JP2020159454A - Axle bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車軸に用いられる車軸用軸受装置に関する。 The present invention relates to an axle bearing device used for an axle of a railway vehicle.
従来、鉄道車両の車軸に使用される軸受装置としては、転がり軸受としての円すいころ軸受と、車軸に対して円すいころ軸受を位置決めする位置決め部材と、を備えたものがある。 Conventionally, as a bearing device used for an axle of a railway vehicle, there is a bearing device including a tapered roller bearing as a rolling bearing and a positioning member for positioning the tapered roller bearing with respect to the axle.
円すいころ軸受は、外周面に軌道面を有する一対の内輪と、内周面に複列の軌道面を有する外輪と、内輪の軌道面と外輪の軌道面との間で転動可能に保持される円すいころと、を備える。 Tapered roller bearings are held so as to be rollable between a pair of inner rings having a raceway surface on the outer peripheral surface, an outer ring having a double row of raceway surfaces on the inner peripheral surface, and a raceway surface of the inner ring and a raceway surface of the outer ring. It is equipped with tapered rollers.
位置決め部材は、車軸の外周面に装着され、車軸に対して円すいころ軸受の内輪を軸方向に位置決めする。位置決め部材としては、例えば、内輪の軸方向の後端側に配置される後蓋、内輪の軸方向の前端側に配置される油切り(あるいは前蓋)、一対の内輪の間に配置される間座などが挙げられる。これら位置決め部材と内輪とを互いに当接させることにより、円すいころ軸受が車軸の所定位置に位置決めされる。 The positioning member is mounted on the outer peripheral surface of the axle and positions the inner ring of the tapered roller bearing in the axial direction with respect to the axle. The positioning member includes, for example, a rear lid arranged on the axial rear end side of the inner ring, an oil drain (or front lid) arranged on the axial front end side of the inner ring, and arranged between a pair of inner rings. For example, a seat. By bringing these positioning members and the inner ring into contact with each other, the tapered roller bearings are positioned at predetermined positions on the axle.
上記の車軸用軸受装置では、車軸に鉄道車両特有のラジアル荷重が負荷されると、この車軸に曲げモーメントが作用し、車軸の撓みが生じる。このように車軸が撓んだ状態で回転する結果、内輪と後蓋との接触部分に繰り返し応力が発生し、接触部分にフレッティング摩耗が生じ得る。 In the above axle bearing device, when a radial load peculiar to a railroad vehicle is applied to the axle, a bending moment acts on the axle, causing the axle to bend. As a result of the axle rotating in a bent state in this way, repeated stress is generated in the contact portion between the inner ring and the rear lid, and fretting wear may occur in the contact portion.
フレッティング摩耗は、車軸にラジアル荷重が負荷される鉄道車両にとって不可避なものであり、この摩耗が進行すると、円すいころ軸受の軸方向精度が低下する。また、発生した摩耗粉が軸受内部に侵入して、その内部空間に封入された潤滑剤を劣化させ、軸受装置の寿命を短くする原因ともなる。そこで、例えば特許文献1の軸受装置では、内輪と後蓋との間のフレッティング摩耗を抑制するために、これらの間に樹脂製スペーサを配置している。
Fretting wear is unavoidable for railroad vehicles in which a radial load is applied to the axles, and as this wear progresses, the axial accuracy of the tapered roller bearings deteriorates. In addition, the generated wear debris invades the inside of the bearing, deteriorates the lubricant sealed in the internal space, and shortens the life of the bearing device. Therefore, for example, in the bearing device of
また、近年では、軸受装置の寿命を更に延伸するために、内輪と間座との接触部分におけるフレッティング摩耗を抑制することが望まれる場合もある。そこで、例えば特許文献1の軸受装置では、内輪と間座(間隔輪)との間のフレッティング摩耗を抑制するために、これらの間にも樹脂製スペーサを配置している。
Further, in recent years, in order to further extend the life of the bearing device, it may be desired to suppress fretting wear at the contact portion between the inner ring and the spacer. Therefore, for example, in the bearing device of
特許文献1の軸受装置では、内輪と位置決め部材との間に配置された樹脂製スペーサの厚みが、内輪の位置決め精度に直接影響する。しかしながら、樹脂製スペーサは、内輪や位置決め部材に比べて変形しやすく、その厚みは、内輪と位置決め部材との間に作用する押圧力によって変化し得る。その結果、組立時において、軸受の軸方向精度が低下し、軸受内部の隙間の管理が難しくなる。
In the bearing device of
また、使用期間に応じて樹脂製スペーサにクリープ変形が生じ、内輪と位置決め部材との間に内輪の位置ずれの原因となり得る隙間が形成されるおそれもある。このような隙間が形成され得る構成では、組立時と同様に、使用時においても軸受の軸方向精度が低下しやすくなる。したがって、軸受の軸方向精度を長期間にわたって維持することが難しく、軸受装置の寿命を十分に延伸できない。 In addition, the resin spacer may be creep-deformed depending on the period of use, and a gap may be formed between the inner ring and the positioning member, which may cause a displacement of the inner ring. In a configuration in which such a gap can be formed, the axial accuracy of the bearing tends to decrease during use as well as during assembly. Therefore, it is difficult to maintain the axial accuracy of the bearing for a long period of time, and the life of the bearing device cannot be sufficiently extended.
