JP2010116107A - 鉄道車両用車軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の端面およびその内輪の端面に当接する位置決め部材の端面に、フレッチィング摩耗が発生しにくい鉄道車両用車軸装置を提供すること。
【解決手段】鉄道車両の車軸１上に配置された複列円筒ころ軸受２の第２内輪７の車輪側の端面と、車軸１上に配置されると共に、第２内輪７の車輪側に位置する後蓋３の第２内輪７側の端面との間に、その二つの端面で挟持されると共に、互いに軸方向に重ね合わされた複数のステンレス製のシム５０を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車軸と、軸箱と、その車軸を軸箱に対して回転自在に支持する転がり軸受とを備える鉄道車両用車軸装置に関する。

鉄道車両の車軸には数トン〜数十トンからなる車両の重量がラジアル荷重として加わるから、車軸の両端が下方に沈み、中央が膨らんだ状態（ベンディング）で回転することが知られている。

そして、鉄道車両の車軸と、その車軸に外嵌された転がり軸受と、上記車軸に外嵌されると共に、上記転がり軸受に軸方向に当接する環状の後蓋とを備える鉄道車両用車軸装置において、上記ベンディングの影響で、上記内輪の軸方向の端面と、その端面に当接している後蓋の軸方向の端面との間に、半径方向に微小な相対往復すべり運動、すなわちフレッチィングが起こり、それらの端面に微小摩耗が生じることが知られている。そして、そのフレッチィングによって生じた摩耗粉が、軸受が配置されている潤滑剤封入室内に浸入して、軸受寿命を短くすることが知られている。

上記フレッチィング摩耗を抑制できる鉄道車両用車軸装置としては、特開平８−１２８４５１号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

この鉄道車両用車軸装置は、車軸に設置された転がり軸受の内輪と、後蓋との接触面に、潤滑剤を介在させて、上記フレッチィングによるフレッチィング摩耗を抑制している。しかしながら、この対策では、フレッチィング摩耗を十分に抑制することができないという問題がある。
特開平８−１２８４５１号公報（第１図）

そこで、本発明の課題は、内輪の端面およびその内輪の端面に当接する位置決め部材の端面に、フレッチィング摩耗が発生しにくい鉄道車両用車軸装置を提供することにある。

この課題を解決するために、この発明の鉄道車両用車軸装置は、
鉄道車両の車軸と、
軸箱と、
上記車軸の外周面に嵌合される内輪と、
上記軸箱の内周面に嵌合される外輪と、
上記内輪の軌道面と、上記外輪の軌道面との間に配置された転動体と、
上記車軸の外周面上に配置されると共に、上記内輪を上記車軸に対して軸方向に位置決めする環状の位置決め部材と、
上記内輪の軸方向の端面と上記位置決め部材の軸方向の端面とで挟持されると共に、軸方向に重ね合わされた複数の環状板と
を備え、
上記各環状板の軸方向の一方および他方の端面には、潤滑剤が塗布されていることを特徴としている。

本発明によれば、上記内輪の軸方向の端面と、上記位置決め部材の軸方向の端面との間に、重ねた複数の環状板を挟み込む構成であって、上記内輪に対する上記位置決め部材の相対位置の変動が発生した場合、その変動を、複数の環状板の部分で吸収する構成であるから、互いに隣接する二つの部材同士（内輪と環状板、環状板と環状板、または、環状板と位置決め部材）の相対位置の変動が、小さくなる。したがって、互いに隣接する二つの部材の間で発生するフレッチィングが、小さくなり、内輪に対する上記位置決め部材の相対位置の小刻みな変動に起因して発生する、内輪、環状板および位置決め部材のフレッチィング摩耗を格段に小さくできる。したがって、転がり軸受が配置された密封室に浸入する摩耗粉の量を抑制できて、車軸装置の寿命を長くすることができる。

また、一実施形態では、
上記各環状板の軸方向の一方の端面は、平坦部と、この平坦部から軸方向の外方に突出する凸部を有する一方、上記各環状板の軸方向の他方の端面は、平坦部と、この平坦部から軸方向の内方に窪む凹部とを有し、
上記各環状板の上記凸部は、その環状板に隣接する上記環状板の上記凹部内に位置し、
上記各環状板の上記一方の端面の上記平坦部は、その環状板に隣接する上記環状板の上記他方の端面の上記平坦部に当接し、
上記各環状板の上記凹部には、潤滑剤が配置されている。

