JP2009138879A - Railroad vehicle axle bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は鉄道車両車軸用軸受装置すなわち鉄道車両の車軸を支持するための軸受装置に関する。 The present invention relates to a railway vehicle axle bearing device, that is, a bearing device for supporting an axle of a railway vehicle.
従来の鉄道車両車軸用軸受装置では、特許文献1に見られるように、内輪端に連設したつば輪の外周面にラビリンス溝を設け、外輪端に外筒金具を突設して非接触式オイルシール機構を形成させた構造が一般的である。つば輪と外筒金具との間に形成されるすきまを複雑な流路とすることで、拡大縮小抵抗、粘性摩擦抵抗などを利用して流体すなわち軸受内部に封入された潤滑剤の流出、外部からの異物の侵入を抑制する機構である。このようなラビリンスシールは非接触構造であるためシール部の発熱・摩耗による損傷がない。
従来の鉄道車両車軸用軸受装置に用いられるラビリンスシールは、周方向に走る溝を複数設け、溝と溝間にできる凹凸によってすきまを複雑にすることで、水や異物が容易に進入できないようにしている。しかし、様々なラビリンスシール形状が知られているが、広・狭の繰返しからなるすきま構造をシビアに管理する必要があるので、ラビリンスシールを軸受に付設するシールで構成することは難しい。 A labyrinth seal used in a conventional bearing device for a railway vehicle axle is provided with a plurality of grooves running in the circumferential direction, and the gap is complicated by the unevenness formed between the grooves so that water and foreign matter cannot easily enter. ing. However, although various labyrinth seal shapes are known, since it is necessary to severely manage a wide and narrow repeated gap structure, it is difficult to configure the labyrinth seal with a seal attached to the bearing.
さらに、ラビリンスシールでは基本的に軸受装置内部と外気が連通しているため、鉄道車両車軸用軸受装置に適用した場合、豪雨時や、鉄道車両の停止時、低速時には確実な密封効果は得られず、軸受内部に封入された潤滑剤の流出、外部からの異物の侵入を招くおそれがある。すなわち、多少の異物侵入は避けられない状況である。また、複雑なすきまを有しているため、一度水や異物がすきま内に侵入したら、そのまま内部にとどまることが考えられる。とくに、雨天が多く、降水量が多い地域や豪雪地域では、軸受内部への侵入が懸念されている。
一方、近年、鉄道車両の高速化が進んでおり、接触式シールではシールリップとシール面との摺動による発熱が懸念される。
In addition, since the labyrinth seal basically communicates with the outside of the bearing device, when it is applied to a bearing device for a railway vehicle axle, a reliable sealing effect can be obtained during heavy rain, when the railway vehicle is stopped, or at a low speed. Therefore, there is a possibility that the lubricant sealed inside the bearing may flow out and foreign matter may enter from the outside. In other words, it is a situation that some foreign matter cannot be avoided. Moreover, since it has a complicated clearance, once water or foreign matter enters the clearance, it can be considered to stay inside. In particular, in areas with heavy rain, heavy rainfall, and heavy snowfall, there is a concern about intrusion into the bearings.
On the other hand, in recent years, the speed of railway vehicles has been increased, and there is a concern about heat generation due to sliding between the seal lip and the seal surface in the contact type seal.
この発明の目的は、上述の問題点を除去して、鉄道車両車軸用軸受装置のシール性を一層高めることにある。 An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems and further improve the sealing performance of a railway vehicle axle bearing device.
この発明は、回転する後蓋の外周にラビリンスシール構造を設けるとともに、このラビリンスシール部に進入した水などの異物を掻き出して排出を促すことによりラビリンスシール部に異物がとどまることを防ぐようにしたものである。 According to the present invention, a labyrinth seal structure is provided on the outer periphery of the rotating rear lid, and foreign matter such as water that has entered the labyrinth seal portion is scraped out to promote discharge, thereby preventing the foreign matter from staying in the labyrinth seal portion. Is.
