CN106573492B - 铁道车辆用隔音车轮 - Google Patents

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Abstract

本发明的隔音车轮包含安装在车轮的轮圈部(5)的内周面(6)的隔音装置(3)。隔音装置(3)包括：固定环(10)，其嵌入到形成在内周面(6)上的槽(8)并固定；第1弹性体部(11A)，其固定安装于固定环(10)的外周面(10a)，配置在槽(8)内，具有多个第1弹性体片；附加质量部(12)，其固定安装于第1弹性体部(11A)中的与固定环(10)相反的那一侧，配置在槽(8)内，具有多个附加质量片；以及第2弹性体部(11B)，其固定安装于附加质量部(12)中的与第1弹性体部(11A)相反的那一侧，配置在槽(8)内，具有多个第2弹性体片。隔音装置(3)包含多个动态吸振器。各动态吸振器具有第1弹性体片、第2弹性体片以及附加质量片。该隔音车轮能够大幅度地降低由车轮的振动引起的噪音，耐久性优异。

Description

铁道车辆用隔音车轮
技术领域
本发明涉及一种铁道车辆用的隔音车轮。
背景技术
在铁道车辆行驶时产生的噪音对于铁道沿线环境而言是应解决的最优先课题之一。这样的噪音包含由车轮发出的噪音。对于由车轮发出的噪音而言，存在车轮滚动噪音和所谓的尖叫声(日文：きしり音)。尖叫声主要是在车辆通过具有较大的曲率的曲线路径时产生的。车轮滚动噪音不仅在车辆通过曲线路径时产生，在通过直线路径时也产生。
在轨道的表面和与轨道相接触的车轮的表面(接地面)存在微小的凹凸。由此，认为当车轮在轨道上滚动时，车轮和轨道被激振，产生车轮滚动噪音。尖叫声也被认为是由车轮的振动引起的。此外，存在在轨道上与车轮的接地面相接触的部分产生了波纹状的磨损(以下称作“波纹磨损”。)的情况。作为特殊的车轮噪音，当车辆在产生了这样的波纹磨损的轨道上通过时，车轮被较大程度地激振而产生噪音。
为了降低因车轮的振动而产生的噪音(以下也称作“车轮振动噪音”。)，在专利文献1和2中提出了一种在车轮的轮圈部内周侧安装有隔音装置的隔音车轮。这些隔音车轮具备将附加质量部和由橡胶等形成的弹性体部组合而成的隔音装置，隔音装置利用配件安装于形成在轮圈部的内周面上的安装槽。
隔音装置被认为是作为动态吸振器来发挥作用。动态吸振器具有与结构物的固有振动频率一致的共振频率，通过共振，能够吸收(降低)结构物的振动。因而，通过将隔音装置安装在车轮上，能够降低由与其频率一致的固有振动引起的噪音。在将圆周率设为π，将弹性体部的弹簧系数设为k，将附加质量部的质量设为m时，隔音装置的共振频率f通过
f＝(1/2π)×(k/m)1/2···(1)
来得到。因而，只要车轮的固有振动频率可知，就能够根据算式(1)来确定弹簧系数k和附加质量部的质量m以使隔音装置的共振频率f与该固有振动频率一致。
车轮通常具有多个固有振动模式，具有与这些各固有振动模式相对应的固有振动频率。因而，车轮具有多个固有振动频率。在专利文献2和3中提出了一种隔音车轮，该隔音车轮具备多个具有不同的共振频率的隔音装置，各隔音装置的共振频率与车轮的多个固有振动频率中的某一者一致。采用这些隔音车轮，能够同时降低与多个固有振动频率相对应的噪音。
具体地讲，在专利文献2的车轮中使用两个隔音装置，这两个隔音装置分别使用弹性系数不同的两种弹性体，由此，两个隔音装置的共振频率互不相同。在专利文献3的车轮中，隔音装置(由弹性体和垫板构成的动态吸振器)被设定为在隔音车轮的圆周方向上被分割且分割开的隔音装置各自的共振频率与车轮的固有振动频率中的某一者一致。利用这样的结构，能够同时吸收与两个级别或者更多级别的频率相对应的噪音成分。并且，专利文献3所公开的隔音装置通过在隔音车轮的圆周方向上被分割，能够将垫板的固有振动频率提高到噪音不会成为问题的频率。
车轮的固有振动模式中的、可产生车轮滚动噪音的主要模式是轮圈部向面内方向振动且板部向面外方向振动的模式。由这些固有振动引起的噪音在人的听觉上敏感的频带中的至少1kHz～10kHz内包含例如2kHz左右、3kHz左右以及4kHz左右这三个级别的频率成分。
然而，在车辆高速行驶时，对隔音装置施加各种各样的力，隔音装置有可能自车轮脱落。在专利文献1～3所记载的发明中，并未采取用于防止隔音装置自车轮脱落的充分的措施。
在专利文献4中公开了一种包含环状的附加质量部和安装在附加质量部的外周部的弹性体部的隔音装置。在该隔音装置中，在形成于轮圈部的槽内配置有弹性体部。
