(57)【要約】【課題】テスト車両等の走行時に鉄道車両車軸軸受のミスアライメントを測定し、ミスアライメントに起因するエッジロードの発生等に対応した最適設計を可能として、軸受寿命の長期化及びメンテナンス周期の延長を実現することができる鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置４１は、車軸１２の軸線に直交する被測定面３５ａを備えて軸受後蓋３１に設けられた円板状のフランジ部３５と、フランジ部３５の被測定面３５ａに対向して該フランジ部３５との間における軸方向の相対変位を非接触で検出するべく軸箱体１６の車輪１９側端部に設けられた変位計４３と、変位計４３の検出信号を解析処理することによって複列円すいころ軸受１４に発生するミスアライメントを測定するべく鉄道車両１１上の適宜位置に配備された情報処理装置４５とを有する。【選択図】        図１
2004218681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の内輪を固定するべく前記車軸に嵌合される軸受後蓋に、前記車軸の軸線に直交する被測定面を備えたフランジ部を設けると共に、
前記鉄道車両車軸軸受の外輪が固定された軸箱体に、前記フランジ部の被測定面に対向して該フランジ部との間における軸方向の相対変位を非接触で検出する変位計を設け、
前記変位計の検出信号を情報処理装置で解析処理することにより、前記鉄道車両車軸軸受に発生するミスアライメントを測定することを特徴とする鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置。
【請求項２】
鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の内輪を固定するべく前記車軸に嵌合された軸受後蓋と、前記鉄道車両車軸軸受の外輪が固定される軸箱体との間における軸方向の相対変位を非接触型の変位計で検出し、
前記変位計の検出信号を解析処理することにより、前記鉄道車両車軸軸受に発生するミスアライメントを測定することを特徴とする鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両用軸受装置としては、例えば図２に示したような鉄道車両用軸受装置がある。
前記鉄道車両用軸受装置２は、車軸１２の肩部１２ａに嵌合した軸受後蓋３と車軸１２の端部に嵌合した軸受前蓋５との間に、鉄道車両車軸軸受としての複列円すいころ軸受１４を配置したものであり、前記複列円すいころ軸受１４の内輪２１が軸受前蓋５及び軸受後蓋３により軸方向の両側から挟持されて車軸１２に固定される。前記複列円すいころ軸受１４の外輪２２は、台車１７側に頭上ばね１８を介して懸架された軸箱体６に固定されている。
【０００３】
ところで、鉄道車両の車軸１２には、車体重量によって多大な曲げモーメントがかかり、それに起因する車軸１２の撓み変形等が生じる。
その結果、例えば前記複列円すいころ軸受１４の軌道面と円すいころ２３の転がり接触部にエッジロードが発生し、傷つきを生じたり、或いは、内輪２１のつば部端面と軸受後蓋３との突き合わせ面等にフレッチング摩耗が発生し、このフレッチング摩耗によって発生した摩耗粉が軸受内部に侵入することで、軸受内部の潤滑油の性能を低下させ、軸受寿命を低下させるといった問題があった。
【０００４】
そこで従来、鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の設計時には、予め、車軸に作用する曲げモーメントによる車軸の撓み等を考慮して、例えば内輪のつば部側端面と軸受後蓋との突き合わせ面のフレッチング摩耗の発生を最小限に抑えるべく、軸受各部の接触部の寸法を最適化して、軸受寿命の増大が図られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２００１−２５４７３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のように、車軸に作用する曲げモーメントによる車軸の撓み等を予め考慮して鉄道車両車軸軸受を設計したとしても、想定した軸受寿命が実現できない場合が少なくない。
これは、鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の場合、実際に車両の車軸に軸受を取り付けた状態では、軸受の内外輪に作用するラジアル荷重やスラスト荷重等の外的負荷による車軸のベンディングにより、軸受の外輪と内輪との中心がずれることによってミスアライメン（取付け誤差等による振動現象）が発生し、このミスアライメントによって設計時には想定していなかったエッジロードが転がり接触部に生じる為と考えられる。
【０００７】
