CN105163954A - 用于轨道车辆的轮盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的轮盘，其具有包围转动轴线的轮毂、轮缘、和将轮毂与轮缘连接起来的轮辐。本发明的特征在于，在至少一个轴向侧上，轮辐与轮毂之间的过渡曲线和/或轮辐与轮缘之间的过渡曲线在每个径向截面中被构造成使得过渡曲线通过贝塞尔曲线构成，该贝塞尔曲线切线连续地过渡成轮辐的轮廓；并且该贝塞尔曲线切线连续地过渡成轮毂或轮缘的轮廓。

Description

用于轨道车辆的轮盘

技术领域

本发明涉及一种按在权利要求1的前序部分中详细限定的类型的用于轨道车辆的轮盘。

背景技术

用于轨道车辆的轮盘由普遍的现有技术所公知。它们典型地由绕转动轴线运行的轮毂以及专门用于在轨道上滚动的轮缘组成。位于中间的轮毂和位于外圆周上的轮缘在此经由所谓的轮辐彼此连接。沿径向方向直地、斜地或弯曲地实施的轮辐典型地构造为环绕的盘。该轮辐尤其在很大程度上可以旋转对称的构建，并且因此在每个径向截面中都具有同样的或类似的轮廓。在本发明的意义下，轮廓在此可以理解为轮盘在径向截面中侧向限定出的表面形状。因此，直的轮盘具有由直线构成的轮廓，弯曲的轮盘具有由S形或C形的弧部构成的轮廓。

因此现在，尤其是从轮毂至轮辐的过渡曲线(尤其是在较小的轮盘的情况下)以及作为对此的替选在轮辐与轮缘之间的过渡曲线承受很高的负载。为了对抗该高负载，需要相应的材料厚度或适当的加工步骤以强化在关键区域内的材料。这是耗费且昂贵的，并且在使用很大的材料厚度的情况下使得轮盘相应地变重。

为了解决该问题，由EP0794872A1公知的是，通过用于过渡部的复杂的结构预定使在轮盘中的应力协调，从而可以以较少的材料厚度实现较高的强度。在此，该结构特别复杂，并且使用了五次(抛物线)函数用于过渡部的结构。这一方面在结构设计上并且另一方面在制造中在编程方面是很耗费的。

发明内容

现在，本发明的任务在于，提出一种用于轨道车辆的轮盘，其可以实现进一步改进的强度，并且此外，其可以简单且高效地设计和制造。

根据本发明，该任务通过具有在权利要求1的特征部分中的特征的轮盘来解决。有利的设计方案由其余与之相关的从属权利要求得出。

在根据本发明的用于轨道车辆的轮盘中规定，在至少一个轴向侧上，轮辐与轮毂之间和/或轮辐与轮缘之间的其中至少一个过渡曲线在轮盘的每个径向截面中被构造成能够满足下面的三个条件。原则上，过渡曲线通过贝塞尔曲线构成。这种贝塞尔曲线是简单且高效的并且可以实现非常均匀的过渡部，该过渡部具有高强度并且在过渡部的整个区域上具有非常好的应力分布。该贝塞尔曲线在其一个端部上切线连续地(tangentenstetig)过渡成轮辐的轮廓。此外，根据其构成其中哪种过渡曲线，贝塞尔曲线在其另一端部上切线连续地过渡成轮毂的轮廓和/或轮缘的轮廓。通过贝塞尔曲线切线连续地联接到轮毂的轮廓和/或轮缘的轮廓上，形成了可以非常简单且高效地设计以及针对制造进行编程的结构。该结构可以以最小的材料投入通过使应力分布均匀来实现轮盘的非常高的强度。

在此，根据本发明的轮盘的一个有利的改进方案设置的是，贝塞尔曲线构造为二次或三次的贝塞尔曲线。在此，这种二次或三次的贝塞尔曲线具有如下优点，即，其仅需要三个或四个支撑点(主点和控制点)，并且因此在计算方面特别简单且高效。通过更高次的贝塞尔曲线并没有改进或仅不明显地改进在机械负载性方面的效果，从而对于根据本发明的轮盘来说，具有相应的减少的计算耗费的二次或三次的贝塞尔曲线是特别有利的。