在专利文献4的隔音车轮中，弹性体部固定在附加质量部和形成于轮圈部的槽的底部，而附加质量部能够相对于轮圈部运动。利用这样的结构，能够吸收车轮的振动。
在该隔音装置中，由于弹性体部的槽的开口侧被附加质量部堵塞，因此，弹性体部即使自附加质量部分离也不易自车轮脱落。但是，在该发明中，在弹性体部劣化了的情况下，车辆行驶过程中附加质量部相对于轮圈部的位移变大，附加质量部会冲撞于其他的构件、例如制动盘。此外，轮圈部的槽的内表面和附加质量部摩擦，导致在轮圈部、附加质量部产生缺陷、或者轮圈部、附加质量部磨损。并且，在弹性体部完全分离的情况下，存在附加质量部自车轮脱落的可能性。因此，装备有该隔音装置的车轮的耐久性较低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本注册实用新型第2577323号公报
专利文献2：日本特许第3097831号公报
专利文献3：日本特开昭58－116202号公报
专利文献4：日本特开2006－182136号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供一种能够大幅度地降低由车轮的振动引起的噪音、耐久性优异的铁道车辆用隔音车轮。
用于解决问题的方案
本发明的隔音车轮是在车轮的轮圈部的内周面安装有隔音装置的铁道车辆用隔音车轮。所述隔音装置包括固定环、第1弹性体部、附加质量部以及第2弹性体部。所述固定环至少外周部嵌入到沿着圆周方向形成在所述轮圈部的所述内周面的槽，并且固定于所述轮圈部。所述第1弹性体部固定安装于所述固定环的外周面，配置在所述槽内。所述附加质量部固定安装于所述第1弹性体部的与所述固定环相反的那一侧，配置在所述槽内。所述第2弹性体部固定安装于所述附加质量部的与所述第1弹性体部相反的那一侧，所述第2弹性体部在所述槽内被设为在其与所述槽的底部之间不形成间隙。所述第1弹性体部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个第1弹性体片。所述第2弹性体部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个第2弹性体片。所述附加质量部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个附加质量片。所述多个附加质量片中的每一个附加质量片固定安装于所述多个第1弹性体片中的与该附加质量片对应的一个第1弹性体片，且固定安装于所述多个第2弹性体片中的与该附加质量片对应的一个第2弹性体片。所述车轮具有与多个固有振动模式相对应的多个固有振动频率。所述隔音装置包含多个动态吸振器。各动态吸振器具有所述附加质量片和固定安装于该附加质量片的所述第1弹性体片和第2弹性体片。所述多个动态吸振器中的、至少一个动态吸振器具有与其他的动态吸振器的共振频率不同的共振频率。所述多个动态吸振器的任意一个共振频率都与所述多个固有振动频率中的某一者一致。
也可以在所述第2弹性体部和所述槽的底部之间设有间隔构件。
优选的是，该隔音车轮还具有突起，该突起介于相邻的所述动态吸振器相互之间，自所述固定环的外周面突出。在该隔音车轮具有所述突起的情况下，所述突起的顶端也可以与所述槽的底部接触。
发明的效果
采用本发明，车轮的振动从轮圈部经由固定环传递到多个动态吸振器(第1弹性体片、第2弹性体片以及附加质量片)。由于多个动态吸振器中的、至少一个动态吸振器具有与其他的动态吸振器的共振频率不同的共振频率，各动态吸振器的共振频率与车轮的多个固有振动频率中的某一者一致，因此，能够同时降低与两个级别以上的固有振动频率相对应的噪音，大幅度地降低车轮振动噪音。各动态吸振器包括第1弹性体片和第2弹性体片，第1弹性体片和第2弹性体片的弹簧系数能够独立地选择。因而，调整各动态吸振器的共振频率的自由度较大。
此外，采用本发明，第1弹性体部、第2弹性体部以及附加质量部配置在轮圈部的槽内，而且，相对于第1弹性体部、第2弹性体部以及附加质量部，在槽的开口侧存在固定于轮圈部的固定环。因此，即使附加质量部自第1弹性体部和第2弹性体部分离、或者第1弹性体部和第2弹性体部分别自固定环和槽的底部分离，这些分离了的第1弹性体部、第2弹性体部以及附加质量部也不易自车轮脱落。