上記実施形態によれば、環状板の凹部に、その環状板に隣接する環状板の凸部が収容される構成であるから、軸方向に隣接する環状板の径方向の相対移動を制限できて、重ねられた環状板がばらけることを防止できる。

また、上記実施形態によれば、各環状板の凹部に潤滑剤が存在しているから、互いに隣接する環状板の間に相対位置に変動があったときに、上記凹部から平坦部の方に潤滑剤が排出されたり、または、環状板の平坦部同士の間に存在していた潤滑剤が上記凹部に入り込んだりして、互いに当接している環状板の平坦部の摺動部分を潤滑することができる。したがって、隣接する環状板に発生するフレッチィング摩耗を少なくすることができる。

また、一実施形態では、
上記複数の環状板は、全部または一部の上記環状板が上記車軸の外周面に接触している状態で、上記内輪と上記位置決め部材との間に配置されている。

上記実施形態によれば、上記車軸の外周面に接触している環状板の径方向の移動を抑制できて、重ねられた環状板がばらけることを抑制できる。

本発明の鉄道車両用車軸装置によれば、内輪に対する位置決め部材の相対位置の変動が発生した場合に、その変動を、複数の環状板の部分で吸収する構成であるから、互いに隣接する二つの部材同士の相対位置の変動自体が、小さくなる。したがって、互いに隣接する二つの部材の間で発生するフレッチィング摩耗を格段に小さくできて、転がり軸受が配置された密封室に浸入する摩耗粉の量を抑制でき、車軸装置の寿命を長くすることができる。

以下、この発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の鉄道車両用車軸装置の軸方向の模式断面図である。

この鉄道車両用車軸装置は、鉄道車両の一部を構成している。この鉄道車両用車軸装置は、車軸１と、転がり軸受の一例としての複列円錐ころ軸受２と、位置決め部材の一例としての環状の後蓋３と、油切り４とを備える。

上記複列円錐ころ軸受２は、車軸１を回転自在に支持している。上記複列円錐ころ軸受２は、第１内輪６、第２内輪７、外輪８、転動体としての複数の第１円錐ころ１０、および、転動体としての複数の第２円錐ころ１１を有する。上記第１内輪６と第２内輪７とは、複合内輪を構成している。

上記車軸１は、円筒外周面部１４と、拡径外周面部１７とを有し、上記拡径外周面部１７は、円筒外周面部１４につながっている。上記拡径外周面部１７は、軸方向に円筒外周面部１４から離れるにしたがって、外径が大きくなっている。上記拡径外周面部１７は、軸方向の断面において、略放物線状の形状を有している。

上記第１内輪６は、外周に円錐軌道面２１を有する。上記第２内輪７は、外周に円錐軌道面２２を有している。上記第１内輪６の円錐軌道面２１の外径は、第２内輪７の円錐軌道面２２側にいくにしたがって小さくなり、上記円錐軌道面２２の内径は、上記円錐軌道面２１側にいくにしたがって小さくなっている。上記第１内輪６と第２内輪７とは、内径が同一であり、第１内輪６の円錐軌道面２１の小径側の端面は、第２内輪７の円錐軌道面２２の小径側の端面に当接している。

一方、上記外輪8は、軸箱９の内周面に嵌合されている。上記外輪８は、軸方向に隣接する第１円錐軌道面３１および第２円錐軌道面３２を有している。上記第１円錐軌道面３１の内径は、第２円錐軌道面３２側にいくにしたがって小さくなり、第２円錐軌道面３２の内径は、第１円錐軌道面３１側にいくにしたがって小さくなっている。

上記複数の第１円錐ころ１０は、第１内輪６の円錐軌道面２１と、外輪８の第１円錐軌道面３１との間に、第１保持器４１に保持された状態で、周方向に間隔を隔てられて配置されている。また、上記複数の第２円錐ころ１１は、第２内輪７の第１円錐軌道面２２と、外輪８の第２円錐軌道面３２との間に、第２保持器４２に保持された状態で、周方向に間隔を隔てられて配置されている。

