JP4626078B2 - Rolling bearing unit with sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明に係るセンサ付転がり軸受ユニットは、鉄道車両の車輪の回転軸或は圧延機等の各種産業機械装置の回転軸を、車体或は支持台等の固定の部分に回転自在に支持すると共に、この転がり軸受ユニットの異常を早期に検知する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】
例えば鉄道車両の車輪をこの鉄道車両に固定した軸受箱に対し回転自在に支持する為に、転がり軸受ユニットを使用する。又、この転がり軸受ユニット部分で発生した異常を早期に検知する為には、この転がり軸受ユニットの温度を検出する必要がある。この為、上記転がり軸受ユニットに温度センサを組み込んだ、センサ付転がり軸受ユニットにより、上記車輪を上記軸受箱に対し回転自在に支持すると共に、この転がり軸受ユニットの温度を検出する事が行なわれている。
【0003】
図2は、この様な鉄道車両用のセンサ付転がり軸受ユニットの従来構造の1例を示している。図示しない車輪を支持固定した状態で使用時に回転する回転軸である車軸1は、使用時にも回転しない軸受箱2の内径側に、転がり軸受ユニットである複列円すいころ軸受3により、回転自在に支持している。この複列円すいころ軸受3は、互いに同心に配置した外輪4及び1対の内輪5a、5bと、複数個の円すいころ6、6とを備える。このうちの外輪4は、全体を円筒状に造っており、内周面に複列の外輪軌道7、7を有する。これら各外輪軌道7、7は、それぞれが円すい面状で、上記外輪4の軸方向端部に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜している。
【0004】
又、上記1対の内輪5a、5bは、それぞれ略短円筒状に造っており、それぞれの外周面に、円すい面状の内輪軌道8、8を形成している。これら各内輪5a、5bは、互いの小径側の端面同士を対向させた状態で、上記外輪4の内径側に、この外輪4と同心に配置している。更に、上記各円すいころ6、6は、上記各外輪軌道7、7と上記各内輪軌道8、8との間に、それぞれ複数個ずつ、保持器9、9により保持した状態で転動自在に設けている。
【0005】
上述の様な複列円すいころ軸受3のうち、上記外輪4は、上記軸受箱2に内嵌保持されている。一方、上記各内輪5a、5bは、これら両内輪5a、5b同士の間に間座10を挟持した状態で、上記車軸1の外端(図2の左端)寄り部分に外嵌している。又、上記車軸1の端部で軸方向外側(図2の左側)の内輪5aよりも突出した部分には、油切りと称される環状部材11aを外嵌している。又、内側(図2の右側)の内輪5bの内端面は、別の環状部材11bを介して、上記車軸1の中間部に形成した段差面12に突き当てている。従って、上記1対の内輪5a、5bが図2の状態よりも上記車軸1の中央寄り(図2の右寄り)に変位する事はない。そして、上記車軸1の外端部に外嵌し、更に複数本のボルト13、13によりこの車軸1に対し結合固定した、丸鉢状のエンドプレート14の内端縁(図2の右端縁)により、上記環状部材11aを上記外側の内輪5aの外端面に向け抑え付けている。
【0006】
一方、上記外輪4の両端部には、それぞれ軟鋼板等の金属板を断面クランク形で全体を略円筒状に形成して成るシールケース15a、15bを内嵌固定している。そして、これら両シールケース15a、15bの内周面と上記各環状部材11a、11bの外周面との間に、それぞれシールリング16a、16bを設ける事により、前記複数個の円すいころ6、6を設置した内部空間17の両端開口部を塞いでいる。この構成により、この内部空間17の内外を遮断して、この内部空間17内に封入した潤滑用のグリースが外部に漏洩するのを防止すると共に、外部から上記内部空間17内に雨水や塵芥等の異物が進入するのを防止している。
【0007】
又、前記軸受箱2の外端開口は、この軸受箱2の外端部に固定したカバー18により塞いでいる。このカバー18は、合成樹脂若しくは金属材料により全体を略有底円筒状に形成しており、円筒部19と、この円筒部19の外端(図2の左端)開口を塞ぐ底板部20と、この円筒部19の内端(図2の右端)寄り部分の外周面に設けた外向フランジ状の取付部21とを備える。この様なカバー18は、上記円筒部19の内端部を上記軸受箱2の外端部に内嵌すると共に、上記取付部21をこの軸受箱2の外端面に突き当てた状態で、この取付部21を上記軸受箱2の外端面に図示しないボルトで固定する事により、上記軸受箱2の外端開口部を塞ぐ。
【0008】
又、上記軸受箱2の中間部で前記外輪4の周囲に位置する部分に、センサ取付孔22を形成している。そして、このセンサ取付孔22内で上記外輪4の外周面に、熱電対等の温度センサ23を装着し、この外輪4を含む前記複列転がり軸受ユニット3の温度を検出自在としている。上記温度センサ23の検出信号を取り出す為のハーネス24は、上記センサ取付孔22を通じて上記軸受箱2外に取り出し、図示しない制御器に送っている。