本発明は、フレッティング摩耗や、これに伴う摩耗粉の軸受内部への侵入を確実に抑制しつつ、軸受の軸方向精度を長期間にわたって維持することにより、軸受装置の寿命を延伸することを課題とする。 The present invention extends the life of a bearing device by maintaining the axial accuracy of the bearing for a long period of time while reliably suppressing fretting wear and the accompanying wear debris from entering the bearing. Make it an issue.
上記の課題を解決するために創案された本発明は、内輪及び外輪を有する転がり軸受と、車軸の外周面に装着されると共に、車軸に対して内輪を軸方向に位置決めする位置決め部材と、内輪の合わせ面と位置決め部材の合わせ面との間に配置されたスペーサと、を備えた車軸用軸受装置であって、内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面は、内径側で互いに当接する直接当接部を備え、スペーサは、直接当接部の外径側で内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面のいずれか一方と当接し、その他方との間に軸方向隙間を有する芯金と、軸方向隙間よりも外径側で内輪の合わせ面と位置決め部材の合わせ面との間をシールする弾性シール材と、を備えることを特徴とする。 The present invention, which was devised to solve the above problems, includes a rolling bearing having an inner ring and an outer ring, a positioning member mounted on the outer peripheral surface of the axle, and a positioning member for axially positioning the inner ring with respect to the axle, and an inner ring. Axle bearing device provided with a spacer arranged between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member. The mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member are in direct contact with each other on the inner diameter side. A core metal having a contact portion, the spacer is in contact with either the mating surface of the inner ring or the mating surface of the positioning member on the outer diameter side of the direct contact portion, and has an axial gap between the other and the other. It is characterized by including an elastic sealing material that seals between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member on the outer diameter side of the axial gap.
このようにすれば、弾性シール材により、内輪の合わせ面と位置決め部材の合わせ面との間の外径側がシールされるため、内輪の合わせ面と位置決め部材の合わせ面との間でフレッティング摩耗による摩耗粉が生じても、その摩耗粉が軸受内部に侵入するのを抑制できる。 In this way, the elastic sealing material seals the outer diameter side between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member, so that fretting wear is performed between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member. Even if the wear debris is generated, it is possible to prevent the wear debris from entering the inside of the bearing.
組立時に、内輪の合わせ面と位置決め部材の合わせ面との直接当接部により、内輪を車軸に対して正確に位置決めできる。この際、芯金と、内輪の合わせ面又は位置決め部材の合わせ面との間には軸方向隙間があるので、芯金が内輪を積極的に押圧することがない。つまり、芯金は、直接当接部による内輪の位置決めに悪影響を与えない。 At the time of assembly, the inner ring can be accurately positioned with respect to the axle by the direct contact portion between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member. At this time, since there is an axial gap between the core metal and the mating surface of the inner ring or the mating surface of the positioning member, the core metal does not positively press the inner ring. That is, the core metal does not adversely affect the positioning of the inner ring by the direct contact portion.
使用時の車軸の撓みにより、例えば、車軸の下方領域には、内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面の間隔を狭めようとする力が作用する加圧領域が形成されると共に、車軸の上方領域には、内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面の間隔を広げようとする力が作用する減圧領域が形成される。加圧領域では、軸方向隙間の少なくとも一部が、弾性シール材の圧縮変形を伴いながら無くなる。その結果、芯金の少なくとも一部が内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面の両方に接触する。この芯金の接触により、直接当接部に作用する押圧力を芯金にも分散でき、加圧領域で直接当接部に作用する押圧力を相対的に小さくできる。そのため、使用時において、減圧領域で直接当接部に作用する押圧力と、加圧領域で直接当接部に作用する押圧力との差を小さくできる。したがって、車軸の回転に伴って作用する繰り返し応力が低減し、直接当接部におけるフレッティング摩耗を抑制できる。加えて、フレッティング摩耗は外径側よりも内径側で小さくなる傾向があるため、直接当接部を内径側に設けることで、直接当接部におけるフレッティング摩耗をより確実に抑制できる。つまり、組立時に、直接当接部により内輪を車軸に対して正確に位置決めすれば、その後の使用時においても、直接当接部により軸受の軸方向精度を長期間にわたって維持できる。 Due to the deflection of the axle during use, for example, in the lower region of the axle, a pressure region on which a force acting to narrow the distance between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member acts is formed, and the upper part of the axle is formed. A decompression region is formed in the region on which a force for increasing the distance between the mating surfaces of the inner ring and the mating surfaces of the positioning members acts. In the pressurized region, at least a part of the axial gap disappears with compression deformation of the elastic sealing material. As a result, at least a part of the core metal comes into contact with both the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member. By the contact of the core metal, the pressing force acting on the direct contact portion can be dispersed to the core metal, and the pressing force acting on the direct contact portion in the pressurized region can be relatively small. Therefore, at the time of use, the difference between the pressing force acting on the direct contact portion in the depressurized region and the pressing force acting on the direct contact portion in the pressurized region can be reduced. Therefore, the repetitive stress acting with the rotation of the axle is reduced, and the fretting wear at the direct contact portion can be suppressed. In addition, since the fretting wear tends to be smaller on the inner diameter side than on the outer diameter side, the fretting wear on the direct contact portion can be more reliably suppressed by providing the direct contact portion on the inner diameter side. That is, if the inner ring is accurately positioned with respect to the axle by the direct contact portion at the time of assembly, the axial accuracy of the bearing can be maintained for a long period of time by the direct contact portion even during the subsequent use.
