JP5895462B2 - 密封型転がり軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、密封型転がり軸受に関し、より詳細には、鉄道車両などの振動荷重環境下で使用される密封型転がり軸受に関する。
鉄道車両の車軸の端部には鉄道車両用転がり軸受ユニットが取り付けられており、車軸を回転自在に支持するとともに車両の重量を支えている。図７は、従来の鉄道車両用転がり軸受ユニットを示す。
この鉄道車両用転がり軸受ユニットは、鉄道車両に用いられる転がり軸受の一例である複列円錐ころ軸受１０（以降、軸受１０と称す）を備えており、この軸受１０に鉄道車両の車軸２０が支持されている。軸受１０は、一体型の外輪１と各列に個別に分割された内輪２，２とを備え、内輪２と外輪１との間には、保持器４に保持された複数のころ（転動体）３が転動自在に配置されている。そして、軸受１０の軸方向両端側には、後蓋（又はバッキングリング）６及び前蓋７が内輪２，２の側面と当接するように配置されている。
後蓋６及び前蓋７の軸受寄りの外周側には、段付き円筒状のシールド３１が外輪１に嵌合されて配置されている。シールド３１の内周側には、環状のシール３２が取り付けられている。即ち、シール３２の外周側がシールド３１の内周面に固着され、シール３２の内周側が後蓋６または前蓋７の外周面に摺接している。これにより、軸受１０が密封され、内部にごみ、水分、異物等が外部から侵入することを防ぐとともに、軸受１０内のグリース等の潤滑剤が外部に漏出するのを防いでいる。
図８（ａ）〜（ｃ）は、特許文献１に記載のシールドが装着された種々の密封型転がり軸受を示す。図８（ａ）に示すシールド３１は、外輪１の肩部の内周面１ａに圧入固定された筒状の固定部３１ａと、固定部３１ａから外輪１の軸方向外側に延びるとともにシール３２が保持される筒状の保持部３１ｂとを有する。また、固定部３１ａの端部には、径方向に突出した突起部３１ｃが形成され、肩部に形成されたシール溝１ｂに係合し、シールド３１の軸方向への移動が規制されている。
また、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すシールド３１は、固定部３１ａが先端に向かって拡径するテーパ面を有し、弾性的に縮径した状態で、外輪１の肩部の内周面１ａとシール溝１ｂとの間に形成される環状角部１ｃに内嵌され、環状角部１ｃと固定部３１ａの外周面とが線接触することで、外輪１に固定されている。また、固定部３１ａの先端には、径方向外側に突出して、シール溝１ｂに係合する突起部３１ｃが形成されている。
特開２００８−２４０７８１号公報
ところで、転がり軸受のシールドは、特に鉄道車両用といった振動環境下で使用される場合、シールドが振動によって脱落しないようはめあい代を大きく設定する必要がある。その結果、シールドの装着によって外輪が変形し易くなる為、外輪を一定の公差範囲に入れることが困難になると同時に、公差を確保した場合でも外輪とハウジング間での片当たりが発生する結果、外輪外周面にフレッティング損傷が発生する懸念があった。
このハウジングとの外輪はめあい部分への変形の影響を軽減する方法として、シールド装着部分に対応する外輪外周面に逃げを設ける方法が一般に採用されるが、その場合でもシールドと外輪間のはめあいによって発生する力が大きい場合、この逃げ以外の外輪外周面にも変形が波及し、その結果、ハウジングと接触する外輪外周面に部分的なかじりが発生する可能性があった。
また、図８（ａ）に示すシールド３１は、はめあいによって発生する力が大きい場合、外輪外周面の変形量を抑制することができないため、締め代をあまり大きくできないことから、シールド３１が脱落する可能性があった。さらに、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すシールドは、固定部３１ａが線接触のため、シールド３１の姿勢が不安定であり、接触面に応力集中が発生しやすい。また、固定部３１ａの外周面は、テーパ面のため、外輪１に挿入し難い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールドの脱落防止を図るとともに、シールド装着によって発生する外輪外周面の変形を抑制することができ、はめあい代のばらつきによって生じる変形量のばらつきも抑えることができる密封型転がり軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外輪、内輪、及び、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転
動体と、前記外輪の外周面又は内周面としめしろ嵌合する固定部を有するシールドと、
を備えた鉄道車両の車軸を支持する密封型転がり軸受において、
前記外輪と前記シールドとのはめあい代は、前記固定部と、前記固定部から径方向内方に折り曲げられて延伸する延伸部との間の隅部におけるはめあい時の応力が降伏応力以上となるように設定されていることを特徴とする密封型転がり軸受。
本発明の密封型転がり軸受によれば、外輪とシールドとのはめあい代は、隅部におけるはめあい時の応力が降伏応力以上となるように設定されているので、隅部の応力の許容範囲内ではめあい代を大きく設定して、シールドの脱落防止を図るとともに、シールド装着によって発生する外輪外周面の変形を抑制することができる。また、はめあい代のばらつきによる発生応力の変動も弾性変形の場合より小さくなる為、外輪の局部的変形（そり）のばらつきも小さくすることができる。