すなわち、この発明の鉄道車両車軸用軸受装置は、車軸に固定する内輪と、軸箱に固定する外輪と、内輪と外輪との間に介在させた転動体と、転動体を所定間隔に保持する保持器と、車軸の肩面と内輪との間に配置した回転部材と、軸箱に固定した静止部材とを具備し、前記回転部材の外周に設けた環状突条と前記静止部材の内周に設けた環状溝とでラビリンス部を形成させ、前記環状突条に外径側に突出した突起を設け、かつ、前記環状溝に貫通穴を設けたことを特徴とするものである。 That is, the railway vehicle axle bearing device of the present invention holds an inner ring fixed to the axle, an outer ring fixed to the axle box, a rolling element interposed between the inner ring and the outer ring, and the rolling element at a predetermined interval. A cage, a rotating member disposed between the shoulder surface of the axle and the inner ring, and a stationary member fixed to the axle box, an annular protrusion provided on an outer periphery of the rotating member, and an inner periphery of the stationary member A labyrinth portion is formed with an annular groove provided on the annular groove, a protrusion protruding outward is provided on the annular protrusion, and a through hole is provided in the annular groove.
ここで、静止部材にはたとえば軸箱に固定した金属環が該当し、回転部材にはたとえば車軸に固定した後蓋が該当する。
回転部材は車軸と共に回転する部材であるため、その回転に伴って突起が静止部材の環状溝内を円周方向に移動し、その結果、ラビリンス部に進入した水その他の異物を掻き出し、貫通穴から外部へ強制的に排出する。突起をもった回転部材が回転すると、遠心力の作用で動圧が発生し、突起の外周側の圧力が高まる。したがって、ラビリンス部に存在する異物を排出するとともに、外部からの進入を阻む作用が得られる。
Here, the stationary member corresponds to, for example, a metal ring fixed to the axle box, and the rotating member corresponds to, for example, a rear lid fixed to the axle.
Since the rotating member is a member that rotates together with the axle, the protrusion moves in the circumferential direction in the annular groove of the stationary member with the rotation, and as a result, the water and other foreign matters that have entered the labyrinth portion are scraped out, and the through hole Forcibly discharged from the outside. When the rotating member having the protrusion rotates, dynamic pressure is generated by the action of centrifugal force, and the pressure on the outer peripheral side of the protrusion increases. Therefore, the foreign substance existing in the labyrinth portion can be discharged and the action of preventing the entry from the outside can be obtained.
突起の数や配置は任意であるが、回転バランスを考慮に入れた設定とするのが望ましい。突起の形状も任意であるが、一例として、歯車形状を挙げることができる。突起は、回転に伴ってラビリンス部に存在する異物を掻き出すというその作用を発揮させるうえからは、環状突条から外径側に突出したもののほか、環状突条の側壁から軸方向に突出したものであってもよい。 The number and arrangement of the protrusions are arbitrary, but it is desirable that the setting takes into account the rotational balance. The shape of the protrusion is arbitrary, but an example is a gear shape. In order to exert its effect of scraping foreign matter present in the labyrinth part with rotation, the protrusion protrudes from the annular protrusion to the outer diameter side, and protrudes in the axial direction from the side wall of the annular protrusion. It may be.
突起の先端に弾性変形可能なリップを付加することにより、異物を掻き出して積極的に排出する作用を助長することができる。そのような作用をするリップとしては、ゴムやプラスチックといった弾性材料でできたものが好ましい。 By adding an elastically deformable lip to the tip of the protrusion, it is possible to promote the action of scraping out foreign matter and positively discharging it. The lip having such an action is preferably made of an elastic material such as rubber or plastic.
貫通穴は単数または複数設ける。貫通穴の配置については、ラビリンス部に存在する異物を排出するというその作用を存分に発揮させるうえからは軸受装置の下部に配置するのが望ましい。時計表示で表現するならば、6時付近に設けるほか、4時付近から7時付近にかけての領域に複数設けてもよい。
貫通穴の排出作用は貫通穴が環状溝の内側と外側を連通させることによって発揮するものであるから、そのような作用が得られる限り貫通穴の向きは問わない。つまり、回転部材の半径方向、軸方向、あるいは斜めであってもよい。貫通穴の断面積は内側よりも外側を小さくすることにより排出が促進される。
One or more through holes are provided. As for the arrangement of the through holes, it is desirable to arrange them at the lower part of the bearing device in order to fully exhibit the action of discharging the foreign matter existing in the labyrinth portion. If expressed in a clock display, it may be provided in the vicinity of 6 o'clock or in a region from around 4 o'clock to 7 o'clock.
Since the discharge action of the through hole is exhibited when the through hole communicates the inside and the outside of the annular groove, the direction of the through hole is not limited as long as such an action is obtained. That is, the radial direction, axial direction, or diagonal of the rotating member may be used. Discharge is promoted by making the cross-sectional area of the through hole smaller outside than inside.
