JP3051885B2 - 軸装置 - Google Patents

軸装置

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JP3051885B2
JP3051885B2 JP4355574A JP35557492A JP3051885B2 JP 3051885 B2 JP3051885 B2 JP 3051885B2 JP 4355574 A JP4355574 A JP 4355574A JP 35557492 A JP35557492 A JP 35557492A JP 3051885 B2 JP3051885 B2 JP 3051885B2
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shaft
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D1/00Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
    • F16D1/06Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
    • F16D1/08Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key
    • F16D1/0852Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft
    • F16D1/0858Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping between the mating surfaces of the hub and shaft due to the elasticity of the hub (including shrink fits)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、一般機械における筒
体と軸(例えば鉄道車両用輪軸)の組立及び分解に際し、
その嵌合部にオイルインジェクターにより圧力油を導入
して軸の圧入及び引抜きを行う装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図15は、従来の圧力油導入溝を有する
筒体と軸の圧入嵌合部を示す断面図であり、筒体1の内
径部に設けられた圧力油導入溝11は、軸方向の断面が
左右ほぼ対称形になっており(図15では半円形)、その
軸方向位置は、筒体1と軸2の嵌合面圧力の一番高い箇
所(図15のほぼ軸方向中央部)に設置され、オイルイン
ジェクターにより導かれる圧力油が、筒体1と軸2が接
触する嵌合部全体に行き渡るように構成されている。図
16は図15の嵌合部の圧力分布を示すもので、図中、
σは嵌合部の単位面積当りの接触面圧力、xは軸方向の
長さを示す。
【0003】図17は圧力油導入溝を有する鉄道車両用
輪軸の一例を表わした断面図であり、歯車33のボス部
31に車軸32を圧入したところを示す。歯車33のボ
ス部31の外径は、その両端部31aと中央のリム部3
1bにおいて大きさが異なり、それらの場所によって嵌
合面圧力も異なる。即ち、一般に圧入締め代を有する筒
体と軸の嵌合面圧力は、下記の式(1)によって表わされ
る。 σ=Eδ(1−d2/D2)/2d…(1) ここにσは単位面積当りの筒体と軸の嵌合面圧力 Dは筒体の外径 dは嵌合部の直径(筒体の内径) Eは筒体及び軸の縦弾性係数 δは締め代(軸の外径と筒体の内径の差) ここで、嵌合部の直径(筒体の内径)dと締め代δが一定
の場合、嵌合面圧力σと筒体の外径Dの関係は図18に
示すようになり、外径Dが大きくなるにつれ圧力(嵌合
面応力)σも大きくなる。従って、オイルインジェクタ
ーの油圧を嵌合部全体に浸透させるためには、圧力油を
嵌合面圧力が一番高いところ、即ち筒体の外径Dが一番
大きいところから導く必要があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の軸装置の油圧導
入溝は、ボスの外径が一番大きい箇所に設けなければな
らず、図19に示すように、油圧導入溝11をそのほぼ
中央部に配置した筒体では、その溝11と軸32とが嵌
合するまでは、オイルインジェクターにより油圧を掛け
ることができなかった。又、ボス31から軸32を引き
抜く時も、その途中で嵌合部から圧力導入溝11がはず
れるため、オイルインジェクターによる油圧を利用でき
る範囲が限定されていた。特に、鉄道車両用輪軸におい
ては、軸の錆等を除くために定期的に筒体31と軸32
を分解し組立を行う必要があるが、オイルインジェクタ
ーによる圧力油の導入範囲が限定されると、組立分解の
