CN108506356B - 背衬设备、轴箱、车辆以及用于安装和拆卸这种背衬设备的方法 - Google Patents

背衬设备、轴箱、车辆以及用于安装和拆卸这种背衬设备的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适于配备轴箱(10)的背衬设备(40)，所述轴箱包括轴承单元(30)并且支持轴(6)，所述背衬设备(40)包括：内环(50)，其具有内表面(51)和至少一个外表面(52)；以及至少一个外环(60)，其具有面对所述内环(50)的外表面(52)的内表面(62)。根据本发明，所述背衬设备(40)包括被***到所述内环(50)和/或所述外环(60)内的紧固装置(80)，并且在被致动时所述紧固装置将所述外环(60)的内表面(62)和所述内环(50)的外表面(52)彼此按压并且通过其弹性变形使所述内环(50)的内表面(51)收窄。本发明还涉及一种包括至少一个这种轴箱(10)的车辆。本发明还涉及安装和拆卸方法。

Description

背衬设备、轴箱、车辆以及用于安装和拆卸这种背衬设备的 方法
本申请为申请日为2014年11月26日、申请号为201410696608.2、发明名称为“背衬设备、轴箱、车辆以及用于安装和拆卸这种背衬设备的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种背衬设备，其适于配备包括轴承单元并且支持轴的轴箱。本发明还涉及一种包括这种背衬设备的轴箱以及一种包括这种轴箱的车辆。本发明还涉及一种用于安装和拆卸这种背衬设备的方法。
背景技术
安装在例如火车、客车和货车的轨道车辆上的轴箱是在旋转的轮副和转向架的准静态构架之间的连接设计元件。轴箱包括容纳轴承单元的壳体。
此外，已知提出一种轴箱，带有用于支持安装在轴上的轴承单元的设备。通常，背衬设备具有环形形状并且安装在轴的周围、在轴承单元和形成在轴上的支座之间。背衬设备实现轴和轴承单元之间的机械连接。支座设计成具有垂直面以及与轴承单元的直径相关的圆形形状，用以避免应力集中。背衬设备被设计用于平均地分布来自轴承单元的压力以及对支座的轴向力。为了避免微小位移和微动，背衬设备基本上压配在轴上。优选地，与轴箱壳体或后盖相关联的背衬设备具有特殊的形状，用于确保轴承单元和轴箱外部环境之间的密封，从而避免油脂污染。
实践中，支座必须设计成具有足够的机械强度，以便在轴箱安装在轴上时用合适的安装力按压轴承单元，然后在车辆使用时用以支持来自弯曲和转换点的轴向力。但是，支座过大的直径会负面影响安装在两个轴箱之间的装备的尺寸。实际上，装备(包括车轮、齿轮箱和制动器)的直径必须大于背衬设备的中心直径，以避免装配时的机械干涉。
因此，背衬设备的直径是轴承单元直径和装备直径之间的折衷。它通常导致具有潜在缺点的优化设计，即在背衬设备和轴之间的接触界面上的表面变形、在轴的某些区域的应力集中、由于变形风险的轴承单元的安装力不足。此外，在一些轴箱上，装备和轮过大，从而允许它们安装在轴上。
US-B-6 561 559和US-B-7 219 938公开了适于配备包括安装在轴上的轴承单元的轴箱的背衬设备的若干实例。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的背衬设备和改进的轴箱。
为此，本发明涉及一种适于配备轴箱的背衬设备，所述轴箱包括轴承单元并且支持轴。所述背衬设备包括：内环，其具有内表面和至少一个外表面；以及至少一个外环，其具有面对所述内环的外表面的内表面。根据本发明，所述背衬环包括被***到所述内环和/或所述外环内的紧固装置，并且在被致动时所述紧固装置将所述外环的内表面和所述内环的外表面彼此按压并且通过其弹性变形使所述内环的内表面变窄。
