JP2009103652A - 車両用軸受試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車軸を支持する転がり軸受について、信頼性の高い性能評価を行う。
【解決手段】ベース台１１上の支持軸受１２により回転可能に支持された車軸１３に、駆動モータ１４からの回転駆動力を伝達するプーリ１５が固定される。この車軸１３は、その両端部に嵌合した試験軸受１６を収納する軸受箱１７と、この軸受箱１７を覆うテスト容器１８とを備える。試験軸受１６に油圧シリンダ２１、２２により、ラジアル荷重及びアキシアル荷重が負荷され、テスト容器１８の内部の温度が、環境温度制御ユニット１９により試験軸受１６の使用温度環境に応じた所定温度に温度調節される。これにより、試験軸受１６を実車が使用される温度環境で試験軸受の性能を評価することが可能となり、試験軸受１６の性能評価の信頼性を高めることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受の評価試験を行う車両用軸受試験装置に関するものである。

鉄道車両は、一般に、外周に小歯車が固定されたギア軸と、その小歯車と噛み合う大歯車が外周に固定された車軸とを有し、ギア軸をモータ等の回転駆動装置で回転させ、その回転を車軸に伝達して走行する。その大歯車が固定された車軸は、円すいころ軸受などの転がり軸受で支持されている。

一方、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受は優れた安全性と耐久性が要求され、これらの性能を評価試験するために、評価試験される試験軸受を、車軸に相当し回転駆動する回転軸に嵌合し、アキシアル荷重やラジアル荷重を負荷する車両用軸受試験装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１８１６６６号公報

近年、鉄道車両の車軸を支持する転がり軸受には、より高い安全性が要求され、その評価試験も、実車での使用環境に近い試験条件で行うことが求められている。しかし、特許文献１に記載の車両用軸受試験装置は、試験軸受周辺の温度環境を実車が使用される温度環境にする機構がなく、試験軸受周辺の温度環境が、試験装置が設置された試験室等の室温（約３０℃程度）で評価試験行われ、実車が使用される温度環境（例えば、寒冷地域や砂漠地域などの環境）での性能評価をすることができない。このため、この車両用軸受試験装置では、試験軸受の性能評価に対する信頼性が低くなるという問題があった。

そこで、この発明の課題は、車軸を支持する転がり軸受について、信頼性の高い性能評価を行うことができる車両用軸受試験装置を提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明は、試験軸受を外周に嵌合した車軸と、この車軸を回転可能に支持する支持軸受と、前記車軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する負荷手段とを備えた鉄道車両用軸受試験装置において、前記試験軸受を覆うテスト容器を設け、前記テスト容器内の温度を前記試験軸受の使用温度環境に応じて所定温度に温度調節する環境温度制御ユニットを備えた構成を採用することができる。

このようにすると、環境温度制御ユニットにより、テスト容器内の温度が試験軸受の使用温度環境に応じた温度に温度調節されるため、実車が使用される温度環境下で、試験軸受に負荷手段により荷重を負荷することができる。これにより、実車が使用される温度環境で試験軸受の性能を評価することが可能となり、試験軸受の性能評価の信頼性が高いものとなる。
また、テスト容器は、試験軸受を覆うように設けられ、その内部で試験軸受の使用温度環境下での評価試験を行うことができる。このため、車両用軸受試験装置を、例えば、環境試験室内に移動、搬入するなどして試験軸受の評価試験を行う必要がなく、評価試験の実施に掛かる手間を小さくすることができる。

また、前記テスト容器は、前記環境温度制御ユニットにより温度調整された空気を内部に導入する給気口及びその空気を排気する排気口を有し、前記環境温度制御ユニットは、前記排気口を介して空気を取り入れて温度調整した空気を前記給気口に戻す通風路が形成されており、その通風路内に取り入れた空気を前記給気口側へ送り出して前記テスト容器内に空気を循環させる送風機と、空気を加熱する加熱手段と、空気を冷却する冷却手段を有する構成を採用することができる。

このようにすると、テスト容器内に導入された空気は、排気口を介して環境温度制御ユニットの通風路に取り入れられ、加熱手段および冷却手段により温度調節されて、送風機によって前記給気口側へ送り出され、前記テスト容器内へと循環する。この空気の循環流によりテスト容器内の空気温度分布を均一にすることができる。

また、前記テスト容器が、その内部に供給される空気の熱に対して耐熱性を有する合成樹脂からなるものであれば、合成樹脂はその加工が比較的容易であるので、試験軸受の大きさや車軸の外径に応じて、試験軸受が嵌合した車軸を避けるように、その試験軸受を覆うテスト容器を設けることが可能となる。このため、テスト容器内の空気が外部に漏れにくくなり、空気の漏れによってテスト容器内の空気温度分布が不均一となるのを抑えることができる。