際に車軸に傷が付いたり、圧入及び引抜き作業がスムー
スに行われない問題が生じる。
【0005】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたもので、筒体と軸の圧入及び引抜き作業に
おいて、オイルインジェクターの効果を最大限発揮でき
るような軸装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る軸装置は、筒体と軸との嵌合部に圧力油を導入する溝
を上記筒体又は軸の円周方向に設け、上記筒体と軸を着
脱するときに上記溝に圧力油を導入するようにした軸装
置において、嵌合面圧力が高い側を上記溝の表面に作用
する油圧によって嵌合面圧力が低い側よりさらに低くな
るように溝の軸方向の断面を非対称に形成したものであ
る。
【0007】この発明の請求項2に係る軸装置は、嵌合
面圧力が高い側の面を、筒体と軸の嵌合接触面と鋭角と
し、嵌合面圧力が低い側の面を、筒体と軸の嵌合接触面
とほぼ直角又は鋭角に形成したものである。
【0008】この発明の請求項3に係る軸装置は、圧力
油を導入する溝の軸方向断面の嵌合面に対する平均傾斜
角を、嵌合面圧力が高い側より低い側の方を大きく形成
したものである。
【0009】この発明の請求項3に係る軸装置は、圧力
油を導入する溝が筒体と軸との嵌合 部の挿入側端面近傍
に形成したものである。
【0010】
【実施例】実施例1. 図1はこの発明の実施例1に係る軸装置の断面図であ
る。図において、32は鉄道用車両等の車軸であり、3
3はこの車軸32に締め代を持たせて圧入された歯車で
ある。歯車33は小径のボス部31aと大径のボス部3
1bを有しており、小径のボス部31a端部の内径に
は、軸方向に対して左右非対称断面形状のオイルインジ
ェクター用圧力油導入溝101が設けられている。な
お、以下の説明では上記ボス部31a,31bを総称し
て筒体31と呼ぶこととする。図2aは図1の圧力油導
入溝101の拡大断面を示した図であり、導入溝101
の内部壁の傾斜として、軸方向の嵌合圧力の高い側を鋭
角θBに、嵌合圧力の低い側を鈍角θAに形成している。
【0011】ところで、従来の圧力油導入溝は図15,
図17に示すように、左右対称の半円形に近い形状であ
るため、オイルインジェクターから注入された高圧油は
左右均等に浸透する傾向にあるが、片側の圧入面接触圧
力が高い場合、その高い側には油圧は浸透せず圧入面圧
力が低い方に浸透し、圧入面全体に浸透する前に外に漏
れてしまう。また、嵌合面圧力の高い場所に圧力油導入
溝を設けると、軸がその位置に圧入されるまで圧力油を
導入できないことになる。
【0012】本実施例では、圧力油導入溝101を図2
aに示すような形状にすることにより、下記の作用を奏
する。即ち、図2aに示すようにオイルインジェクター
の圧力油が導入溝101に導かれると、導入溝101の
内面壁のあらゆる方向に圧力油が一様に作用し、圧入面
圧力が低い側のA面には、矢印の方向に筒体31の一部
を軸32側に押し付ける力P1が作用して、筒体31と
軸32の接触面C部の圧力が増大する。一方、圧入面圧
力が高い側のB面には、矢印の方向に筒体31の一部を
軸32から引き放す力P2が作用し、筒体31と軸32
の接触面D部の圧力が減少する。そして、上記P1、P2
の筒体31と軸32の接触面に垂直な方向の分力の単位
面積当りの力をそれぞれσPV1、σPV2とし、油圧が作用
しない時の接触面C部及びD部の単位面積当りの圧入面
圧力をそれぞれσC、σD(σC<σD)とすると、下記の
不等式(2)が成立するように圧力油導入溝101の形
状を決めれば、オイルインジェクターからの圧力油を筒
体31と軸32の圧入接触面C部よりD部の方に先に浸
透させることができる。 σC+σPV1>σD−σPV2…(2) また、圧力油導入溝101の内壁面Bが圧入面圧力の高
いD側に向って鋭角に構成されているので、くさび効果
により圧力油がD方向によりいっそう浸透しやすくなる
効果がある。
【0013】図3及び図4は本実施例1による軸装置の
圧入工程及び圧入力曲線を示すものであり、図19及び
図20は従来の軸装置の圧入工程及び圧入力曲線を示す
ものである。なおここで、実施例1及び従来例ともに、
軸32の直径を250mm、オイルインジェクターの圧
力油を1500〜1800kg/cm2の条件で軸の圧
入作業を行った。実施例1では図4に示すように全工程
を通じて圧入力曲線は5ton前後で推移し、圧入(引抜)
力のピークは約5〜20tonに抑えられるが、従来例で
は図20に示すように、圧入(引抜)力のピークは80〜
100tonに達し大きな圧力が作用する。このように、
本実施例による筒体と軸の圧入(引抜)力は従来と比べて
非常に低くなるので圧入(引抜)の際に大容量のプレスは
不要となり、工場設備費も節約できる。なお、図4及び
