JPH03504112A - 鉄道車輪 - Google Patents
鉄道車輪Info
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- JPH03504112A JPH03504112A JP1503854A JP50385489A JPH03504112A JP H03504112 A JPH03504112 A JP H03504112A JP 1503854 A JP1503854 A JP 1503854A JP 50385489 A JP50385489 A JP 50385489A JP H03504112 A JPH03504112 A JP H03504112A
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- hub
- wheel
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- curved
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
- B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
- B60B17/0006—Construction of wheel bodies, e.g. disc wheels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
鉄道車輪
技術分野
本発明は、車両工学に関し、特に鉄道車輪の構造に関する。
背景技術
平坦な、円錐形のまたは曲線の輪郭の外板を接合するシステムで構成された外板
の形態のデスクを有する鉄道車輪が知られている。接合外板の数を変え、かつデ
スクの輪郭の中間縦軸線の傾斜角を変えることにより、車輪の疲労と動的強度を
増加させることができる。それと共に、次のようなものに対する最も重要な応力
とそれらの組合わせが考慮される。すなわち、
−転り円の平面において作用する垂直な力に対し、−リムの***に加わるレール
の側圧に対し、−これらの力の組合わせに対し、
一デスクまたはブロックブレーキの作用による車輪の不均一な加熱に対し。
広く適用されている車輪構造は、デスクが間に介在している車輪リムとハブを有
し、デスクの中間縦軸線が傾斜した直線の形状を有し、デスクは、リムおよびハ
ブの輪郭と半径曲線により接合する直線母線を有し、リムの外側およびハブの内
側の輪郭が逆の曲率の相互連結される半径曲線により果たされる。
この車輪の欠点のうちには、
一デスクの垂直方向と半径方向の剛性が高いこと、−デスクとハブの間およびデ
スクとリムの間の移行領域の残留応力が著しいこと、
一作動中の移行領域の交番応力が高いこと、−ブレーキが長びくうちにハブが初
期位置に対し軸方向に変位する傾向があること、
一スタンピングと曲げ作業中に製造上の困難があることなどがある。
前述した構造の車輪の改良は、次のことにより不可能である。というのは、疲労
と動的強度をより高くするには、デスクとしリムの間およびデスクとハブの間の
移行領域を補強することによってしか達成できず、補強すると、車輪の剛性がよ
り高くなって、上記の欠点をより悪化させ、これに伴って車輪製造に必要な金属
がより多くなる。
また、周知の鉄道車輪(ソ連、発明者証、第1.109.324号参照)として
、間にデスクが介在した状態で接合するリムとハブを有し、デスクの輪郭の中間
縦軸線が、リムの側で垂直な直線部分でかつ/−ブの側で傾斜した直線部分で構
成され、またこれらの直i部分の間に配置されかつ逆の曲率の二つの半径曲線で
構成された曲線部分を有し、デスクの曲線状母線がリムおよびハブの輪郭と半径
曲線により接合しており、一方面積が、等寸法である軸方向円筒面によりデスク
を切ることにより区画され、デスクの輪郭の中間縦軸線が、ハブにおいてハブの
輪郭の中間縦軸線に対して車輪の内側に向がってずらされているものがある。
しかしながら、この車輪もいくつかめ固有の欠点と無関係ではない。それらのう
ちには、半径方向剛性と残留応力が著しいこと、移行領域の接線方向および半径
方向応力が比較的高いことがあり、最も不利なのは、ブレーキが長びいている間
のデスクの応力状態が非常に高いことである。
発明の開示
本発明は、デスクの輪郭により、複合荷重が与えられたときに車輪に起こる応力
の相互補正が確保されるような鉄道車輪の構造を提供することを目的とする。
本発明の目的は、次のようにして達成される。すなわち、デスクが間に介在する
状態で接合する車輪りムとハブを有し、デスク輪郭の中間縦軸線は、間に曲線部
分が配置された直線部分を有し、デスクは、式%式%(1)
から決定される半径の半径曲線によりリムとハブの輪郭を接合する曲線の母線を
有し、ハブと同時の円筒状の正割面により区画されるデスクの横断面積は等寸法
であり、デスクの中間縦軸線とハブの接合点がハブの中間からずらされ、かつデ