【0009】
上述の様に構成するセンサ付転がり軸受ユニットの場合、鉄道車両の台車に支持した上記軸受箱2の内径側に前記車軸1を、回転自在に支持できる。又、上記複列円すいころ軸受3の回転抵抗が、前記各円すいころ6、6の過度のスキュー等、何らかの原因で異常に上昇し、上記複列円すいころ3の温度が上昇すると、上記温度センサ23が、この温度を検知する。この様にしてこの温度センサ23が検知した温度信号は、上記図示しない制御器に送り、この制御器が、運転席に設置した警告灯を点灯させる等の警報を発する。この様な警報が出された場合に、運転手が緊急停止等の措置を講ずる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成し作用する従来構造の場合、温度センサ23を装着する為に、軸受箱2にセンサ取付孔22を加工する必要がある。この軸受箱2は、鋼等の強度の高い材料により造られている為、この軸受箱2にセンサ取付孔22を形成する作業は面倒で、センサ付転がり軸受ユニットの製造コストを高くする原因となる。又、外輪4の外周面に温度センサ23を装着する作業は、この外輪4を上記軸受箱2に内嵌した後に行なわなければならない。この為、小径のセンサ取付孔22内に上記温度センサ23を挿入し、しかも外輪4の温度を検出自在とすべく、これら温度センサ23と外輪4とを接触させ、更にこの温度センサ23が上記センサ取付孔22から脱落するのを防止すると言った、面倒な作業が必要になる。これらにより、従来のセンサ付転がり軸受ユニットは、コストが嵩む事が避けられなかった。
本発明のセンサ付転がり軸受ユニットは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のセンサ付転がり軸受ユニットは、前述した従来から知られているセンサ付転がり軸受ユニットと同様に、外輪と、内輪と、複数個の転動体と、シールケースと、シールリングと、温度センサとを備える。
このうちの外輪と内輪とは、互いに相対回転自在であり、一方が回転輪であると共に他方が固定輪である。
又、上記各転動体は、上記外輪の内周面に形成された外輪軌道と、上記内輪の外周面に形成された内輪軌道との間に転動自在に設けられている。
又、上記シールケースは、ほぼ円筒状で、上記固定輪の端部にその基端部を結合固定されている。
又、上記シールリングは、上記シールケースの周面と上記回転輪と共に回転する部分との間に設けられている。
更に、上記温度センサは、上記各転動体を含む転がり軸受ユニットの温度を検出するものである。
【0012】
特に、本発明のセンサ付転がり軸受ユニットに於いては、上記シールケースは、鋼板、アルミニウム合金板、銅合金板等の伝熱性の良好な金属製で、基端部を上記固定輪の端部に締り嵌めで嵌合する事によりこの固定輪に結合固定されている。
又、上記温度センサは、上記シールケースの外面に検知部を当接若しくは近接対向させた状態で、このシールケースに結合固定されていて、このシールケースの温度をこのシールケースの外面側から測定する事により、上記固定輪を含む転がり軸受ユニットの温度を測定可能としている。この為に例えば、上記シールケースの先端部を径方向に折り曲げて円輪部を形成し、この円輪部の外側面に、上記温度センサを結合固定する。
【0013】
【作用】
上述の様に構成する本発明のセンサ付転がり軸受ユニットによれば、面倒な加工や組立作業を要する事なく、低コストで造れるにも拘らず、転がり軸受ユニット部分の温度を効果的に測定できる。
即ち、温度センサをシールケースを構成する円輪部の外側面等、このシールケースの外面に結合固定する為には、特に面倒な加工を必要とせず、しかも結合固定作業を広い空間で行なえる為、部品の加工コスト並びに組立コストを低減できる。
又、固定輪に対し締り嵌めで嵌合固定した、上記シールケースの温度は、この固定輪の温度上昇に伴って上昇し、このシールケースの温度が固定輪の温度とほぼ同じとなる。この為、このシールケースの外面にその検知部を当接若しくは近接対向させた上記温度センサによって、上記固定輪を含む転がり軸受ユニットの温度を効果的に測定できる。
又、上記温度センサは、上記シールケースの外側に設置されていて、上記転がり軸受ユニットの内部空間内に封入したグリース等の潤滑剤に触れる事はない。この為、上記温度センサがこの潤滑剤を汚染する事はなく、この潤滑剤の耐久性は十分に保たれる。又、上記温度センサは、上記シールケースの外側に設置する為、このシールケースに、この温度センサやハーネスを挿通する為の通孔を形成する必要はない。従って、このシールケースに設けた通孔を通じて上記転がり軸受ユニットの内部空間からのグリースの漏洩やこの内部空間内への異物侵入が生じる事もない。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態の1例を示している。尚、本例の特徴は、転がり軸受ユニットである複列円すいころ軸受3の温度を検出する為の温度センサ23aの取付構造、及び、この温度センサ23aの検出信号を取り出す為のハーネス24aの配線構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述した従来構造の場合と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【0015】