并且，通过作为构成隔音装置的部件之一的固定环固定在车轮的轮圈部，隔音装置和车轮的轮圈部不发生摩擦。此外，即使弹性体部劣化而弹性变弱，附加质量部也不会冲撞于槽外的构件。因此，该隔音车轮的耐久性较高。
附图说明
图1A是本发明的一实施方式的隔音车轮的剖视图，是表示隔音车轮中的、相对于中心轴线而言一侧的部分的图。
图1B是在图1A中圆C所示的区域的放大图。
图2是表示本发明的隔音车轮所能够采用的隔音装置的例子的俯视图。
图3是表示图1A和图1B所示的实施方式的第1变形例的隔音车轮的槽周边部分的剖视图。
图4是表示本发明的隔音车轮所能够采用的隔音装置的另一个例子的俯视图。
图5是表示图1A～图2所示的实施方式的第2变形例的隔音车轮的槽周边的剖视图。
图6是图1A～图2所示的实施方式的第3变形例的隔音车轮的剖视图。
图7A是图1A～图2所示的实施方式的第4变形例的隔音车轮的剖视图。
图7B是图1A～图2所示的实施方式的第5变形例的隔音车轮的剖视图。
图8是表示车轮滚动噪音试验机的结构的概略图。
图9是表示在对噪音进行分析时采用的噪音的校正声级的图。
图10是针对实施例1～4和比较例1表示1/3倍频带中心频率和噪音声级之间的关系的图。
图11是针对比较例1～5表示1/3倍频带中心频率和噪音声级之间的关系的图。
图12是针对实施例1～4和比较例1表示钢轨轮的圆周速度和噪音声级之间的关系的图。
图13是针对比较例1～5表示钢轨轮的圆周速度和噪音声级之间的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
图1A和图1B是本发明的一实施方式的隔音车轮的剖视图。图1A是表示隔音车轮中的、相对于中心轴线而言一侧的部分的图，图1B是在图1A中圆C所示的区域的放大图。
隔音车轮1可应用于铁道车辆，其包括车轮2和隔音装置3。车轮2包括环状的板部4和位于板部4的外周部的环状的轮圈部5。轮圈部5相对于板部4向板部4的厚度方向两侧突出，其具有面向隔音车轮1的中心轴线A的内周面6。在轮圈部5的外周面的、沿着中心轴线A的方向上的一侧，向与中心轴线A相反的方向突出有凸缘7。
在轮圈部5的、沿着中心轴线A的方向上的上述一侧(与凸缘7相同的一侧)的内周面6，绕中心轴线A以环状形成有向中心轴线A方向开放的槽8。隔音装置3在槽8的整周范围内嵌入到槽8。
隔音装置3包括固定环10、第1弹性体部11A、附加质量部12以及第2弹性体部11B。第1弹性体部11A固定安装于固定环10的外周面10a。附加质量部12固定安装于第1弹性体部11A的与固定环10相反的那一侧。第2弹性体部11B固定安装于附加质量部12中的与第1弹性体部11A相反的那一侧。固定环10由刚性较高的材料例如钢等金属形成。固定环10的径向外周侧的部分嵌入到槽8，固定于轮圈部5。例如能够利用焊接、铆接、粘接等手段使固定环10固定于轮圈部5。
固定环10的宽度(隔音装置3的轴向长度)与槽8的宽度大致相同，槽8的开口部利用固定环10密闭。在槽8内的该密闭的空间配置有第1弹性体部11A、附加质量部12以及第2弹性体部11B。第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12的宽度窄于固定环10的宽度，第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12自槽8的内侧壁分开。第2弹性体部11B接触槽8的底部。
第1弹性体部11A和第2弹性体部11B既可以由相同种类的材料形成，也可以由互不相同的种类的材料形成。第1弹性体部11A和第2弹性体部11B例如由橡胶形成。在车辆的行驶过程中在车轮2上产生的振动经由固定环10和轮圈部5传递到第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12，由此，第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12振动。
第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12配置在轮圈部5的槽8内。而且，相对于第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12，在槽8的开口侧存在固定于轮圈部5的固定环10。因此，即使第1弹性体部11A自固定环10或者附加质量部12分离而且第2弹性体部11B自槽8的底部或者附加质量部12分离，附加质量部12也不易自隔音车轮1脱落。