由于本发明，所述背衬设备可以快速容易地被锁定在轴上适当位置或者从轴上解锁。不再需要提供带有用于背衬设备的支座的轴，从而使得轴的加工得以简化。施加在所述背衬设备的内环上的轴向压力得以减少或者甚至被阻止。安装在背衬设备后面的轴上的部件直径可以减小。轴的大小、重量和成本可以减少。另外，本发明对于设计定位在轴箱壳体和背衬设备之间的密封装置提供了更多的可能性。
根据本发明的有利但非必需的其它方面，所述背衬设备可合并以下特征中的一个或多个：
-所述内环具有至少一个截头圆锥形外表面；所述外环具有截头圆锥形内表面；并且所述紧固装置被***到所述内环和所述外环内，并且在被致动时将所述外环的截头圆锥形内表面压靠着所述内环的截头圆锥形外表面且通过其弹性变形使所述内环的内表面变窄。
-所述紧固装置包括至少一个螺钉，所述螺钉延伸通过形成在所述内环和所述外环之中的第一环中的孔并且其具有***在带螺纹钻孔中的带螺纹部分，所述带螺纹钻孔形成在所述内环和所述外环之中的第二环中；并且所述紧固装置通过紧固一个或多个螺钉被致动。
-所述内环具有两个截头圆锥形外表面；所述背衬设备包括两个外环，每一个具有截头圆锥形内表面；并且所述紧固装置被***到所述两个外环内，并且在被致动时将所述外环的截头圆锥形内表面压靠着所述内环的截头圆锥形外表面并且通过其弹性变形使所述内环的内表面变窄。
-所述两个截头圆锥形内表面形成面对所述内环的钝角；所述紧固装置包括至少一个螺钉，所述螺钉延伸通过形成在所述两个外环之中的第一环中的孔并且其具有***在带螺纹钻孔中的带螺纹部分，所述带螺纹钻孔形成在所述两个外环之中的第二环中；并且所述紧固装置通过紧固一个或多个螺钉被致动。
-所述紧固装置包括形成在所述内环内的至少一个腔和***在所述内环内的、与所述腔流体连通的阀；并且所述紧固装置在通过用流体填充一个或多个腔被致动时，将所述内环的外表面和所述外环的内表面彼此按压并且通过其弹性变形使所述内环的内表面变窄。
本发明还涉及一种适于支持轴的轴箱，其中，所述轴箱包括轴承单元和如上所述的背衬设备。
根据本发明的有利但非必需的其它方面，所述轴箱可合并以下特征中的一个或多个：
-所述背衬设备的内环具有与所述轴承单元的内环相接触的侧表面。
-所述背衬设备的内环具有与形成在所述轴上的支座相接触的侧表面。
-所述轴箱包括与所述背衬设备限定密封迷宫的壳体。
本发明还涉及一种车辆，其包括至少一个如上所述的轴箱。特别地，本发明涉及一种轨道车辆，比如火车。优选地，所述车辆包括用于每个轮副的两个轴箱。
本发明还涉及一种用于将背衬设备安装在轴上的方法。所述背衬设备是如上所述的背衬设备，并且所述方法包括以下步骤：
a)将所述背衬设备定位在所述轴上，邻近属于所述轴箱的轴承单元；
b)致动所述紧固装置，以将所述外环的内表面和所述内环的外表面彼此按压并且使得在所述轴上弹性变形的内环的内表面变窄。
根据特定的实施方式，所述安装方法包括步骤b1)：紧固一个或多个螺钉，以将所述外环的内表面和所述内环的外表面彼此按压并且使得在所述轴上弹性变形的内环的内表面变窄。
根据另一特定的实施方式，所述安装方法包括步骤b2)：用流体填充一个或多个腔，以将所述内环的外表面和所述外环的内表面彼此按压并且使得在所述轴上弹性变形的内环的内表面变窄。
本发明还涉及一种用于从轴拆卸背衬设备的方法。所述背衬设备是如上所述的背衬设备，并且所述方法包括以下步骤：
c)松开所述紧固装置，以释放所述外环的内表面和所述内环的外表面之间的压力并且使得围绕所述轴弹性变形的内环的内表面扩展；
d)将所述背衬设备从所述轴移除。
根据特定的实施方式，所述拆卸方法包括步骤c1)：松开所述螺钉。
根据另一特定的实施方式，所述拆卸方法包括步骤c2)：将流体排出所述一个或多个腔。
步骤b1)和b2)是步骤b)的特定实施方式，而步骤c1)和c2)是步骤c)的特定实施方式。
附图说明
本发明现将按照附图解释并且作为示例性实例而不限制本发明的目标。在附图中：