固定輪である外輪4の外端部(図1の左端部)に結合固定したシールケース15aは、鋼板、アルミニウム合金板、銅合金板等の伝熱性の良好な金属板を曲げ形成する事により、断面クランク型で全体を略円筒状に形成している。この様なシールケース15aは、基端部(図1の右端部)を上記外輪4の外端部に、締り嵌めで内嵌する事により、この外輪4に結合固定されている。従って、この外輪4の外端部内周面と上記シールケース15aの基端部外周面とは、全周に亙って金属同士が直接、且つ十分な当接圧で接触する。この為、上記外輪4と上記シールケース15aとの間の熱伝達は効率良く行なわれ、これら外輪4とシールケース15aとの温度はほぼ同じとなる。
【0016】
この様にして上記外輪4の外端部に結合固定されたシールケース15aの先端部(外端部、図1の左端部)は径方向内方に折り曲げる事により、円輪部25としている。そして、この円輪部25の外側面(図1の左側面)に、前記温度センサ23aを結合固定している。この円輪部25に対してこの温度センサ23aを結合固定するには、接着、ねじ止め、接着とねじ止めとの併用等を採用できる。何れにしても、上記温度センサ23aを上記円輪部25に対し結合固定した状態では、この温度センサ23aの検知部を、上記円輪部25の外側面に当接若しくは近接対向させる。更に、必要に応じて、この温度センサ23aの外表面を接着剤により覆う。この様に温度センサを接着剤により覆えば、仮にカバー18内に雨水等の異物が侵入した場合でも、この異物によって上記温度センサ23aの性能が劣化する事を防止できて、この温度センサ23aの信頼性及び耐久性の向上を図れる。
【0017】
又、図示の例では、軸受箱2の端部開口を塞ぐカバー18を構成する円筒部19の一部に中継コネクタ26を、この円筒部19を貫通する状態で設けている。そして、上記温度センサ23aの信号を取り出す為のハーネス24aの端部を、上記中継コネクタ26の内端部に接続している。これと共に、上記温度センサ23aの信号を図示しない制御器に送る為のコード27の端部を、上記中継コネクタ26の外端部に接続自在としている。尚、上記ハーネス24a及びコード27と上記中継コネクタ26の端部との接続作業を容易に行なえる様にすべく、これらハーネス24a及びコード27の端部にプラグを装着し、これら各プラグと上記中継コネクタ26の端部とを、電気的且つ機械的に着脱自在とする事もできる。但し、上記ハーネス24aの端部と上記中継コネクタ26の内端部との接続は、プラグを省略して、このハーネス24aの導体の端部を上記中継コネクタ26の導体に直接接続しても良い。
【0018】
上述の様に構成する本発明のセンサ付転がり軸受ユニットによれば、面倒な加工や組立作業を要する事なく、低コストで造れるにも拘らず、転がり軸受ユニット部分の温度を効果的に測定できる。
即ち、上記温度センサ23aを前記シールケース15aの円輪部25に結合固定する作業を、接着、ねじ止め等、特に面倒な加工を必要としない方法により、しかも結合固定作業を広い空間で行なえる。即ち、上記円輪部25に上記温度センサ23aを結合固定する作業は、上記シールケース15aの基端部を前記外輪4の端部に内嵌固定する以前に行なえる為、上記結合作業は容易である。この為、部品の加工コスト並びに組立コストを低減できる。
【0019】
又、前述した様に、前記外輪4に対し締り嵌めで嵌合固定した、上記シールケース15aの温度は、この外輪4の温度とほぼ等しくなるので、このシールケース15aの円輪部25にその検知部を当接させた上記温度センサ23aによって、上記外輪4を含む複列円すいころ軸受3の温度を効果的に測定できる。この為、この複列円すいころ軸受3に焼き付き等の異常が発生した場合に、これを確実に且つ素早く検知できて、この複列円すいころ軸受3を含む回転支持部に、更に重大な損傷が発生する事を防止できる。尚、上記温度センサ23aを上記複列円すいころ軸受3の負荷圏(図示の例では上部)の近傍に取り付ければ、この複列円すいころ軸受3の発熱に伴う温度上昇を、より効率良く検知できるので好ましい。
【0020】