通过作为构成隔音装置3的构件之一的固定环10固定于车轮2的轮圈部5，隔音装置3和车轮2的轮圈部5不发生摩擦。此外，通过附加质量部12处于被固定环10密闭的槽8内，即使第1弹性体部11A和第2弹性体部11B劣化而弹性变弱，附加质量部12也不会冲撞于槽8外的构件(例如制动盘)。因此，该隔音车轮1的耐久性较高。
图2是表示隔音装置3的一例子的俯视图。
第1弹性体部11A包含在隔音装置3的圆周方向上互相分开的多个第1弹性体片13A。附加质量部12包含在隔音装置3的圆周方向上互相分开的多个附加质量片14。第2弹性体部11B包含在隔音装置3的圆周方向上互相分开的多个第2弹性体片13B。在图2的例子中，第1弹性体部11A包含12个第1弹性体片13A，第2弹性体部11B包含12个第2弹性体片13B，附加质量部12包含12个附加质量片14。各附加质量片14固定安装于各自对应的第1弹性体片13A和第2弹性体片13B。
第2弹性体片13B也可以固定安装于槽8的底部。此外，第2弹性体片13B也可以不固定安装于槽8的底部，在这种情况下，需要利用附加质量片14和槽8的底部充分地按压第2弹性体片13B。在任一种情况下，具有隔音装置3的隔音车轮均构成为：即使在装备有该隔音车轮的铁道车辆的行驶过程中附加质量片14振动，也不在第2弹性体片13B和槽8的底部之间产生间隙。
各附加质量片14以及固定安装于该各附加质量片14的第1弹性体片13A和第2弹性体片13B构成动态吸振器15。在图2的例子中，隔音装置3具备12个动态吸振器15A～15L。在隔音装置3的圆周方向上，构成各动态吸振器15的附加质量片14以及第1弹性体片13A和第2弹性体片13B具有大致齐平的端面。
车轮2通常具有分别与多个固有振动模式相对应的多个固有振动频率。动态吸振器15A～15L中的至少一个动态吸振器15具有与其他的动态吸振器15的共振频率不同的共振频率。即，动态吸振器15A～15L至少具有两个共振频率。动态吸振器15A～15L的任意一个共振频率都与车轮2的某一个固有振动频率一致。由此，能够同时降低与车轮2的多个固有振动频率中的至少两个固有振动频率相对应的噪音。
动态吸振器15A～15L优选具有至少三个共振频率，且各共振频率与车轮2的某一个固有振动频率一致。由此，能够高效地降低车轮2的噪音。
像上述那样，自车轮2产生由板部4和轮圈部5的固有振动引起的车轮滚动噪音。这样的噪音在人听觉上敏感的频带例如1kHz～10kHz内包含例如2.0kHz、2.5kHz以及3.0kHz的频率成分。
与此相对应，例如动态吸振器15A～15L能够被分为以下的第1组～第3组。属于第1组的动态吸振器15均具有2.0kHz的共振频率。属于第2组的动态吸振器15均具有2.5kHz的共振频率。属于第3组的动态吸振器15均具有3.0kHz的共振频率。由此，能够在听觉上大幅度地降低噪音。第1组～第3组例如分别能够由四个动态吸振器15构成。
此外，只要将动态吸振器15A～15L中的某一者构成为具有与尖叫声的频率相对应的共振频率，就能够降低尖叫声。同样，只要将动态吸振器15A～15L中的某一者构成为具有与由波纹磨损引起的噪音的频率相对应的共振频率，就能够降低这样的噪音。
根据下述算式(2)，通过适当地选择第1弹性体片13A的弹簧系数k1、第2弹性体片13B的弹簧系数k2以及附加质量片14的质量m，能够使动态吸振器15A～15L各自的共振频率成为期望的值。
f＝(1/2π)×((k1+k2)/m)1/2(2)
即使在装备有隔音装置3的铁道车辆的行驶过程中附加质量片14振动，通过在第2弹性体片13B和槽8的底部之间不产生间隙，各动态吸振器15A～15L的共振频率也维持在所设计的值。
在制造该隔音车轮1时，能够如下进行：形成为隔音装置3的圆周方向的局部被切断的状态，在将附加质量部12、第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及固定环10的外周部嵌入到轮圈部5的槽8之后，利用例如焊接将隔音装置3的切断部接合。
在隔音装置3的轴向上，第1弹性体部11A和第2弹性体部11B(各第1弹性体片13A和第2弹性体片13B)的长度为5mm以上且10mm以下，附加质量部12(各附加质量片14)的长度为5mm以上且10mm以下。对于第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12而言，通过具有这样的大小，从而容易安装于固定环10，且容易调整共振频率。