そこで、従来は軸受設計時にこのようなミスアライメントの大きさを予測することができず、ミスアライメントに起因する摩耗や疲労を考慮し難いため、ミスアライメントに起因する摩耗や疲労で発生する軸受欠陥を見落として重大な事故を招くことがないように、軸受のメンテナンス周期を短く設定する必要があり、軸受のメンテナンス費用が嵩むという問題が生じた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、テスト車両等の走行時に鉄道車両車軸軸受のミスアライメントを測定し、ミスアライメントに起因するエッジロードの発生等に対応した最適設計を可能として、軸受寿命の長期化及びメンテナンス周期の延長を実現することができる鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の内輪を固定するべく前記車軸に嵌合される軸受後蓋に、前記車軸の軸線に直交する被測定面を備えたフランジ部を設けると共に、
前記鉄道車両車軸軸受の外輪が固定された軸箱体に、前記フランジ部の被測定面に対向して該フランジ部との間における軸方向の相対変位を非接触で検出する変位計を設け、
前記変位計の検出信号を情報処理装置で解析処理することにより、前記鉄道車両車軸軸受に発生するミスアライメントを測定することを特徴とする鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置により達成される。
【００１０】
また、本発明の上記目的は、鉄道車両の車軸を支持する鉄道車両車軸軸受の内輪を固定するべく前記車軸に嵌合された軸受後蓋と、前記鉄道車両車軸軸受の外輪が固定される軸箱体との間における軸方向の相対変位を非接触型の変位計で検出し、  前記変位計の検出信号を解析処理することにより、前記鉄道車両車軸軸受に発生するミスアライメントを測定することを特徴とする鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定方法により達成される。
【００１１】
上記構成の鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法によれば、鉄道車両車軸軸受にミスアライメントが発生していると、車軸と一体に回転する軸受後蓋（フランジ部）と軸箱体との間の離間距離が変化し、その離間距離の軸方向の相対変位が変位計によって検出される。
【００１２】
そして、変位計が検出した変位量を情報処理装置で解析処理することで、ミスアライメントとなっている軸受の傾きや、その傾きを招いているラジアル荷重やスラスト荷重等の外的負荷が推定でき、このミスアライメントに起因して発生する転がり接触部のエッジロードを予測することができる。
そこで、ミスアライメントに起因するエッジロード等に対応した正確な実機使用条件での軸受の最適設計を可能とし、軸受寿命の長期化及びメンテナンス周期の延長を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置を搭載したテスト車両の要部概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、テスト車両である鉄道車両１１は、車軸１２を支持する鉄道車両用軸受装置２０に、鉄道車両車軸軸受としての複列円すいころ軸受１４を使用している。この複列円すいころ軸受１４は、車軸１２に外嵌される一対の内輪２１，２１と、軸箱体１６に内嵌される外輪２２と、これら内外輪２１，２２間に転動自在に配設された複数個の円すいころ２３と、各円すいころ２３相互の軸受周方向の間隔を規制する保持器２４とを備えた構成である。
【００１５】
前記鉄道車両用軸受装置２０は、車軸１２の肩部１２ａに嵌合した軸受後蓋３１と車軸１２の端部に嵌合した軸受前蓋３３との間に、複列円すいころ軸受１４を配置したものであり、軸端に螺着された図示しないナット等を締め付けることで、前記内輪２１，２１が前記軸受前蓋３３及び前記軸受後蓋３１により軸方向の両側から挟持されて車軸１２に固定される。
【００１６】
前記複列円すいころ軸受１４の外輪２２は、台車１７側に頭上ばね１８を介して懸架された軸箱体１６に内嵌することで、該軸箱体１６に支持固定されている。なお、図中の符号１９は車軸１２に装備された車輪、符号４０はレールである。
【００１７】
そして、本実施形態に係る鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置４１は、前記車軸１２の軸線に直交する被測定面３５ａを備えて前記軸受後蓋３１に設けられた円板状のフランジ部３５と、前記フランジ部３５の被測定面３５ａに対向して該フランジ部３５との間における軸方向の相対変位を非接触で検出するべく前記軸箱体１６の車輪１９側端部に設けられた変位計４３と、前記変位計４３の検出信号を解析処理することによって前記複列円すいころ軸受１４に発生するミスアライメントを測定するべく台車１７の上に取り付けられる車体の適宜位置に配備された情報処理装置４５とを有する。
【００１８】
本実施形態の場合、前記変位計４３は、軸箱体１６の車輪１９側端部における外周の４箇所に等間隔で設けたブラケット３６を介して４個装備されている。
前記変位計４３は、車軸１２と一体に回転する軸受後蓋３１のフランジ部３５における被測定面３５ａに対向して設けられることにより、該被測定面３５ａの振動変位を非接触で検出し、被測定面３５ａの振れ等に応じた検出信号を出力するものである。
