JP2013019486A

JP2013019486A - 鉄道車両用軸受ユニット

Info

Publication number: JP2013019486A
Application number: JP2011153769A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Yanagimoto; 広忠柳本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】後蓋の不要な変形を抑制し、接触面圧の偏りを抑制して、内輪と後蓋との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】鉄道車両用軸受ユニット１０は、車輪が端部に取り付けられる車軸５０を回転自在に支持するため、外輪２１と、内輪２２と、外輪２１と内輪２２との間に転動自在に配置される複数の転動体２３と、を有する転がり軸受２０と、内輪２２より車輪側で車軸５０に外嵌される後蓋３０と、を備え、内輪２２と後蓋３０が接触する部分の外径の半径Ｄ１、及び後蓋３０と車軸５０との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２≦Ｄ１の関係にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄道車両の車軸を回転自在に支持する鉄道車両用軸受ユニットに関する。

鉄道車両の車軸の端部には鉄道車両用軸受ユニットが取り付けられており、車軸を回転自在に支持すると共に車両の重量を支えている。

この種の鉄道車両用軸受ユニットは、一般的に、鉄道車両に用いられる軸受の一例である複列円すいころ軸受（以下、単に「軸受」ともいう）を備えており、この軸受に鉄道車両の車軸が支持される。そして、この軸受は、一体型の外輪と各列に個別に分割された２つの内輪とを備え、外輪と内輪との間には、保持器に保持された複数の円すいころが転動自在に配置される。この軸受の軸方向両端側には、後蓋（「バッキングリング」とも呼ばれる）及び前蓋が内輪の軸方向端面と当接するように配置されている。

ここで、鉄道車両用軸受ユニットの多くは、車輪の外側に配置されるアウトボードタイプである。このため、鉄道車両の自重など、鉄道車両用軸受ユニットが荷重を受ける際には車軸が撓み、車軸の端部に行く程撓み量が大きくなる。このような状態で車軸が回転すると、後蓋と内輪との接触面でフレッチング摩耗が起きる可能性がある。そして、このフレッチング摩擦が進行した結果、後蓋や内輪の接触面が損傷してしまい、これら損傷した後蓋や内輪を交換しなければならない。また、その摩耗粉が軸受内部へ浸入してグリースが劣化する可能性がある。

そこで、従来技術として、弾性シール部材のプレートを内輪と後蓋との間に挟みこむことで内輪と後蓋との摩耗を防ぎ、摩耗したプレートを適宜交換するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、後蓋の自由端側の端面にダイヤモンドライクカーボン膜を被覆して、フレッチング摩耗を防止するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、内輪と後蓋の端面同士を突き合わせた接触部の外周側に形成される凹溝に弾性密封部材を圧入し、摩耗粉を積極的に捕捉することで、摩耗粉が軸受内部に浸入することを防止するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。また、後蓋の非接触部を直線又は球面形状とするものが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００４−３３２９０５号公報特開２００３−２５４３４０号公報特開２００１−３５４１３６号公報特開２００６−３００１３０号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の軸受ユニットでは、車軸に組み込まれた後も後蓋の形状が図面通りであることを前提としている。実際の後蓋は、車軸に組み込まれることにより変形し、後蓋の外径側の接触面圧が局所的に高くなり、フレッチング摩耗が悪化する可能性があった。また、車軸への組み込みによる後蓋の変形に加えて、後蓋の外径側の接触面圧が後蓋の不要な変形を引き起こす可能性があった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、後蓋の不要な変形を抑制し、接触面圧の偏りを抑制して、内輪と後蓋との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる鉄道車両用軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）鉄道車両の車輪が端部に取り付けられる車軸を回転自在に支持するため、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、を有する転がり軸受と、内輪より車輪側で車軸に外嵌される後蓋と、を備える鉄道車両用軸受ユニットであって、内輪と後蓋が接触する部分の外径の半径Ｄ１、及び後蓋と車軸との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２≦Ｄ１の関係にあることを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
（２）半径Ｄ１、半径Ｄ２、及び内輪と後蓋の径方向の接触幅Ｌが、Ｄ２＋Ｌ≦Ｄ１の関係にあることを特徴とする（１）に記載の鉄道車両用軸受ユニット。

