JP2006316918A - 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】 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１４ａと内輪１２の大鍔面１２ａとの接触点は、円錐ころ１４の円錐角βと、内輪１２の軌道面と円錐角の頂点および接触点を結ぶ直線とがなす角γとが、β／１５≦γ≦β／１０の関係を有する範囲内に位置する。
【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

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、所定の曲率を有する曲面形状の円錐ころ４の大端面と、３次元的に見て円錐形状の内輪２の大鍔面とが、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、大端面と大鍔面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の大端面の油膜形成性を低下させる要因としては、接触部分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、円錐ころの大端面と内輪の大鍔面との接触点は、円錐ころの円錐角βと、内輪の軌道面と円錐角の頂点および接触点を結ぶ直線とがなす角γとが、β／１５≦γ≦β／１０の関係を有する範囲内に位置することを特徴とする。

上記構成のように、円錐ころと内輪大鍔面との接触位置をγ≦β／１０とすることにより滑り速度が低下し、軸受回転によるトルク損失が低減される。一方、接触楕円が内輪のぬすみ部に干渉しないためにγ≧β／１５とする。これにより、軸受の温度上昇を抑制することができるので、潤滑剤の粘度低下による焼付きを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、円錐ころの大端面の表面粗さは、０．０８０μｍＲａ以下であるとよい。これにより、内輪大鍔面との接触部分での油膜形成性が向上する。なお、本明細書中で「表面粗さ」とは、算術平均粗さにより算出した表面粗さを指すものとする。また、「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、内輪大鍔面と円錐ころ大端面との接触位置を適正な範囲に設定することにより、接触部分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。

円錐ころ１４の大端面と内輪１２の大鍔面との滑り速度は、軸受回転中心に近づく程小さくなるので、接触部分での摩擦によるトルク損失を低減することができる。したがって、軸受の温度上昇を抑制するためには、図３に示す接触位置高さｈを小さくするとよい。一方、接触位置がぬすみ部１２ｂに近づくと、接触位置を中心とする接触楕円の下部が欠け、接触面圧の上昇を招くこととなる。

そこで、円錐ころ１４の大端面１４ａと内輪１２の大鍔面１２ａとの接触点は、円錐ころ１４の円錐角βと、内輪１２の軌道面と円錐角の頂点および接触点を結ぶ直線とがなす角γとが、β／１５≦γ≦β／１０の関係を有する範囲内に位置するように設定する。

上記構成とすることにより、円錐ころ１４の大端面１４ａと内輪１２の大鍔面１２ａとの接触部分での摩擦による温度上昇を抑制することができるので、潤滑剤の粘度低下による焼付きを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、円錐ころ１４の大端面の表面粗さを０．０８０μｍＲａ以下とする。これにより、円錐ころ１４の大端面における潤滑油保持性を高めることができるので、内輪１２の大鍔面との接触部分での油膜形成性が向上し、接触部分での焼付き防止効果が期待できる。

上記の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」）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」）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、ラジアル剛性が向上する。

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）とを用いてトルク試験を実施した。試験は、５００ｋｇｆのアキシアル荷重を負荷した状態で行い、各回転数毎のトルク損失を計測する。また、従来品はγ＝β／８とする。試験結果を図４に示す。

図４では、本件発明品および従来品それぞれについて、トルク試験の実測値および理論値を示す。これによると、本件発明品は従来品と比較して、軸受回転時のトルク損失が小さくなっていることが認められる。したがって、図２に示したような円錐ころ軸受１１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。

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される円錐ころ軸受を示す図である。 図２に示す円錐ころ軸受の円錐ころ大端面と内輪大鍔面との接触部分の拡大図である。 この発明の効果を確認するために行ったトルク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、１２ａ 大鍔面、１２ｂ ぬすみ部、３，１３ 外輪、４，１４ 円錐ころ、１４ａ 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と前記内輪の大鍔面との接触点は、
   前記円錐ころの円錐角βと、
   前記内輪の軌道面と前記円錐角の頂点および前記接触点を結ぶ直線とがなす角γとが、
   β／１５≦γ≦β／１０
   の関係を有する範囲内に位置することを特徴とする、鉄道車両車軸支持構造。
2. 前記円錐ころの大端面の表面粗さは、
   ０．０８０μｍＲａ以下である、請求項１に記載の鉄道車両車軸支持構造。

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