上記の構成において、内輪の合わせ面及び位置決め部材の合わせ面のいずれか一方は、直接当接部の外径側の位置に軸方向凹部を備え、芯金は、軸方向凹部と係合する軸方向凸部を備えることが好ましい。 In the above configuration, either one of the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member is provided with an axial recess at a position on the outer diameter side of the direct contact portion, and the core metal is a shaft that engages with the axial recess. It is preferable to provide a directional protrusion.
このようにすれば、軸方向凹部及び軸方向凸部を互いに係合させることで、スペーサの径方向移動が規制されるため、スペーサの組付作業や軸受装置の組立作業を効率よく行うことができる。 In this way, the radial movement of the spacer is restricted by engaging the axial concave portion and the axial convex portion with each other, so that the spacer assembly work and the bearing device assembly work can be efficiently performed. it can.
上記の構成において、内輪は、軸方向に間隔を置いて一対配置されており、位置決め部材は、一対の内輪の間にスペーサを介して配置され、軸方向の両端側に内輪に対する合わせ面を有する間座を備えることが好ましい。 In the above configuration, the inner rings are arranged in pairs at intervals in the axial direction, and the positioning members are arranged between the pair of inner rings via spacers, and have mating surfaces with respect to the inner rings on both ends in the axial direction. It is preferable to provide a spacer.
このようにすれば、内輪の合わせ面と間座の合わせ面との間のフレッティング摩耗を抑制できる。 In this way, fretting wear between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the spacer can be suppressed.
内輪が二つに分離され、位置決め部材が間座を備える場合、芯金は、一方の内輪の合わせ面と間座の軸方向の一端側に設けられた合わせ面との間、及び、他方の内輪の合わせ面と間座の軸方向の他端側に設けられた合わせ面との間に、それぞれ配置された一対の第一金属部と、前記間座の外周面に配置され、一対の前記第一金属部の間を連結する第二金属部と、を備えることが好ましい。 When the inner ring is separated into two and the positioning member is provided with a spacer, the core metal is provided between the mating surface of one inner ring and the mating surface provided on one end side in the axial direction of the spacer, and the other. A pair of first metal portions arranged between the mating surface of the inner ring and the mating surface provided on the other end side in the axial direction of the spacer, and a pair of the said ones arranged on the outer peripheral surface of the spacer. It is preferable to include a second metal portion that connects the first metal portions.
このようにすれば、一対の第一金属部の間の軸方向距離を第二金属部によって一定に維持できるため、間座の軸方向の両端に設けられた合わせ面に対して、芯金を備えたスペーサを配置しやすくなる。 In this way, the axial distance between the pair of first metal portions can be maintained constant by the second metal portions, so that the core metal is applied to the mating surfaces provided at both ends in the axial direction of the spacer. It becomes easy to arrange the provided spacer.
芯金が第一金属部と第二金属部とを備える場合、第一金属部は、間座の合わせ面と当接し、内輪の合わせ面との間に軸方向隙間を有することが好ましい。 When the core metal includes the first metal portion and the second metal portion, it is preferable that the first metal portion abuts on the mating surface of the spacer and has an axial gap between the mating surface of the inner ring.
芯金が第一金属部と第二金属部とを備える場合、組立時に、間座の合わせ面と第一金属部との間に軸方向隙間を形成し、一対の内輪の両合わせ面に第一金属部(芯金)を当接させると、内輪の合わせ面と間座の合わせ面とが直接当接するのを阻害するおそれがある。これは、第二金属部(芯金の軸方向部)が、間座の合わせ面よりも先に内輪の両合わせ面に当たって突っ張るためである。これに対し、上記の構成のように、間座の合わせ面に第一金属部を当接させ、内輪の合わせ面との間に軸方向隙間を形成すれば、このような不具合は生じることが無く、内輪の合わせ面と間座の合わせ面とを確実に直接当接できる。つまり、直接当接部を形成しやすくなる。 When the core metal includes the first metal portion and the second metal portion, an axial gap is formed between the mating surface of the spacer and the first metal portion at the time of assembly, and the first metal portion is formed on both mating surfaces of the pair of inner rings. When a single metal portion (core metal) is brought into contact with the metal portion, there is a possibility that the mating surfaces of the inner rings and the mating surfaces of the spacers are prevented from directly contacting each other. This is because the second metal portion (axial portion of the core metal) hits and stretches the mating surfaces of the inner ring before the mating surfaces of the spacer. On the other hand, if the first metal portion is brought into contact with the mating surface of the spacer and an axial gap is formed between the mating surface of the inner ring as in the above configuration, such a problem may occur. There is no need to ensure that the mating surfaces of the inner ring and the mating surfaces of the spacers are in direct contact with each other. That is, it becomes easy to form the direct contact portion.