試験中に、試験軸受の状態を観察するために、前記テスト容器は、その内部を視認可能な窓部を有する構成とすることができる。
前記窓部に係る構成を採用する場合、前記窓部が開閉可能に設けられた構成を採用すると、テスト容器内の温度と外気温との差により窓部が曇ったり、窓部の内部が汚れたりするなど、窓部からテスト容器内の試験軸受を観察しにくい状況となった際、その窓部を開けて試験軸受を目視することが可能となる。

前記テスト容器が、その内部の温度を検知する温度センサを有するものであれば、テスト容器内の温度を、温度センサにより検知された温度に基づいて、環境温度制御ユニットの制御の下、試験軸受の使用温度環境に応じた所定温度に維持することができる。

前記車軸の両端部の外周にそれぞれ前記試験軸受を嵌合し、その両試験軸受に前記テスト容器を設け、前記両テスト容器内の温度を１つの前記環境温度制御ユニットで温度調節可能とした構成を採用することができる。このようにすると、実車で使用される、車軸の両端部に軸受を介して車輪を回転可能に設けた構造と、同じ構造で、試験軸受の性能評価を行うことができる。

実車が使用される温度環境に対応する温度範囲で試験軸受の評価を行うために、前記環境温度制御ユニットが、前記テスト容器に供給する空気の温度をマイナス３０℃〜１００℃の範囲で調節可能である構成を採用することができる。

以上のように、この発明は、実車が使用される温度環境下で、試験軸受の性能を評価することが可能となり、試験軸受の性能評価の信頼性を高いものとすることができる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施形態の鉄道車両用軸受試験装置１０は、図１、図２に示すように、ベース台１１に固定された支持軸受１２により回転可能に支持された車軸１３と、この車軸１３に駆動モータ１４からの回転駆動力を伝達するプーリ１５と、車軸１３の両端部の外周に嵌合した対向一対の転がり軸受としての試験軸受１６を収納する軸受箱１７と、この軸受箱１７を覆うテスト容器１８と、このテスト容器１８内の温度を所定温度に調節可能な環境温度制御ユニット１９と、前記軸受箱１７を介して試験軸受１６にラジアル荷重を負荷する油圧シリンダ２１と、車軸１３を介して試験軸受１６にアキシアル荷重を負荷する油圧シリンダ２２とから構成される。

前記車軸１３は、ベース台１１に固定された支持軸受１２により軸方向２箇所で回転可能に支持されている。その車軸１３の両支持軸受１２、１２の間にプーリ１５が固定される。このプーリ１５は、図２に示すように、ベース台１１に設置された駆動モータ１４との間にベルト（図示省略）が掛け渡される。この駆動モータ１４は、その回転駆動力を前記ベルトを介してプーリ１５に伝達して車軸１３を回転させる回転駆動手段である。

図１に示すように、前記車軸１３の両端部には、外周に嵌合された試験軸受１６を収納する軸受箱１７が設けられている。軸受箱１７は、試験軸受１６の外周を覆い、車軸１３の端部側の端面を閉塞する蓋部材２３を有するものである。

また、前記車軸１３の両端部には、テスト容器１８が設けられている。このテスト容器１８は、図２に示すように、試験軸受１６を収納する軸受箱１７を覆うものである。

テスト容器１８は、図３、図４に示すように、直方体形状に組み立てたられたアングル枠体２９の各面部を、合成樹脂製の板材で閉塞したものである。テスト容器１８の車軸１３を挟むように対向する一対の側板３３、３３の、一方の側板３３に給気口３１が設けられ、他方の側板３３に排気口３２が設けられている（図２参照）。

排気口３２の設けられた側板３３には、窓部３４が設けられる。この窓部３４は、透明な合成樹脂からなる板体を、側板３３に設けられた孔に嵌め合わせることにより形成される。この窓部３４から、テスト容器１８の内部を視認することができる。

なお、この窓部３４を側板３３の孔に対してヒンジ（図示省略）を介して開閉可能に設けてもよい。このようにすると、テスト容器１８内の温度と外気温との差により窓部３４が曇るなど、窓部３４からテスト容器内の試験軸受を観察しにくい状況となった場合、その窓部３４を開けて試験軸受１６を目視することが可能となる。

テスト容器１８の車軸１３の軸方向に対向する一対の側板の、一方の側板３５に車軸１３が通る透孔３７が設けられ、他方の側板３６に透孔３８が設けられている（図１参照）。この透孔３８を油圧シリンダ２２のロッド２４が貫通している。

