JP3540450B2 - 小形軸受け及び補強ジャーナル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受けに関し、より詳細には動作において摩損がより少ない補強された車軸ジャーナルと組み合わされた軸受けに関する。
【0002】
【従来の技術】
アメリカ合衆国内の鉄道で用いられているほとんどの軌道車は摩擦を減少するために減摩軸受けに頼り、それによりそのような車両を動かすために必要な牽引力を減少させている。典型的にはそのような車両の車輪はそれらが共に回転する車軸に嵌合する。各車軸は車軸の残りの部分より小さな直径のジャーナルの形でそれの車輪を越えて延在する。軸受けはジャーナルを越えて台車(truck)に対する側方フレーム内で受容される筐体内にぴったりと嵌合する。車軸の最も薄い部分と軌道車の重量が車軸に負荷される場所でジャーナルは少なくとも軌道車が多量に積載されるときには軌道車がレール上で動くにつれて曲がるようになる。
【0003】
屈曲は各軸受けの内向き端で最も強調されるであろう。ここで典型的なジャーナルは軸受けのインナレースと、ジャーナルがしばしば防塵部分と称される車軸のより大きな隣接部分内に合併される彎曲面部(fillet)上で嵌合する裏当て環との間に延在するシール摩耗環と適合される。摩耗環は周囲にシールが軸受け内で潤滑を得、汚染物の進入を防ぐよう嵌合する円筒形表面を供する。インナレースと摩耗環の両方は、少なくとも摩耗環がインナレースと隣接するところではジャーナル上でぴったり嵌合する。ジャーナル内での屈曲の故に一方のジャーナルとインナレースと他方の内向き摩耗環との間で摩損が生ずる。
【0004】
摩損がジャーナルを浸食し、それによりインナレースと摩耗環とジャーナルとの間のよりゆるい嵌合を形成する。このよりゆるい嵌合は摩損をより一層ひどくする。ひどい場合には摩損は加熱及び軸受け疲労をもたらしうる。更にまた車軸は弱くなり、シールの効果は減少する。何故ならば周辺にそれが嵌合される摩耗環はもはやジャーナルと同軸ではないからである。
【0005】
確かに軌道車両の車軸のジャーナルについての摩損問題への取り組みがなされてきた。これらの努力は車軸ジャーナルの表面の硬さを増加し、ジャーナルと接触する摩耗環の表面領域を増加し、ジャーナルそれ自身の代わりにジャーナルに関してそれを中心に置くために裏当て環を用いることによりジャーナルの表面から摩耗環を全体的に分離することさえ含む。全ては軸受け又はそれの組立のコストを増加される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は動作において摩損がより少ない補強された車軸ジャーナルと組み合わされた軸受けを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は軸の周りに回転し、彎曲面部で軸のより大きな部分に統合するジャーナルを有する車軸と、彎曲面部でジャーナルの周囲に嵌合され、彎曲面部から離れて配置され彎曲面部の小さな端に概略配置される第一の衝合面を提供する裏当て環と、ジャーナルに取り付けられ、第一の衝合面に向けて配置される第二の衝合面を提供する端部材と、裏当て環と端部材との間のジャーナルの周囲に配置され、軸に対して内向きに存在するレースウエイを有するアウタレースを含む軸受けと、アウタレース内とジャーナルの周囲に配置され、インナレースとジャーナルとの間に干渉嵌合があるインナレースと、インナとアウタレースのレースウエイ間の少なくとも2つの列内に配置される回転要素と、軸受けのレース間の環状の空間の端を閉じるシールとからなる該インナレースは、環状の空間がレース間に存在するようにアウタレースのレースウエイに対して外向きに存在するレースウエイを有し、また裏当て環と端部材との上の衝合面に対向する裏当て面を有し、裏当て環の端面に対向するそれの背面の領域内のインナレースは干渉嵌合が背面の外に延在せず、インナレースと裏当て環とが衝合するジャーナルに応力集中を生じないようアンダーカットされてなる組立体を提供する。
【0008】