上記の構成において、位置決め部材は、内輪の軸方向の後端側にスペーサを介して配置され、軸方向の前端側に内輪に対する合わせ面を有する後蓋を備えることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the positioning member is arranged on the rear end side in the axial direction of the inner ring via a spacer, and has a rear lid having a mating surface with respect to the inner ring on the front end side in the axial direction.
このようにすれば、内輪の合わせ面と後蓋の合わせ面との間のフレッティング摩耗を抑制できる。 In this way, fretting wear between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the rear lid can be suppressed.
上記の構成において、芯金の硬度が、内輪の硬度よりも低いことが好ましい。 In the above configuration, the hardness of the core metal is preferably lower than the hardness of the inner ring.
このようにすれば、内輪のフレッティング摩耗をより確実に抑制できる。 In this way, the fretting wear of the inner ring can be suppressed more reliably.
この場合、芯金が、冷間圧延剛板、熱間圧延軟剛板、高張力剛板、ステンレス鋼板、高溶融めっき剛板又は黄銅板からなることが好ましい。 In this case, the core metal is preferably made of a cold-rolled rigid plate, a hot-rolled soft rigid plate, a high-strength rigid plate, a stainless steel plate, a high-dip galvanized rigid plate, or a brass plate.
このようにすれば、芯金に適度な硬度を付与できる。 By doing so, it is possible to impart an appropriate hardness to the core metal.
上記の構成において、弾性シール材が、ニトリルゴム、アクリルゴム又はフッ素ゴムからなることが好ましい。 In the above configuration, the elastic sealing material is preferably made of nitrile rubber, acrylic rubber or fluororubber.
このようにすれば、弾性シール材の耐熱性、耐油性及び耐摩耗性を向上させることができる。 In this way, the heat resistance, oil resistance and abrasion resistance of the elastic sealing material can be improved.
本発明によれば、フレッティング摩耗や、これに伴う摩耗粉の軸受内部への侵入を確実に抑制しつつ、軸受の軸方向精度を長期間にわたって維持できるため、車軸用軸受装置の寿命を延伸できる。 According to the present invention, the life of the bearing device for axles is extended because the axial accuracy of the bearing can be maintained for a long period of time while reliably suppressing the fretting wear and the accompanying wear debris from entering the bearing. it can.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書では、「軸方向」とは車軸の軸方向(長手方向)をいう。車軸の軸方向端部寄りの位置を「前」といい、車軸の軸方向中央寄りの位置を「後」という。「径方向」とは、基本的には車軸の半径方向をいうが、この車軸に同心状に配置される部材(例えば、前蓋、後蓋、転がり軸受における内輪、外輪等の半径方向をいう場合もある。相対的な位置関係を述べる場合において、径方向の内方側の位置(車軸寄りの位置)を「内径側」といい、この内径側よりも径方向の外方側の位置(車軸から離れた位置)を「外径側」という。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this specification, the "axial direction" means the axial direction (longitudinal direction) of the axle. The position closer to the axial end of the axle is called "front", and the position closer to the center of the axle in the axial direction is called "rear". The "radial direction" basically refers to the radial direction of the axle, but refers to the radial direction of members (for example, the front lid, the rear lid, the inner ring, the outer ring, etc. of the rolling bearing) arranged concentrically with the axle. In some cases, when describing the relative positional relationship, the position on the inner side in the radial direction (the position closer to the axle) is called the "inner diameter side", and the position on the outer side in the radial direction (the position closer to the axle) than the inner diameter side. The position away from the axle) is called the "outer diameter side".
図1は、本発明の実施形態に係る車軸用軸受装置(以下、単に軸受装置という)1を鉄道車両の車軸Sに組み付けた例を示す。軸受装置1は、車軸Sを回転自在に支持する転がり軸受2と、一対のシール装置3と、を備える。
FIG. 1 shows an example in which an axle bearing device (hereinafter, simply referred to as a bearing device) 1 according to an embodiment of the present invention is assembled to an axle S of a railway vehicle. The
転がり軸受2は、いわゆる複列の円すいころ軸受であり、外輪4と、一対の内輪5と、転動体としての複数の円すいころ6と、保持器7と、を備える。
The rolling bearing 2 is a so-called double-row tapered roller bearing, and includes an outer ring 4, a pair of
外輪4は、内周面に複列に配置された円すい状の軌道面4aを有する。 The outer ring 4 has conical raceway surfaces 4a arranged in a plurality of rows on the inner peripheral surface.
