大砲のベアリング

キャノンベアリングまたはキャノンボックスベアリングは、シャフト（通常は車軸）上のベアリングの配置であり、2 つのベアリングが密閉されたチューブ内に取り付けられています。

キャノン ボックスの機能は、チューブ全体が動いても、2 つのベアリングの位置合わせを維持することです。2 つのベアリングは同じ相対位置を維持します。ベアリング チューブは、ピボットまたはスプリングを介して車両フレームに取り付けることができます。

「キャノンボックス」という名前は、中空のチューブの外観に由来しています。また、正確に位置合わせされたベアリングシートを機械加工するために使用されたボーリングマシンにも由来しています。このマシンは、大砲のボーリング用に開発されたもので、蒸気エンジンのシリンダーの機械加工にも使用されています。

キャノンボックスベアリングは現在でも使用されていますが、自動調心ボールベアリングの開発により、その必要性は大幅に減少しました。これにより、ベアリングの内側のレースが外側のレースとは独立して動くようになり、ハウジングが動いても、各ベアリングがシャフトとハウジングの両方に同時に位置合わせできるようになります。

「キャノンボックス」ベアリングは、ジョージ・スチーブンソンが1825年にストックトン・アンド・ダーリントン鉄道向けに開発した機関車「ロコモーション」で導入された。^[1]車軸の1つは「キャノンボックス」ベアリングで支えられ、中央で回転し、左右に傾くことができた。^[1]スチーブンソンの初期の機関車とその蒸気バネとは異なり、この新しいサスペンションにはバネがなく、補正サスペンションであった。つまり、片側が上がると、ベアリングチューブが回転し、反対側が下方に押される。機関車の乗り心地は安定しなかったが、車輪が不均一な線路をたどることはできた。この時期のレールは、長い圧延鋼ではなく短い鋳鉄片で、接合部が頻繁に、しばしば位置がずれていた。

キャノンボックスの副作用は、シャフトの中心が閉じられ、アクセスできなくなったことです。以前、スティーブンソンは機関車の駆動車軸を中央のチェーンで連結していました。代替システムの必要性から、車輪の外側に駆動装置が接続される 連結棒^[1]の開発が促進されました。

シャフトとベアリングを囲むことで、ベアリングを囲んで汚れを防いだり、潤滑油を封じ込めたりする利点もあった。^[2]

フランシス・ウェッブがLNWR用に設計したラジアル車軸は、キャノンボックスを使用していた。ラジアル車軸は単車軸のポニートラックの一種で、ピボットフレームの代わりに2つの車軸ベアリングが円形のトラック内を横にスライドできる。ウェッブの設計では、それらを湾曲したキャノンボックス内に配置した。同名のバルブギアの設計者であるデビッド・ジョイは、ウェッブのプレシデントクラスでこれらの車軸箱に遭遇したことを述べている。^[3]アダムスが以前に設計した同様の車軸では、車軸と車軸ベアリング内のスラスト面を利用してホーンブロックを所定の位置に保持していた。

1920 年代には、一部の電気機関車が先頭台車と後続台車を備えた固定フレームを使用していました。この場合、台車用の便利なフレーム内ベアリングとしてキャノンベアリングが使用されていました。ヤコブ・ブフリが開発したスイスの「ジャワ ボギー」設計では、これを駆動車軸にも使用し、車輪の外側にある 片側ブフリ ドライブによって駆動が行われました。

ローラーベアリングとそれを囲むキャノンボックスは、イギリス国鉄のスタンダードクラスの台車軸と、一部の大型クラスの動車軸に使用されていました。^{[4]スタンダードクラス（}クラス8が1つしかない唯一の例外）には外側のシリンダーが2つしかなかったため、この使用法は簡素化されました。鉄道ではこのようなベアリングが現在も使用されています。ペッパーコーンクラスA1トルネードのレプリカは、オリジナルのプレーンベアリングではなくローラーベアリングを使用しており、中央シリンダーのクランク軸ではなく、動車軸と台車軸の両方にキャノンチューブベアリングを使用しています。^[5]

また、キャノンボックスの剛性により、ホーンガイド内で上下に動く軸箱の面には、1つのホーンフランジのみが必要です。従来の軸箱には、ガイドを挟んだ一対のフランジがあり、軸方向の移動なしに上下に動くことができます。両方がキャノンチューブによって正しい間隔で保持されている場合、必要なフランジは1つだけです。^[2] 外部フランジのないより薄い軸箱では、ホーンガイドとフレームを車輪の内面に近づけて配置できるため、重い荷重のかかる車軸をより適切にサポートできます。

トラクション・エンジンは農業用車両として始まり、主輪のスプリングやサスペンションは考慮されていませんでした。しかし、1896年から道路輸送用に軽量蒸気トラクターが開発されると、^[6]ソリッドゴムタイヤとサスペンションを備えた機関車が好まれるようになりました。トラクション・エンジンの駆動輪は、ボイラー火室の後部プレートのすぐ後ろを走る単一の車軸で支えられ、ボイラーの両側のホーンプレートに取り付けられたベアリングで支えられています。スプリングが使用されている場合、キャノンボックスベアリングはベアリングの位置合わせを維持するために好まれ、さらに、火室の石炭や灰から車軸を遠ざけるという利点もありました。Tasker Little Giant ^{[7] [8]}などの設計では、チューブが単一の横方向の板バネで吊り下げられた別の補正サスペンションが使用されていました。