本発明は軸の周りに回転し、彎曲面部で軸のより大きな部分に統合するジャーナルを有する車軸に用いられる軸受けであって、彎曲面部でジャーナルの周囲に嵌合され彎曲面部から離れて配置され彎曲面部の小さな端に概略配置される第一の衝合面を提供する裏当て環と、ジャーナルに取り付けられ第一の衝合面に向けて配置される第二の衝合面を提供する端部材との間でジャーナルの周囲に配置されるよう適合され、軸に対して内向きに存在するレースウエイを有するアウタレースと、アウタレース内に位置しインナレースとジャーナルとの間に干渉嵌合でジャーナルの周囲に配置されるよう適合されたインナレースと、インナとアウタレースのレースウエイ間の少なくとも2つの列内に配置される回転要素と、軸受けのレース間の環状の空間の端を閉じるシールとを有し、該インナレースは、環状の空間がレース間に存在するようにアウタレースのレースウェイに向けて外向きに位置するレースウェイと、裏当て環と端部材との上の衝合面に対して衝合するよう適合された裏当て面とを有し、裏当て環の端面に対して衝合するよう適合されたその背面の領域内のインナレースはジャーナル上に設けられたときに干渉嵌合が背面の外に延在せず、インナレースと裏当て環とが衝合するジャーナル内に応力集中を生じないようにアンダーカットされてなる軸受けをまた提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
図面(図2)を参照するに、車軸Aは軸Xに関して減摩軸受けB内で回転する。軸受けBは筐体C内に含まれる。典型的にはこの配置は軌道車の部分であり、軸Aは車輪と嵌合し筐体Cは軌道車用のサスペンションシステムの部分を形成する台車又はある他の器具内で受容される。車軸Aは軸受けBの構成のために従来技術の車両の車軸よりかなり少ない屈曲を被り、摩損に関しては車軸Aに沿ってより進展しにくい。
【0010】
車軸Aは車輪間及びそれを越えて延在する主要区域2を有する。各端においてそれは防塵部分と称される減少された介在区域4とこれを越えて位置するジャーナル6とを有する。主要区域2は彎曲面部8で介在区域4内に併合され、介在区域4は他の彎曲面部10でジャーナル6内に併合され、両方の彎曲面部8、10は本質的に同じ曲率半径を有する。その対向する端でジャーナル6は軸Xに関して直角に置かれた端面12を有する。ここでジャーナル6は軸Xの周囲に平行に位置する螺刻された孔14を有する。主要区域2と介在区域4とジャーナル6とは全て本質的に円筒状で同心であり、軸Xはこれら全てに共通である。実際にジャーナル6はその彎曲面部10と車軸Aの端面12から突出するわずかに傾斜した表面18との間に存在する延在された円筒状の表面16を有する。主要区域2は直径dを有し、介在区域は直径eを有し、ジャーナルの延在された表面16は直径fを有する。介在区域4は長さmを有し、一方ジャーナル6に沿って距離nが介在区域4の端と軸受けBの中点との間に存在する。ジャーナル6の端で彎曲面部10は長さpを有する。以下の寸法関係が車軸Aに存在する:
e>0.84d
f>0.81e
n>0.78f
d>e>f
基本的に減少された区域4の直径eは少なくとも従来技術の車軸内のその対向部分と同様に大きいがその長さmはより大きい。他方で軸受けBの中点とジャーナル6の内向き端との間の距離nは従来技術の軸受けのそれの対向部分より短い。車軸Aと従来技術の車軸との間の寸法関係の変化は車軸A、特にそれのジャーナル6の端を固定するのに供され、それにより動作中の曲がりが減少する。故にこれは摩損を減少する。
【0011】
ジャーナル6の内向き端で裏当て環20は小さな彎曲面部10に隣接する。裏当て環20は減少された区域4の端に重なり、彎曲面部10全体を覆うために彎曲面部10に沿って軸方向に延在するが、隣接する円筒状の表面16には、延在したとしてもごくわずかである。裏当て環20は軸Xに関して直角に置かれる端面22で終端し、彎曲面部10が円筒状の表面16から出現する位置に本質的に存在する。換言すれば裏当て環20は彎曲面部10に沿って実質的にそれの長さpだけ突出し、その端面22は彎曲面部10の対向する端から実質的に距離pに存在する。
【0012】