一対の内輪5のそれぞれは、外周面に円すい状の軌道面5aを有する。一対の内輪5の間には、間座8が設けられている。一対の内輪5は、互いの小径側端部が間座8を介して軸方向に対向するように配置されている。
Each of the pair of
複数の円すいころ6は、外輪4の複列の軌道面4a及び一対の内輪5の軌道面5aに対応して、複列に配列されている。
The plurality of tapered
保持器7は、各列の円すいころ6を周方向で等間隔に保持する。
The
外輪4は、鉄道車両の軸箱(図示省略)の内周面に嵌合される。一方、内輪5は、車軸Sの外周面に嵌合される。一対の内輪5の軸受外部の前端側及び後端側には、それぞれ油切り9と後蓋10とが設けられている。車軸Sの前端(軸端)には前蓋11がボルト12で固定され、前蓋11と車軸Sの肩部Saとの間で、内輪5と共に、車軸Sの外周面に装着された油切り9、間座8及び後蓋10が挟持固定される。つまり、本実施形態では、油切り9、間座8及び後蓋10が、内輪5を軸方向に位置決めするための位置決め部材である。なお、これら位置決め部材は、車軸Sの外周面に装着するために筒状をなす。
The outer ring 4 is fitted to the inner peripheral surface of the axle box (not shown) of the railway vehicle. On the other hand, the
外輪4と内輪5との間に形成される軸受内部空間にはグリース等の潤滑剤が封入されている。
A lubricant such as grease is sealed in the bearing internal space formed between the outer ring 4 and the
一対のシール装置3は、潤滑剤が封入された軸受内部空間の前後両端部をシールする。各シール装置3は、シール部材13と、外径側の端部が外輪4に固定され、内径側の端部が油切り9又は後蓋10に近接配置された段付き円筒状のシールカバー14と、を備える。シール部材13は、シールカバー14の内周面に装着される。シール部材13は、いわゆる接触タイプ又は非接触タイプのいずれでもよい。
The pair of sealing
内輪5と間座8との間には、第一スペーサ15が配置されており、後蓋10と内輪5との間には、第二スペーサ16が配置されている。
A
図2に示すように、第一スペーサ15に隣接する一対の内輪5の合わせ面17は、前方側の内輪5の後端側と、後方側の内輪5の前端側にそれぞれ設けられている。各内輪5の合わせ面17は、径方向に延びる端面である。第一スペーサ15に隣接する間座8の合わせ面18は、間座8の前後両端側に設けられている。間座8の各合わせ面18は、径方向に延びる内径側端面18aと、内径側端面18aよりも内輪5の合わせ面17から軸方向(後方又は前方)に離れた位置で径方向に延びる外径側端面18bと、を備える。内輪5の合わせ面17の内径側部分と、間座8の内径側端面18aとは、互いに直接当接する直接当接部19を構成している。
As shown in FIG. 2, the mating surfaces 17 of the pair of
第一スペーサ15は、芯金20と、芯金20に一体に形成された弾性シール材21と、を備える。なお、芯金20及び弾性シール材21は、互いに分離可能な別体であってもよい。
The
芯金20は、間座8の合わせ面18の外径側端面18bに当接し、内輪5の合わせ面17との間に軸方向隙間G1を有する一対の第一金属部22と、一対の第一金属部22の外径側端部間を連結し、間座8の軸方向に延びる外周面8aに当接する第二金属部23と、を備える。なお、第一金属部22及び第二金属部23は、図示例のように間座8に直接当接してもよいし、間座8に弾性シール材(図示省略)を介して当接してもよい。
The
第一金属部22は円環板状であり、第二金属部23は円筒状である。一対の第一金属部22の軸方向の離間距離は、第二金属部23によって一定に維持される。
The
第一金属部22は、内径側に設けられた厚肉部22aと、厚肉部22aの外径側に設けられ、厚肉部22aよりも内輪5の合わせ面17から軸方向(後方又は前方)に離れた薄肉部22bと、を備える。つまり、第一金属部22の内輪5の合わせ面17側において、厚肉部22aと薄肉部22bとの間には、軸方向段部22xが形成されており、第一金属部22の間座8の合わせ面18側において、厚肉部22aと薄肉部22bとは滑らかに連続している。なお、第一金属部22の厚みは、一定としてもよい。
The
軸方向隙間G1は、直接当接部19よりも外径側で、厚肉部22a及び薄肉部22bの内径側端部近傍に対応する位置に形成される。なお、本実施形態では、薄肉部22bの内径側端部近傍に対応する位置では、弾性シール材21が軸方向隙間G1により内輪5の合わせ面17と非接触になっている。
The axial gap G1 is formed at a position on the outer diameter side of the
軸方向隙間G1は、組立時などの車軸Sに撓みのない状態で形成され、その大きさは、車軸Sの撓みに応じて変化する。軸方向隙間G1の大きさは、車軸Sの撓みによって弾性シール材28が圧縮変形した際に、芯金20の第一金属部22の少なくとも一部が内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18の両方に接触可能な範囲に設定される(図6を参照)。
The axial clearance G1 is formed in a state where the axle S is not bent at the time of assembly or the like, and its size changes according to the bending of the axle S. The size of the axial gap G1 is such that when the
