鐵道車輛車軸用軸承裝置的製作方法
2023-10-20 05:19:37
專利名稱：鐵道車輛車軸用軸承裝置的製作方法
技術領域：
本發明關於一種使鐵道車輛的車軸滾動並以軸承進行支撐的軸承裝置。
背景技術：
鐵道車輛車軸用軸承裝置，包括安裝在車軸上的滾動軸承、安裝在車軸上並決定進行滾動軸承的內輪的軸方向定位的前後一組的環形構件。環形構件由與內輪的後方幅面抵接的後蓋和與前方幅面抵接的截油環，或與內輪的前後兩幅面抵接的後蓋和前蓋，且任意一個都進行了正火(烘烤)的碳鋼材所構成。
圖7所示為一般的鐵道車輛車軸用軸承裝置。該軸承裝置使後蓋11和前蓋12的一組環形構件抵接在車軸1上所安裝的滾動軸承2的內輪3的兩端。滾動軸承2為例如雙列圓錐滾珠軸承，具有分割型的內輪3、一體型的外輪4、配置於內輪3和外輪4之間的雙列滾珠5、其保持器6。使後蓋11與車軸1嵌合，並組裝滾動軸承2，使前蓋12嵌合。使前蓋12壓接在內輪3的前方幅面上，並使內輪3的後方幅面壓接在後蓋11的前方幅面上，限制對車軸1的內輪3的軸方向位置。在後蓋11和前蓋12的各個外周上安裝有油封14。各油封14被安裝在從外輪4的前後兩端開始延展的密封蓋15的內側。
在這種軸承裝置中，當使車軸1承載鐵道車輛特有的大的徑向負重時，在車軸1上形成大的彎矩，並在內輪3和後蓋11的接觸部X上反覆產生應力，且在內輪3和前蓋12的接觸部Y上也反覆產生應力，使各接觸部X、Y的接觸面發生摩擦磨損，而產生碳鋼材的微小磨損粉末。這種摩擦磨損對使車軸1承載大的徑向負重的鐵道車輛而言是不可避免的，如這種摩擦磨損持續不斷，則軸承2的軸方向精度下降，且產生的磨損粉末侵入軸承2的內部而使軸承內的潤滑劑劣化，成為縮短軸承2的壽命的原因。
為了抑制摩擦磨損粉末的產生，已知有一種在內輪和後蓋等環形構件間介入有軟質的襯墊(平板)的技術(參照日本專利早期公開的特開2001-27254號公報)。如圖8所示，在內輪3和後蓋11的接觸部X上介入有軟質金屬板和樹脂板的襯墊32，並由襯墊32迴避內輪3和後蓋11的直接衝突，抑制摩擦磨損的產生。當襯墊32磨損時可替換為新品，最終延長軸承裝置的壽命。
而且，已知有一種可使因內輪和環形構件的直接接觸所造成的磨損而產生的摩擦磨損粉末不侵入軸承內部的軸承裝置(參照日本專利早期公開的特開2001-354136號公報)。如圖9所示，可在內輪3和後蓋11的接觸部X的外周部分上使橡皮圈等彈性構件33彈壓接觸，使接觸部X所產生的磨損粉末不會從接觸部X向外部漏出。這種情況下的接觸部X的外徑側為一種使內輪3和後蓋11的同一外徑的外周對合的環形面，藉由使彈性構件33緊貼在該環形面上，可將接觸部X密封為氣密、液密狀態，磨損粉末不會流向軸承2。
圖8的鐵道車輛用軸承裝置，在襯墊32抑制內輪3和後蓋11的磨損而減少摩擦磨損粉末的產生這一點上是有效的，但是如所產生的微量的磨損粉末進行積蓄，則無論如何也會流向軸承內部，產生使軸承內部的潤滑劑劣化等故障，且難以抑制該故障的產生。
在圖9的軸承裝置中，由內輪3和後蓋11的接觸部X向軸承的摩擦磨損粉末的流出可由彈性構件33進行抑制，但是因在接觸部X的磨損粉末的產生和磨損粉末的積蓄所造成的問題依然存在。
從以上這些情況出發，考慮過將圖8的襯墊和圖9的彈性構件組合而作為一個軸承裝置來使用，但是在這種情況下，構成構件的數量增多，軸承裝置整體的組裝工時數增多，軸承裝置的製造組裝變得困難。
發明內容