【００１９】
尚、具体的には、被測定面との間の離間距離の変化に伴う静電容量の変動から被測定面の振れを検出する静電容量式のもの、或いは、被測定面との間に渦電流損を発生させるＬＣ共振回路を内蔵し、被測定面との間の離間距離の変化に伴う渦電流損の変動から被測定面の振れを検出する渦電流方式のものなど、各種の非接触型変位計を使用することができる。
【００２０】
そして、上述したミスアライメント測定装置４１では、前記変位計４３の検出信号を前記情報処理装置４５で解析処理することで、前記複列円すいころ軸受１４のミスアライメントを測定する。
例えば、前記複列円すいころ軸受１４にミスアライメントが発生していると、内輪２１，２１と伴に車軸１２と一体に回転する前記軸受後蓋３１のフランジ部３５と、外輪２２を内嵌した前記軸箱体１６との離間距離が変化し、その離間距離の軸方向の相対変位が各変位計４３から検出信号として出力される。
【００２１】
そこで、前記情報処理装置４５は、各変位計４３の検出信号を解析処理し、各変位計４３の装備位置における検出信号の変化から、前記複列円すいころ軸受１４のミスアライメントを測定することができる。
そして、ミスアライメントを測定することで、このミスアライメントを発生している該複列円すいころ軸受１４の傾きや、その傾きを招いているラジアル荷重やスラスト荷重等の外的負荷を推定することができ、ミスアライメントに起因して発生する転がり接触部のエッジロードを予測することができる。
【００２２】
従って、テスト車両となっている実際の鉄道車両１１の走行時に、前記複列円すいころ軸受１４のミスアライメントを実際に上記ミスアライメント測定装置４１によって測定することで、ミスアライメントに起因するエッジロード等に対応した正確な実機使用条件での軸受の最適設計が可能になる。
例えば、軸受のクラウニング、ころ長さ、ころ径等を始めとする各種の内部設計を現実に即したより厳密な使用条件設定下で最適設計することが可能になり、これにより、前記複列円すいころ軸受１４における軸受寿命の長期化及びメンテナンス周期の延長を図ることができる。
【００２３】
又、前記複列円すいころ軸受１４の傾きや、その傾きを招いているラジアル荷重やスラスト荷重等の外的負荷を推定できるので、これらに基づいてベンチ試験の試験条件を設定でき、ベンチ試験でのデータと実車でのデータとの整合性が飛躍的に高まり、開発期間の大幅な短縮も可能となる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、変位計４３を軸箱体１６の端部外周に等間隔で４個装備したが、変位計４３の装備数は１個以上の任意数に変更可能である。但し、変位計４３の装備数は、複数個にした方が、変位計相互の検出値の比較によって、測定結果の信頼性を向上させることができるので好ましい。
【００２５】
また、鉄道車両車軸軸受の軸箱体としては、ウイング式、片ばね式、軸梁式等の種々のタイプのものがあるが、本発明に係る鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法は、軸受後蓋にフランジ部を設ける改良だけで適用できるので、何れのタイプの軸箱体でも、ミスアライメントを測定することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、上述したように、本発明の鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置及び測定方法によれば、鉄道車両車軸軸受にミスアライメントが発生していると、車軸と一体に回転する軸受後蓋と軸箱体との間の離間距離が変化し、その離間距離の軸方向の相対変位が変位計によって検出される。
【００２７】
そして、変位計が検出した変位量を情報処理装置で解析処理することで、ミスアライメントとなっている軸受の傾きや、その傾きを招いているラジアル荷重やスラスト荷重等の外的負荷が推定でき、このミスアライメントに起因して発生する転がり接触部のエッジロードを予測することができる。
そこで、ミスアライメントに起因するエッジロード等に対応した正確な実機使用条件での軸受の最適設計を可能とし、軸受寿命の長期化及びメンテナンス周期の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄道車両車軸軸受のミスアライメント測定装置を搭載したテスト車両の要部概略構成図である。
【図２】従来の鉄道車両車軸軸受を備えた鉄道車両の要部概略構成図である。
【符号の説明】
１１    鉄道車両
１２    車軸
１４    複列円すいころ軸受（鉄道車両車軸軸受）
１６    軸箱体
１７    台車
２１    内輪
２２    外輪
３１    軸受後蓋
３５    フランジ部
３５ａ  被測定面
４１    ミスアライメント測定装置
４３    変位計
４５    情報処理装置
【図１】
2004218681.tif 000003
【図２】
2004218681.tif 000004