此外，根据本发明的轮盘的一个特别有利的设计方案可以规定，贝塞尔曲线具有两个主点和一个或两个控制点，其中，主点位于贝塞尔曲线切线连续地过渡成轮辐以及轮毂或轮缘的轮廓的区域中，并且其中，两个控制点位于切线连续的过渡部中在主点处的两条切线上。也就是说，根据本发明的形式为贝塞尔曲线的过渡曲线的这个特别有利的设计方案是具有四个支撑点的三次贝塞尔曲线。在此，两个主点刚好位于如下点中，在这些点中，联接轮廓终止并且贝塞尔曲线开始，或者贝塞尔曲线终止并且联接轮廓开始。于是，两个控制点位于如下切线上，这些切线使切线连续的过渡部在两个主点处相应地延长。优选的是，控制点在此位于两条切线的典型地始终出现的交点与主点之间。因此，以最小的计算耗费可以实现具有轮辐与轮毂之间或轮辐与轮缘之间的非常稳固的过渡部的轮盘。

现在，在另一非常有利的设计方案中还规定，切线上的两个控制点在切线的交点中重合为一个控制点。通过以两个控制点构成刚好位于切线的交点上的共同的控制点的方式直接选择两个控制点，进一步简化了计算耗费，由此使结构设计、编程和制造再次变得更加高效。

此外，在轮盘的另一非常有利的设计方案中规定，轮毂的紧接着贝塞尔曲线的轮廓具有形式为直线的联接轮廓，其相对于轴向方向以不为零的角度，尤其是大于5°的角度延伸。因此，在这个非常有利的设计方案中，轮盘被构造成使轮毂和轮缘并不居中地彼此相叠，而是由斜地延伸的轮辐彼此连接，该轮辐在其整体形状方面类似于截棱锥的周侧面。这对于可能要固定在轮辐上的附装件来说在导入的力和/或结构空间方面是重要的优点。

此外，在根据本发明的轮盘的一个有利的改进方案中规定，轮辐的紧接着贝塞尔曲线的轮廓具有形式为弧部的联接轮廓，这种切线连续地过渡成贝塞尔曲线的弧部尤其是出现在弯曲的轮辐中，也就是在径向截面中S形或C形延伸的轮辐中。而在其替选的设计方案中规定，轮辐的紧接着贝塞尔曲线的轮廓具有形式为直线的外轮廓。

在一个有利的设计方案中，轮辐沿轮缘的方向逐渐变细。不依赖于轮辐的例如经由直地或弧形地延伸的外轮廓的具体的设计方案，轮辐可以沿从轮毂至轮缘的方向逐渐变细。该逐渐变细部相对于轮辐的中轴线的角度在此优选可以大于0.5°。通常，该角度小于20°，优选小于15°。因此，在该范围内适当选定的角度可以实现从贝塞尔曲线至轮辐的轮廓的非常均匀的切线连续的过渡部，并且因此减少了在轮辐的区域内的应力峰值，从而可以以最小的材料投入进一步提高强度。

在一个非常有利的改进方案中，不依赖于联接轮廓是构造为直线还是构造为弧部，规定将贝塞尔曲线构造成，在其中至少一个径向截面中将用于容纳元件和/或附装元件的联接区域布置在轮辐上之前，使过渡成联接轮廓的切线连续的过渡部结束。作为过渡成轮辐的联接轮廓的过渡曲线的贝塞尔曲线在其径向延展方面选择成，在设置附装元件和/或容纳元件，例如用于制动盘的容纳元件或其他要联接在轮盘上的元件之前，在每种情况下都使该贝塞尔曲线结束。这确保这种会干扰假想的贝塞尔曲线的走向的附装元件和/或容纳元件不出现在贝塞尔曲线的区域内。也就是说，贝塞尔曲线在其径向延展方面被匹配成使得由贝塞尔曲线实现的具有最好的强度特性的协调的过渡部不会被这种“干扰部位”中断。这确保了最好的强度。但是，也可以规定，在轮辐的足部区域中、在轮毂的材料中设置有油挤出孔的或润滑油孔，用以润滑车桥上的轮毂。在此，这种孔在本发明的意义下不理解为干扰部位。