ジャーナル6の外向き端で端キャップ24は若干傾斜した表面18上に、及び軸Aの端を横切って嵌合する。それは延在される円柱状の表面16に沿って存在する端面26で終端し、裏当て環20上の端面22に向かって配置される。端面22と同様に端面26は軸Xに関して直角に置かれる。端キャップ24は端キャップ24を貫通し、螺刻された孔14の螺刻に係合するキャップネジ28によりジャーナル上に保持される。端キャップ24及びネジ28はジャーナル6上の軸受けBを保持する。
【0013】
軸受けBは端キャップ24と裏当て環20との間でジャーナル6を取り囲む。それは二重のカップ30の形でアウタレースと、2つのコーン32の形でインナレースとカップ30と2つのコーン32との間の2つの円形並び内に配置されるテーパころ34とを含む。ころ34はカップ30と2つのコーン32との間の環状空間Sー軸受けBの内部を示す空間を占有する。空間Sはカップ30とコーン32に嵌合されるシール36によりそれの端で閉鎖される。実際にシール36はカップ30とコーン32との間の動的流体バリアを確立し、斯くして環状空間の端がなお閉鎖される一方で後者が前者の中で回転することを許容する。
【0014】
軸受けBをより詳細に考察するとそのカップ30はその端の外側に開口する端孔40と、軸Xに向かって内側に存在するテーパレースウエイ42と、軸受けBの中点に向かって孔40から下方のテーパとを有する。レースウエイ42は2つのコーン32を取り囲み、各レースウエイ42内に別々のコーン32がある。
各コーン32は通し孔44を有し、これを通ってジャーナル6が延在し、孔44の直径はジャーナル6に対する円筒状表面16の直径fよりわずかに小さく、それによりコーン32とジャーナル6との間の干渉嵌合が存在する。各コーン32はまた軸Xから外側に離れて、カップ30のレースウエイ42の1つに向かって存在するレースウエイ46を有する。それに向かうカップレースウエイ42と同様に各コーンレースウエイ46は軸受けBの中点に向かって下方にテーパする。そのレースウエイ46の小さい端で各コーン32は保持リブ48を有し、一方そのレースウエイ46の大きな端でそれはスラストリブ50を有する。2つのリブ48、50はそれらのそれぞれのレースウエイ46の端を越えて外向きに突出する。一方で従来技術のテーパころ軸受けはスラストリブを有し、軸受けB内の各コーン32のスラストリブ50はカップ30の対応する端で端孔40内に存在するある長さの円筒状の面52を設けるように延在される。筒状面52は軸Xに関して直角に置かれ、コーン32の端(実際には軸受けBである)を形成する背面54に対して突出する。最終的に各コーン32の孔44はコーンに対する背面54の領域内でアンダーカット56内に開口する。アンダーカット56の長さはスラストリブ50の長さを越えず、それ故スラストリブ50に重なる一方でアンダーカット56はレースウエイ46に重ならない。アンダーカット56はその部分をまた形成する傾斜した表面に沿って孔44と合併する。
【0015】
テーパころ34はレースウエイ42、46に対向するそれらのテーパ側面を有するカップ30及びコーン32上の対向するレースウエイ42と46との間でそれぞれ嵌合し、それらの大きな端はスラストリブ50に対向するように向く。テーパの幾何的配置により、カップ30とコーン32との間の環状空間Sからころ34を排除するやや軸方向向きの力の成分に変換される軸受けBを介して伝えられた放射方向に向く負荷はコーン32上のスラストリブ50に対するものではない。
【0016】
内向きコーン32はそれの外面54でそれの背面22に沿って裏当て環20に隣接する。他方で外向きコーン32の背面54はキャップネジ28により外向きコーン32に向かって押される端キャップ24の端面26を圧迫し、それにより2つのコーン32は端キャップ24と裏当て環20との間に挟持される。しかしキャップネジ28は軸受けBに対する設定を制御しない。その代わりに2つのコーンはそれらの保持リブ48間で嵌合するスペーサー58により分離され、2つのコーン32がそれらの保持リブ48でそれと隣接するときにそれは遊び又は予加重のどちらかの所定の設定を有する軸受けを提供するために研磨される。
【0017】
