CN103174756A - 用于铁道车辆轴箱中的轴承单元和包括该轴承单元的轴箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于铁道车辆的轴箱中的包括具有内环（12）、金属外环（14）和布置在两者之间的滚动元件（48）的轴承（10）的轴承单元。所述轴承（10）配置为支撑所述铁道车辆的轴（28）。此外，提供围绕轴承（10）的外环（14）的轴套。被提出的是，所述轴套（16）由非金属材料制成。

Description

用于铁道车辆轴箱中的轴承单元和包括该轴承单元的轴箱
技术领域
作为例如用在高速列车的转向架中的用于铁道车辆的轴箱壳体包括承载通常为20吨的高的轴负载的轴承单元并且需要在宽范围的温度和环境条件中正常运行。
背景技术
为了保证包括轴和轮的列车的安全运作，有一套规律的维护计划是必要的，其中举例来说为了探测在悬挂于车辆的悬挂部件之下的部件中的微观裂缝，车辆的非簧载质量，尤其是轴和轮，从簧载质量分离。所述车辆的悬挂部件包括轮、轮轴承、制动电机、卡盘和/或履带，如果有的话。
因此，在现代高速列车中的轴箱必须满足他们的机械上将载荷从悬挂***传递到轴轴承从而传递到轴的首要功能，但是更需要为容易地从车辆或车厢的非簧载质量分离簧载质量提供接口。
所以已知的是使用两部分或三部分的轴箱壳体的设计，该设计包括作为第一部分的围绕轴承的轴套，所述轴套能够被容易地从壳体的其余部分分离，当出于维护原因分离轴和/或制动***时，所述轴套的一部分可以与列车的悬挂***保持连接。
通常这种多部分壳体的轴套基本上为精密地加工过的以及由钢制成的圆柱形环。为了保证良好的配合以及到轴承的外环上的可靠和同源的载荷的传递，同时能够使拆卸简单，轴套和壳体其余部分之间的接口以及轴套和轴承的外环之间的接口必须具有非常高的精度地定尺寸。这个精度仅对于非常简单的、尤其是圆柱形形状能够实际地实现，从而使得轴套的圆周表面和轴承的外环的可能的形状的范围非常有限。
发明内容
本发明试图解决上述问题并且提出一种根据权利要求1的基本上使轴承的外环和壳体的轴套结合成一个部件的轴承单元，以及包括该轴承单元的轴箱。本发明的进一步的有利实施方式能够在从属权利要求中找到。
本发明始于用在铁道车辆的轴箱中的轴承单元。所述车辆尤其可以是高速列车的车厢、机车或者货运列车的车厢。所述轴承单元包括具有内环、金属外环和布置内环和外环之间的滚动元件的轴承。优选地，当支撑铁道车辆的轴的时候，为了达到极限运行条件所强加的要求，所述轴承单元为根据EN12080或诸如此类制造的具有圆柱形或锥形滚子的双排滚子轴承。所述滚子轴承的外环被优选地覆盖外环的整个径向外表面的轴套围绕。
已经提出，轴套由非金属材料制成。发明人已经发现传统上在多部分轴箱壳体中对于轴套唯一使用高性能钢的做法是技术偏见的结果，即在极限运行条件下要求这种材料的使用。发明人发现使用可以由比如陶瓷或聚合物的较不昂贵的方式所制造的轴套能够达到这一要求。
尤其是当轴套由聚合物材料制成时，这种材料的弹性可以保证良好的配合性能同时保持制造成本低廉。此外，聚合物轴套可以用简单的方式以各种可能的形状制造。当轴套直接安装到外环上时，可以得到轴套和外环之间的完美连接。在这种情况下外环可以具有非圆柱形表面，该非圆柱形表面例如可以包括在轴向截面的凹形部分以保证在轴向方向上外环和轴套之间良好和稳定的连接。这可以通过比如外表面的收腰形状来实现，为了良好的加工性能，所述外表面的收腰形状可以具有围绕外环的中轴线的旋转对称性。
作为外环的设计的自由度增加的结果，在外环的径向内表面中形成的两个外滚道的宽度上的外环的厚度可以基本上是恒定的，即使该轴承为角接触轴承，例如双排角接触轴承。
优选地，为了简化在壳体的其余部分中的旋转固定，所述轴套在它的外表面上具有平的部分。
所述轴套可以具有多边形截面，可以是方形的、六边形的或不规则形的。
本发明的另一方面涉及用于铁道车辆的轴箱，其包括轴承单元和金属轴箱壳体，所述轴承单元具有上面所述的轴承和轴套，金属轴箱壳体容纳具有滚子轴承的轴套，其中当轴由于维护而从铁道车厢分离时，轴箱的至少一部分配置为与铁道车厢的悬挂保持连接。
在本发明的优选实施方式中，轴套可以包括用于安装轴箱的前盖的装置，例如用于螺钉的孔或诸如此类。在现代应用中，为了保证列车的轴不被阻塞，轴箱的前盖经常设置有探测轴的旋转速度和/或它的温度的电子传感器。具有或没有传感器的以及具有不同类型传感器的多种类型的前盖可以应用在不同类型的列车中。在特别是由诸如塑料的非金属材料制成的轴套中或轴套上设置安装孔或设置安装工具使得轴承单元对于所述使用的前盖/传感器***具有简单的适配性。即使使用其他类型的前盖，所述轴承单元的剩余部分和轴箱壳体也可以保持不变。