弾性シール材21は、車軸Sの撓みに応じて膨張変形又は圧縮変形が可能であり、軸方向隙間G1よりも外径側で、内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間をシールする。詳細には、弾性シール材21は、第二金属部23の外側表面(外周面)と、これに連続する第一金属部22の薄肉部22bの外側表面(内輪5側の面)と、を覆っている。これにより、外径側から見た場合に、一対の内輪5の合わせ面17の間が、弾性シール材21で覆われた状態となる。なお、弾性シール材21は、シール性を高めるために、径方向に延び、かつ、軸方向で対向する一対の壁面(図示例では、各内輪5の合わせ面17)により両側から挟持されていることが好ましい。
The
第一スペーサ15は、周方向で複数(例えば二つ)に分割されており、図3に示すように、分割された第一スペーサ15の各部が、間座8に対して外径側から装着可能となっている。
The
間座8は、内径側端面18aと外径側端面18bとの間に軸方向凹部18cを有し、芯金20の第一金属部22は、内径側端部に軸方向凹部18cと係合する軸方向凸部22cを有する。軸方向凹部18cに軸方向凸部22cを係合させることで、第一スペーサ15が周方向で分割されていても、軸方向凸部22cが軸方向凹部18cに引っ掛かり、間座8に対する第一スペーサ15の径方向移動が規制される。なお、軸方向凹部18c及び軸方向凸部22cは、周方向に断続的に設けられていてもよいが、本実施形態では全周に設けられている。軸方向凹部18c及び軸方向凸部22cは省略してもよい。
The
図4に示すように、第一スペーサ15を間座8に装着した状態(内輪5を位置決めする前の状態)では、弾性シール材21の軸方向の最大幅をA、芯金20の軸方向の最大幅をB、間座8の内径側端面18aの軸方向の最大幅をCとした場合に、A>C>Bなる関係が成立するようになっている。これにより、図2に示したように、間座8を内輪5に押し付けて、内輪5を車軸Sに対して位置決めした状態では、間座8と内輪5との間に配置された第一スペーサ15の弾性シール材21が所定の潰し代α((A−C)/2)で圧縮されてシール性が高められる。また、弾性シール材21及び間座8の内径側端面18aを、内輪5の合わせ面17に接触させた状態で、芯金20と内輪5との間に軸方向隙間G1が自動的に形成される。なお、弾性シール材21の潰し代αは、弾性シール材21が圧縮変形及び膨張変形が可能な範囲で設定される。具体的には、潰し代αは、例えば0.1〜0.5mmである。
As shown in FIG. 4, in the state where the
図5に示すように、第二スペーサ16に隣接する内輪5の合わせ面24は、後方側の内輪5の後端側に設けられている。内輪5の合わせ面24は、径方向に延びる端面である。第二スペーサ16に隣接する後蓋10の合わせ面25は、後蓋10の前端側に設けられている。後蓋10の合わせ面25は、径方向に延びる内径側端面25aと、内径側端面25aよりも後方側にシフトした位置で径方向に延びる外径側端面25bと、を備える。内輪5の合わせ面24の内径側部分と、後蓋10の内径側端面25aとは、互いに直接当接する直接当接部26を構成している。
As shown in FIG. 5, the
第二スペーサ16は、芯金27と、芯金27に一体に形成された弾性シール材28と、を備える。なお、芯金27及び弾性シール材28は、互いに分離可能な別体であってもよい。
The
芯金27は、後蓋10の合わせ面25の外径側端面25bに当接し、内輪5の合わせ面24との間に軸方向隙間G2を有する第一金属部29と、第一金属部29の外径側端部に連結し、後蓋10の軸方向に延びる外周面10aに当接する第二金属部30と、を備える。なお、第一金属部29及び第二金属部30は、図示例のように後蓋10に直接当接してもよいし、後蓋10に弾性シール材(図示省略)を介して当接してもよい。
The
第一金属部29は円環板状であり、第二金属部30は円筒状である。第二スペーサ16は、周方向で分割されていてもよいが、本実施形態では周方向で分割されていない単一部材である。後蓋10に対する第二スペーサ16の径方向移動は、第二金属部30により規制される。この場合、第二スペーサ16は、軸方向から後蓋10に対して装着可能である。なお、芯金27は、第二金属部30を省略し、第一金属部29のみからなる板状体としてもよい。
The
第一金属部29は、内径側に設けられた厚肉部29aと、厚肉部29aの外径側に設けられ、厚肉部29aよりも内輪5の合わせ面24から後方に離れた薄肉部29bと、を備える。つまり、第一金属部29の内輪5の合わせ面24側において、厚肉部29aと薄肉部29bとの間には、軸方向段部29xが形成されており、第一金属部29の後蓋10の合わせ面25側において、厚肉部29aと薄肉部29bとは滑らかに連続している。なお、第一金属部29の厚みは、一定としてもよい。
The
軸方向隙間G2は、直接当接部26よりも外径側で、厚肉部29a及び薄肉部29bの内径側端部近傍に対応する位置に形成される。なお、本実施形態では、薄肉部29bの内径側端部近傍に対応する位置では、弾性シール材28が軸方向隙間G2により内輪5の合わせ面24と非接触になっている。
The axial gap G2 is formed at a position on the outer diameter side of the
軸方向隙間G2は、組立時などの車軸Sに撓みのない状態で形成され、その大きさは、車軸Sの撓みに応じて変化する。軸方向隙間G2の大きさは、車軸Sの撓みによって弾性シール材28が圧縮変形した際に、芯金27の第一金属部29の少なくとも一部が内輪5の合わせ面24及び後蓋10の合わせ面25の両方に接触可能な範囲に設定される。
The axial clearance G2 is formed in a state where the axle S is not bent at the time of assembly or the like, and its size changes according to the bending of the axle S. The size of the axial gap G2 is such that when the