又、上記温度センサ23aは、上記シールケース15aの円輪部25の外側に設置しているので、この温度センサ23aが上記複列円すいころ軸受3の内部空間17内に封入したグリース等の潤滑剤に触れる事はない。この為、上記温度センサ23aがこの潤滑剤を汚染する事はなく、この潤滑剤の耐久性は十分に保たれる。又、上記温度センサ23aは上記円輪部25の外側面に設置する為、この円輪部25にこの温度センサ23aやハーネス24aを挿通する為の通孔を形成する必要はない。従って、上記円輪部25に設けた通孔を通じて上記内部空間17からのグリースの漏洩やこの内部空間17内への異物侵入が生じる事もない。
【0021】
更に、上記シールケース15aの外側面に、上記温度センサ23aに加えて振動を検知する為の振動センサを一体に組み付ける事も可能である。そして、振動センサにより上記シールケース15aを介して、上記外輪4を含む前記複列円すいころ軸受ユニット3の振動を検出すれば、転がり疲れ寿命に基づく、外輪軌道7や内輪軌道8、或は各円すいころ6、6の転動面の剥離を検出して、警報を発する事ができる。
【0022】
尚、上記複列円すいころ軸受3等の転がり軸受ユニットの異常検出は、上記温度センサ23aと振動センサとのうちの少なくとも一方を設ける事により実施できるが、少なくとも温度センサ23aを設け、更に振動センサを設けると、異常検出の信頼性をより向上させる事ができる為、好ましい。
【0023】
又、本発明の実施の対象となる転がり軸受ユニットは、図示の様な複列円すいころ軸受に限らず、円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受等の他のころ軸受、或は深溝型、アンギュラ型等の各種玉軸受でも良い。
又、シールケースの外面で温度センサを組み付ける部分は、図示の様な円輪部の外側面に限らず、円筒状部分の外周面でも良い。
更には、外輪を保持する為の軸受箱の形状は、この外輪の上半部等、ラジアル荷重の負荷側のみを抑える、半割れ型のものでも良い。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた様に構成され作用するので、転がり軸受ユニットの温度を正確に測定して、この転がり軸受ユニットの異常検出を高い信頼性で行なえるセンサ付転がり軸受ユニットを、低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の1例を示す断面図。
【図2】従来構造の1例を示す断面図。
【符号の説明】
1 車軸
2 軸受箱
3 複列円すいころ軸受
4 外輪
5a、5b 内輪
6 円すいころ
7 外輪軌道
8 内輪軌道
9 保持器
10 間座
11a、11b 環状部材
12 段差面
13 ボルト
14 エンドプレート
15a、15b シールケース
16a、16b シールリング
17 内部空間
18 カバー
19 円筒部
20 底板部
21 取付部
22 センサ取付孔
23、23a 温度センサ
24、24a ハーネス
25 円輪部
26 中継コネクタ
27 コード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
A rolling bearing unit with a sensor according to the present invention rotatably supports a rotating shaft of a wheel of a railway vehicle or a rotating shaft of various industrial machines such as a rolling mill on a fixed part such as a vehicle body or a support base. This is used to detect abnormalities of this rolling bearing unit at an early stage.
[0002]
[Prior art]
For example, a rolling bearing unit is used to rotatably support a wheel of a railway vehicle with respect to a bearing box fixed to the railway vehicle. Further, in order to detect an abnormality occurring in the rolling bearing unit portion at an early stage, it is necessary to detect the temperature of the rolling bearing unit. For this reason, a temperature sensor is incorporated in the rolling bearing unit, and the wheel is rotatably supported with respect to the bearing housing by the sensor-equipped rolling bearing unit, and the temperature of the rolling bearing unit is detected. Yes.