上記後蓋３は、環状部材であり、車軸１の拡径外周面部１７に対応する形状を有する拡径内周面部４４を有している。上記後蓋３の拡径内周面部４４が、車軸１の拡径外周面部１７に嵌り込むことにより、上記後蓋３を、車軸１の所定位置に固定するようになっている。

この鉄道車両用車軸装置は、重ねられた複数の環状のステンレス鋼製のシム５０を備える。この重ねられた複数のシム５０は、第２内輪７の軸方向の内方（軸方向の車輪）側の端面と、後蓋３の軸方向の外方の端面とで挟持されている。

図２は、この重ねられた複数の環状のステンレス鋼製のシム５０を示す斜視図である。

図２に示すように、上記各シム５０は、環状板であり、中心軸を同じにする内周面および外周面を有している。上記各シム５０の軸方向の一方の端面および他方の端面には、潤滑剤の一例としてのグリースが塗布されている。このようにして、隣接する二つのシム５０の間の摩擦および摩耗を低減すると共に、隣接する二つのシム５０において、一方のシム５０を他方のシム５０に保持して、隣接する二つのシム５０が互いに別離することを防止している。重ねられて一体化された複数のシム５０は、略円筒上の形状を有している。

図１に示すように、上記略円筒状の形状を有する複数のシム５０は、全部のシム５０または一部のシム５０が、車軸１の外周面に接触するように、第２内輪７および後蓋３との間に配置されている。

また、上記油切り４は、環状部材であり、複列円錐ころ軸受２の後蓋３側とは反対側に位置している。上記油切り４の軸方向の一方の側の端面は、第１内輪６の第２内輪７側とは反対側の端面に対向している。上記油切り４は、車軸１の端部にネジで固定された前蓋（図示せず）によって、後蓋３側に力を付与されている。上記油切り４および後蓋３で、複列円錐ころ軸受２を挟み込むことにより、複列円錐ころ軸受２を軸方向に位置決めしている。

上記外輪８の軸方向の一端部の内周面には、筒状のシールケース３７が、取り付けられ、外輪８の軸方向の他端部の内周面には、筒状のシールケース３８が取り付けられている。また、上記シールケース３７と油切り４との間は、密封装置４７で密封され、シールケース３８と後蓋３との間は、密封装置４８で密封されている。

上記鉄道車両用車軸装置によれば、第２内輪７の軸方向の端面と、後蓋３の軸方向の端面との間に、重ねた複数の環状のシム５０を挟み込む構成であって、第２内輪７に対する後蓋３の相対位置の変動が発生した場合、その変動を、複数のシム５０の部分で吸収する構成であるから、互いに隣接する二つの部材同士（第２内輪７とシム５０、シム５０とシム５０、または、シム５０と後蓋３）の相対位置の変動自体が、小さくなる。したがって、互いに隣接する二つの部材の間で発生するフレッチィングを、小さくできて、第２内輪７に対する後蓋３の相対位置の小刻みな変動に起因して発生するフレッチィング摩耗を格段に小さなものにすることができる。したがって、複列円錐ころ軸受２が配置された密封室に浸入する摩耗粉の量を抑制できて、車軸装置の寿命を長くすることができる。

尚、上記第１実施形態の鉄道車両用車軸装置では、複数のシム５０は、全部または一部のシム５０が車軸１の外周面に接触するように、第２内輪７と後蓋３との間に配置されていたが、この発明では、全ての環状板は、車軸の外周面に対して径方向に間隔をおいて位置していても良い。

また、上記第１実施形態の鉄道車両用車軸装置では、環状板としてのシム５０は、ステンレス鋼からなっていたが、この発明では、環状板は、ステンレス鋼以外の金属からなっていても良く、樹脂からなっていても良い。

また、上記第１実施形態の鉄道車両用車軸装置では、転がり軸受が、複列の円錐ころ軸受２であったが、この発明では、転がり軸受において、転動体は、軸方向に一列または複数列配置されていても良く、かつ、転動体は、円錐ころ、円筒ころ、または、円錐ころと円筒ころ、玉と円筒ころとの組み合わせであっても良い。また、外輪または内輪は、一体型であっても、複数の環状部材からなる複合型であってもどちらでも良い。