本発明の密封型転がり軸受としての円錐ころ軸受を示す要部拡大断面図である。 本発明のしめしろと外輪変形量の関係を模式的に示すグラフである。 本発明の密封型転がり軸受としての深溝玉軸受を示す要部拡大断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の密封型転がり軸受としての円筒ころ軸受を示す要部拡大断面図である。 （ａ）は、試験に使用された密封型転がり軸受を示す要部拡大断面図であり、であり、（ｂ）は、しめしろと外輪変形量の関係を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の密封型転がり軸受としての円錐ころ軸受、深溝玉軸受、円筒ころ軸受をそれぞれ示す要部拡大断面図である。 従来の鉄道車両用転がり軸受ユニットの断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の密封型転がり軸受を示す要部断面図である。
以下、本発明に係る密封型転がり軸受の一実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の密封型転がり軸受は、従来技術として説明した図７に記載の鉄道車両用軸受ユニットにも適用可能であり、従来技術と実質的に同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
本実施形態の円錐ころ軸受（密封型転がり軸受）１０では、図１に示すように、外輪１の肩部の外周面に、小径部１ｄが形成されており、この小径部１ｄの外周面１ｅにシールド３１の固定部３１ａの内周面が嵌合している。小径部１ｄの外径は、シールド３１が装着された外輪１が図示しないハウジングに内嵌された際に、シールド３１の外周面がハウジングと干渉しないように設定されている。
また、シールド３１は、外輪１の軸方向端面と当接するように、固定部３１ａから径方向内方に折り曲げられて延伸する延伸部３１ｄを有している。ここで、外輪１の小径部１ｄとシールド３１の固定部３１ａとは、円筒部３１ａと延伸部３１ｄとの間の湾曲した隅部３１ｅ（以下、隅Ｒ部３１ｅと称す。）におけるはめあい時の応力が降伏応力以上になるように、はめあい代が設定されている。
このように、シールド３１が挿入される外輪１とのはめあい面のはめあい代を、応力が集中する隅Ｒ部３１ｅで降伏応力以上となるように設定した場合、はめあい代とはめあい部の応力の関係が弾塑性となる為、はめあい代増大に対する発生応力の増大分が弾性変形の場合より小さくなる。その結果、隅Ｒ部３１ｅの応力の許容範囲内ではめあい代を大きく設定できることができ、また、はめあい代のばらつきによる発生応力の変動も弾性変形の場合より小さくなる為、外輪１の局部的変形（そり）のばらつきも小さくすることができる。
なお、はめあい代の上限は、シールドの強度及び鉄道車両用軸受の設計しめしろ範囲を考慮して、しめしろ／嵌合部外径（小径部１ｄの外径、固定部３１ａの内径）の比で、０．００３に設定される。
図２は、上述した本発明の効果を模式的に示す。しめしろｄ１からｄ２において、はめあい代とはめあい部の応力の関係が弾性の場合には外輪変形量はＡになるが、はめあい代とはめあい部の応力の関係が弾塑性の場合には、ｄ１以上で隅Ｒ部３１ｅの応力が降伏応力以上となるため、外輪変形量はＢとなり弾性の場合に比べて外輪変形量を大幅に抑制できる。
なお、密封型転がり軸受としては、図１の円錐ころ軸受１０に限らず、図３に示す深溝玉軸受１０Ａや、図４に示す円筒ころ軸受１０Ｂであっても、シールド３１の隅Ｒ部３１ｅにおけるはめあい応力が降伏応力以上になるようにはめあい代を設定することで同様の効果が得られる。なお、シールド３１は、図４（ａ）に示すように、延伸部３１ｄが段付き形状によって２箇所に設けられてもよく、図４（ｂ）に示すように、延伸部３１ｄが１箇所に設けられるものであっても良い。
図５は、図４（ｂ）の円筒ころ軸受に本発明を適用した場合の解析値と実測値を示す。軸受緒元は図５（ａ）に示す通りで、外輪変形量は軸端から１４．５ｍｍの値を採用している。図５（ｂ）に示す結果から、隅Ｒ部３１ｅの応力が降伏応力以上となる領域(しめしろ０．１ｍｍ以上)で、外輪の変形量(実測値)は大きく抑制されていることがわかる。
なお、鉄道車両用で使用されるシールド３１としては、ＳＰＣＣのような鋼材が使用されているが、図５の解析及び実験では、ＳＵＳ３０４を使用している。
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
上記実施形態では、外輪１の外周面にシールド３１を嵌合する場合を示したが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、円筒ころ軸受、深溝玉軸受、円すいころ軸受の外輪１の肩部の内周面１ａに、シールド３１の隅Ｒ部３１ｅにおけるはめあい時の応力が降伏応力以上になるようにはめあいを設定することによって、同様の効果が得られる。
また、図６（ａ）に示すように、固定部３１ａの先端には、径方向外側に突出して、シール溝１ｂに係合する突起部３１ｃが形成されてもよい。
また、図７に示すシールド３１は、シール３２が取り付けられることで、軸受１０を密封しているが、シールド３１によって軸受１０を密封する構成であってもよい。
１ 外輪
１ａ 内周面
１ｅ 外周面
２ 内輪
３ ころ（転動体）
１０ 複列円錐ころ軸受（密封型転がり軸受）
１０Ａ 深溝玉軸受
１０Ｂ 円筒ころ軸受
３１ シールド
３１ａ 固定部
３１ｄ 延伸部
３１ｅ 隅Ｒ部（隅部）

Claims (1)

  1. 外輪、内輪、及び、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、前記外輪の外周面又は内周面としめしろ嵌合する固定部を有するシールドと、
    を備えた鉄道車両の車軸を支持する密封型転がり軸受において、
    前記外輪と前記シールドとのはめあい代は、前記固定部と、前記固定部から径方向内方に折り曲げられて延伸する延伸部との間の隅部におけるはめあい時の応力が降伏応力以上となるように設定されていることを特徴とする密封型転がり軸受。
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