-图1是属于轨道车辆的转向架的局部透视图；
-图2是示出根据本发明的轴箱的以另一角度的另一透视图，其属于同样根据本发明的轨道车辆，轴箱支承轴和轮；
-图3是沿着图2的箭头III的轴箱的侧视图，为简化起见，轮没有示出；
-图4是沿着图3上的线IV-IV的截面图，轴箱包括壳体、轴承单元和根据本发明所述的背衬设备，为简化起见，轴箱被局部地示出；
-图5是图4的细节图V的更大比例的视图；
-图6是配备图2至5的轴箱的背衬设备的透视图；
-图7和8是分别与图5和6相似的视图，表示根据本发明第二实施方式所述的轴箱；以及
-图9是与图5和7相似的截面图，表示根据本发明第三实施方式所述的轴箱。
具体实施方式
图1表示属于轨道车辆1的转向架2(为简化起见仅部分示出)。转向架2包括构架3、两个轮副4和四个轴箱9。为简化起见，图1中仅示出了一个轮副4和一个轴箱9。轮副4包括由轴6支持的两个轮5，该轴被构架3和其中一个轮5隐藏。轴箱9被安装在轮5的外侧并且固定至构架3。图1说明了本申请的背景但没有展示本发明。
图2表示轮副4、轮5、轴6和悬挂***7，连同根据本发明所述的轴箱10。因此，轴箱10与图1所示的轴箱9不同。悬挂***7将轴箱10连接至也是根据本发明所述的车辆的构架(未示出)。轴箱10被安装在轮5内侧上的轴6上。轴箱10支持轴6，轴6支持轮5。轮5、轴6和轴箱10定中心在中央轴线X10上。
图3至6表示轴箱10，其包括壳体20、轴承单元30和根据本发明所述的背衬设备40。
壳体20包括上部21和下部22。壳体20限定容纳轴承单元30的腔23和容纳背衬设备40的腔24。腔23和24定中心在轴线X10上。轴箱10包括螺栓26，一旦轴承单元30被安装在腔23内，螺栓26用于将零件21和22紧固在一起。
轴承单元30包括两个彼此相对安装在轴6上的两个滚动轴承31和32。轴承31和32定中心在轴线X10上。每个轴承31和32包括安装在轴6上的内环33、安装在壳体20的腔23中的外环34、以及安装在内环33和外环34之间的滚动元件35。可替代地，轴承单元30可包括适配于本申请的任何类型的单个轴承31或32。
背衬设备40被安装在轴6上以及腔24内，邻近轴承单元30，从而防止轴承单元30沿着轴6运动。背衬设备40具有环形形状，如图6所示。换言之，背衬设备40形成用于轴承单元30的背衬设备。背衬设备40包括内环50、外环60和紧固装置80。环50和60定中心在轴线X10上。
内环50具有圆柱形内表面51、截头圆锥形外表面52以及两个侧表面54和55。侧表面55定位成与轴承单元30的的内环33相接触，而侧表面54优选地定位成与形成在轴6上的支座6A相接触。支座6A具有定中心在轴线X10上的环形形状。与设有背衬设备的已知的轮副相比，支座6A的直径减小。另外，支座6A是可选的。内环50还具有从外表面52和侧表面55之间径向地延伸至轴线X10的凸缘56。凸缘56通过围绕轴线X10规则分布的十二个带螺纹钻孔58横跨一端到另一端，每一个钻孔58沿着平行于轴线X10的方向延伸。
外环60具有圆柱形外表面61、截头圆锥形内表面62和两个侧表面64和65。外环60的内表面62定位成相对着内环50的表面52。外环60通过围绕轴线X10规则分布的十二个圆柱形钻孔68在侧表面64和65之间横跨一端到另一端，每一个钻孔68沿着平行于轴线X10的方向延伸。
紧固装置80包括定位在钻孔58和68中的十二个螺钉81，钻孔58和68被对齐以便接收螺钉81。每一个螺钉81包括头部82和具有带螺纹端部84的主体83。头部82定位成相对着环60的表面64，主体83延伸穿过通孔68，并且带螺纹部分84***到带螺纹钻孔58中。当通过拧紧螺钉81被致动时，紧固装置80将环60的表面62按压在环50的表面52上。在轴6、轴承单元30的环31和外环60之间，环50被压缩并且弹性地变形。特别地，环50的表面51变窄或者围绕轴6变紧。因此，在轴6和背衬设备40之间形成刚性连接。