本發明的目的在於提供一種抑制摩擦磨損粉末的產生、且控制產生的磨損粉末流向軸承內部的製造組裝性良好的鐵道車輛車軸用軸承裝置。
本發明是一種在車軸上所安裝的滾動軸承的內輪的幅面、和安裝於車軸上且限制內輪對車軸的軸方向位置的環形構件的幅面之間，與兩幅面抵接介入有環形襯墊的軸承裝置；其特徵在於，在環形襯墊的外徑側周圍邊緣部，一體固定有與內輪和環形構件的相對的兩幅面產生彈性變形並抵接的環形彈性密封材料。
在本發明中，與內輪幅面抵接的環形構件，為以如圖7所說明的後蓋和油封、或後蓋和代替油封的前蓋，並在內輪和後蓋之間介入有環形襯墊，而且在內輪和油封或前蓋之間也介入有環形襯墊。通常摩擦磨損粉末在內輪和後蓋之間，較在內輪和油封或前蓋之間更容易產生，所以只在內輪和後蓋之間介入有環形襯墊也是有效的。而且，因環形襯墊是用於迴避內輪和環形構件的直接接觸並極力抑制摩擦磨損粉末的產生的，所以最好為銅合金等軟質金屬的薄板。藉由在該環形襯墊的外徑側周圍邊緣將環形的橡膠等彈性密封材料進行一體化固定，可製作作為一構件的帶有彈性密封材料的環形襯墊，並將這一構件安裝在內輪和環形構件之間。藉由在內輪和環形構件的相對的幅面上使彈性密封材料產生彈性變形並進行抵接，可使環形襯墊的前後兩幅面所抵接的內輪和環形構件的幅面接觸部的外周區域，由環形彈性密封材料被密封為氣密、液密狀態。在接觸部產生並積蓄的磨損粉末沿著環形襯墊的幅面流向彈性密封材料，但在到達彈性密封材料時流出被阻止，絲毫不用擔心會越過彈性密封材料而向軸承內部流入。
在與環形襯墊的外徑側周圍邊緣部一體化的彈性密封材料所抵接的環形構件及/或內輪的幅面上，也可形成用於使環形的彈性密封材料拆卸自如地進行嵌合的階梯部。例如當在環形構件的幅面上形成階梯部時，沿環形構件幅面與環形襯墊抵接的環形內徑部分的外周，形成凹陷的分層加工部(階梯部)，並在該分層加工部的外周使彈性密封材料的內周貼緊嵌合。藉由如這樣在環形構件的階梯部，使帶有彈性密封材料的襯墊的彈性密封材料進行嵌合，可在出貨時和向車軸的裝入時使環形襯墊的安裝位置不產生偏離，組裝性變得良好，並能高設定組裝品質。以上那種嵌合有彈性密封材料的階梯部設置在環形構件幅面或內輪幅面中的任意一處，在製作上是有利的，但是也可設置在環形構件和內輪兩處，在兩者的階梯部都嵌合彈性密封材料。
也可在環形襯墊的內徑側周圍邊緣部，將彈性密封材料一體固定。這種情況下的彈性密封材料，為了與在環形襯墊的外徑側周圍邊緣部一體固定的彈性襯墊進行區分，被稱作第二彈性密封材料。該第二彈性密封材料，藉由與在環形襯墊的外徑側周圍邊緣部一體固定的彈性襯墊(以下依據需要稱作第一彈性襯墊)和同樣地在內輪和環形構件的兩幅面進行彈性變形並貼緊，可將內輪和環形構件間的接觸部從內外徑兩處進行密封，而阻止磨損粉末向內外徑兩處的流出。
當使用第二彈性密封材料時，最好在與第二彈性密封材料抵接的環形構件及/或內輪的幅面上，形成有用於使第二彈性密封材料拆卸自如地進行嵌合的第二階梯部。藉由使第二彈性密封材料和第一彈性密封材料兩者與環形構件和內輪的對應的階梯部進行嵌合，可增加出貨時和向車軸的裝入時的環形襯墊的安裝位置的穩定性，使組裝性變得更加良好。
從實用性方面出發，最好使環形襯墊為具有含油保持潤滑劑的裝置的銅合金制的薄板。在表面上縱橫形成的潤滑劑保持溝、在表面上部分形成的若干個微小的凹處、貫通表面和背面的若干個小徑的貫通孔，作為在銅合金制的薄板上使含有保持潤滑劑的裝置較為適合。藉由使銅合金制的環形襯墊自身含有保持潤滑劑，可增加內輪和環形構件間的潤滑性，也可抑制環形襯墊自身的磨損，增大摩擦磨損粉末的產生抑制效果。