また、上記第１実施形態の鉄道車両用車軸装置では、潤滑剤が、グリースであったが、この発明では、潤滑剤は、二硫化モリブデン等の固体潤滑剤であっても良い。

また、上記第１実施形態の鉄道車両用車軸装置では、位置決め部材が、内輪よりも車輪側に位置する後蓋３であったが、この発明では、位置決め部材が、内輪に対して車輪側とは反対側に位置する油切りであっても良い。そして、内輪と後蓋との間に複数の環状板を配置しない一方、内輪と油切りとの間に複数の環状板を配置しても良い。また、この発明では、位置決め部材は、内輪よりも車輪側に位置する後蓋、および、内輪に対して車輪側とは反対側に位置する油切りであっても良い。そして、内輪と後蓋との間に複数の環状板を配置すると共に、内輪と油切りとの間に複数の環状板を配置しても良い。

図３は、本発明の第２実施形態の鉄道車両用車軸装置の第２内輪１０７、後蓋１０３および重ねられた複数の環状のシム１５１の周辺を示す拡大模式断面図である。

尚、第２実施形態の鉄道車両用車軸装置では、第１実施形態の鉄道車両用車軸装置と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の鉄道車両用車軸装置と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

図３に示すように、第２実施形態の車軸装置は、複数の環状のシム１５１を構成する各シム１５１の軸方向の一方の端面が、平坦部および凸部を有し、各シム１５１の軸方向の他方の端面が、平坦部および凹部を有している点のみが、第１実施形態の車軸装置と異なる。

図４は、上記シム１５１を詳細に示すシム１５１の軸方向の断面図である。

図４に示すように、上記シム１５１の軸方向の一方の側の端面は、平坦部１５３と、この平坦部１５３から軸方向の外方に突出する環状の凸部１５４を有する一方、シム１５１の軸方向の他方の端面は、平坦部１５６と、この平坦部１５６から軸方向の内方に窪む環状の凹部１５７とを有している。

上記環状の凸部１５４の中心軸は、環状の凹部１５７の中心軸と略一致し、かつ、環状のシム１５１の中心軸と略一致している。また、上記環状の凸部１５４と、環状のシム１５１の中心軸との距離は、環状の凹部１５７と、環状のシム１５１の中心軸との距離に略一致している。

図４に示すように、上記凸部１５４の高さの寸法ｃは、上記凹部１５７の深さの寸法ｄよりも小さく、凸部１５４の基端部の径方向の幅ａは、凹部１５７の開口部の径方向の幅ｂよりも小さくなっている。

図５に示すように、複数のシム１５１は、シム１５１の凸部１５４が、そのシム１５１に隣接するシム１５１の凹部１５７に没入するように重ね合わされている。上記シム１５１の平坦部１５３,１５６は、そのシム１５１に軸方向に隣接するシム１５１の平坦部１５６,１５３に当接している。複数のシム１５１が重ね合わされた後、一方のシム１５１の平坦部１５３および凸部１５４と、他方のシム１５１の凹部１５７との間には、潤滑剤の一例としてのグリース１５９が封入されている。

上記第２実施形態の鉄道車両用車軸装置によれば、シム１５１の凹部１５７に、そのシム１５１に隣接するシム１５１の凸部１５４が収容される構成であるから、軸方向に隣接するシム１５１の径方向の相対移動を制限できて、重ねられたシム１５１がばらけることを防止できる。

また、上記第２実施形態の鉄道車両用車軸装置によれば、各シム１５１の凹部１５７にグリース１５９が存在しているから、互いに隣接するシム１５１の間に相対位置に変動があったときに、凹部１５７から互いに当接する平坦部１５３,１５６の方に潤滑剤が排出されたり、または、シム１５１の互いに重なる平坦部１５３,１５６同士の間に存在していたグリース１５９が凹部１５７に入り込んだりして、互いに当接しているシム１５１の平坦部１５３,１５６の摺動部分を潤滑することができる。したがって、隣接するシム１５１に発生するフレッチィング摩耗を少なくすることができる。また、上記凹部１５７にグリースを収容することができるから、グリース切れを抑制できる。