この発明によれば、オイルシールによる接触式シールに加えて、ラビリンスシールによる非接触シールを併用することにより、シール効果が向上する。しかも、ラビリンス部に進入した異物を遠心力およびくさび作用により積極的に掻き出すことが可能である。
遠心力が作用すると後蓋の周囲にある異物や水は突起に沿って外径側へ移動し、突起部が貫通穴を通過するときには貫通穴へ押し込まれ、そうして外部へ排出される。
According to this invention, in addition to the contact-type seal by the oil seal, the seal effect is improved by using a non-contact seal by the labyrinth seal in combination. In addition, it is possible to positively scrape foreign matter that has entered the labyrinth portion by centrifugal force and wedge action.
When the centrifugal force acts, the foreign matter and water around the rear lid move to the outer diameter side along the protrusion, and when the protrusion passes through the through hole, it is pushed into the through hole and then discharged to the outside.
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
図1に、複列円すいころ軸受を用いた鉄道車両車軸軸受装置の縦断面を示す。複列円すいころ軸受(以下では単に軸受ともいう)10は、一対の内輪12と、外輪14と、複数の転動体16と、一対の保持器18を主要な構成要素としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a longitudinal section of a railway vehicle axle bearing device using a double-row tapered roller bearing. A double-row tapered roller bearing (hereinafter, also simply referred to as a bearing) 10 includes a pair of
内輪12は外周に軌道を有する単列内輪を一対で使用し、軸方向に隣接した状態で二点鎖線で示す車軸20に嵌合させるようになっている。
外輪14は内周に2列の軌道をもった複列外輪で、軸受箱に取り付けるようになっている。
転動体16はここでは円すいころで、内輪12の軌道と外輪14の軌道との間に転動自在に介在させてある。
保持器18は円周方向に所定間隔で形成したポケット内に転動体16を収容することによって転動体16を円周方向に所定間隔に保持する。
The
The
Here, the
The
軸受10の両端開口部にシールケース26とオイルシール28とからなるシール装置が配置してあり、オイルシール28で密封された軸受10の内部にグリースが封入される。シールケース26は段付き円筒形状で、大径端部を外輪14の両端内周面に嵌合させてある。オイルシール28はシールケース26の中径段部に保持させてある。オイルシール28は周知のシールリップを有する接触タイプである。オイルシール28のシールリップは回転部材に形成したシール面に弾性的に接触させる。ここでは、油切り22と後蓋24が回転部材に該当し、油切り22にはシール面22aが、後蓋24にはシール面24aが設けてある。
A seal device including a
また、シールケース26と油切り22との間およびシールケース26と後蓋24との間にはラビリンスシールが形成されている。ラビリンスシールは、回転部と静止部との間に曲がった通路を作り、漏れを少なくするものと定義される(JIS B 0119)。油切り22側では、シールケース26の小径端部の内周面と油切り22の外周面との間に微小すきまを形成している。後蓋24側では、シールケース26の小径端部を後蓋24の側壁に形成した環状溝24bに進入させて両者間に微小すきまを形成している。
A labyrinth seal is formed between the
図1は軸受10を車軸20に組み込んだ状態で、一対の内輪12の軸方向両側に油切り22と後蓋24が配置してある。後蓋24を車軸20の肩面20aに当て、車軸20の軸端のおねじ部20bにナット(図示せず)を締め付けることにより、軸受10を車軸20上に固定する。なお、ナットに代えて、前蓋と呼ばれる部品を車軸20の端面にボルトを用いて固定する場合もある。図1では現れていないが、後蓋24よりも車軸中央寄りに車輪が固定される。後蓋24がある部分は外部に露出し、水や塵埃がかかりやすい環境にある。
In FIG. 1, an
軸箱30には金属環32が取り付けてある。金属環32は後蓋24と対応する軸方向位置を占め、両者間にラビリンス部を形成する。すなわち、後蓋24の外周には複数の環状突条24cが形成してあり、金属環32の内周には複数の環状溝34が形成してある。そして、後蓋24の環状突条24cを金属環32の環状溝34に部分的に進入させた配置とすることにより、広狭の環状すきまが軸方向に交互に現れるいわゆるラビリンスが形成される。図2に示すように、取付けを考慮して金属環32は二つ割りなどの分割タイプとし、ボルトで固定するのが好ましい。なお、図1および図2から分かるように、金属環32の上半体と軸箱30をインローで嵌め合わせることにより軸方向および半径方向の位置決めがしてある。
A
なお、環状突条といい環状溝というも、いずれも角ねじ類似の縦断面形状を呈する。そして、隣り合った環状突条の間は環状溝となり、同様に、隣り合った環状溝の間は環状突条となる。これらの環状溝/突条の段数は軸受装置の幅により任意に設定が可能である。 In addition, all the annular grooves called annular protrusions have a vertical cross-sectional shape similar to a square screw. And between adjacent annular ridges becomes an annular groove, and similarly, between adjacent annular grooves becomes an annular ridge. The number of stages of these annular grooves / ridges can be arbitrarily set according to the width of the bearing device.