ジャーナル6には、彎曲面部10が出現する個所で、応力集中が生ずる。応力集中は圧縮嵌合部の端に存在し、ジャーナル6と内向きコーン32との間の圧縮嵌合の場合であってもかかる応力集中が生ずる。しかし干渉嵌合により発生された応力集中は内向きコーン32内のアンダーカット56による彎曲面部10により引き起こされた応力集中と一致しない。2つの応力集中内のオフセットはジャーナル6の疲れ寿命を増強する。外向きコーン32内のアンダーカットは、応力集中を分離する機能を果たさない一方で2つのコーン32を交換可能にし、逆設置を許容する。コーンに対するスラストリブ50の領域に限定され、レースウエイ46に重ならない各コーン32上のアンダーカット56は放射方向(ラジアル方向)の負荷を伝えるコーン32の能力を減少しない。
【0018】
シール36はカップ30の端孔40内と2つのコーン32のスラストリブ50上の筒状面52の周囲で嵌合し、それにより、ころ34により占有された環状空間Sの端に近接する。各シール36はカップ30内の端孔40の1つ内に圧縮される容器60と軸受けBの対応する端でコーン32のスラストリブ50に対する筒状面52にわたり圧縮されるシールド62とを含む。容器60とシールド62の両方は比較的堅く、金属の打ち抜き加工により形成されることが好ましい。容器60と端孔40との間、及びシールド62とスラストリブ50の筒状面52との間の干渉嵌合はそれらの位置で定常的な液体バリアを形成する。加えて各シール36は容器60に結合され、それに沿ってそれが動的又は有効な液体バリアを確立するシールド62の表面に対して外へ延在する弾力的なシール要素64を含む。シール36はアメリカ特許第4819949号「シールドされたシール組立体」で開示されたものと同様である。
【0019】
軸受けBを介して伝えられた負荷は2つの並びのころ34を介して通過し、それはそれらの並びの間を概略等しく分割する。結果として負荷はころ34の2つの並びの間の中間に位置する合力Rに帰着する。合力Rと車軸Aの減少された介在区域4は主要区域2内に併合される彎曲面部8との間の距離は従来技術の車軸上の対応する距離と本質的に同じままである。換言すれば結合された寸法m+nは変化しない。車軸Aに対する減少された介在区域4の長さmは従来技術の車軸上の対応する寸法より大きい。一方で合力Rと彎曲面部10の大きな端との間の距離nは従来技術の車軸上の対応する寸法より小さい。より厚い介入区域4の延長とジャーナル6の減少とは車軸Aの端を従来技術の車軸の端よりも高強度にする。結果としてジャーナル6は内向きコーン32に対して背面54の領域内でより少ない屈曲を経験する。実際そのコーン43の背面54とジャーナル6の内向き端との間の距離pは非常に短く、それは本質的に裏当て環20の長さである。何故ならばシール磨耗環はジャーナル6の延長を要求する領域内に存在しないからである。軸受けBは、依然として、上述の如くジャーナル6上に設けられる、組立前且つ潤滑前のユニットである。実際シール磨耗環の不在により軸受けBは従来技術の軌道車両の車軸軸受けより少ない部品を有し、もちろんより短い。シール36は、コーン32とスペーサー56とをカップ30から脱離するのを防止する目的で軸受けBを一体化する役割を果たす。
【0020】
他の構造のシールはカップ30とコーン32との間の環状空間Sの端に近接するように用いられ得る。例えば適切なシールがカップ30の端孔の1つに嵌合されたシール容器と容器に結合し、カップ30の対応する端でコーン32に対するスラストリブ50上の円筒状表面52に沿って液体バリアを確立するエラストマーのシール要素とを有する。本発明は本発明の精神と視野からはずれることなく構成された開示の目的で選択された本発明の例の全ての変形及び改良を含むよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】車軸ジャーナルに嵌合し、摩損が進展する位置を示す従来技術の軸受けの断面図である。
【図2】本発明による車軸及び軸受け及び関連する部品の断面図である。
【符号の説明】
2 主要区域
4 介在区域
8、10 彎曲面部
6 ジャーナル
12 端面
14 孔
16、18 表面
d,e,f 直径
m,n、p 距離
A 車軸
B 軸受け
X 軸
S 空間
R 合力
20 裏当て環
22、26 衝合面
24 端キャップ
28 ネジ
30 カップ
32 コーン
34 ころ
36 シール