從實用性方面出發，最好使本發明中的滾動軸承為雙列圓錐滾珠軸承，但是根據鐵道車輛的種類，也可為滾珠軸承。
如利用本發明這樣，在軸承內輪和用於限制該內輪對車軸的位置的後蓋等環形構件的接觸部，摩擦磨損粉末的產生因環形襯墊的介入而被抑制，且即使從襯墊等產生磨損粉末，在襯墊的外徑側周圍邊緣部的一體化的彈性密封材料也可阻止磨損粉末向軸承內部的流出，而謀求軸承的長壽命化，並藉此使鐵道車輛車軸用軸承裝置的保養·檢查的維護周期的長期化成為可能。
而且，藉由在環形襯墊的外徑側周圍邊緣部將彈性密封材料一體固定並作為一個構件進行製作，可使襯墊和密封材料的操作、保養管理變得容易，並謀求製作成本的降低。另外，藉由使帶有彈性密封材料的環形襯墊在環形構件或內輪的幅面所設置的階梯部上被嵌合組裝，可使帶有彈性密封材料的環形襯墊的組裝性變得良好，且環形襯墊對車軸不會產生位置偏離，使高品質軸承裝置的製造組裝變得容易。
而且，藉由在環形襯墊的內徑側周圍邊緣部也一體形成彈性密封材料，可阻止內輪和環形構件的接觸部向內外徑側的摩擦磨損粉末的流出，而謀求軸承的更長壽命化。
這些以及其它的本發明的特徵將由下面參照附圖進行說明，會變得更加清楚。
圖1A為表示第1實施形態的鐵道車輛用軸承裝置的剖面圖。
圖1B為主要部分的放大剖面圖。
圖2為圖1的軸承裝置的主要部分的分解剖面圖。
圖3A為圖2的帶有彈性密封材料的環形襯墊的部分放大剖面圖。
圖3B為含有部分剖面的部分平面圖。
圖4A為表示第2實施形態的鐵道車輛用軸承裝置的剖面圖。
圖4B為主要部分的放大剖面圖。
圖5為圖3的軸承裝置的主要部分的分解剖面圖。
圖6A為包括用於說明圖5的軸承裝置中的襯墊的具體構造的部分放大正面圖的剖面圖。
圖6B為用於說明其它的具體構造的剖面圖。
圖7為用於說明習知的鐵道車輛用軸承裝置的基本構造的剖面圖。
圖8為用於說明圖7的軸承裝置的習知構造的部分放大剖面圖。
圖9為用於說明圖7的軸承裝置的其它的習知構造的部分剖面圖。
符號說明1 車軸2 滾動軸承3 內輪4 外輪5 滾珠6 保持器11 後蓋12 前蓋14 油封15 密封蓋20 襯墊20a凸緣21、22 彈性密封材料25 階梯部26 第二階梯部27 溝28 凹處32 襯墊33 彈性構件
M1前方幅面M2後方幅面N1內徑側平坦面N2外徑側平坦面r1、r2、r3、r4半徑X、Y 接觸部W1、W3層差W2、W4寬具體實施方式
下面，依次參照圖1A～圖3B說明第一實施形態，參照圖4A～圖6B說明第二實施形態。另外，這些各實施形態的鐵道車輛用軸承裝置與有關圖7且已作說明的軸承裝置在基本構造上是相同的，所以對實質上與圖7中相同的構件或部分附以相同的符號並省略重複的說明。
圖1A及1B所示的第1實施形態在內輪3和後蓋11(環形構件)的接觸部X介入有1片帶有彈性密封材料的環形襯墊20，且在環形襯墊20的兩側幅面、與內輪3的後方幅面和後蓋11的前方幅面抵接。帶有彈性密封材料的環形襯墊20為在圓環狀的軟質金屬薄板即襯墊20的外徑側周圍邊緣部分，將圓環狀的橡皮圈等彈性密封材料21一體固定的一個構件。