スクの輪郭の中間縦軸線が、間に曲線部分が介在している直線部分を有する鉄道
車輪において、リムの側にあるデスク輪郭の中間縦軸線の直線部分が、式
%式%(2)
により描かれる第一曲線部分と接合しており、第一曲線部分は、式
%式%(3)
により描かれる第二曲線部分と接合し、第二曲線部分は、式
%式%(4)
により描かれる第三曲線に延びており、第三曲線部分は、ハブの輪郭の中間縦軸
線と平行なかつそれから車輪の外側に向かって
0.19L≦H≦0.21L (5)だけずらされたハブの側
の直線部分と接合しており、ここでXとyは、ハブの外径に等しい直径を有する
円筒の母線と転り円の投影との交差点で始まる移動座標であり、対応する曲線部
分の諸点の横座標は次の範囲内にあり:第一曲線部分について、
第二曲線部分について、
d d
0.287D−□≧X≧0.248D−−(7)第三曲線部分について、
d d
0.248D−□≧X≧0. 150D −−(8)ここでDは転り面の直径で
あり、Lはハブの長さであり、Hはハブの中点に対するデスクの中間縦軸線のず
れの大きさであり、そしてdはハブの外径であることにより達成される。
提案された鉄道車輪は使用試験され、そしてその試験によれば、大抵の臨界領域
の応力が2のファクタだけ平均的に減少し、ブレーキ中に車輪がハブから変位す
る傾図面の簡単な説明
第1図は本発明による鉄道車輪の輪郭を示し、第2図は本発明による車輪輪部の
構造を示し、第3図は車輪デスクの応力の分布を示し、第4図は周知の平坦な円
錐状車輪デスクの応力分布を示し、第5図は周知の曲線の車輪デスクの応力分布
を示す。
発明を実施するための最良の形態
第1図を参照すると、提案された鉄道車輪は、リム1、デスク2およびハブ3と
からなる。デスク2の形状は、0.04Dから0.06dの範囲にわたる半径の
半径曲線によりリム1およびハブ3の形状と接合しており、一方デスクの輪郭の
曲線部分は三つの部分で構成されている。すなわち、
次式により描かれる第一部分AB
Y−−0,0074x3+0.4120x2−7.2500x+38.700(
1)(2)、次式により描かれる第二部分BC
および次式により描かれる第三部分CEY−−0.0129x2+0.0335
x−0,9800(3)(4)それ故、AEは中間の縦軸線4の曲線部分であり
、点Eは第三曲線部分CEと直線5との交差で得られ、その直線5はハブ3の中
間縦軸線6と平行に走っていてかつそこから車輪の外側に向かって次の大きさだ
けずらされている。
0.19L≧H≧0.21L (5)以下に述べるのは、本
発明による鉄道車輪の形状を設計するための例である。
初めの構造データ:D−車輪の直径、l、 −t\ブの長さ、d−ハブの外径、
h−臨界断面(点Aまたは点E)におけるデスクの設計厚さ。本発明の請求の範
囲により、座標の出発点は、転り円の投影と、ノ\ブ3の外径dに等しい直径を
有する円筒の母線との交差点に置かれる。直線5から横座標の軸までの距離のよ
うなパラメータを決定するために、直線5と次式の拠物線との接合点を作図する
。
Y−−0,0129x +o、0335x−0,98(4)点Eの座標は、次
式により疑いなく決定される。
例えば、初期データD謡740+m、d−220mm、L=130m+*、H−
26+ue、およびR=40nとすると、点Eの座標は次のようになる。
XE=0.15 ・74−11−0.1 (CIll> =1.、 Om+mY
−−0,0129(0,1) 2+0.0335・o、i、−o、98−−0.
1 (艶) −−1,0mm
それから、横座標
Xcす、248・74−11=7.35cm−73,5+mの点までの中間縦軸
線4はこの式に従って作図される。
描かれたその場合に、横座標XE−50,0を有する曲線部分CEの任意の点E
1は縦座標−11,5を有する。点Cから横座標XB−102,4の点Bまで、
諸点の縦座標は次の式に従って計算される。
Y−−0,0009x” +0.0658x2−1.3140x+5.5592
(3)例えば、横座標XE −88,5の点E2は縦座標YE −’/
15.4を有し、そして最後に部分ABにおいで、諸点の縦座標は次式に従っ
て計算される。
Y”−0,0074x +0.4120x2−7.25x+38.7(2)特
に、横座標X −109およびXB□−154,5の点I
CとB は設計縦座標Y−−9,5およびYB□−一1 1
C122,6を有する。
初期データの異なる値: D−860關、d−244mm。
L=155m+s、H”30mm、およびR−45mmにおいて、点Eの座標−
XE−0,15−86−12,2−0,7(1)−7關
Y −−0,0129(0,7) 2+0.0335・0.7−0.98−−0
.96cm−9,6mm
点E1の座標は同じままである。
X 尊50、YEl−−11,5、
E】
点E の座標−X −88,5、YE2−−17.0、な2
B2
ぜなら、
YE2−−0.0129 (8,85) +0.0335・8.85−0.