図3に示すように、後蓋24の環状突条24cには突起24dが設けてある。同図は3つの突起24dを設けた例であるが、突起24dの数は任意であり、回転時のバランスと排出効率を考慮してさらに多数設けてもよい。なお、図3は、回転バランスを考慮してA断面における突起24dとB断面における突起24dの位相を変えた例を示している。
突起24dの形状は図4に示すように歯車形状としてもよい。この場合、歯数は製造性、掻き出し効果を考慮して任意に設定することができる。
As shown in FIG. 3, a
The shape of the
回転方向が一定の場合は、図5に示すように、回転方向に対して排出効果を高めた形状を採用することも有効である。図示するように突起24dに斜面を持たせることで、突起24dが貫通穴36を通過する際、突起24d付近に随伴する異物や水を斜面によって外側へ押し出す作用が働き、外径側に位置する突起24dの先端部の雰囲気は圧縮された状態にあるため、それらの異物や水が貫通穴36に近づくとその貫通穴36に引き込まれる。突起24dの斜面と金属管32の内周面とで形成されるくざび状空間の先端にいくほど圧力が高まるため、そこへ貫通穴36のような空間が広がると水はたちまちそちら側へ移動する。
When the rotation direction is constant, as shown in FIG. 5, it is also effective to adopt a shape that enhances the discharge effect with respect to the rotation direction. As shown in the figure, by providing the
多量に水が浸入するような環境では、突起24dの先端にリップを設けるなどして排出効率を上げることが望ましい。ゴムやプラスチック等の弾性材料でできた弾性変形可能なリップとし、金属環の環状溝に弾性的に接触させるようにしてもよい。
In an environment where a large amount of water enters, it is desirable to increase the discharge efficiency by providing a lip at the tip of the
金属管32の環状溝34の間の環状突条は、外部からの進入に対して有効な断面形状をとることができる。具体的には、丸(図6(A))、三角(図6(B))などが挙げられるが、これら以外の任意の形状を採用することも可能である。
The annular ridge between the
隣り合った環状突条34の間は環状溝となるが、その環状溝の下部に貫通穴36が設けてある。図1では時計表示の6時の位置の貫通穴36が現れている。後蓋24が回転することで突起24dの先端部がすきま内の水などを掻き出し、下部の貫通穴36から外部へ排出する機構である。貫通穴36は必要に応じて単数または複数設けることができる 。図7は、時計表示の4時から7時にかけて5分間隔で貫通穴36を配置した例である。
An annular groove is formed between adjacent
貫通穴36の断面積は、軸受内部側よりも外気側を小さくすることで、内部から外部への排出が促進される。すなわち、(軸受内圧)×(貫通穴の軸受内部側断面積)>(大気圧)×(貫通穴の外気側断面積)の関係となるように設定することにより、軸受内部側の圧力が低い場合でも、貫通穴36から水などが排出されやすくなる。
By making the cross-sectional area of the through
10 軸受
12 内輪
14 外輪
16 ころ
18 保持器
20 車軸
20a 肩面
20b おねじ部
22 油切り
24 後蓋
24a シール面
24b 環状溝
24c 環状突条
24d 突起
26 シールケース
28 オイルシール
30 軸箱
32 金属環
34 環状溝
36 貫通穴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (6)
前記回転部材の外周に設けた環状突条と前記静止部材の内周に設けた環状溝とでラビリンス部を形成させ、前記環状突条に外径側に突出した突起を設け、かつ、前記環状溝に貫通穴を設けた鉄道車両車軸用軸受装置。 Between the inner ring fixed to the axle, the outer ring fixed to the axle box, the rolling element interposed between the inner ring and the outer ring, the cage that holds the rolling element at a predetermined interval, and the shoulder surface of the axle and the inner ring And a stationary member fixed to the axle box,
A labyrinth portion is formed by an annular protrusion provided on the outer periphery of the rotating member and an annular groove provided on the inner periphery of the stationary member, and a protrusion protruding outward is provided on the annular protrusion, and the annular Railway vehicle axle bearing device having a through hole in the groove.
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