環形襯墊20是將例如銅合金制的軟質金屬薄板進行衝壓成形的，在外徑側周圍邊緣部一體的具有向後方大致彎曲成90°的凸緣20a，且一體形成有彈性密封材料21以覆蓋該凸緣20a的全面。彈性密封材料21為腈基丁二烯橡膠等耐磨損性彈性構件，以覆蓋環形襯墊20的圓環狀凸緣20a的表面和背面的圓環形狀而模製成形，並被固定在凸緣20a上。而且，在凸緣20a的開放末端一體式的突出設置有如圖3A及3B所示的若干個齒20b，並在與該齒20b鄰接的齒間嵌入有密封材料21，而確保襯墊20和密封材料21的高固定強度。為了覆蓋向環形襯墊20的一幅面側突出的凸緣20a而形成的環形彈性密封材料21，其向環形襯墊20的一幅面側形成大的突出，向相反的幅面側只形成小的突出，並在後蓋11和內輪3的相對的兩幅面上如後述那樣被壓接。
在圖1B中表示了後蓋11的前方幅面M1和內輪3的後方幅面M2，內輪3的幅面M2為一個環形平坦面，後蓋11的幅面M1被分成環形的內徑側平坦面N1和與其相比形成凹入的外徑側平坦面N2兩部分。階梯部25實質上為圓柱形，如圖2所示，階梯部25的半徑r1與帶有彈性密封材料的環形襯墊20中的圓環形彈性密封材料21在不進行彈性變形的平常時的半徑r2相比，被設定得稍大。而且，如圖2所示的平常時的彈性密封材料21的寬度W2，被設定得稍大於階梯部25的層差W1和襯墊20的板厚的和。
將在環形襯墊20的外徑側周圍邊緣部一體形成有彈性密封材料21的帶有彈性密封材料的環形襯墊20，其壓入在後蓋11的幅面M1上突出的階梯部25，換句話說，利用過盈量進行嵌合，而一體式地組裝在後蓋11上。環形的彈性密封材料21產生彈性變形，與階梯部25壓接在外徑側平坦面N2，可滑動地進行緊密貼靠。藉由使彈性密封材料21在階梯部25上利用過盈量進行嵌合，可使後蓋11和環形襯墊20的相對位置關係一定，不會出現環形襯墊20的位置偏離和脫落。在使該後蓋11嵌合在車軸1並在車軸1上組裝軸承2時，不用擔心環形襯墊20的位置偏離和脫落，且軸承裝置的組裝性變得良好，組裝精度保持穩定。
如圖1B所示，在軸承裝置的組裝完成時，環形襯墊20與後蓋11的內徑側平坦面N1和內輪3的幅面M2抵接，而迴避後蓋11和內輪3的直接接觸所產生的磨損，確實地抑制摩擦磨損粉末的產生。同時，彈性密封材料21與後蓋11的階梯部25和外徑側平坦面N2壓接，並與內輪3的幅面M2壓接，使後蓋11和內輪3之間的接觸部X的外周區域被密封成氣密、液密的狀態。所以，即使在接觸部X產生襯墊磨損粉末，也可利用彈性密封材料21而阻止該磨損粉末向接觸部外部流出，並確實地阻止摩擦磨損粉末向軸承2內部的流入，而使軸承2實現長壽命。
而且，在圖1A的軸承裝置中，當因車軸1上所承載的負載而使車軸1撓曲時，內徑側平坦面N1和外徑側平坦面N2的層差W1容許前述撓曲的作用，可有效地抑制在接觸部X的摩擦磨損粉末的產生。
圖4A及4B所示的第二實施形態的軸承裝置，在環形襯墊20的內徑側周圍邊緣部也一體式固定有環形彈性密封材料22。該內徑側彈性密封材料22為第二彈性密封材料，外徑側彈性密封材料21為第一彈性密封材料。第一彈性密封材料21與圖1A及1B的實施形態相同，也是在後蓋11的階梯部25的外周產生彈性變形並進行嵌合。第二彈性密封材料22利用與第一彈性密封材料21相同質地的橡膠材料而製成，這一點在製作上是有利的，但是也可利用不同質地的彈性材料構成。
與第二彈性密封材料22對應，在後蓋11的幅面M1的內徑側形成第二階梯部26，並使第二彈性密封材料22產生彈性變形而在第二階梯部26的內周進行嵌合。如圖5所示，將第二階梯部26內周的半徑r3，設定得稍小於第二彈性密封材料22的外徑在平常時的半徑r4，並將第二階梯部26的層差W3和襯墊20的板厚之和，設定得稍小於第二彈性密封材料22在平常時的寬W4。這樣一來，後蓋11和內輪3間的接觸部X，其外徑側由第一彈性密封材料21被密封，內徑側由第二彈性密封材料22被密封。因此，從接觸部X向內外徑方向的摩擦磨損粉末的流出被阻止，可以用更高的可靠性來防止磨損粉末向軸承內部的流入。