[0003]
FIG. 2 shows an example of a conventional structure of such a rolling bearing unit with a sensor for a railway vehicle. An axle 1 that is a rotating shaft that rotates during use with a wheel (not shown) supported and fixed can be rotated by a double-row tapered roller bearing 3 that is a rolling bearing unit on the inner diameter side of a
[0004]
The pair of
[0005]
Of the double row tapered roller bearing 3 as described above, the
[0006]
On the other hand,
[0007]
Further, the outer end opening of the bearing
[0008]
Further, a
[0009]
In the case of the sensor-equipped rolling bearing unit configured as described above, the axle 1 can be rotatably supported on the inner diameter side of the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional structure configured and operated as described above, it is necessary to process the
The rolling bearing unit with sensor of the present invention has been invented in view of such circumstances.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The sensor-equipped rolling bearing unit of the present invention includes an outer ring, an inner ring, a plurality of rolling elements, a seal case, a seal ring, and a temperature sensor in the same manner as the conventionally known sensor-equipped rolling bearing unit. With.
Of these, the outer ring and the inner ring are rotatable relative to each other, one being a rotating wheel and the other being a fixed ring.
Each of the rolling elements is rotatably provided between an outer ring raceway formed on the inner peripheral surface of the outer ring and an inner ring raceway formed on the outer peripheral surface of the inner ring.
The seal case has a substantially cylindrical shape, and a base end portion is coupled and fixed to an end portion of the fixed ring.
The seal ring is provided between a peripheral surface of the seal case and a portion that rotates together with the rotary wheel.
Further, the temperature sensor detects the temperature of the rolling bearing unit including the rolling elements.