図20においてFは圧入(引抜)力(ton)、xは圧入長さ
を示す。
【0014】図2bは図2aの圧力油導入溝101を実
用的な形状にしたものであり、この導入溝101aによ
れば、溝の中ぐり等の加工が簡易になりかつ応力集中防
止用のR等が設けられている。
【0015】実施例2. 実施例2では、図5aに示すように圧力油導入溝102
のA面を筒体31と軸32との接触面と垂直にし、B面
のみに傾斜(鋭角)を設けることによって、圧入面力が高
い側のB面に矢印の方向に筒体31の一部を軸32から
引き放す力P2を作用させて、筒体31と軸32の接触
面D部の接触圧力を減少させる。ここで、上記圧力P2
の筒体31と軸32の接触面に垂直な分力の単位面積当
りの力をσPV2とし、油圧が作用しないときの接触面C
部及びD部の単位面積当りの圧入面圧力をそれぞれ
σC、σD(σC<σD)とすると、下記の不等式(3)が
成立するように圧力油導入溝102の形状(B面の傾斜)
を決めれば、オイルインジェクターからの圧力油を筒体
31と軸32の圧入接触面C部よりD部の方に先に浸透
させることができる。 σC>σD−σPV2…(3) なお、溝102のA面に作用する油圧は筒体31と軸3
2の嵌合接触面と平行になるので上記嵌合接触面に対す
る垂直分力は0となり考慮する必要は無い。また、実施
例1と同様、圧力油導入102の内壁面Bが接触面Dに
向って鋭角に構成されているので、圧力油がくさび効果
によりD方向によりいっそう浸透しやすい効果がある。
図5bは実施例2の実用的な圧力油導入溝102aを示
したものである。
【0016】実施例3. 更に、図6aに示すように圧力油導入溝103のA面
(接触面圧力が低い側)に傾斜(接触面となす角が鈍角)を
つけ、B面(接触面圧力が高い側)を垂直に構成して、オ
イルインジェクターの油圧により筒体31と軸32の嵌
合接触面C部の圧力を増大させることにより、上記実施
例1,2と同様の作用を達成することができる。なお、
図6bは実施例3の実用的な形状を示したものである。
【0017】実施例4. 上記実施例では、圧力油導入溝の内壁構造として直線状
の傾斜を有するものを示したが、図7に示すように円形
の傾斜を持たせた溝形状でも良く、また楕円形状等も考
えられ、要するに軸方向において溝内壁の平均傾斜角を
嵌合接触面の高い側に比べ低い側を大きく構成すれば良
い。
【0018】実施例5. 上記実施例では圧力油導入溝が筒体31側に設けられて
いる軸装置について説明したが、図8に示すように軸3
2側に圧力油導入溝120を設けても良い。この場合、
図9に示すように圧力用導入溝120の内壁の嵌合接触
圧力の高い側を鋭角に低い側を鈍角に構成すると、上記
実施例における作用説明と同様に圧力油は嵌合接触圧力
の高い側に向って流れ、軸の圧入及び引抜き作業がスム
ースに行われる。
【0019】実施例6. 実施例5の応用として、軸32側に図10に示すような
圧力油導入溝121を設けることにより実施例5と同様
の効果を得ることができる。 実施例7. また、実施例5の応用として、図11に示すように軸3
2側に実施例3と同様の圧力油導入溝122を設けるこ
とにより実施例5と同様の効果を得ることができる。 実施例8. 更に、図12に示すように軸32側に円形、楕円形状の
圧力油導入溝123を設けても良い。
【0020】実施例9. 上記実施例1〜8では、圧力油導入溝の形状を筒体と軸
との嵌合面圧力の高低を考慮して決定していたが、図1
3又は図14に示すような外径が一定で嵌合面圧力が変
化しない筒体300に軸31を圧入及び引抜きを行う場
合でも、適用することができる。即ち図13では、筒体
300の端部付近に圧力油導入溝400を設けて、その
溝内壁の平均傾斜角を嵌合部の短手方向より長手方向を
より小さくなるように構成することにより、軸長手方向
に圧力油が浸透して圧入及び引抜き作業がスムースに行
われる。また図14では、軸31の嵌合部端部に圧力油
導入溝500を設けて、その溝内壁の平均傾斜角を嵌合
部の短手方向より長手方向をより小さくするように構成
すれば同様の効果を達成できる。
【0021】上記実施例1〜9において、圧力油導入溝
は筒体又は軸の円周方向全周に設けるのが最良である
が、円周一部に設けても良い。
【0022】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、筒体と
軸との圧入作業の際にオイルインジェクターの油圧を嵌
合面の広い範囲に効かすことができ、又引抜く際も同様
に油圧を広い範囲に効かすことができるので、筒体又は
軸の嵌合面に傷が付くのを広範囲にわたって防止でき
る。更に、従来と比べて筒体と軸の圧入(引抜き)力は非
常に低くなるので大容量のプレスは不要になり工場設備
費が節約できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1に係る軸装置を示す断面
