JP2009180371A - 鉄道車両用歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外気温度が低温の場合での起動特性と、高速の連続運転に耐えられる温度特性を両立する。
【解決手段】電動機に軸継手を介して接続された小歯車軸２に形成された小歯車３と、車軸５に取付けられた大歯車４を噛み合わせて歯車箱６内に収め、歯車箱６内の潤滑油で飛沫潤滑を行う鉄道車両用歯車装置である。歯車箱６内における小歯車３の大歯車４側上方に、外周壁１２と両側壁１３とで形成された油溜め１１を設ける。油溜め１１の外周壁１１には、潤滑油７の粘度が低いときに、大歯車４の回転により小歯車３と反対側に掻き揚げられた潤滑油７を油溜め１１内に流入可能な開口１４を設ける。例えば側壁１３には、油溜め１１内に流入された潤滑油７の戻し孔１５を設ける。
【効果】低温時には軸受部の潤滑に十分な潤滑油量を確保できる。また、高温時には、油溜め内に潤滑油が溜まって潤滑に供される潤滑油量が減少し、攪拌熱の上昇を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外気温度が低温の場合における起動特性を満足し、かつ、高速での連続運転にも耐えることが可能な温度特性を有する鉄道車両用歯車装置に関するものである。

鉄道車両は、図４に示すように、電動機で発生する駆動力を、例えばたわみ軸継手を介して歯車装置１の小歯車軸２に伝達し、この小歯車軸２に形成した小歯車３に噛み合う大歯車４を経て車軸５に取付けた車輪に伝達し、走行するようになっている。

この歯車装置１は、小歯車３や大歯車４を収めた歯車箱６内の潤滑油７を大歯車４の回転によって掻き揚げることで、大歯車４と小歯車３の噛み合い部Ａや、車軸５と小歯車軸２を支持する軸受８，９部を潤滑している。

このような飛沫潤滑方式の歯車装置では、従来、大歯車の回転による潤滑油の攪拌熱が支配的であると考えられていた。しかしながら、最近の試験結果から、小歯車の回転による攪拌熱、小歯車の軸受部（図４（ｂ）において、９ａで示すつば面（滑り部）及び９ｂで示す転動面）、歯車の噛み合い部での摺動熱も大きいことがわかってきた。特に高速で走行する鉄道車両の場合は、歯車の回転数が高くなるので、前記の攪拌や摺動による発熱が大きくなる。

これらの発熱を低減するには、常温以上の温度で、歯車、軸受の潤滑を阻害しない領域まで潤滑油の量を減少させることが有効であるが、低温時には、潤滑油の粘度が高くなって、軸受部に潤滑油が供給され難くなる。

従って、潤滑油の量を前記量よりも多くし、低温での起動時や急加速時にも軸受部に潤滑油が供給される構造とする必要がある。この場合、特に高速回転となる小歯車軸の軸受部への注意が必要であるが、その結果、潤滑油が多くなりすぎ、高速走行時には攪拌熱が大きくなって温度が上昇しすぎる場合があり、連続高速運転に温度面から条件をつける必要があった。

この課題を解決する手段として、複数の小穴をあけた仕切りによって、歯車箱の内底部に油溜り部を形成し、油溜り部の潤滑油が高温の時には前記小穴の一方を塞ぐことで、歯車攪拌に影響する潤滑油量を低減するものが、特許文献１で提案されている。
実開昭６２−１２１４６９号公報

しかしながら、特許文献１で提案された技術は、小穴を塞ぐ装置部分でトラブルが発生した場合、低温時には潤滑不足になって、軸受が焼付くなどのトラブルを起こす可能性がある。一方、高速運転時に機能しなければ、潤滑油が多すぎることになって温度上昇が大きくなる。加えて、小穴を塞ぐ装置が必要であるため、価格的に不利である。

また、鉄道車両用の歯車装置は、小歯車と反対側に潤滑油を掻き揚げる場合と、小歯車側に潤滑油を掻き揚げる場合の２方向に回転する（以下、前者を正回転、後者を逆回転と言う。）。しかしながら、歯車箱の内部構造が非対称であるため、正回転時と逆回転時の潤滑バランスが悪い場合がある。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の歯車装置は、外気温度が低温の場合における起動特性と、高速での連続運転に耐えることが可能な温度特性を両立することが難しいという点である。

本発明の鉄道車両用歯車装置は、
外気温度が低温の場合における起動特性と、高速での連続運転に耐えることが可能な温度特性を両立するために、
電動機に軸継手を介して接続された小歯車軸に形成された小歯車と、車軸に取付けられた大歯車を噛み合わせて歯車箱内に収め、歯車箱内の潤滑油で飛沫潤滑を行う鉄道車両用歯車装置において、
歯車箱内における小歯車の大歯車側上方に、外周壁と両側壁とで形成された油溜めを設け、
この油溜めの前記外周壁には、潤滑油の粘度が低いときに、大歯車の正回転により掻き揚げられた潤滑油を油溜め内に流入可能な開口を設けると共に、前記側壁および／または前記外周壁には、油溜め内に流入した潤滑油の戻し孔を設けたことを最も主要な特徴としている。