テスト容器１８の天板３９には、図３に示すように、透孔４０が設けられている。この透孔４０を油圧シリンダ２１のロッド２５が貫通している（図１参照）。

ここで、テスト容器１８には、図１に示すように、車軸１３および油圧シリンダ２２のロッド２４が通っており、これらの部材を避けて、アングル枠体２９の両側面部を側板３５、３６で閉塞するために、透孔３７、３８を半分に分けるように２分割された側板３５、３６を使用する（図４参照）。

前記分割した側板３５、３６を、透孔３７、３８を形成する凹部を車軸１３、ロッド２４の外周に沿わせるようにして、アングル枠体２９の側面部に嵌め合わる。これにより、車軸１３、ロッド２４がテスト容器１８に通った状態で側板３５、３６によりアングル枠体２９の側面部が閉塞される。

また、テスト容器１８には、図１に示すように、油圧シリンダ２２のロッド２５が通っており、ロッド２５を避けて、アングル枠体２９の上面部を天板３９で閉塞するために、側板３５と同様、２分割された天板３９を使用する（図４参照）。

この分割した天板３９を、透孔４０を形成する凹部をロッド２５の外周に沿わせるようにして、アングル枠体２９の上面部に嵌め合わる。これにより、ロッド２５がテスト容器１８に通った状態で、天板３９によりアングル枠体２９の上面部が閉塞される。

さらに、給気口３１、排気口３２が設けられた側板３３は、車軸１３を挟むようにアングル枠体２９の側面部にそれぞれ嵌め合わされる（図２参照）。底板４１もアングル枠体２９の底面部に嵌め合わされ、その底面部を閉塞する。アングル枠体２９の各面部がそれぞれ閉塞されることにより、テスト容器１８が、図１に示すように、試験軸受１６を収納する軸受箱１７を覆う。

このテスト容器１８の上面部を上下方向に通るロッド２５は、油圧シリンダ２１により軸受箱１７を介して試験軸受１６に対してラジアル荷重を負荷する。つまり、この油圧シリンダ２１とロッド２５は、試験軸受１６に対してラジアル荷重を負荷する負荷手段として機能する。車軸１３の端部の両試験軸受１６のそれぞれに、油圧シリンダ２１のロッド２５によりラジアル荷重が負荷されると、実車で使用される、車軸の両端部に軸受を設けた構造と同じ構造で、試験軸受の性能評価を行うことができる。したがって、評価試験をより信頼性の高いものとすることができる。

また、テスト容器１８の側面を通るロッド２４は、油圧シリンダ２２により軸受箱１７の蓋部材２３を介して試験軸受１６に対してアキシアル荷重を負荷する。つまり、この油圧シリンダ２２とロッド２４は、試験軸受１６に対してアキシアル荷重を負荷する負荷手段として機能する。油圧シリンダ２２のロッド２４によりアキシアル荷重が負荷されると、前述のラジアル荷重の場合と同様、実車で使用される、車軸の両端部に軸受を設けた構造と、同じ構造で、試験軸受の性能評価を行うことができる。

前記テスト容器１８は、環境温度制御ユニット１９に対して給気ダクト５１および排気ダクト５２により接続されている。給気ダクト５１は、一端がテスト容器１８の給気口３１に接続され、他端が環境温度制御ユニット１９の通風路５３出口に接続されており、温度調整された空気Ａをテスト容器１８へ供給するようになっている。

排気ダクト５２は、一端がテスト容器１８の排気口３２に接続され、他端が環境温度制御ユニット１９の通風路５３入口に接続されており、テスト容器１８内の空気を通風路５３に戻すようになっている。また、給気ダクト５１及び排気ダクト５２は、ともに可撓性（フレキシブル）及び断熱性を有する材料により構成されている。このため、環境温度制御ユニット１９の位置を適宜移動させることができる。

環境温度制御ユニット１９は、通風路５３と、送風機５４と、ヒータ５５と、冷凍機５６と、制御部５７を備えている。
この環境温度制御ユニット１９の内部には、通風路５３が形成されており、その通風路５３は、テスト容器１８の排気口３２を介して排気ダクト５２を通る空気Ａを取り入れ、温度調整した空気Ａを給気口３１に戻すものである。

この通風路５３内には送風機５４が設けられており、この送風機５４は、制御部５７により回転数が制御される。この送風機５４の回転で、テスト容器１８の排気口３２から取り入れ排気ダクト５２を通過した空気Ａを、通風路５３の出口から給気ダクト５１を通してテスト容器１８の給気口へ送り出し、テスト容器１８内に空気を循環させる。

また、前記ヒータ５５は、通風路５３内に設けられ、制御部５７による制御の下、温度調節器５８により温度調整され、通風路５３内を流れる空気Ａを加熱する加熱手段として機能する。