40、44 孔
42、46 レースウエイ
48、50 リブ
52 筒状面
54 背面
56 アンダーカット
58 スペーサ
60 容器
62 シールド
Claims (9)
- 軸(X)の周りに回転し、彎曲面部(10)で車軸(A)の大径部に統合するジャーナル(6)を有する車軸(A)と、
彎曲面部(10)でジャーナルの周囲に嵌合され、彎曲面部(10)の小径側の端に位置する第一の衝合面(22)を提供する裏当て環(20)と、
ジャーナルに取り付けられ、第一の衝合面(22)に対向する第二の衝合面(26)を提供する端部材(24)と、
裏当て環(20)と端部材(24)との間のジャーナルの周囲に配置される軸受けであって、
軸に対向する側にレースウエイ(42)を有するアウタレース(30)、
軸に対向しない側にレースウエイ(42)を有し、第一の衝合面及び第二の衝合面に接触する背面を備え、第一の衝合面と接触する背面の領域にアンダーカット(56)を有し、アウタレースの内側のジャーナル(6)の周囲に干渉嵌合されるインナレース(32)、
インナレースとアウタレースのレースウエイ間に少なくとも2列で配置される回転要素(34)、及び、
インナレース及びアウタレースの少なくとも何れか一方に装着され、インナレース及びアウタレース間の環状の空間(S)の両端を閉じるシール(36)、を備える軸受けとを含む、組立体。 - 回転要素が2列で配置されており、インナレースがレースウエイ及び背面をそれぞれ有する2つの構成部品からなり、一方の構成部品の背面が、第一の衝合面と接触すると共に、他方の構成部品の背面が、第二の衝合面と接触する、請求項1記載の組立体。
- インナレースの各構成部品は、背面とレースウエイとの間に筒状面(60、64)を有しており、シールが該筒状面(60、64)の周囲に配置される、請求項2記載の組立体。
- nが彎曲面部の大径側の端と背面間の中点との距離であり、fがジャーナルの直径であるとき、
n<0.78f
であることを特徴とする請求項3記載の組立体。 - 車軸は、車軸(2)の端部分を形成する円柱状の主要区域(2)と、主要区域とジャーナル(6)との間に配置される円筒状の介在区域(4)とを含み、ここで
d>e>f
であり、ここでdは主要区域の直径であり、eは介在区域の直径であり、fはジャーナルの直径であることを特徴とする請求項3記載の組立体。 - 裏当て環の第一の衝合面は、彎曲面部の小径側の端に位置する、請求項1記載の組立体。
- アウタレースが1つの構成部品からなる、請求項1記載の組立体。
- 前記軸受けは、転がり軸受けであり、前記インナレースは、ジャーナルの周囲に嵌合される2つのコーンからなり、各コーンは、軸に対向しない側にテーパ付きレースウエイを有し、一方のコーンの背面が、裏当て環の第一の衝合面に接触し、他方のコーンの背面が、端部材の第二の衝合面に接触し、該一方のコーンは、その背面に導かれるアンダーカットを有し、アウタレースは、2つのコーンを包囲するカップであり、カップは、コーンとの間に環状の空間が存在するように、コーンのレースウエイに対向するが離間する2つのテーパ付きレースウエイを有し、回転要素は、環状の空間に2列に配設されたテーパころであり、第1の列のテーパころは、前記一方のコーンのレースウエイ及びカップのレースウエイに接触し、第2の列のテーパ付きころは、前記他方のコーンのレースウエイ及びカップのレースウエイに接触し、前記シールは、環状の空間内に潤滑油を保持する流体バリアを確立する、請求項2記載の組立体。
- アンダーカットの軸方向の寸法は、径方向の寸法に比して大きい、請求項1記載の組立体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/292,939 US5462367A (en) | 1994-08-18 | 1994-08-18 | Compact bearing and stiffened journal |
US292939 | 1994-08-18 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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