由于本发明，背衬设备40能够快速容易地安装在轴上或者从轴上拆卸。实践中，背衬设备40包括自锁装置。更确切地，背衬设备40包括用于使轴6上的环50的内表面51变窄的装置52、58、62、64、68、80。
未示出的密封装置优选地被设置在背衬设备40和壳体20之间，更确切地在凸缘56和腔24之间。例如，这样的密封装置可包括橡胶密封件、毡条或适于本申请的任何其它动态密封件。
本发明还涉及一种用于将背衬设备40安装在轴6上的方法以及一种将背衬设备40从轴6上拆卸的方法。
该安装方法包括以下步骤，步骤a)将背衬设备40定位在轴6上，特别地，邻近轴承单元30，然后步骤b1)拧紧螺钉81，从而使得外环60的内表面62和内环50的外表面52相对彼此按压并且使得环50的内表面51围绕轴6变窄。
该拆卸方法包括以下步骤，步骤c1)松开螺钉81，从而使得环60的内表面62和环50的外表面52之间的压力被释放并且使得环50的内表面51围绕轴6扩展，然后步骤d)从轴6上移除背衬设备10。
由此，背衬设备40和轴箱10可以快速容易地从轴6安装或拆卸。
图7和8表示本发明的第二实施方式。与第一实施方式相似的元件具有相同的附图标记，而与第一实施方式不同的元件具有加100的附图标记并且在下文中描述。上述用于第一实施方式的安装和拆卸方法还适用于第二实施方式。
在第二实施方式中，轴承设备40包括内环150、两个外环160和170、紧固装置180以及密封装置190。内环150具有两个截头圆柱形外表面152和153。外环160和170每个具有截头圆锥形内表面，分别是162和172，它们形成面对内环150的钝角β。内表面162和172分别相对表面152和153设置。密封装置190包括限定在壳体20的腔124和外环160、170之间的迷宫(labyrinth)192，从而提供动态密封并且避免外部元件在轴箱内的干扰。
紧固装置180包括十二个螺钉181，每一个延伸通过形成在外环170中的孔178并且具有***在形成于外环160中的带螺纹钻孔168中的带螺纹部分184。当通过拧紧螺钉181被致动时，紧固装置180将表面162按压在表面152上并且将表面163按压在表面153上。在轴6、轴承单元30的环31、外环160和170之间，环150被压缩并且弹性地变形。特别地，环150的表面51变窄或者围绕轴6变紧。因此，在轴6和背衬设备40之间形成刚性连接。
图9表示本发明的第三实施方式。与第一实施方式相似的元件具有相同的附图标记，而与第一实施方式不同的元件具有加200的附图标记并且在下文中描述。
在第三实施方式中，轴承设备40包括内环250、外环260和紧固装置280。内环250包括圆柱形外表面252，而外环262包括圆柱形内表面262。
紧固装置180包括一个或若干个围绕轴线X10分布的、形成在内环250内的腔281。对于每个腔281，紧固装置280还包括***在内环250内、与腔281流体连通的阀282。图9的箭头F1代表流体流动。当通过用加压的流体F1填充一个或多个腔281而被致动时，每个腔281膨胀，紧固装置280将外表面252和内表面262彼此按压并且通过弹性变形使内环250的内表面51变窄。流体F1优选的是液压流体。
对于图9的实施方式，安装方法包括以下步骤，步骤b2)用流体F1填充一个或多个所述腔281，从而使得每个腔膨胀，外表面252和内表面262彼此按压并且使得内环250的内表面51围绕轴6变窄。拆卸方法包括以下步骤，步骤c1)将流体F1排出一个或多个腔281，从而使得每个腔281收缩并且恢复其初始体积，使得内表面262和外表面252之间的压力被释放并且环250的内表面51围绕轴6扩展。因此，背衬设备40和轴箱10可以快速容易地安装在轴6上或从其拆卸。