图3是表示图1A和图1B所示的实施方式的第1变形例的隔音车轮的槽周边部分的剖视图。图3表示包含隔音车轮的中心轴线的截面。在图3中，对于与图1B所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图1B相同的参照附图标记而省略说明。
在该变形例中，以与槽8的底部紧密接触且填埋于第2弹性体部11B和槽8的底部之间的方式设有间隔构件16。因而，第2弹性体部11B自槽8的底部分开，但在第2弹性体部11B和槽8的底部之间不存在间隙(空隙)。间隔构件16由刚性较高的材料例如钢等金属形成。
间隔构件16既可以是像固定环10那样在隔音装置的整周范围内连续的环状的构件，也可以是包含在隔音装置的圆周方向上互相分开的多个构件的构件。在任一种情况下，均与图1A和图1B所示的实施方式同样，能够根据上述算式(2)而设计为动态吸振器具有所期望的共振频率。
图4是表示图1A和图1B的隔音车轮所能够采用的隔音装置的另一个例子的俯视图。在图4中，对于与图2所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图2相同的参照附图标记而省略说明。
该隔音装置3B具备在整周的范围内连续的环状的间隔构件16。间隔构件16也可以固定安装于第2弹性体片13B。此外，间隔构件16也可以不固定安装于第2弹性体片13B，在这种情况下，需要利用附加质量片14和间隔构件16充分地按压第2弹性体片13B。在任一种情况下，隔音装置3B均构成为即使在装备有隔音装置3B的铁道车辆的行驶过程中附加质量片14振动，也不在第2弹性体片13B和间隔构件16之间产生间隙。由此，各动态吸振器15的共振频率维持在所设计的值。
在本发明的隔音车轮中，动态吸振器15的个数没有限定。例如，既可以如图2所示装备有12个动态吸振器15，也可以如图4所示装备有24个动态吸振器15。在图4的隔音装置3B的情况下，与图2的隔音装置3相比，动态吸振器15的数量增加，因此，能够增加动态吸振器15的共振频率且是与车轮2的固有振动相对应的共振频率的数量。并且，即使在一部分动态吸振器15的第1弹性体片13A或第2弹性体片13B劣化而导致作为动态吸振器15的性能劣化的情况下，也能够利用其他的动态吸振器15降低振动，因此，能够抑制车轮2的减振(降低振动引起的噪音)性能的劣化。动态吸振器15的数量越多，越易于获得这样的效果。
另一方面，在动态吸振器15的数量增加时，附加质量片14以及第1弹性体片13A和第2弹性体片13B在车轮2的圆周方向上的长度变短。因此，存在由第1弹性体片13A和第2弹性体片13B的劣化导致附加质量片14易于自固定环10(和间隔构件16)分离的情况。通过减少动态吸振器15的数量而加长附加质量片14以及第1弹性体片13A和第2弹性体片13B在车轮2的圆周方向上的长度，能够不易发生这样的分离。但是，附加质量片14即使自固定环10(和间隔构件16)分离也保留在由固定环10密闭的槽8内，因此，丢失的可能性非常低。
图5是表示图1A～图2所示的实施方式的第2变形例的隔音车轮的槽周边的剖视图。图5表示与隔音车轮的中心轴线垂直的截面。在图5中，对于与图3和图4所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图3和图4相同的参照附图标记而省略说明。
在该隔音装置中，间隔构件包含在隔音装置的圆周方向上互相分开且厚度互不相同的间隔构件16A和间隔构件16B。该隔音装置包含动态吸振器15X和动态吸振器15Y。动态吸振器15X包括第1弹性体片13A1、附加质量片14以及第2弹性体片13B1。动态吸振器15Y包括第1弹性体片13A2、附加质量片14以及第2弹性体片13B2。
动态吸振器15X的附加质量片14的厚度和动态吸振器15Y的附加质量片14的厚度大致相同。另一方面，动态吸振器15Y的第1弹性体片13A2厚于动态吸振器15X的第1弹性体片13A1，动态吸振器15Y的第2弹性体片13B2厚于动态吸振器15X的第2弹性体片13B1。这样，通过使第1弹性体片13A1和第1弹性体片13A2的厚度不同，使第2弹性体片13B1和第2弹性体片13B2的厚度不同，能够使这些弹性体片各自的弹簧系数不同，将动态吸振器15X和动态吸振器15Y构成为具有互不相同的所期望的共振频率。