弾性シール材28は、車軸Sの撓みに応じて膨張変形又は圧縮変形が可能であり、軸方向隙間G2よりも外径側で、内輪5の合わせ面24と後蓋10の合わせ面25との間をシールする。詳細には、弾性シール材28は、第二金属部30の外側表面(外周面)と、これに連続する第一金属部29の薄肉部29bの外側表面(内輪5側の面)と、を覆っている。これにより、外径側から見た場合に、内輪5の合わせ面24と後蓋10の合わせ面25との間が、弾性シール材28で覆われた状態となる。なお、弾性シール材28は、シール性を高めるために、径方向に延び、かつ、軸方向で対向する一対の壁面(図示例の場合は、内輪5の合わせ面24及び後蓋10の径方向に延びる外周面10b)により両側から挟持されていることが好ましい。
The
第一スペーサ15の芯金20、及び第二スペーサ16の芯金27は、内輪5よりも低い硬度を有することが好ましい。芯金20,27は、例えば、冷間圧延剛板、熱間圧延軟剛板、高張力剛板、ステンレス鋼板、高溶融めっき剛板又は黄銅板からなることが好ましい。芯金20,27の厚みは、例えば0.8〜2.0mmであることが好ましい。
The
第一スペーサ15の弾性シール材21、及び第二スペーサ16の弾性シール材28は、ニトリルゴム、アクリルゴム又はフッ素ゴムからなることが好ましい。
The
以上の構成を備えた軸受装置1によれば、次のような作用効果を得ることができる。なお、第一スペーサ15及び直接当接部19が内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18の間で発揮する作用効果は、第二スペーサ16及び直接当接部26が内輪5の合わせ面24と後蓋10の合わせ面25との間で発揮する作用効果と実質的に同じである。以下では、第一スペーサ15及び直接当接部19により得られる作用効果を例にとって説明し、第二スペーサ16及び直接当接部26により得られる作用効果については説明を省略する。
According to the
第一スペーサ15の弾性シール材21により、内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18の外径側がシールされる。図6に示すように、使用時の車軸Sの撓みにより、内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間隔を狭めようとする力F1が作用する加圧領域(例えば車軸Sの下方領域)Dでは、弾性シール材21が圧縮変形する。一方、図7に示すように、使用時の車軸Sの撓みにより内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間隔を広げようとする力F2が作用する減圧領域(例えば車軸Sの上方領域)Uでは、弾性シール材21が膨張変形する。このような弾性シール材21の圧縮変形及び膨張変形により、内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18の外径側が常にシールされた状態となる。これにより、内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間でフレッティング摩耗による摩耗粉が生じても、その摩耗粉が軸受内部に侵入するのを抑制できる。
The
内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18に直接当接部19が設けられているため、組立時に、間座8によって内輪5を車軸Sに対して軸方向に正確に位置決めできる。この際、第一スペーサ15の芯金20は、軸方向隙間G1により、内輪5の合わせ面17と非接触となるため、直接当接部19による内輪5の位置決め精度に悪影響を与えることはない。ここで、加圧領域Dでは内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間隔を狭めようとするため、加圧領域Dにおける加圧量は内径側から外径側に向かって大きくなる。一方、減圧領域Uでは内輪5の合わせ面17と間座8の合わせ面18との間隔を広げようとするため、減圧領域Uにおける減圧量は内径側から外径側に向かって大きくなる。つまり、フレッティング摩耗は、外径側で大きく、内径側で小さくなる傾向がある。したがって、直接当接部19を内径側に設けることで、直接当接部19におけるフレッティング摩耗を軽減できる。
Since the
図6に示すように、使用時の車軸Sの撓みにより力F1が作用する加圧領域Dでは、軸方向隙間G1の少なくとも一部が、弾性シール材21の圧縮変形を伴いながら無くなる。その結果、芯金20の少なくとも一部が内輪5の合わせ面17及び間座8の合わせ面18の両方に接触する。この芯金20の接触により、直接当接部19に作用する押圧力を芯金20にも分散でき、加圧領域Dで直接当接部19に作用する押圧力を相対的に小さくできる。そのため、使用時において、減圧領域Uで直接当接部19に作用する押圧力と、加圧領域Dで直接当接部19に作用する押圧力との差を小さくできる。したがって、車軸Sの回転に伴って作用する繰り返し応力が低減し、直接当接部19におけるフレッティング摩耗をより確実に抑制できる。つまり、組立時に、直接当接部19により車軸Sに対して内輪5を軸方向に正確に位置決めすれば、その後の使用時においても、フレッティング摩耗や、これに伴う摩耗粉の軸受内部への侵入を確実に抑制しつつ、転がり軸受2の軸方向精度を長期間にわたって維持できるため、軸受装置1の寿命を十分延伸できる。
As shown in FIG. 6, in the pressure region D in which the force F1 acts due to the bending of the axle S during use, at least a part of the axial gap G1 disappears with compression deformation of the
本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.