98=−1,7(ca+)であるから、
点Cの座標−X −109、Yol−21,1、およびl C1
点B の座標−X −154,5、yB、−−23,5゜I B
l
しかしながら、D−1080關、d−310mml。
L=2i+■、H−40■騰、およびR−60mmのときには、点Eの座標は同
じ
X −7、YE−−9,6であり、
点E1の座標は同じ
X −50、YEl−−11,5であり、点E2の座標は同じ
X−88,5、YB2−−17.0であり、点Cの座標−X01−109、Yo
l−−21,5である。
点B1の座標は同じ
X −154,5、yBl−−23,5である。
式(1)、(2)および(3)による計算は、センチメートルである。
第2図は、曲線部分の接合点から離れて、中間点E1、EC,B、B および
B3を表わす。デスクの厚さは、点Aを通る区分の予め設定された厚さに従って
円筒状表面により切られたデスクの等寸法面積の条件から計算される。点Aにお
けるデスクの厚さの実際値は、車輪指定に依存して15〜25關の範囲内にある
。
それ故、初期の面積は次のようになる。
S−2πRAhA(11)
ここで、RAは点Aから車輪対の回転軸心までの距離であり、hAは点Aにおけ
るデスクの厚さであり、従って、任意の点Xにおけるデスクhxの厚さは次の関
係から計算される。
びブレーキ過程で起こる熱荷重、ならびに前述した荷重ここで、Rxは点Xから
回転軸心までの距離であり、一方
ここで、dはハブの外径であり、Rはデスクの母線とリムおよびハブとの接合半
径である。しかし、であるから、
例えば、hA=16i+mであれば、そのときd−244關、XA−204mm
およびR−45mmについてデスクh の最大厚さは31關になる。点EISE
2、C1およびB1におけるデスクの厚さは、それぞれ32+n。
24.8mm、22.6mmおよび19.1mmになる。
デスク2の輪郭とリム1およびハブ3の形状との接合は、半径曲線を用いて描く
ことによりなされる。
第3図は、転り円の平面において作用する垂直荷重P−50t (トン−力)、
側面荷重S−7,5tf、およ内側の11方向応力σ24は、デスクの中心で約
50の結合作用の結果として曲線状デスクに起こる全体応力σ σ から描い
た半径線σ および接線σθ力方向Rゝ θ Rお
ける曲線状デスクを有する本発明による実際の車輪の応力状態の概略グラフを示
す。荷重σ2とσ、は、作用K
相中複合荷重が車輪に及ぼされる際に、応力σ2とσ。
K
のグラフにより特定される。σRとσ。は、応力の成分を代数的に総計してそれ
らの補正をデスクの半径方向に例証することにより得られる。
車輪がレールの上を転がる際に、荷重がリム1を介して、転り円の平面に作用す
る垂直力からデスク2およびハブ3(第1図)に伝達され、一方特に彎曲した鉄
道部分上を移動中に起こる動的振動は、リムの***に及ぼされるレールの側圧に
起因する荷重を起こし、前記側圧はまたデスクにも及ぼされる。車輪の作動中、
P−50tfの垂直荷重のみによって、部分ABでは、内側に50MPaになる
圧縮特性を基本的に有する半径方向応カ(第3図)σRを引き起こし、かつ外側
に約10MPaの圧縮応力を生ずる。部分BCとCEでは、内側に大部分引張応
力が50MPaのオーダで生じ、一方外側には応力が圧縮性であり、デスクの中
心(部分BCの中点)の−100MPaから、デスクが/%ブに延びている範囲
の一10MPaまで変化する。
MPaおよび移行領域で5〜10MPaの張力である。
外側の接線方向応力は、l0MPaから20MPaまで変化する交番応力である
。側面荷重S−7,5tfの作用のみを受けて車輪の作動中、デスクの内側の半
径方向応力は、デスクがリムへ延びている領域を除いて大部分圧縮応力であるが
、デスクが/Xブヘ延びている領域で1、50 M P aになり、一方デスク
の中心は実質的に応力がない。デスクの内側の接線方向応力σ。は同じ特性を有
する。デスクの外側では、上半分が100MPaのオーダの圧縮半径方向応力を
受け、一方下半分は約100MPaの引張応力を受ける。外側の接線方向応力の
変化範囲は、20〜50MPaである。前述のことを考慮して、デスクに与えら
れる応力の予想されるパターンは、垂直と側面の力から代数学的に総計すること
により得られ、次のようになる。
一内側、部分AB、圧縮カー30 M P a 、部分BC−張力50 M P
a 、部分CE、張カー100MPa。
−外側部分AB、圧縮カー110MPa、部分BC。
圧縮カー100MPa、部分CE、張力80MPa。
垂直荷重と側面荷重P−50tfとS−7,5tfの結合作用が与えられた車輪
の試験によれば、デスクの内側に、半径方向応力が次のように分配された。
部分ABで一圧縮力、約40MPa、部分BCで一張力、−30M P a 、
部分CEで一圧縮力、−100MPa、および外側では、部分ABで一圧縮力、