本发明的优选实施方式的以下描述和附图以及权利说明在特定的组合中包括多样特征。为使如权利要求中定义的发明适应特定的需求，技术人员将会容易地考虑到这些特征的进一步的组合或子组合。本发明的以下实施方式的描述不应被解释成限制如权利要求中定义的本发明的范围，而是更加能够使得技术人员对于某应用群体实行本发明。
附图说明
图1为根据本发明的包括轴承单元的轴箱的分解图；
图2为根据图1的轴箱的截面图；
图3为根据图1和2的轴箱的轴向正视图；
图4为根据本发明的轴箱的第二实施方式的截面图；
图5为根据本发明的轴箱的第二实施方式的透视图；
图6为根据本发明的轴箱的第三实施方式；
图7表示本发明的第四实施方式；以及
图8为根据本发明的轴箱的第六实施方式。
具体实施方式
图1为用于铁道车辆的轴箱的分解图，所述轴箱包括具有内环12（图2）、外环14（图2）和轴套16的双排角接触锥形滚子轴承10。形成为圆柱形或锥形的滚子的滚动元件48设置在内环12和外环14之间。轴箱壳体包括均由铸铁制成的上部18和下部20，一起组成具有轴颈22的摇臂式轴箱，用来连接转向架的枢轴板和轴箱，从而实现围绕轴颈22的枢轴运动。
所述上部18和下部20各自包括互补的半圆壳体以形成圆形的衬套，用于围住如图2所示的处于装配状态的轴承单元的轴套16。在这个状态中，为保证稳定的固定，壳体的上部18和下部20施加一定的压力到轴套16上。所述轴套16设置有与在壳体的上部18的板形支撑件的背部上的平的部分（未示出）相匹配的平的部分24，其中支撑件26配置为承载经由布置在其上的悬挂弹簧（未示出）传递的载荷。
轴28的端部***到轴承10的内环12中并且在它的轴向端面上设置有为接收用于固定组件的端板30的螺钉的螺纹孔。所述端板30和定距元件32（图2）在轴28上固定轴承10的内环12的轴向位置。
所述壳体的上部18和下部20设置有用于接收螺钉34的匹配通孔，所述螺钉用来关闭壳体和夹紧轴承单元。
轴承单元的前盖36设置有用于以合适的方式测量轴承单元的旋转和/或温度的传感器装置。轴承10的外环14可以设置有用于将数据和/或测量电流传递到设置在前盖36中的传感器（未示出）的接口38。
所述前盖36通过与在轴套16中的对应螺纹孔啮合的螺钉而被连接到轴套16。
作为本发明的重要特征，轴套16由非金属材料制成，在图示示例中为聚合物材料，其中，该聚合物材料举例来说可以是具有一些纤维加强的PA6.6型的聚合物，比如具有20%至30%的玻璃纤维。在可替代的实施方式中，聚合物材料可以是用碳纤维加强的或由工程陶瓷制成的。
此外，虽然轴套16可以配合在外环14上，但是优选的是轴套直接地并且永久地模制到外环上，即通过注射模塑或诸如此类来保证可靠的固定。
如图2所示，该实施方式的轴套16设置有径向向内突出并且与外环14的轴向端面邻接的轴肩42，以及具有背盖的端环44被配合到轴套16的端部内，其轴向地突出在外环14的外表面上。
内环12配置作为具有布置在它的两个部分之间的定距环的分离环。可替代地，内环12可以是支撑两排滚动元件48的单个部件。
图3表示径向装配好的轴箱的轴向图。设置用于避免轴套在上部18和下部20的半圆形外壳内旋转的轴套16的平的部分24以相同方式设置在前盖36的外边缘46上。
因为轴套6由塑料或聚合物材料而不是金属构成，整套组件的重量显著地减少，并且装配和拆卸更加容易。此外，能够有效地避免所有种类的腐蚀（摩擦腐蚀，电化学腐蚀以及典型的腐蚀），并且保证在壳体和轴28之间的电绝缘。后者能减少或消除对轴承元件的电损害。更多地制造轴套16不需要或较少需要加工，并且可以减少需要加工的表面的数量。轴套16的弹性减少了上部18和下部20的半圆型外壳在加工精度上的要求。
图4至8表示本发明的更多的实施方式。这些实施方式的下列描述对于具有相似的或等效的功能的特征使用相同的附图标记，并且本质上限于对图1至3的实施方式的差异的描述，而对于保持不变的特征读者参考以上的第一实施方式的描述。
图4和5分别表示本发明的第二实施方式的截面图和截面透视图。在这个第二实施方式中，轴套16在注塑成型过程中二次模制在轴承10的外环14上。所述轴套16由可以通过玻璃纤维加强的聚合物材料制成。所述外环14具有径向外表面，该外表面的形状对应于对顶圆锥的形状，也就是外径在轴向方向从外环14的轴向端部向着它的中点连续地减少。