尚、内輪の位置決め部材側の端面か、または、位置決め部材の内輪側の端面のうちのいずれかに、シム１５１の凹部１５７と略同一の形状の凹部を形成して、この内輪または位置決め部材の凹部に、重ね合わされた複数の環状板において、一端に位置する環状板の軸方向の外方の凸部を没入するようにすると、内輪または位置決め部材に対して、重ね合わされた複数の環状板の径方向の相対移動の範囲を制限できて、好ましい。

また、上記第２実施形態の鉄道車両用車軸装置では、シム１５１に環状の凸部と、環状の凹部を形成したが、この発明では、環状板に、環状でない凸部を形成しても良く、また、環状でない凹部を形成しても良い。要は、この発明では、各環状板の凸部が、その環状板に隣接する環状板の凹部内に位置し、各環状板の一方の端面の平坦部が、その環状板に隣接する環状板の他方の端面の平坦部に当接し、かつ、各環状板の凹部に、潤滑剤が配置されていさえすれば、環状板に如何なる形状の凸部を形成しても良く、環状板に如何なる形状の凹部を形成しても良い。

また、上記第２実施形態の鉄道車両用車軸装置では、環状のシム１５１の軸方向の一方の端面が、一つの凸部１５４を有すると共に、シム１５１の軸方向の他方の端面が、一つの凹部１５７を有していたが、この発明では、環状板の軸方向の一方の端面および他方の端面は、一以上の凸部を有する一方、凹部を有していなくても良く、凸部を有していない一方、一以上の凹部を有していても良い。また、この発明では、環状板の軸方向の一方の端面および他方の端面は、一以上の凸部と、一以上の凹部とを有していても良い。要は、この発明では、各環状板の凸部が、その環状板に隣接する環状板の凹部内に位置し、各環状板の一方の端面の平坦部が、その環状板に隣接する環状板の他方の端面の平坦部に当接し、かつ、各環状板の凹部に、潤滑剤が配置されていさえすれば、環状板の軸方向の一方の端面および他方の端面の夫々は、凸部および凹部の一方を有していなくても良く、凸部および凹部の両方を有していても良く、また、いくつの凸部を有していても良く、また、いくつの凹部を有していても良い。

本発明の第１実施形態の鉄道車両用車軸装置の軸方向の模式断面図である。 重ねられた複数の環状のシムを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の鉄道車両用車軸装置の内輪、後蓋および重ねられた複数の環状のシムの周辺を示す拡大模式断面図である。 シムを詳細に示すシムの軸方向の断面図である。 第２実施形態の鉄道車両用車軸装置の複数のシムを示す図である。

符号の説明

１ 車軸
２ 複列円錐ころ軸受
３,１０３ 後蓋
４ 油切り
６ 第1内輪
７,１０７ 第2内輪
８ 外輪
９ 軸箱
１０ 第１円錐ころ
１１ 第２円錐ころ
５０,１５１ シム
１５３,１５６ 平坦部
１５４ 凸部
１５７ 凹部
１５９ グリース

Claims (2)

1. 鉄道車両の車軸と、
   軸箱と、
   上記車軸の外周面に嵌合される内輪と、
   上記軸箱の内周面に嵌合される外輪と、
   上記内輪の軌道面と、上記外輪の軌道面との間に配置された転動体と、
   上記車軸の外周面上に配置されると共に、上記内輪を上記車軸に対して軸方向に位置決めする環状の位置決め部材と、
   上記内輪の軸方向の端面と上記位置決め部材の軸方向の端面とで挟持されると共に、軸方向に重ね合わされた複数の環状板と
   を備え、
   上記各環状板の軸方向の一方および他方の端面には、潤滑剤が塗布されていることを特徴とする鉄道車両用車軸装置。
2. 請求項１に記載の鉄道車両用車軸装置において、
   上記各環状板の軸方向の一方の端面は、平坦部と、この平坦部から軸方向の外方に突出する凸部を有する一方、上記各環状板の軸方向の他方の端面は、平坦部と、この平坦部から軸方向の内方に窪む凹部とを有し、
   上記各環状板の上記凸部は、その環状板に隣接する上記環状板の上記凹部内に位置し、
   上記各環状板の上記一方の端面の上記平坦部は、その環状板に隣接する上記環状板の上記他方の端面の上記平坦部に当接し、
   上記各環状板の上記凹部には、潤滑剤が配置されていることを特徴とする鉄道車両用車軸装置。

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