冷凍機５６は、冷媒を圧縮する圧縮機５９と、冷媒を凝縮液化する凝縮器６１と、通風路５３内に設けられ冷媒を膨張気化させて通風路５３を流れる空気Ａを冷却する冷却手段である蒸発器６２とを順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクルを備える。

なお、圧縮機５９は、運転周波数が可変のインバータ圧縮機が好適であり、これにより冷媒循環量を変化させて冷凍能力を調整することができる。この冷凍機５６によって、制御部５７の制御の下、通風路５３内を流れる空気を冷却する。

前記制御部５７は、テスト容器１８に設けられた温度センサ２０が検知するテスト容器１８内の温度に基づいて、送風機５４、ヒータ５５、冷凍機５６をそれぞれ制御し、テスト容器１８に供給する空気の量、温度を制御する。この制御により、テスト容器１８内の温度が、試験軸受１６の使用温度環境（鉄道車両に適用される軸受の使用温度環境）に応じた所定温度（マイナス３０℃〜１００℃）に温度調整される。

以上のように、試験軸受１６は、これを覆うテスト容器１８内の温度が環境温度制御ユニット１９で前記所定温度に温度調節された状態で、試験軸受１６にラジアルおよびアキシアル荷重を負荷することができる。これにより、実車が使用される温度環境で試験軸受の性能を評価することが可能となり、試験軸受の性能評価の信頼性を高めることができる。

前述した実施形態では、車軸１３がプーリ１５を介して回転駆動されるものとしたが、車軸１３は、駆動モータ１４で直接、または歯車などを介して回転駆動してもよい。また、試験軸受１６を円すいころ軸受としたが、試験軸受１６は、アンギュラ玉軸受等の他の転がり軸受であってもよい。

この発明の実施形態に係る車両用軸受試験装置を示す縦断面図 同上の車両用軸受試験装置を示す側面図 同上のテスト容器を示す斜視図 同上のテスト容器を示す分解斜視図

符号の説明

１０ 車両用軸受試験装置
１１ ベース台
１２ 支持軸受
１３ 車軸
１４ 駆動モータ
１５ プーリ
１６ 試験軸受
１７ 軸受箱
１８ テスト容器
１９ 環境温度制御ユニット
２１、２２ 油圧シリンダ
２３ 蓋部材
２４、２５ ロッド
２９ アングル枠体
３１ 給気口
３２ 排気口
３３、３５、３６ 側板
３４ 窓部
３７、３８、４０ 透孔
４１ 底板
５１ 給気ダクト
５２ 排気ダクト
５３ 通風路
５４ 送風機
５５ ヒータ
５６ 冷凍機
５７ 制御部
５８ 温度調節器
５９ 圧縮機
６１ 凝縮器
６２ 蒸発器

Claims (8)

1. 試験軸受を外周に嵌合した車軸と、この車軸を回転可能に支持する支持軸受と、前記車軸を回転駆動する回転駆動手段と、前記試験軸受に荷重を負荷する負荷手段とを備えた車両用軸受試験装置において、
   前記試験軸受を覆うテスト容器を設け、前記テスト容器内の温度を前記試験軸受の使用温度環境に応じて所定温度に温度調節する環境温度制御ユニットを備えたことを特徴とする車両用軸受試験装置。
2. 前記テスト容器は、前記環境温度制御ユニットにより温度調整された空気を内部に導入する給気口及びその空気を排気する排気口を有し、前記環境温度制御ユニットは、前記排気口を介して空気を取り入れて温度調整した空気を前記給気口に戻す通風路が形成されており、その通風路内に取り入れた空気を前記給気口側へ送り出して前記テスト容器内に空気を循環させる送風機と、空気を加熱する加熱手段と、空気を冷却する冷却手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の車両用軸受試験装置。
3. 前記テスト容器が、その内部に供給される空気の熱に対して耐熱性を有する合成樹脂からなるものであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の車両用軸受試験装置。
4. 前記テスト容器は、その内部を視認可能な窓部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用軸受試験装置。
5. 前記窓部が開閉可能に設けられたことを特徴とする請求項４に記載の車両用軸受試験装置。
6. 前記テスト容器は、その内部の温度を検知する温度センサを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用軸受試験装置。
7. 前記車軸の両端部の外周にそれぞれ前記試験軸受を嵌合し、その両試験軸受に前記テスト容器を設け、前記両テスト容器内の温度を１つの前記環境温度制御ユニットで温度調節可能としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用軸受試験装置。
8. 前記環境温度制御ユニットは、前記テスト容器に供給する空気の温度をマイナス３０℃〜１００℃の範囲で調節可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車両用軸受試験装置。

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