在这种情况下，如图5所示，使动态吸振器15Y的间隔构件16B薄于动态吸振器15X的间隔构件16A，从而能够使第1弹性体片13A1、附加质量片14、第2弹性体片13B1以及间隔构件16A的合计厚度与第1弹性体片13A2、附加质量片14、第2弹性体片13B2以及间隔构件16B的合计厚度大致相等。因而，采用该结构，通过采用适当厚度的间隔构件16A、16B，即使在第1弹性体片13A1和第2弹性体片13B1的合计厚度与第1弹性体片13A2和第2弹性体片13B2的合计厚度不同的情况下，也能够不在第2弹性体片13B1、13B2和槽8的底部之间产生间隙。
图6是图1A～图2所示的实施方式的第3变形例的隔音车轮的剖视图。图6表示包含车轮的中心轴线的截面。在图6中，对于与图1B所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图1B相同的参照附图标记而省略说明。
在该隔音车轮中，在车轮的轮圈部5上形成有向车轮的中心轴线方向开放的槽8A。在槽8A中嵌合有被装备在隔音装置3上的固定环10。由此，在槽8A中形成有密闭的空间。在槽8A内的该密闭的空间配置有第1弹性体部11A、第2弹性体部11B以及附加质量部12。
固定环10在隔音装置3的圆周方向和径向上具有大致恒定的宽度。槽8A具有第1部分8A1和形成在比第1部分8A1靠槽8A的底部侧的位置的第2部分8A2。第1部分8A1具有与固定环10的宽度大致相同的宽度。第2部分8A2具有比固定环10的宽度窄的宽度。在该实施方式中，第1部分8A1和第2部分8A2的宽度各自在隔音装置3的径向上大致恒定，在槽8A的内侧壁上的、第1部分8A1和第2部分8A2之间形成有台阶8S。
固定环10以与台阶8S接触的状态固定于轮圈部5。通过第2部分8A2具有比固定环10的宽度窄的宽度，固定环10无法自与台阶8S接触的状态更靠近槽8A的底面地移动。因而，在该状态下，固定环10和槽8A的底面之间的间隔保持恒定。该间隔被设定为在车轮的振动传递到附加质量部12时附加质量部12能够振动，并且在第2弹性体部11B和槽8A的底部之间不产生间隙。由此，构成动态吸振器的第1弹性体部11A和第2弹性体部11B以及附加质量部12能够以预定的共振频率振动。
图7A是图1A～图2所示的实施方式的第4变形例的隔音车轮的剖视图。图7A表示与车轮的中心轴线垂直的截面。在图7A中，对于与图1A～图2所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图2相同的参照附图标记而省略说明。
在圆周方向上相邻的动态吸振器15相互之间设有自固定环10的外周面突出的突起18A。突起18A固定于固定环10，并且延伸到在圆周方向上相邻的附加质量片14相互之间。
动态吸振器15和突起18A充分地空开间隔，使得即使动态吸振器15振动，动态吸振器15也不接触突起18A。因而，不会因动态吸振器15和突起18A接触而损害动态吸振器15的功能。
在没有设置突起18A的情况下，若第1弹性体片13A和第2弹性体片13B断裂，则会产生因附加质量片14在槽8内运动而产生异常噪声、而且车轮旋转时的动态平衡紊乱这样的问题。在图7A的实施方式中，通过设有突起18A，附加质量片14沿车轮圆周方向的移动受到限制，因此，能够不易产生这样的问题。
突起18A既可以与固定环10一体，也可以相对于固定环10独立。在突起18A相对于固定环10独立的情况下，突起18A例如也可以由与第1弹性体片13A相同的材料形成。在这种情况下，能够一并形成第1弹性体片13A和突起18A。具体地讲，通过在固定环10的外周面上的整周范围内配置形成有与第1弹性体片13A和突起18A相对应的凹部的模具，向该凹部中流入作为第1弹性体片13A和突起18A的原料的液态的前体之后使该前体固化，能够一并地形成第1弹性体片13A和突起18A。
在该制造方法中，液态的前体有时会进入到固定环10的外周面和模具之间并在该状态下固化。在这种情况下，第1弹性体片13A和突起18A形成为无法互相完全分离而由较薄的弹性体的膜连接。但是，在这种情况下，各动态吸振器15也是实质上具有所设计的共振频率，并且互相独立地振动。即，多个第1弹性体片13A表现与多个第1弹性体片13A在固定环10的圆周方向上互相分开的情况实质上相同的行为。因而，各动态吸振器15能够吸收预定频率的振动。