外径的减少与角接触圆柱滚子轴承10的外环14的锥形滚道的外径的减少基本上相同。因此，组成外环14的材料的厚度在滚道的宽度上基本上是恒定的。
所述轴套16完美地配合到外环14的外表面的凹形部分中，也就是在轴向方向或从轴向截面观察为凹形的部分，并且由于所使用的制造方法该部分被布置在外环14的轴向中央部分。轴套16的外表面基本上是圆柱形的并且无间隙地接触壳体的上部18和下部20的半圆形外壳。轴套16延伸超过轴承10的外环14的两个轴向端部并且还覆盖其轴向端面，从而使得外环14在轴套16内的轴向相对运动被安全地避免。在轴28的端部的方向上，突出过外环14的轴向端部的轴套16的部分设置有用于安装前盖36的安装孔（未示出），而朝向铁道车辆的轮的轴套16的相对端部与定距元件32的径向突出环在轴向上重叠，它们之间有小间隙，从而防止来自粗粒的外部杂质对迷宫式密封构造的影响。
图6为具有分离外环的本发明的第三实施方式，所述分离外环包括同时与聚合物材料制成的轴套16二次模制的左外环14a和右外环14b。所述外环14a、14b的每一个都包括用于一组圆柱形或圆锥形滚子元件48的一条滚道。在连接外环14a、14b和轴套16以形成单一末端不可拆卸元件的注射模制过程中，外环14a、14b的排列受到调整和固定。
图7为具有包括左外环14a和右外环14b的分离外环的本发明的第四实施方式，与图5的第三实施方式相似，其中为保证在轴向方向上环14a和14b之间的预定距离，例如定距环的定距元件50与轴套16整体铸造。所述定距元件50可以设置有允许铸造材料流动通过的径向孔和/或其他类型的铸造通道。
图8为本发明的第五实施方式，其中为了更加可靠和直接地将轴向载荷从外环14传递到壳体18、20，轴套16轴向上邻接到上壳体部分或/下壳体部分18、20的金属轴肩52上。

Claims (12)

1.一种用于铁道车辆的轴箱中的轴承单元，包括：
-轴承（10），其具有内环（12）、金属外环（14）和布置在两者之间的滚动元件（48），其中所述轴承（10）配置为支撑所述铁道车辆的轴（28），以及
-围绕所述轴承（10）的外环（14）的轴套（16）；
其特征在于
所述轴套（16）由非金属材料制成。
2.根据权利要求1所述的轴承单元，其中所述轴套（16）由聚合物材料制成。
3.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述轴套（16）被直接地模制到所述外环（14）上。
4.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述外环（14）具有非圆柱形外表面。
5.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述外环（14）的外表面在轴向截面中具有凹形部分。
6.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述轴承（10）为双排角接触滚子轴承，其中所述外环（14）的厚度在所述外环（14）的两个外滚道的宽度上是基本上恒定的。
7.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述轴套（16）在它的外表面中具有平的部分（24）。
8.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中外环分成同时与轴套（16）的材料二次模制的两个部分（14a，14b）。
9.根据权利要求8所述的轴承单元，其中定距元件（50）布置在所述外环的两个部分（14a，14b）之间。
10.根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，其中所述轴套（16）的外表面具有多边形截面。
11.一种用于铁道车辆的轴箱，包括：
-根据前述权利要求中的其中一项所述的轴承单元，以及
-容纳具有轴承（10）的轴套（16）的金属轴箱壳体（18,20），其中，当所述轴（28）由于维护从铁道车辆分离时，所述金属轴箱壳体的至少一部分（18）配置为与铁道车辆的悬挂保持连接。
12.根据权利要求9所述的轴箱，还包括用于安装轴箱的前盖（36）的装置，其中用于安装轴箱的装置布置在轴套（16）中。
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