附图说明

根据本发明的轮盘的其他有利设计方案由下面参照附图详细描述的实施例得出。其中：

图1示出轮盘的侧视图；

图2示出径向穿过半个轮盘的径向截面；

图3以类似于图2中的图示的图示示出轮盘的多个可行的设计方案；以及

图4示出根据本发明的在轮毂与轮辐之间的过渡部的设计方案。

具体实施方式

在图1的图示中可以纯示例性地看出轮盘1的侧视图。这种轮盘1作为用于轨道车辆的车轮使用。由在图1中以II-II标记的可以在图2中看出的截面详细示出了该结构。图2所示的结构在此可以纯示意性地用于说明轮盘的元件。根据本发明的结构稍后借助图4还将详细阐述。在图2的径向截面中可以看出的是，轮盘1由包围转动轴线2的轮毂3组成。该轮毂3经由被称为轮辐4的盘形的构件与在使用轮盘1的情况下在轨道上滚动的轮缘5连接。该结构如其在图2中示出的那样通常是公知的并且是常见的。图2中的图示是具有所谓的直的轮辐4的结构，该轮辐沿径向方向垂直于转动轴线2地延伸。

替代这种直的轮辐4而也可以设置其他结构。这些结构示意性地在图3中示出。在此，在图3a)中可以看出斜地延伸的轮辐4，该轮辐的中轴线M以相对于径向方向R成角度α的方式倾斜地构造。在此，角度α可以优选大于5°。在图3b)的图示中可以看出在径向截面中C形地弯曲的轮辐4，在图3c)中可以看出S形的轮辐4。轮辐4的C形或S形的构造相应地由构成轮辐4的外轮廓的一个同向的弧部或者说两个或多个反向的弧部组成。

在轮盘1中，在轮毂3与轮辐4之间的或者轮辐4与轮缘5之间的过渡曲线6是特别关键的。因此规定，这些在图2中用6标记的过渡曲线中的至少一个过渡曲线以下面在图4中用轮毂3与直的轮辐4之间的过渡部为例所描述的方式和方法来构造。在此，过渡曲线6如下这样地设计，即，在图2的图示中加厚示出的联接区域7开始之前，该过渡曲线分别在垂直于转动轴线2或轴向方向A的径向方向R上终止，该联接区域设置用于容纳附装元件或针对附装元件的容纳元件。示例性地，这在图2的图示中通过孔8示意出，该孔用作于容纳附装元件。这例如可以是制动盘、车轮噪音吸收器或类似装置。

过渡曲线6或轮盘1的在图2中画出的过渡曲线6中的至少一条过渡曲线现在如下面借助优选的实施例所阐述的那样实施。该实施例可以在图4的示意图中看出。在此，各个区段并没有按照比例示出。图4的图示可以理解为示意性的并且用于使对轮廓的描述变得容易。在此，过渡曲线6通过在图4的图示中用B标记的贝塞尔曲线构成。

原则上并且不依赖于图4所示的特殊的实施方式，贝塞尔曲线B可以如下这样借助伯恩斯坦多项式以数学的方式表示：

$\stackrel{\→}{X}\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}\left(\begin{array}{c}n\\ i\end{array}\right)t^i\·{(1-t)}^{n-i}\·{\stackrel{\→}{P}}_i$