无论何种实施方式，背衬设备40包括：具有内表面51和至少一个外表面52、152、153、252的内环50、150、250；具有面对内环50、150、250的外表面52、152、153、252的内表面62、162、172、262的至少一个外环60、160、170、260；以及***到内环和/或外环内的紧固装置80、180、280，并且在被致动时其将外环60、160、170、260的内表面62、162、172、262和内环50、150、250的外表面52、152、153、252彼此按压并且通过其弹性变形使内环50、150、250的内表面51变窄。
轴箱10和/或轴承设备40的其它未示出的实施方式可以在本发明的范围内实施。特别地，轴箱壳体20、轴承单元30、内环50、150、250、外环60、160、170、260、紧固装置80、180、280和密封装置190可具有不同的构造。
此外，不同实施方式的技术特征可以整体地或部分地彼此组合。因此，轴箱10和背衬设备40可适用于本申请的特定要求。

Claims (8)

1.一种背衬设备(40)，适于配备轴箱(10)，所述轴箱包括轴承单元(30)并且支持轴(6)，所述背衬设备(40)包括：
-内环(250)，具有内表面(51)和至少一个外表面(252)；以及
-至少一个外环(260)，具有面对所述内环(250)的外表面(252)的内表面(262)；
其特征在于，所述背衬环(40)包括***到所述内环(250)内的紧固装置(280)，并且在被致动时所述紧固装置将所述外环(260)的内表面(262)和所述内环(250)的外表面(252)彼此靠压并且通过其弹性变形使所述内环(250)的内表面(51)收窄；
所述紧固装置(280)包括形成在所述内环(250)内的至少一个腔(281)和***在所述内环(250)内的、与所述腔(281)流体连通的阀(282)；并且其中，所述紧固装置(280)在通过用流体(F1)填充一个或多个腔(281)被致动时，将所述内环(250)的外表面(252)和所述外环(260)的内表面(262)彼此靠压并且通过其弹性变形使所述内环(150)的内表面(51)收窄。
2.一种轴箱(10)，适于支持轴(6)，其中，所述轴箱(10)包括轴承单元(30)和根据前述权利要求1所述的背衬设备(40)。
3.根据前述权利要求2所述的轴箱(10)，其中，所述背衬设备(40)的内环(250)具有与所述轴承单元(30)的内环(33)相接触的侧表面(55)。
4.根据前述权利要求2所述的轴箱(10)，其中，所述背衬设备(40)的内环(250)具有与形成在所述轴(6)上的支座(6A)相接触的侧表面(54)。
5.根据前述权利要求2所述的轴箱(10)，包括与所述背衬设备(40)限定密封迷宫(192)的壳体(20)。
6.一种车辆(1)，配备有至少一个根据权利要求2所述的轴箱(10)。
7.一种用于将背衬设备(40)安装在轴(6)上的方法，其中，所述背衬设备(40)是根据权利要求1所述的背衬设备，并且其中，所述方法包括以下步骤：
a)将所述背衬设备(40)定位在所述轴(6)上；
b)用流体(F1)填充一个或多个腔(281)，以将所述内环(250)的外表面(252)和所述外环(260)的内表面(262)彼此靠压并且使得在所述轴(6)上弹性变形的内环(250)的内表面(51)收窄。
8.一种用于从轴(6)拆卸背衬设备(40)的方法，其中，所述背衬设备(40)是根据权利要求1所述的背衬设备，并且其中，所述方法包括以下步骤：
c)松开所述紧固装置(280)，以释放所述外环(260)的内表面(262)和所述内环(250)的外表面(252)之间的压力并且使得围绕所述轴(6)弹性变形的内环(250)的内表面(51)扩展；
d)将所述背衬设备(40)从所述轴(6)移除。
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