120MPa、部分BCで一圧縮力、 120MPa。
および部分CEで、張力50 M P a 0デスクの上半分にあるデスクの内
側の接線方向応力は20MPaのオーダの引張応力であるのに対し、デスクの残
りの部分の接線方向応力は約40MPaの圧縮応力である。外側では、接線方向
応力の特性が反対で、−10MPaから50MPaまでの変化範囲をもっている
。車輪リムとデスクがブレーキに起因する熱により加熱されるので、次の応力が
曲線状デスクに起こる。
内側において、部分ABで一約50MPaの張力、部分BCで圧縮力、 80M
Pa、および部分CEで一約−100MPaの張力、
デスクの外側において、部分ABで一約70 M P aであるが部分BCで1
30MPaになり、そして部分CEで変化する徴候の後100MPaに達する。
接線方向応力の特性は、大きさが比較的小さいけれども大体同じである。理論的
には、機械的な力とブレーキ熱によりデスクに起こる応力を総計すると、外側の
応力は従って一40MPa、30MPaおよび一20MPaになる。
実際には、使用試験により車輪デスクから負荷が軽減されたことが確認され、か
つ試験結果が理論的な推論と一致している。
本発明を具体化する鉄道車輪の利点を示すために、第4図と第5図は、同じ荷重
条件の下での周知の車輪のデスクの応力状態を示す。このグラフから分かるよう
に、標準車両のデスクにおける応力変化の範囲は200MPaになり、周知の車
輪ではこの大きさを越えるのに対し、本発明により構成されたデスクでは、二倍
も小さく、特に約100MP aになる。前述のことから当然の結果として、提
案された車輪構造は、鉄道車輪の品質を最適化すると共に、いっそう高い安全に
より車輪の寿命が延び、一方車輪製造のために消費される金属と労働の量を相当
に減少させることができる。
デスクの中間縦軸線を、ハブの中点に対してリムの***から離れる側へずらすこ
とは、平坦な円錐形デスクを有する車輪において、車軸における車輪ハブの位置
の長さしの半分が締りばめの大きさだけ較正リングにより変形されるようにデス
クにより変形されるのに対し、周知の原型の車輪ではこの長さの半分より多く変
形されることにより指示される。さらに、ここに提案された車輪の外側における
ハブの応力σRは引張応力であり、車軸とこの側のハブの間の隙間を吸収できる
。それ故、車輪と車軸の間の嵌合の緊密さを少なくとも20%だけ増加して、複
合荷重の作用下で車軸から車輪ハブをスリップしやすくする。
産業上の利用可能性
本発明は、鉄道列車の中実および組立デスク型車輪を作るために適用できる。
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 デスク(2)が間に介在する状態で接合する車輪リム(1)とハブ(3)を有し 、デスク(2)は、式R−(0.04+0.06)D から決定される半径の半径曲線によりリムおよびハブの輪郭と接合する曲線の母 線を有し、ハブ(3)と同軸の円筒状の正割面により区画されるデスク(2)の 横断面積が等寸法であり、一方デスク(2)の中間縦軸線(4)とハブ(3)と の接合点がハブの中央からずらされ、デスク(2)の輪郭の中間縦軸線(4)は 、曲線部分が間に介在した直線部分を有する鉄道車輪において、リムの側にある デスク輪郭の中間縦軸線の直線部分が、式Y−0.0074x3+0.4120 x2−7.2500x+38.7000により描かれる第一曲線部分と接合して おりろ、第一曲線部分は、式 Y−0.009x3+0.00658x2−0.3140x+5.5592によ り描かれる第二曲線部分と接合しており、第二曲線部分は、式 Y−0.0129x2+0.0335x−0.9800により描かれる第三曲線 部分へ延びており、第三曲線部分は、ハブの輪郭の中間縦軸線と平行なかつそれ から車輪の外側に向かって 0.19L≦H≦0.21し だけずらされたハブの側の直線部分と接合しており、ここでXとYは、ハブの外 径に等しい直径を有する円筒の母線と、転り円の投影との交差点で始まる移動座 標であり、対応する曲線部分の諸点の横座標は次の範囲内にあり: 第一曲線部分について、 0.379d−(d/2)≧X≧0.287D−(d/2)第二曲線部分につい て、 0.287d−(d/2)≧X≧0.248D−(d/2)第三曲線部分につい て、 0.248d−(d/2)≧X≧0.150D−(d/2)ここでDは転り面の 直径であり、Lはハブの長さであり、Hはハブの中点に対するデスクの中間縦軸 線のずれの大きさであり、そしてdはハブの外径であることを特徴とする鉄道車 輪。
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JPH03504112A (ja) |
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