本発明の鉄道車両用軸受ユニットによれば、内輪と後蓋が接触する部分の外径の半径Ｄ１、及び後蓋と車軸との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２≦Ｄ１の関係にあるため、後蓋の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生し難くなる。これにより、後蓋の不要な変形を抑制して、接触面圧の偏りを抑制することができるので、内輪と後蓋との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。

本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第１実施形態を説明する要部断面図である。図１に示す後蓋を説明する要部拡大断面図である。後蓋が接触領域を持って変形した状態を説明する要部拡大断面図である。本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第２実施形態を説明する要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第１実施形態について説明する。

本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０は、図１に示すように、複列円すいころ軸受（転がり軸受）２０を備え、この軸受２０により鉄道車両の車軸５０が回転自在に支持されている。また、車軸５０の外端部（図１の右端部）には、鉄道車両の不図示の車輪が取り付けられている。そして、軸受２０は、一体型の外輪２１と各列に個別に分割された２つの内輪２２，２２とを備え、外輪２１と内輪２２，２２との間には、保持器２４に保持される複数の円すいころ（転動体）２３が転動自在に配置される。また、軸受２０の軸方向両端側には、後蓋３０及び不図示の前蓋が、内輪２２の軸方向端面とそれぞれ当接するように配置されている。

また、後蓋３０及び不図示の前蓋の軸受２０寄りの外周側には、段付き円筒状のシールケース４０が設けられており、このシールケース４０は、外輪２１の軸方向端部の内周面に嵌合されている。また、シールケース４０の内周面には、環状のシール４１が取り付けられており、このシール４１は、シールケース４０の内周面と後蓋３０の外周面との間を密封している。これにより、軸受ユニット１０の内部空間への異物の浸入や、内部空間からの潤滑剤の漏出が防止されている。

車軸５０は、図１に示すように、内輪２２，２２が外嵌される車軸ジャーナル部５１と、車軸ジャーナル部５１よりも大径であると共に、車軸ジャーナル部５１より車輪側（軸方向外方）に位置する車軸大径部５２と、を有する。また、車軸ジャーナル部５１は、車軸大径部５２側の端部に軸方向外方に向かって拡径する拡径部５１ａを有する。この拡径部５１ａは、その車軸大径部５２側の周縁で、環状平坦面５２ａの径方向内方の周縁に連結される。また、車軸大径部５２は、車軸ジャーナル部５１側の周縁から径方向内方に延びる環状平坦面５２ａを有する。

後蓋３０は、図２に示すように、円環状に形成されており、車軸５０の車軸大径部５２に外嵌されている。そして、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端面は、内輪２２の軸方向端面と接触している。また、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端部の外周面には環状段部３１が形成されている。

そして、本実施形態では、図２に示すように、内輪２２と後蓋３０が接触する部分、即ち、後蓋３０の環状段部３１の外径の半径Ｄ１、及び後蓋３０と車軸５０との嵌め合い部分、即ち、車軸５０の車軸大径部５２の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２＜Ｄ１の関係になるように設定されている。なお、半径Ｄ１と半径Ｄ２は、Ｄ２≦Ｄ１の関係であればよいので、Ｄ２＝Ｄ１に設定されていてもよい。

このように構成された鉄道車両用軸受ユニット１０では、図２に示すように、後蓋３０に作用する車軸５０の軸方向の力「Ｆａ」は、後蓋３０の環状段部３１の外径部に作用すると共に、後蓋３０と車軸５０の車軸大径部５２との嵌合部の摩擦力「Ｆｐ」と釣り合っている。この際、力Ｆａが摩擦力Ｆｐ（図２の一点鎖線）よりも外径側に作用するので、力Ｆａが後蓋３０の変形を抑制する曲げモーメントを発生して、後蓋３０の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生し難くなる。従って、接触面圧の偏りが抑制されるので、内輪２２と後蓋３０との接触部でのフレッチング摩耗が抑制される。

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、内輪２２と後蓋３０が接触する部分の外径の半径Ｄ１、及び後蓋３０と車軸５０との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２≦Ｄ１の関係にあるため、後蓋３０の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生し難くなる。これにより、後蓋３０の不要な変形を抑制して、接触面圧の偏りを抑制することができるので、内輪２２と後蓋３０との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図３及び図４を参照して、本発明に係る鉄道車両用軸受ユニットの第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同等符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