图7B是图7A所示的实施方式的变形例的隔音车轮的剖视图。图7B表示与车轮的中心轴线垂直的截面。在图7B中，对于与图7A所示的构成要素相对应的构成要素，标注与图7A相同的参照附图标记而省略说明。
在圆周方向上相邻的动态吸振器15相互之间设有自固定环10的外周面突出的突起18B。突起18B固定于固定环10，并且通过在圆周方向上相邻的附加质量片14相互之间地延伸。突起18B的顶端(距固定环10的外周面最远的部分)与槽8的底面接触。通过设有突起18B，与图7A所示的实施方式同样，能够限制在第1弹性体片13A和第2弹性体片13B断裂的情况下附加质量片14沿车轮圆周方向的移动，抑制产生噪声，能够易于保持车轮旋转时的动态平衡。
突起18B既可以与固定环10一体，也可以相对于固定环10独立。此外，该隔音车轮也可以还具备环状的间隔构件16(参照图4)，在这种情况下，突起18B既可以与间隔构件16一体，也可以相对于间隔构件16独立。在任一种情况下，突起18B均由刚性较高的材料形成。由此，固定环10和槽8的底面之间的间隔保持恒定。该间隔被设定为：在车轮的振动传递到附加质量部12时附加质量片14能够振动，并且即使在第2弹性体片13B未固定安装于槽8的底部的情况下，也不会因附加质量片14的振动而在附加质量片14和槽8的底面之间产生间隙。由此，动态吸振器15能够以预定的共振频率振动。
【实施例】
对于作为本发明的实施例的隔音车轮和作为缺少本发明的构成要件的一部分的比较例的车轮，利用车轮滚动音试验机进行试验，调查产生的噪音。
作为实施例1～4，制作这样的隔音车轮1，其具备具有图2所示的结构的隔音装置3，将各动态吸振器15A～15L设为共振频率不同的三种类型(TYPE-i～TYPE-iii)中的某一种。与该隔音车轮1的车轮2的主要的固有振动模式相对应的固有振动频率为2.0kHz、2.5kHz以及3.0kHz。
表1表示各类型的动态吸振器15的共振频率。表2表示实施例的隔音车轮和比较例的车轮的动态吸振器的内容。
【表1】
【表2】
在任一个实施例中，均是TYPE-i的动态吸振器15、TYPE-ii的动态吸振器15以及TYPE-iii的动态吸振器15分别各使用四个，但在实施例1～4之间使三种类型的动态吸振器15的位置关系互不相同。
作为比较例，准备了不具有隔音装置的通常的车轮(比较例1)、动态吸振器15A～15L均设为TYPE-i的车轮(比较例2)、动态吸振器15A～15L均设为TYPE-ii的车轮(比较例3)、动态吸振器15A～15L均设为TYPE-iii的车轮(比较例4)、以及替代隔音装置3而将在专利文献2中所采用的隔音环安装在车轮2上的车轮(比较例5)。
图8是表示试验所采用的车轮滚动音试验机的结构的概略图。
该车轮滚动音试验机21包括轴承23、液压千斤顶24、钢轨轮25、轴承26、马达27、精密噪声计28以及频率分析器29。轴承23将安装在试验对象的车轮2(隔音车轮1)上的车轴22支承为旋转自如。液压千斤顶24安装于轴承23，用于将轴承23向下方按压。钢轨轮25抵接于借助车轴22支承在轴承23上的车轮2的外周部，用于使车轮2旋转。轴承26用于支承被安装在钢轨轮25上的车轴22。马达27用于旋转驱动被支承在轴承26上的车轴22。精密噪声计28用于测量自车轮2产生的噪音，产生与噪音相对应的电信号。向频率分析器29输入来自精密噪声计28的电信号。频率分析器29用于对该电信号进行频率分析。
在进行试验时，安装在车轮2上的车轴22和安装在钢轨轮25上的车轴22平行，利用液压千斤顶24的驱动使借助车轴22支承在轴承23上的车轮2的外周面按压于借助车轴22支承在轴承26上的钢轨轮25的外周面，在该状态下，利用马达27使钢轨轮25旋转。由此，车轮2旋转。
在自车轮2离开300mm的位置配置精密噪声计28，利用该车轮滚动音试验机21使实施例的隔音车轮1和比较例的车轮旋转，由精密噪声计28测量产生的噪音。将测量噪音时的钢轨轮25的圆周速度作为此时的车轮2的旋转速度。根据马达27的转速和钢轨轮25的直径(在该车轮滚动音试验机21中是910mm)求出钢轨轮25的圆周速度。例如，在马达27的转速为1750rpm时，钢轨轮25的圆周速度为300km/h。
将精密噪声计28设为FLAT特性(不施加听觉校正的状态)，将动态特性设为FAST来进行噪音的测量。在由精密噪声计28测量之后，利用频率分析器29基于输入的信号对噪音进行频率分析。