上記の実施形態では、第一スペーサ15の芯金20が、間座8の前後両端側に設けられた合わせ面18に当接し、内輪5の合わせ面17との間に軸方向隙間G1を有する一対の第一金属部22と、一対の第一金属部22の外径側端部間を連結し、間座8の外周面8aに当接する第二金属部23と、を備える場合を例示したが、図8に示すように、第二金属部23は、軸方向で二つに分割されていてもよい。あるいは、図9に示すように、第一スペーサ15の芯金20は、第二金属部23を省略し、第一金属部22のみからなる板状体(例えば円環板状)としてもよい。図8及び図9に例示した態様の場合、間座8の前後両端側に、別々の第一スペーサ15が装着される。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、第一スペーサ15及び第二スペーサ16の芯金20,27が、間座8や後蓋10などの位置決め部材と当接し、内輪5との間に軸方向隙間G1,G2を有する場合を例示したが、これに限定されない。芯金20,27は、内輪5と当接し、位置決め部材との間に軸方向隙間を有していてもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、間座8に軸方向凹部18cを設け、第一スペーサ15の芯金20に軸方向凹部18cと係合する軸方向凸部22cを設ける場合を例示したが、軸方向凹部を内輪5に設け、この軸方向凹部に係合する軸方向凸部を第一スペーサ15の芯金20に設けてもよい。また、第二スペーサ16の芯金27に軸方向凸部を設け、この軸方向凸部と係合する軸方向凹部を後蓋10に設けてもよい。あるいは、軸方向凹部を内輪5に設け、この軸方向凹部に係合する軸方向凸部を第二スペーサ16の芯金27に設けてもよい。
In the above embodiment, the case where the
上記の実施形態では、内輪5と間座8との間に第一スペーサ15を配置すると共に、内輪5と後蓋10との間に第二スペーサ16を配置する場合を例示したが、油切り9と内輪5との間にも、本発明に係るスペーサを配置してもよい。つまり、内輪5と間座8との間、内輪5と後蓋10との間、及び内輪5と油切り9との間(油切り9を省略して、前蓋11を内輪5に直接接触させる場合には、内輪5と前蓋11との間)の少なくとも一つに本発明に係るスペーサが配置されていればよい。ただし、フレッティング摩耗は、車軸Sの前端に向かって小さくなる傾向にあるため、フレッティング摩耗を抑制する観点からは、内輪5と後蓋10との間のみ、あるいは、内輪5と後蓋10との間及び内輪5と間座8との間に、本発明に係るスペーサを適用することが好ましい。
In the above embodiment, the case where the
上記の実施形態では、内輪として、二つに分割された一対の内輪5の間に間座8を設けたものを例示したが、内輪は、間座8を省略して、一対の内輪5の小径側端部を直接突き合わせたものであってもよいし、一対の内輪5を一体化した単一部材であってもよい。
In the above embodiment, as the inner ring, a
上記の実施形態では、転がり軸受2として円すいころ軸受を例示したが、これに限定されず、円筒ころ軸受その他の軸受についても本発明を適用できる。 In the above embodiment, the tapered roller bearing is exemplified as the rolling bearing 2, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a cylindrical roller bearing and other bearings.
1 軸受装置
2 転がり軸受
3 シール装置
4 外輪
5 内輪
6 円すいころ
7 保持器
8 間座
10 後蓋
15 第一スペーサ
16 第二スペーサ
19 直接当接部
20 芯金
21 弾性シール材
26 直接当接部
27 芯金
28 弾性シール材
G1 軸方向隙間
G2 軸方向隙間
S 車軸
1 Bearing device 2 Rolling bearing 3 Sealing device 4
Claims (9)
前記内輪の合わせ面及び前記位置決め部材の合わせ面は、内径側で互いに当接する直接当接部を備え、
前記スペーサは、前記直接当接部の外径側で前記内輪の合わせ面及び前記位置決め部材の合わせ面のいずれか一方と当接し、その他方との間に軸方向隙間を有する芯金と、前記軸方向隙間よりも外径側で前記内輪の合わせ面と前記位置決め部材の合わせ面との間をシールする弾性シール材と、を備えることを特徴とする車軸用軸受装置。 A rolling bearing having an inner ring and an outer ring, a positioning member mounted on the outer peripheral surface of the axle and positioning the inner ring in the axial direction with respect to the axle, and a mating surface of the inner ring and a mating surface of the positioning member. Axle bearing device with spacers arranged between them.
The mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member are provided with direct contact portions that come into contact with each other on the inner diameter side.
The spacer is in contact with either one of the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member on the outer diameter side of the direct contact portion, and has an axial gap between the spacer and the other. An axle bearing device comprising an elastic sealing material that seals between the mating surface of the inner ring and the mating surface of the positioning member on the outer diameter side of the axial gap.
前記位置決め部材は、一対の前記内輪の間に前記スペーサを介して配置され、軸方向の両端側に前記内輪に対する合わせ面を有する間座を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の車軸用軸受装置。 The inner rings are arranged in pairs at intervals in the axial direction.
The first or second aspect of the present invention, wherein the positioning member is arranged between the pair of inner rings via the spacer, and has spacers having mating surfaces with respect to the inner rings on both end sides in the axial direction. Axle bearing device.
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