本発明において、「上方」とは、歯車装置を台車に取付けた状態における上方を言う。また、「潤滑油の粘度が低いときに、大歯車の正回転により掻き揚げられた潤滑油を油溜め内に流入可能な開口」とは、開口を設ける位置と開口の面積を規定するものである。

すなわち、本発明における前記開口は、大歯車の正回転時に掻き揚げられた潤滑油が油溜め内に流入できる位置、例えば大歯車と同一中心の円弧の延長線上又は接線上に設けられる。そして、その面積は、潤滑油の粘度が低いときには潤滑油の流入が可能で、潤滑油の粘度が高いときには潤滑油の流入が難しくなる大きさである。

本発明の鉄道車両用歯車装置では、軸受箱内の潤滑油の量は、粘度が高くなる低温時でも、軸受部に潤滑油が供給可能な量である。このようにすることで、潤滑油の粘度が高い低温時における起動時や急加速時には、油溜めの開口から潤滑油が流入し難いので、軸受部の潤滑に十分な量が確保できる。

一方、高速での連続運転時には、潤滑油の粘度が低くなるので、大歯車が正回転時に掻き揚げた潤滑油は前記開口から流入されて油溜め内に余分な潤滑油を溜めるので、潤滑に供される潤滑油量が減少する。従って、攪拌熱の上昇を抑えることができる。

本発明では、大歯車の正回転により掻き揚げられた潤滑油の流れを阻害しないように、油溜めを形成する外周壁の大歯車と相対する面が成されていることがより望ましい。

さらには、大歯車の正回転により掻き揚げられた潤滑油が、小歯車の軸受部に供給されるような形状に、油溜めを形成する外周壁の大歯車と相対する面が形成されていることが望ましい。具体的には前記外周壁の大歯車と相対する面を接線あるいは直線で延長した場合に、この延長線が、前記小歯車の軸受部におけるコロ部の範囲内にくるように形成する。

本発明は、歯車箱の内部に、潤滑油の粘度が低くなったときに、大歯車の正回転により掻き揚げられた潤滑油を流入する開口を設けた油溜めを設けることで、粘度が高い低温時には、軸受部の潤滑に十分な潤滑油量を確保できる。また、粘度が低い高温時には、油溜め内に余分な潤滑油が溜まって潤滑に供される潤滑油量が減少するので、攪拌熱の上昇を抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の鉄道車両用歯車装置の第１の例を断面して示す図、図２は同じく第２の例を断面して示す図、図３は同じく第３の例を断面して示す図である。なお、図１〜図３中、図４と同一番号は、同一部材或いは相当部材を示し、詳細な説明を省略する。

本発明の鉄道車両用歯車装置は、歯車箱６の内部における、例えば小歯車３の大歯車側斜め上方に、外周壁１２と両側壁１３とで形成された油溜め１１を設けたことが大きな特徴である。図１のように、歯車箱６が上蓋６ａと本体６ｂに分割されている場合は、上蓋６ａの内側に油溜め１１を取付ければ良い。

本発明では、歯車箱６内の潤滑油７の粘度が低くなったときに、大歯車４の正回転時に掻き揚げられた潤滑油７の油溜め１１への流入を可能にするため、前記外周壁１２のうちの大歯車４と相対する面１２ａの、例えば大歯車４と同一中心の円弧の接線又は延長線上に位置する、上蓋６ａとの当接部に開口１４を設けている。

この開口１４を設ける外周壁１２の前記面１２ａは、例えば大歯車４の正回転時に掻き揚げられた潤滑油７の流れを阻害しないような形状に決定する。

図１の例では、前記面１２ａと大歯車４との間隔ｄ１が大歯車４の正回転方向に大きくなる直線状に形成している。また図２、図３の例では、前記間隔ｄ１が大歯車４の正回転方向に同じ値となるように、大歯車４の外径よりも大きい、大歯車４と同一中心の円弧状に形成している。

図１の例では、開口１４の形成位置における前記面１２ａと大歯車４との間隔ｄ１を、前記したように形成することに加えて、図２、３の例より大きくしている。このようにすることで、小歯車軸２の軸受９部における例えばコロ部の範囲内に、前記掻き揚げられた潤滑油７を供給できるようにしている。

一方、図２の例では、間隔ｄ１を前記したように形成するのと共に、外周壁１２の小歯車３と相対する面１２ｂを小歯車３の外径より大きい円弧状に形成し、大歯車４と小歯車３の噛み合い部Ａに前記掻き揚げられた潤滑油７を供給するようにしている。

また、図３の例は、図２の例の前記面１２ｂと小歯車３との間隔ｄ２を、大歯車４に接近するほど大きくして、図１の例と図２の例の中間を狙ったものである。すなわち、図３は、前記掻き揚げられた潤滑油７の供給を、大歯車４と小歯車３の噛み合い部Ａに加えて小歯車軸２の軸受９部にも行うようにすることを狙ったものである。

この本発明における前記開口１４の面積は、潤滑油７の粘度が低いときには潤滑油７の流入が可能で、潤滑油７の粘度が高いときには潤滑油７の流入が難しくなるような面積である。なお、開口１４の形状や個数は限定されない。