图9是表示分析噪音时所采用的噪音的校正声级的图。对于测量出的噪音施加了基于图9的A特性的校正之后进行1/3倍频带处理，求出频率特性和总级(OverAll)值。将结果表示在图10～图13中。
图10是针对实施例1～4和比较例1表示1/3倍频带中心频率和噪音声级之间的关系的图。图11是针对比较例1～5表示1/3倍频带中心频率和噪音声级之间的关系的图。图10和图11所示的结果是车轮2的旋转速度(钢轨轮25的圆周速度)为200km/h时的结果。在图10和图11的右端附近表示总级值(O.A.)。
根据图10可知，与比较例1、即不具有隔音装置的情况相比，实施例1～4中的任一个隔音车轮1均能够大幅度地降低2.0kHz、2.5kHz以及3.0kHz附近的噪音。在实施例1～4之间看不到较大的差异。即，利用在实施例1～4中所采用的TYPE-i～TYPE-iii的动态吸振器15的配置实现的噪音降低效果几乎没有差别。
相对于此，根据图11可明确，在比较例2～4的车轮中，只能降低动态吸振器15的共振频率中的一个级别的频率附近的噪音，无法降低除此之外的频率的噪音。与实施例1～4的隔音车轮1相比，比较例5的车轮至少在总级值方面噪音降低效果较少。
图12是针对实施例1～4和比较例1表示钢轨轮25的圆周速度和噪音声级之间的关系的图。图13是针对比较例1～5表示钢轨轮25的圆周速度和噪音声级之间的关系的图。在图12和图13中，噪音声级是总级值。
如图12所示，在实施例1～4的隔音车轮1中，与比较例1的车轮、即不具有隔音装置的车轮相比，均能够实现降低噪音声级。在钢轨轮25的圆周速度为130km/h以下的低速区域中，噪音的降低量为5dB(A)以上，在钢轨轮25的圆周速度为140km/h以上的高速区域中，噪音的降低量为3dB(A)以上。
另一方面，如图13所示，在比较例2～5的车轮中，与比较例1的车轮相比，几乎看不到噪音的降低效果。
附图标记说明
1、隔音车轮；2、车轮；3、3A、3B、隔音装置；5、轮圈部；6、内周面；8、8A、槽；10、固定环；10a、外周面；11A、第1弹性体部；11B、第2弹性体部；12、附加质量部；13A、第1弹性体片；13B、第2弹性体片；14、附加质量片；15、15A～15L、15X、15Y、动态吸振器；18A、18B、突起。

Claims (4)

1.一种铁道车辆用隔音车轮，其在车轮的轮圈部的内周面安装有隔音装置，其中，
所述隔音装置包括：
固定环，其至少外周部嵌入到沿着圆周方向形成在所述轮圈部的所述内周面的槽，该固定环固定于所述轮圈部；
第1弹性体部，其固定安装于所述固定环的外周面，配置在所述槽内；
附加质量部，其固定安装于所述第1弹性体部的与所述固定环相反的那一侧，配置在所述槽内；以及
第2弹性体部，其固定安装于所述附加质量部的与所述第1弹性体部相反的那一侧，该第2弹性体部在所述槽内被设为在其与所述槽的底部之间不形成间隙，
所述第1弹性体部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个第1弹性体片，
所述第2弹性体部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个第2弹性体片，
所述附加质量部包含在所述固定环的圆周方向上互相分开的多个附加质量片，所述多个附加质量片中的每一个附加质量片固定安装于所述多个第1弹性体片中的与该附加质量片对应的一个第1弹性体片，且固定安装于所述多个第2弹性体片中的与该附加质量片对应的一个第2弹性体片，
所述车轮具有与多个固有振动模式相对应的多个固有振动频率，
所述隔音装置包含多个动态吸振器，该多个动态吸振器中的每一个动态吸振器具有所述附加质量片和固定安装于该附加质量片的所述第1弹性体片和第2弹性体片，
所述多个动态吸振器中的、至少一个动态吸振器具有与其他的动态吸振器的共振频率不同的共振频率，所述多个动态吸振器的任意一个共振频率都与所述多个固有振动频率中的某一者一致。
2.根据权利要求1所述的隔音车轮，其中，
在所述第2弹性体部和所述槽的底部之间设有间隔构件。
3.根据权利要求1或2所述的隔音车轮，其中，
该隔音车轮还具有突起，该突起介于相邻的所述动态吸振器相互之间，自所述固定环的外周面突出。
4.根据权利要求3所述的隔音车轮，其中，
所述突起的顶端与所述槽的底部接触。
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