを備える歯車軸支持構造には、歯車の噛み合いにより大きな荷重が負荷されるので、円錐ころのスキューが発生しやすい。そこで、この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を使用することにより、円錐ころ軸受の焼付きに起因するトラブルを防止可能な歯車軸支持構造を得ることができる。
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、高速回転で高い荷重が負荷される鉄道車両車軸等を支持する円錐ころ軸受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に示す円錐ころ軸受のP部の拡大図である。 従来の円錐ころ大端面の中央部および外縁部での接触楕円の大きさを示す概念図である。 この発明の一実施形態に係る円錐ころ軸受を示す断面図である。 図4に示す円錐ころ軸受の円錐ころ大端面の中央部および外縁部での接触楕円の大きさを示す概念図である。 従来の円錐ころ軸受の耐焼付き性能試験の結果を示す図である。 この発明に係る円錐ころ軸受の耐焼付き性能試験の結果を示す図である。
符号の説明
1,11 円錐ころ軸受、2,12 内輪、3,13 外輪、4,14 円錐ころ、4a 大端面端部、5,15 保持器、6 密封シール、10 軸。

Claims (2)

  1. 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、
    前記円錐ころの大端面中央部の曲率半径Rと、前記円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Rとは、
    /R≧0.98
    の関係を有する、円錐ころ軸受。
  2. 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、前記円錐ころの大端面中央部の曲率半径Rと、前記円錐ころの大端面外縁部の曲率半径Rとは、
    /R≧0.98
    の関係を有することを特徴とする、鉄道車両車軸支持構造。
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