而且，相較後蓋11的幅面M1的第二階梯部26，內徑側從內徑側平坦面N1凹入，所以與襯墊20抵接的內徑側平坦面N1的面積變小，而使那些摩擦磨損粉末的產生量變小。
而且，環形襯墊20可以做成含油保持潤滑脂等潤滑劑的銅合金制的薄板。例如，如圖6A所示，在銅合金制薄板襯墊20的表面和背面兩面，利用格子狀等的排列形成若干個溝27，並使該溝27為潤滑脂積存處。或者，如圖6B所示，在襯墊20的表面和背面兩面，形成水珠模樣的若干個小的凹處28，並使該凹處28為潤滑脂積存處。如此，當在襯墊20維持潤滑脂的含油保持機能時，使內輪3和後蓋11的各幅面抵接的接觸部X的潤滑性，因溝27等所積存的潤滑脂而長期保持穩定，並使接觸部X所產生的摩擦磨損粉末變得更少，可謀求軸承2的長壽命化。
另外，如圖6A及6B所示的襯墊的潤滑材料的含有保持，當然也可適用在圖1B的襯墊上。
權利要求
1.一種鐵道車輛車軸用軸承裝置，包括在車軸上所安裝的滾動軸承的內輪的幅面、和安裝在車軸上並限制對應於車軸的內輪的軸方向位置的環形構件的幅面之間，與兩幅面抵接並介入有環形襯墊；其特徵在於，在前述環形襯墊的外徑側周圍邊緣部，一體固定有與前述內輪和環形構件的相對的兩幅面產生彈性變形並抵接的環形彈性密封材料。
2.如權利要求1所述的鐵道車輛車軸用軸承裝置，其特徵在於，在與前述彈性密封材料所抵接的環形構件及/或內輪的幅面上，形成用於使環形的彈性密封材料拆卸自如地進行嵌合的階梯部。
3.如權利要求1所述的鐵道車輛車軸用軸承裝置，其特徵在於，在前述環形襯墊的內徑側周圍邊緣部，將在前述內輪和環形構件的相對的兩幅面產生彈性變形並進行抵接的環形的第二彈性密封材料一體式固定。
4.如權利要求3所述的鐵道車輛車軸用軸承裝置，其特徵在於，在與前述第二彈性密封材料抵接的環形構件及/或內輪的幅面上，形成有用於使第二彈性密封材料拆卸自如地進行嵌合的第二階梯部。
5.如權利要求1～4中的任意一項所述的鐵道車輛車軸用軸承裝置，其特徵在於，前述襯墊為具有將潤滑劑含有保持裝置的銅合金制的薄板。
6.如權利要求1～4中的任意一項所述的鐵道車輛車軸用軸承裝置，其特徵在於，前述滾動軸承為雙列圓錐滾珠軸承。
全文摘要
本發明提供一種鐵道車輛車軸用軸承裝置。包括在車軸(1)上所安裝的滾動軸承(2)的內輪(3)的幅面、和安裝在車軸(1)上並限制對應於車軸(1)的內輪(3)的軸方向位置的後蓋(11)(環形構件)的幅面之間，將在外徑側周圍邊緣部一體固定的環形彈性密封材料(21)的環形襯墊(20)，並使彈性密封材料(21)在後蓋(11)的幅面上所形成的凸狀階梯部(25)的外周進行彈性變形並以嵌合的狀態，滑動地介於其中，並以在內輪(3)和後蓋(11)的相對的幅面上壓接彈性密封材料(21)的狀態，在內輪(3)和後蓋(11)的接觸部內將環形襯墊(20)利用彈性密封材料(21)進行密封。
文檔編號F16C19/38GK1550391SQ20041003475
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月9日 優先權日2003年5月12日
發明者岡龍太郎, 三木大輔, 石川司郎, 輔, 郎 申請人:Ntn株式會社