在此，是相对支撑点(主点和控制点)的方向矢量

$\begin{array}{cccc}{\stackrel{\→}{P}}_0=\left(\begin{array}{c}{P}_{0x}\\ P_{0y}\\ 0\end{array}\right)& {\stackrel{\→}{P}}_1=\left(\begin{array}{c}{P}_{1x}\\ P_{1y}\\ 0\end{array}\right)& {\stackrel{\→}{P}}_2=\left(\begin{array}{c}{P}_{2x}\\ P_{2y}\\ 0\end{array}\right)& {\stackrel{\→}{P}}_3=\left(\begin{array}{c}{P}_{3x}\\ P_{3y}\\ 0\end{array}\right)\end{array}$

针对三次方贝塞尔曲线，适用的是例如：

$\stackrel{\→}{X}\left(t\right)=\underset{i=0}{\overset{3}{\Σ}}\left(\begin{array}{c}3\\ i\end{array}\right)t^i\·{(1-t)}^{3-i}\·{\stackrel{\→}{P}}_i={(1-t)}^3\·{\stackrel{\→}{P}}_0+3t{(1-t)}^2\·{\stackrel{\→}{P}}_1+3t^2(1-t)\·{\stackrel{\→}{P}}_2+t^3\·{\stackrel{\→}{P}}_3$

$\stackrel{\→}{X}\left(t\right)=(-{\stackrel{\→}{P}}_0+3\·{\stackrel{\→}{P}}_1-3\·{\stackrel{\→}{P}}_2+{\stackrel{\→}{P}}_3)\·t^3+(3\·{\stackrel{\→}{P}}_0-6\·{\stackrel{\→}{P}}_1+3\·{\stackrel{\→}{P}}_2)\·t^2+(-3{\stackrel{\→}{P}}_0+3\·{\stackrel{\→}{P}}_1)\·t+{\stackrel{\→}{P}}_0$

随着引入矢量因数，适用的是：

$\stackrel{\→}{D}=-{\stackrel{\→}{P}}_0+3\·{\stackrel{\→}{P}}_1-3\·{\stackrel{\→}{P}}_2+{\stackrel{\→}{P}}_3$ $\stackrel{\→}{C}=3\·{\stackrel{\→}{P}}_0-6\·{\stackrel{\→}{P}}_1+3\·{\stackrel{\→}{P}}_2$

$\stackrel{\→}{B}=-3{\stackrel{\→}{P}}_0+3\·{\stackrel{\→}{P}}_1$

$\stackrel{\→}{A}={\stackrel{\→}{P}}_0$

因此，得到贝塞尔曲线B的参数形式：

$\stackrel{\→}{X}\left(t\right)=\stackrel{\→}{D}\·t^3+\stackrel{\→}{C}\·t^2+\stackrel{\→}{B}\·t+\stackrel{\→}{A}$

如果所有点针对t∈[0；1]来计算，那么得到了具有控制点和的在与之间的贝塞尔曲线B。

在此，贝塞尔曲线B的主点P₀与P₃位于直线9与贝塞尔曲线B的过渡部上，该直线相对于径向方向R倾斜了角度β地构成，另一主点P₃位于贝塞尔曲线B过渡到另一直线10中的过渡部上，该另一直线在图4所示的实施例中是轮毂3的一部分，并且该另一直线相对于轴向方向A倾斜了角度γ地构成。因此，轮毂3在图3所示的实施例中从轮辐4起沿其轴向端部的方向逐渐变细。同样地，轮辐4从轮毂3起沿朝向在此未示出的轮缘5的方向逐渐变细。在此，角度β、γ典型地小于20°，角度β在逐渐变细的轮辐4的区域内典型地在1.5°至2°之间，角度γ在5°至15°之间的数量级上。