上記第１実施形態の後蓋３０では、内輪２２と後蓋３０が接触する部分を後蓋３０の環状段部３１の外径としたが、後蓋３０は、図３に示すように変形し、内輪２２と後蓋３０の接触領域は全面接触ではなく、現実的には、径方向の接触幅Ｌを有する。このため、上記接触領域の最内径が車軸５０の車軸大径部５２の外径の半径Ｄ２より小さい場合、後蓋３０の環状段部３１の外径の半径Ｄ１、車軸５０の車軸大径部５２の外径の半径Ｄ２、及び内輪２２と後蓋３０の径方向の接触幅Ｌが、Ｄ２＋Ｌ＞Ｄ１の関係となり、力Ｆａの一部が摩擦力Ｆｐよりも内径側に作用するので、後蓋３０の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生しやすくなる。従って、接触幅Ｌを考慮するとより現実的な設計が可能になる。

そして、本実施形態では、接触幅Ｌを考慮して、図４に示すように、後蓋３０の環状段部３１の外径の半径Ｄ１、車軸５０の車軸大径部５２の外径の半径Ｄ２、及び内輪２２と後蓋３０の径方向の接触幅Ｌが、Ｄ２＋Ｌ＜Ｄ１の関係になるように設定されている。このため、力Ｆａの全てが摩擦力Ｆｐよりも外径側に作用するので、後蓋３０の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生し難くなる。なお、半径Ｄ１と（半径Ｄ２＋接触幅Ｌ）は、Ｄ２＋Ｌ≦Ｄ１の関係であればよいので、Ｄ２＋Ｌ＝Ｄ１に設定されていてもよい。

また、接触幅Ｌは、図面の値ではなく、車軸５０に嵌合した状態での値を用いる。よって、接触幅Ｌは、数値計算又は実際に軸受ユニットを組み立てた後の実測によって得るとよい。また、半径Ｄ１が内輪外径Ｄ３を越える場合は、力Ｆａの位置は内輪外径Ｄ３によって決まる。従って、Ｄ１≦Ｄ３の範囲で用いるのがよい。

以上説明したように、本実施形態の鉄道車両用軸受ユニット１０によれば、内輪２２と後蓋３０が接触する部分の外径の半径Ｄ１、後蓋３０と車軸５０との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２、及び内輪２２と後蓋３０の径方向の接触幅Ｌが、Ｄ２＋Ｌ≦Ｄ１の関係にあるため、後蓋３０の変形を促す傾向の曲げモーメントが発生し難くなる。これにより、後蓋３０の不要な変形を抑制して、接触面圧の偏りを抑制することができるので、内輪２２と後蓋３０との接触部でのフレッチング摩耗を抑制することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明は上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、後蓋３０の内輪２２側の軸方向端部の外周面に環状段部３１を形成したが、これに限定されず、環状段部３１の代わりに、内輪２２の軸方向端部から徐々に離れるようなクラウニングや面取りを形成するようにしてもよい。この場合にも、接触幅Ｌは、数値計算又は実際に軸受ユニットを組み立てた後の実測によって得られた値を用いる。

１０鉄道車両用軸受ユニット
２０複列円すいころ軸受（転がり軸受）
２１外輪
２２内輪
２３円すいころ（転動体）
３０後蓋
３１環状段部
５０車軸
５１車軸ジャーナル部
５２車軸大径部
Ｄ１内輪と後蓋が接触する部分の外径の半径
Ｄ２後蓋と車軸との嵌め合い部分の外径の半径
Ｌ内輪と後蓋の径方向の接触幅

Claims

鉄道車両の車輪が端部に取り付けられる車軸を回転自在に支持するため、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、を有する転がり軸受と、
前記内輪より前記車輪側で前記車軸に外嵌される後蓋と、を備える鉄道車両用軸受ユニットであって、
前記内輪と前記後蓋が接触する部分の外径の半径Ｄ１、及び前記後蓋と前記車軸との嵌め合い部分の外径の半径Ｄ２が、Ｄ２≦Ｄ１の関係にあることを特徴とする鉄道車両用軸受ユニット。
前記半径Ｄ１、前記半径Ｄ２、及び前記内輪と前記後蓋の径方向の接触幅Ｌが、Ｄ２＋Ｌ≦Ｄ１の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用軸受ユニット。