このような構成の本発明では、低温時には、開口１４から油溜め１１に潤滑油７が流入せず、小歯車軸２の軸受９部に潤滑油７を供給し易くなる。一方、常温以上の時には、潤滑油７の粘度が低下するので、開口１４から油溜め１１に潤滑油７が流入され、余分な潤滑油７を溜める。従って、大歯車４、小歯車３の攪拌熱や、大歯車４と小歯車３、及び小歯車軸２の軸受９部の摺動熱を低減でき、高速連続運転が可能になる。

また、本発明では、前記側壁１３には、前記開口１４よりも小さな面積の戻し孔１５を設け、前記油溜め１１に導入した潤滑油７を少しずつ歯車箱６の内部に戻すようになっている。従って、車両の走行速度が低下すれば、油溜め１１に流入される潤滑油７の量が減少して元の油量に戻る。

一方、大歯車４が逆回転する場合は、大歯車４によって掻き揚げられた潤滑油７は直接小歯車軸２の軸受９部に供給される。

なお、図１〜図３中の２１は歯車箱６の内部における小歯車３の下方位置に設けた油溜め、２２は大歯車４の小歯車３と反対側の斜め上方に設けた油溜めである。

本発明の効果を確認するための定置試験を行った結果を説明する。
発明者らは、図１〜図４に示す歯車装置を用いて、潤滑油の温度が１００℃になるまで、小歯車軸を５７００rpmで回転させて連続運転した。その結果を下記表１に示す。

表１より明らかなように、従来例では５０分しか連続運転ができなかった正回転時にも、発明例１〜３では２時間以上の連続運転が可能であった。発明例２、３では、従来例よりも逆回転時の連続運転可能時間が若干短くなったが、これは油溜め１１によって潤滑油７の流れが阻害され、小歯車３側に潤滑油７が戻ったためと考えられる。しかしながら、実際の走行時には、走行風の効果により歯車箱６が冷却されるので、逆回転の場合も、表１の結果よりも長時間の運転が可能である。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは、言うまでもない。

例えば、図１〜３の例では、油溜め１１を上蓋６ａに設けているが、本体６ｂに設けても良い。また、外周壁１２のうちの大歯車４と相対する面１２ａの上蓋６ａとの当接部に開口１４を設けているが、前記面１２ａであれば上蓋６ａとの当接部に限らない。

また、前記面１２ａの設置位置も、大歯車４の正回転時に掻き揚げられた潤滑油７の流れを阻害しないものであれば、油溜め１１の設置位置から大歯車４の正回転方向上流側の、歯車箱６の内部壁よりも大歯車４に近接したものでも良い。

さらに、前記戻し孔１５の設置位置も、側壁１３にのみ設けるのに限らず、外周壁１２に設けても、また外周壁１２と側壁１３の両者に設けても良い。

以上の本発明は、鉄道車両用の歯車装置に限らず、どのような歯車装置にも適用できる。

本発明の鉄道車両用歯車装置の第１の例を示す断面図である。 本発明の鉄道車両用歯車装置の第２の例を示す断面図である。 本発明の鉄道車両用歯車装置の第３の例を示す断面図である。 （ａ）は従来の歯車装置を説明する断面図、（ｂ）は小歯車軸の軸受部の説明図である。

符号の説明

１ 歯車装置
２ 小歯車軸
３ 小歯車
４ 大歯車
５ 車軸
６ 歯車箱
７ 潤滑油
８ 車軸の軸受
９ 小歯車軸の軸受
１１ 油溜め
１２ 外周壁
１２ａ 大歯車と相対する面
１３ 側壁
１４ 開口
１５ 戻し孔

Claims (5)

1. 電動機に軸継手を介して接続された小歯車軸に形成された小歯車と、車軸に取付けられた大歯車を噛み合わせて歯車箱内に収め、歯車箱内の潤滑油で飛沫潤滑を行う鉄道車両用歯車装置において、
   歯車箱内における小歯車の大歯車側上方に、外周壁と両側壁とで形成された油溜めを設け、
   この油溜めの前記外周壁には、潤滑油の粘度が低いときに、大歯車の回転により小歯車と反対側に掻き揚げられた潤滑油を油溜め内に流入可能な開口を設けると共に、前記側壁および／または前記外周壁には、油溜め内に流入した潤滑油の戻し孔を設けたことを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
2. 前記外周壁の大歯車と相対する面は、
   大歯車の回転により小歯車と反対側に掻き揚げられた潤滑油の流れを阻害しないように成されてい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。
3. 前記外周壁の大歯車と相対する面は、
   大歯車の回転により小歯車と反対側に掻き揚げられた潤滑油が、小歯車の軸受部に供給されるような形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両用歯車装置。
4. 前記外周壁の大歯車と相対する面を接線あるいは直線で延長した場合、
   この延長線が、前記小歯車の軸受部におけるコロ部の範囲内にくることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用歯車装置。
5. 前記開口は、
   大歯車と同一中心の円弧の延長線上又は接線上に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の鉄道車両用歯車装置。

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