JP2007269078A - 鉄道車両用歯車装置及び鉄道車両用台車 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄道車両用歯車装置3である。鉄道車両の常用車速域に相当する噛み合い周波数範囲内に大歯車3bの固有振動数が入らないように、大歯車3bのリム部3baの厚みを半径方向に大きくすること又は歯部3bdを大きくすることで、或いはリム部3baの厚みを半径方向に大きくすること及び歯部3bdを大きくすることで剛性を増大させる。
【効果】大歯車の固有振動数を常用速度範囲の噛み合い周波数範囲外とできるので、常用速度における大歯車の共振を避けることができる結果、歯車装置やこの歯車装置を搭載した台車の振動低減、さらには騒音低減が図れる。
【選択図】図15
Description
a)歯車の歯部に発生する振動伝播を抑止し、振動音および共鳴音を減少する目的で、外周に歯が形成された歯車本体の側面部に、制振用凹部を形成した低振動歯車。
鉄道車両用歯車装置の低振動化、低騒音化を図るために、
当該鉄道車両の常用車速域に相当する噛み合い周波数範囲内に、歯車装置の大歯車の固有振動数が入らないように、当該大歯車を構成した点を最も主要な特徴としている。
図1は、大歯車の固有振動特性を把握するため、車軸に大歯車を取り付けた状態で大歯車の打撃試験を行い、周波数と加速度の関係を整理した一例である。
図2は公知文献である「モード解析ハンドブック」(モード解析ハンドブック編集委員会編、コロナ社、2000年)から引用した加振試験を説明するものである。
fG=(V/πD)×(n/60)
ただし、D:車輪径(mm)
n:大歯車の歯数
噛み合い周波数fGは、前記の計算式から明らかなように、車輪径Dによって変化する。一般に、鉄道車両に用いられる車輪は、車両走行中にレールと接触するため、摩耗によって車輪径Dが小さくなり、車輪径Dがある一定以下となった場合には交換することになる。この交換時期に達した車輪を摩耗限車輪と呼ぶ。
車両常用速度の周波数範囲とは、上記gで示す常用車速域に対応する周波数範囲であり、図3のhで示す範囲となる。
本発明の上記構成を具体的に実現するための構造を説明する前に、まず鉄道車両用歯車装置の断面図の一例を示す図5に基づいて歯車装置の各部位の呼称を述べる。なお、図5は、公知文献である特開平10−196769号公報から引用したものである。
図7に対象とする大歯車3bの外形状を、さらに図8には、図4のbに示した固有振動数で発生する変形モードの計算結果を示す。
公的規格JIS B1701−2に示されたモジュールの標準値:6
基準ピッチ円直径:約520mm
歯数:80枚
使用条件によって変わるが、鉄道車両に使用される歯車の歯幅は一般的には50〜100mmの範囲であるため、本打撃試験では70mmとした。
公知文献(和栗明編著「歯車の設計・製作とその耐久力」、養賢堂、1980年)に準拠し、歯幅bに対して、リム部の厚みを歯幅の0.1〜0.4倍とした値を用いて設計した。
図8に示したリム部のモード変形を抑制するため、図9および図10に示す断面とした。
図9に示したものは、想像線で示す現状の大歯車のリム部よりも、リム部3baを半径方向に伸ばして厚くしたものである。なお、リム部3baの長さに制約はなく、板部3bbの全てを覆うものでも構わないが、重量の制約から適正値を決めればよい。
図11、図12にリム部の厚み増加率と固有振動数の増加率の関係を示す。ここで、図11は現状品に対してリム部を半径方向に伸ばした図9に示した大歯車、図12は図9に示した大歯車の板部に直径が65mmの孔を9つ穿孔した上で同様の評価をしたものである。ただし、一般にはリム部の厚さは図6に示したように歯先からの領域を対象とする場合もあるが、図10、図11とも歯底からの距離で整理した。
図13、図14に歯幅の増加率と固有振動数の増加率の関係を示す。ここで、図13は現状品に対して歯幅の厚みを大きくした図10に示した大歯車、図14は図10に示した大歯車の板部に直径が60mmの孔を9つ穿孔した上で同様の評価をしたものである。ただし、図10に示すように、リム部3baの厚み方向の距離Lは、(基準ピッチ円直径Pa−リム部の端面までの直径Da)/2とした。
所望する固有振動数増加率は、適用する車両の緒元によって変わるため、図11〜図14に示した関係を用いてリム部の厚みあるいは歯幅を選定し、適切な固有振動数に調整すればよい。このとき、リム部の厚み増加率や歯幅の増加率に対する制限は全くなく、設計緒元である重量、大歯車を収める歯車箱の容量、幅等から適正値を決めればよい。
図11のAに相当する割合だけリム部の厚みを増加した大歯車を製作し、車軸に取り付けた状態で周波数と加速度の関係を整理し、さらに図1に示した現状品の打撃試験結果と比較した。
なお、他仕様の歯車に対しても同様の方法を用いれば問題解決が図れることはいうまでもない。
3b 大歯車
3ba リム部
3bd 歯幅
Claims (5)
- 鉄道車両用歯車装置において、
当該鉄道車両の常用車速域に相当する噛み合い周波数範囲内に、前記歯車装置の大歯車の固有振動数が入らないように、当該大歯車を構成したことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。 - 前記大歯車のリム部又は歯部、或いはリム部及び歯部の剛性を増大させることで、鉄道車両の常用車速域に相当する噛み合い周波数範囲内に大歯車の固有振動数が入らないようにすることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用歯車装置。
- 前記大歯車の歯部を大きくすることで歯部の剛性を増大させることを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用歯車装置。
- 前記大歯車のリム部の厚みを半径方向に大きくすることでリム部の剛性を増大させることを特徴とする請求項2に記載の鉄道車両用歯車装置。
- 請求項1〜4の何れかに記載の鉄道車両用歯車装置を搭載したことを特徴とする鉄道車両用台車。
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