JP2006316917A - 鉄道車両車軸支持構造 - Google Patents

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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】 鉄道車両車軸支持構造は、軸と、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。そして、円錐ころ１４の大端面の曲率半径Ｒと、円錐ころ１４の円錐の頂点から大端面までの距離ＲＢＡＳＥとは、０．７５≦Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦０．８７の関係を有する。
【選択図】 図３

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
鉄道車両用車軸１０の回転時において、円錐ころ軸受１のＰ部では、図２に示すように、所定の曲率を有する曲面形状の円錐ころ４の大端面４ａと、３次元的に見て円錐形状の内輪２の大鍔面２ａとが、滑り接触を伴いながら回転している。
このとき、接触部分での理想的な潤滑状態は、大端面４ａと大鍔面２ａとが直接接触することのない流体潤滑の状態である。しかし、円錐ころ４の大端面４ａに十分な厚さの油膜が形成されていない場合には、潤滑状態が境界潤滑となり、接触部分に焼付きが発生する恐れがある。
円錐ころ４の大端面４ａの油膜形成性を低下させる要因としては、接触面付近の隙間が小さいことによる潤滑剤の供給不足や、接触面の摩擦による温度上昇によって潤滑剤の粘度が低下すること等が考えられる。さらに、これらの問題は近年の鉄道車両の高速化に伴い、さらに深刻なものとなりつつあるといえる。
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、円錐ころの大端面の曲率半径Ｒと、円錐ころの円錐の頂点から大端面までの距離ＲＢＡＳＥとは、０．７５≦Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦０．８７の関係を有する。
上記構成とすることにより、内輪の大鍔面と接触する円錐ころの大端面の油膜形成性を高めることができる。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、内輪の大鍔面の表面粗さＲａは、０．０４μｍ≦Ｒａ≦０．２０μｍであるとよい。これにより、円錐ころ大端面と内輪大鍔面との接触面の摩擦係数を適正値に保つことができるので、温度上昇に伴う潤滑剤の粘度低下を防止することが可能となる。なお、本明細書中で「大鍔面」とは、内輪大鍔部の円錐ころ大端面と対向する面を指すものとする。
この発明は、内輪大鍔面と接触する円錐ころ大端面の油膜形成性を高めることにより、接触部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３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。
そして、円錐ころ１４の大端面の曲率半径Ｒと、円錐ころ１４の円錐の頂点から大端面までの距離ＲＢＡＳＥとは、０．７５≦Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦０．８７の関係を有する。
従来の一般的な円錐ころ軸受は、０．８７＜Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦１．００であるが、０．８７＜Ｒ／ＲＢＡＳＥとした場合、円錐ころ１４の大端面の曲率半径が大きくなり、内輪１２の大鍔面との隙間が小さくなるので、潤滑剤が進入しにくくなる。一方、Ｒ／ＲＢＡＳＥ＜０．７５とすると、円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との接触面圧が高くなり、焼付き防止効果は期待できない。
そこで、０．７５≦Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦０．８７の範囲内に設定することにより、内輪１２の大鍔面と接触する円錐ころ１４の大端面の油膜形成性を高めることができる。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、軸受の焼付きに起因するトラブルの発生を防止することができる。
さらに、内輪１２の大鍔面の表面粗さＲａは、０．０４μｍ≦Ｒａ≦０．２０μｍとする。これにより、円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との接触面の摩擦係数を適正値に保つことができるので、接触部分での温度上昇による潤滑剤の粘度の低下を抑制することができる。その結果、円錐ころ１４の大端面での油膜厚さを適正値に保つことができる。
次に、本発明の効果を確認するために、図３に示したような本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（本件発明品）と、従来の鉄道車両車軸支持構造に使用されていた円錐ころ軸受（従来品）とを用いて耐焼付き性能を確認する試験を行った。試験条件を以下に示す。また、試験結果は表１の通りである。
軸受寸法：φ４０×φ６８（内径×外径）
回転速度：１０００〜３５００ｒｐｍ
潤滑油：タービン５６（４０ｍｌ／ｍｉｎ，給油温度４０℃±３℃）
Ｒ／ＲＢＡＳＥ：０．８０（本件発明品）、０．９４（従来品）
Figure 2006316917
これによると、本件発明品の限界回転速度は、従来品の約１．４倍となっており、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。これにより、より高速回転条件下での使用に耐え得る鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
次に、上記と同様の構成の軸受を用いて、所定のアキシアル荷重を負荷した状態での焼付き性能確認試験を行った。試験条件を以下に示す。また、試験結果は図４の通りである。
軸受寸法：φ３０×φ６２（内径×外径）
内輪大鍔面滑り速度：６．２ｍ／ｓｅｃ
潤滑油：タービン５６（４０ｍｌ／ｍｉｎ）
アキシアル荷重（ｋＮ）：８．８，１０．３，１１，３
Ｒ／ＲＢＡＳＥ：０．８０（本件発明品）、０．９０（従来品）
これによると、従来品は８．８ｋＮの荷重を負荷した段階で焼付きが発生し、この後、急激に温度が上昇したのに対し、本件発明品では、１１．３ｋＮのアキシアル荷重を負荷した状態でも回転可能であったことから、この発明により軸受の焼付き性能が向上したことが確認された。これにより、より高負荷環境下での使用に耐え得る鉄道車両車軸支持構造を得ることができる。
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、内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、内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、ラジアル剛性が向上する。
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。 図１に示す円錐ころ軸受のＰ部の拡大図である。 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される円錐ころ軸受を示す図である。 この発明の効果を確認するために行った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、２ａ 大鍔面、３，１３ 外輪、４，１４ 円錐ころ、４ａ 大端面、５，１５ 保持器、６ 密封シール、１０ 軸。

Claims (2)

  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、
    前記円錐ころの大端面の曲率半径Ｒと、
    前記円錐ころの円錐の頂点から大端面までの距離ＲＢＡＳＥとは、
    ０．７５≦Ｒ／ＲＢＡＳＥ≦０．８７
    の関係を有する、鉄道車両車軸支持構造。
  2. 前記内輪の大鍔面の表面粗さＲａは、
    ０．０４μｍ≦Ｒａ≦０．２０μｍである、請求項１に記載の鉄道車両車軸支持構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022209598A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 日本精工株式会社 ころ軸受、ころ軸受ユニット、モータ、ころ軸受の製造方法及びころ軸受の静音方法

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WO2022209598A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 日本精工株式会社 ころ軸受、ころ軸受ユニット、モータ、ころ軸受の製造方法及びころ軸受の静音方法

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