[0012]
In particular, in the rolling bearing unit with sensor according to the present invention, the seal case is made of a metal having good heat conductivity such as a steel plate, an aluminum alloy plate, a copper alloy plate, and the base end portion is an end portion of the fixed ring. It is fixedly coupled to the fixed ring by fitting with an interference fit.
Further, the temperature sensor is coupled and fixed to the seal case in a state where the detection part is in contact with or close to the outer surface of the seal case, and the temperature of the seal case is measured from the outer surface side of the seal case. By doing so, the temperature of the rolling bearing unit including the fixed ring can be measured . For this purpose, for example, the tip of the seal case is bent in the radial direction to form an annular portion, and the temperature sensor is coupled and fixed to the outer surface of the annular portion.
[0013]
[Action]
According to the rolling bearing unit with a sensor of the present invention configured as described above, the temperature of the rolling bearing unit can be effectively measured even though it can be manufactured at low cost without requiring troublesome processing and assembly work. .
That is, in order to couple and fix the temperature sensor to the outer surface of the seal case, such as the outer surface of the annular portion constituting the seal case, no particularly troublesome processing is required, and the coupling and fixing operation can be performed in a wide space. Therefore, the processing cost and assembly cost of parts can be reduced.
The temperature of the seal case, which is fitted and fixed to the fixed ring by an interference fit, rises as the temperature of the fixed ring increases, and the temperature of the seal case becomes substantially the same as the temperature of the fixed ring. For this reason, the temperature of the rolling bearing unit including the fixed ring can be effectively measured by the temperature sensor in which the detection portion is brought into contact with or in close proximity to the outer surface of the seal case.
The temperature sensor is installed outside the seal case and does not come into contact with a lubricant such as grease sealed in the internal space of the rolling bearing unit. For this reason, the temperature sensor does not contaminate the lubricant, and the durability of the lubricant is sufficiently maintained. Further, since the temperature sensor is installed outside the seal case, it is not necessary to form a through hole for inserting the temperature sensor or the harness in the seal case. Therefore, leakage of grease from the internal space of the rolling bearing unit and entry of foreign matter into the internal space do not occur through the through hole provided in the seal case.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. The feature of this example is the mounting structure of the temperature sensor 23a for detecting the temperature of the double row tapered
[0015]
The
[0016]
In this way, the tip end portion (outer end portion, left end portion in FIG. 1) of the
[0017]
In the illustrated example, a
[0018]
According to the rolling bearing unit with a sensor of the present invention configured as described above, the temperature of the rolling bearing unit can be effectively measured even though it can be manufactured at low cost without requiring troublesome processing and assembly work. .
That is, the operation for connecting and fixing the temperature sensor 23a to the
[0019]
Further, as described above, the temperature of the
[0020]
Further, since the temperature sensor 23a is installed outside the
[0021]
Furthermore, a vibration sensor for detecting vibration in addition to the temperature sensor 23a can be integrally assembled on the outer surface of the
[0022]
The abnormality detection of the rolling bearing unit such as the double row tapered
[0023]
Further, the rolling bearing unit that is an object of the present invention is not limited to the double-row tapered roller bearing as shown in the figure, but other roller bearings such as a cylindrical roller bearing and a self-aligning roller bearing, or a deep groove type angular contact roller bearing. Various ball bearings such as molds may be used.
Further, the portion where the temperature sensor is assembled on the outer surface of the seal case is not limited to the outer surface of the circular ring portion as shown, but may be the outer peripheral surface of the cylindrical portion.
Furthermore, the shape of the bearing box for holding the outer ring may be a half-cracked type that suppresses only the radial load side such as the upper half of the outer ring.
[0024]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured and operates as described above, a sensor-equipped rolling bearing unit capable of accurately measuring the temperature of the rolling bearing unit and detecting the abnormality of the rolling bearing unit with high reliability is reduced. It can be realized at a cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a conventional structure.
[Explanation of symbols]
1
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