図である。
【図2】 実施例1の軸装置の圧力油導入溝の拡大断面
を示す図である。
【図3】 実施例1の軸装置の圧入又は引抜き工程を示
す断面図である。
【図4】 実施例1の軸装置の圧入又は引抜き工程の圧
入曲線を示す図である。
【図5】 実施例2に係る軸装置の圧力油導入溝の拡大
断面を示す図である。
【図6】 実施例3に係る軸装置の圧力油導入溝の拡大
断面を示す図である。
【図7】 実施例4に係る軸装置の圧力油導入溝の拡大
断面を示す図である。
【図8】 実施例5に係る軸装置を示す断面図である。
【図9】 実施例5に係る軸装置の圧力油導入溝の拡大
断面を示す図である。
【図10】 実施例6に係る軸装置の圧力油導入溝の拡
大断面を示す図である。
【図11】 実施例7に係る軸装置の圧力油導入溝の拡
大断面を示す図である。
【図12】 実施例8に係る軸装置の圧力油導入溝の拡
大断面を示す図である。
【図13】 実施例9に係る軸装置を示す断面図であ
る。
【図14】 実施例9に係る軸装置を示す断面図であ
る。
【図15】 従来のオイルインジェクター圧力油導入溝
を有する一般的な軸装置を示す断面図である。
【図16】 図15の軸装置の嵌合部の単位面積当りの
接触面圧力分布を示す図である。
【図17】 従来の車軸に歯車を圧入した軸装置の一例
を示す断面図である。
【図18】 軸装置嵌合部の単位面積当りの接触面圧力
と筒体外径の関係を示す図である。
【図19】 従来の軸装置の圧入又は引抜き工程を示す
断面図である。
【図20】 図19の圧入又は引抜き工程の圧入曲線を
示す図である。
【符号の説明】
31 筒体(ボス部) 31a 小径のボス部 31b 大径のボス部 32 軸 33 歯車 101,101a 圧力油導入溝 102,102a 圧力油導入溝 103,103a 圧力油導入溝 104 圧力油導入溝 120,120a 圧力油導入溝 121,121a 圧力油導入溝 122,122a 圧力油導入溝 123 圧力油導入溝 300 筒体 400 圧力油導入溝 500 圧力油導入溝
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−23869(JP,A) 特開 昭56−45333(JP,A) 実開 平6−35667(JP,U) 実開 昭58−135526(JP,U) 実開 昭61−13027(JP,U) 実開 昭63−135024(JP,U) 実開 平1−121716(JP,U) 実開 昭64−20535(JP,U) 特公 昭45−9962(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16D 1/02 - 1/06 F16B 4/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒体と軸との嵌合部に圧力油を導入する
    溝を上記筒体又は軸の円周方向に設け、上記筒体と軸を
    着脱するときに上記溝に圧力油を導入するようにした軸
    装置において、筒体の外径が大きい部分である 嵌合面圧力が高い側を上
    記溝の表面に作用する油圧によって筒体の外径が小さい
    部分である嵌合面圧力が低い側よりさらに低くなるよう
    に溝の軸方向の断面を非対称に形成したことを特徴とす
    る軸装置。
  2. 【請求項2】 筒体の外径が大きい部分である嵌合面圧
    力が高い側の面を、筒体と軸の嵌合接触面と鋭角とし、
    筒体の外径が小さい部分である嵌合面圧力が低い側の面
    を、筒体と軸の嵌合接触面とほぼ直角又は鋭角に形成し
    たことを特徴とする請求項1記載の軸装置。
  3. 【請求項3】 圧力油を導入する溝の軸方向断面の嵌合
    面に対する平均傾斜角を、筒体の外径が大きい部分であ
    嵌合面圧力が高い側より筒体の外径が小さい部分であ
    る嵌合面圧力が低い側の方を大きく形成したことを特徴
    とする請求項1記載の軸装置。
  4. 【請求項4】 圧力油を導入する溝が筒体と軸との嵌合
    部の挿入側端面近傍に形成されていることを特徴とする
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の軸装置。
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CN105149864A (zh) * 2015-08-19 2015-12-16 上海汽车变速器有限公司 变速器轴齿零件的过盈连接实现方法
CN112060832B (zh) * 2020-09-10 2024-02-13 江苏张驰轮毂制造有限公司 一种高强度锻造轮毂

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