在贝塞尔曲线B与直线9、10之间的过渡部在此在相应的主点P₀、P₃处切线连续地实现，这些过渡部在其他设计方案中必要时也可以构造为弧部。在主点P₀、P₃处的切线t₁和t₂在图4的图示中以虚线画出。例如在三次贝塞尔曲线B的设计方案中，现在其中一个控制点P₁、P₂分别位于各自的切线t₁、t₂上并且可以在这些切线上相应地移动以设计出贝塞尔曲线B。在此处所示的特别有利的实施例中，两个控制点P₁、P₂重合并且这两个控制点位于两条切线t₁、t₂之间的交点S上。该交点S因此同时构成两个控制点P₁、P₂。也就是说，在此有二次贝塞尔曲线B的特殊情况，该二次贝塞尔曲线具有刚好在两条切线t₁、t₂的交点S中的第三控制点P₁＝P₂。这在计算方面并且与之相应地在对制造所需的机床的编程方面是特别简单且高效的。这样设计的轮盘1因此在其过渡曲线6的区域内可以特别简单且高效地制造。

总体而言，通过使应力分布协调，该结构在最小的材料投入的情况下实现可非常高的强度，并且无需耗费的方法，例如在过渡部的区域内对材料进行加强。但是，可以通过如下这些用于表面加强的方法进一步提高强度。在此，这些方法不仅可以用机械的方式(喷丸、滚压等)而且也可以用材料技术/化学的方式(表面硬化、渗氮等)来构造。

Claims (9)

1.一种用于轨道车辆的轮盘(1)，所述轮盘具有：

1.1包围转动轴线(2)的轮毂(3)；

1.2轮缘(5)；以及

1.3将所述轮毂(3)与所述轮缘(5)连接起来的轮辐(4)；

其特征在于，

1.4在至少一个轴向侧上，所述轮辐(4)与所述轮毂(3)之间的过渡曲线(6)和/或所述轮辐(4)与所述轮缘(5)之间的过渡曲线(6)在每个径向截面中被构造成使得

1.5所述过渡曲线(6)构造为贝塞尔曲线(B)，

1.6所述贝塞尔曲线(B)切线连续地过渡成所述轮辐(4)的轮廓；以及

1.7所述贝塞尔曲线(B)切线连续地过渡成所述轮毂(3)或所述轮缘(5)的轮廓。

2.根据权利要求1所述的轮盘(1)，其特征在于，所述贝塞尔曲线(B)构造为二次或三次的贝塞尔曲线(B)。

3.根据权利要求1或2所述的轮盘(1)，其特征在于，所述贝塞尔曲线(B)具有两个主点(P₀、P₃)以及一个或两个控制点(P₁、P₂)，其中，所述主点(P₀、P₃)位于如下区域中，在所述区域中，所述贝塞尔曲线(B)切线连续地过渡成所述轮辐(4)以及所述轮毂(3)或所述轮缘(5)的轮廓，并且其中，所述控制点(P₁、P₂)位于所述切线连续的过渡部中的所述主点(P₀、P₃)处的两条切线(t₁、t₂)上。

4.根据权利要求3所述的轮盘(1)，其特征在于，在所述切线(t₁、t₂)上的两个控制点(P₁、P₂)在所述切线(t₁、t₂)的交点(S)上重合为一个控制点(P₁＝P₂)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮盘(1)，其特征在于，所述轮毂(3)的紧接着所述贝塞尔曲线(B)的轮廓具有形式为直线(10)的联接轮廓，其相对于轴向方向(A)以不为零的角度延伸，特别是以大于5°的角度(γ)延伸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮盘(1)，其特征在于，所述轮辐(4)的紧接着所述贝塞尔曲线(B)的轮廓具有形式为弧部的联接轮廓。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的轮盘(1)，其特征在于，所述轮辐(4)的紧接着所述贝塞尔曲线(B)的轮廓具有形式为直线(9)的联接轮廓。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的轮盘(1)，其特征在于，所述轮辐(4)沿从所述轮毂(3)至所述轮缘(3)的方向逐渐变细。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的轮盘(1)，其特征在于，所述贝塞尔曲线(B)被构造成在其中至少一个径向截面中将用于容纳元件和/或附装元件的联接区域(7)布置在所述轮辐(4)上之前，使过渡成联接轮廓的切线连续的过渡部结束。