CN108016210A - 高铁车轮降噪圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁车轮降噪圈，包括内圈和外圈，以及设置在内圈和外圈之间的滚动体组件，还包括：外钢圈，该外钢圈的内壁面具有第一外滚道部分，以用于滚动体组件上滚动体离心侧的部分或者全部支撑；外橡胶层，该外橡胶层的内孔与外钢圈的外壁接合，外廓与外圈的内壁接合，从而与外钢圈及外圈形成外阻尼总成。依据本发明通过在车轮的轴承侧配置降噪结构，从而结构相对紧凑，且可维护性相对容易。

Description

高铁车轮降噪圈

技术领域

本发明涉及一种高铁降噪设备，属于轮架轨噪声技术领域。

背景技术

高铁是高速铁路的简称，尽管在不同国家会有不同的标准，但高铁起算点基本上在250公里/小时（运营时速），我国动车、高铁等均在此列，尤其是复兴号（运营速度高达350公里/小时，接近100米/秒），其速度非常快，对噪声的控制应是全方位的。

高铁噪声源主要有轮架轨噪声、设备噪声、受电弓噪声和气动噪声。对高铁噪声的技术开发也越来越多，如中国专利文献CN102167050A所涉及的是高速动车组车辆连接部部分的降噪方案，中国专利文献CN104454641A所涉及的是高速电力机车冷却系统降噪的方案，中国专利文献CN205223751U是对轨道进行降噪处理的方案。本发明所属的是从轮架轨侧，更具体是从车轮侧进行降噪的领域。

中国专利文献CN106004226A的背景技术部分对现有的车轮噪声解决方案进行了分析，并进一步提出了一种车轮用约束阻尼环，其通过中间销轴和弹簧把两个半圆环及所附设的橡胶阻尼层组配成匹配车轮外轮廓结构的约束阻尼环，进而通过紧固螺钉安装在车轮上，该种结构基于所形成的约束阻尼环可以有效的降低车轮噪声。不过，约束阻尼环配设在车轮外部，并通过紧固螺钉进行安装，其中紧固螺钉即便是采用具有自锁结构的紧固螺钉，也通常会在频率较大强度较高的振动中松脱，可参见铁路巡线工每天都需要检查铁轨上的螺钉是否松脱。铁路巡线工主要在车辆通过间隙进行铁轨上螺钉的检查，但对于高速列车而言，其处于运行状态，并且到站时间不仅很短，而且受站台的遮蔽，根本无法检查车轮用约束阻尼环的螺钉的紧固情况。一旦螺钉在高速运行条件下飞出，可能会造成安全事故。

需要说明的是，例如弹丸速度超过75米/秒即具有致命杀伤力，即便是杀伤力惊人的狙击步枪的弹丸，其出膛速度是850~920米/秒（2.5~2.7马赫），出膛之后，受音障的影响（并因此产生马赫波，即激波），其速度衰减很快，很快就降低到亚音速（1马赫以下），在有效射程内，速度最低也只有四百米/秒左右，在最大射程末段，速度已经低于复兴号的速度（接近100米/秒），仍然具有致命杀伤力。一旦出现螺钉等脱落飞出，会具备比较大的杀伤力。

中国专利文献CN1931611A所公开的减震车轮，其减振结构配置在车轮的辐板上，实质是通过对轮缘的支撑，当轮缘产生变形时，相应的减振结构受压产生变形，从而起到吸振作用。由于车轮普遍是铸造车轮，需要有一定的脱模结构，轮辐与其他结构的连接处存在圆角，影响减振结构在车轮上的安装，装配难度比较大。并且为了减少紧固件的使用，其对车轮轮体需要做出结构改动，即需要设置阻挡相关约束体脱出的挡缘，对于铸造来说，挡缘的存在，会需要附加的砂芯，增大整个工艺的难度，整体制造成本相对较高。

基于大致相同的考虑，中国专利文献CN201670050U也采用在轮辐处设置降噪环的结构，其在轮辋的一侧或者两侧开有环形槽，该环形槽用于定位安装降噪环。环形槽的存在会直接降低轮辋强度，而且会产生应力集中，进一步降低轮辋的抗剪切能力。

发明内容

依据本发明的实施例，其通过在车轮的轴承侧配置降噪结构，从而提供一种结构相对紧凑，且可维护性相对容易的高铁车轮降噪圈。

依据本发明的实施例，提供一种高铁车轮降噪圈，包括内圈和外圈，以及设置在内圈和外圈之间的滚动体组件，还包括：

外钢圈，该外钢圈的内壁面具有第一外滚道部分，以用于滚动体组件上滚动体离心侧的部分或者全部支撑；

外橡胶层，该外橡胶层的内孔与外钢圈的外壁接合，外廓与外圈的内壁接合，从而与外钢圈及外圈形成外阻尼总成。

上述高铁车轮降噪圈，可选地，外钢圈与外圈间固定连接。

可选地，外钢圈具有至少两处、且不多于四处用于与外圈连接的外连接点，多个外连接点在外钢圈周向均置；

连接点配置为螺钉孔，外钢圈通过螺钉固定在外圈上。

可选地，在外橡胶层上还形成有第二外滚道部分，该第二外滚道部分与第一外滚道部分形成完整的外滚道；

相应地，用于外钢圈与外圈连接的位置分居于第一外滚道的两侧。

可选地，在外连接点处形成有支撑在外钢圈与外圈间的外垫板，外钢圈通过外垫板与外圈刚性连接。

可选地，还包括：

内钢圈，该内钢圈的外壁面具有第一内滚道部分，以用于滚动体组件在滚动体向心侧的部分或者全部支撑；

内橡胶层，该内橡胶层的内孔与内圈的外壁接合，外廓与内钢圈的内壁接合，从而与内钢圈及内圈形成内阻尼总成。

可选地，内钢圈具有至少两处、且不多于四处用于与内圈连接的内连接点，多个内连接点在内钢圈的周向均置；

连接点配置为螺钉孔，内钢圈通过螺钉固定在内圈上。

可选地，在内橡胶层上还形成有第二内滚道部分，该第二内滚道部分与第一内滚道部分形成完整的内滚道；

相应地，用于内钢圈与内圈连接的位置分居于第一内滚道的两侧；

在内连接点处形成有支撑在内钢圈与内圈间的内垫板，内钢圈通过内垫板与内圈刚性连接。

可选地，所述滚动体组件包括滚动体和保持架。

可选地，外钢圈与外圈的厚度相同，并小于外橡胶层的厚度；

外橡胶层的厚度不大于外钢圈厚度的1.2倍。

依据本发明的实施例，提供一种高铁车轮降噪圈，其实际构成高铁车轮的轴承部分。对于常规的高铁车轮的轴承，通常采用滚动轴承，其基本结构与常规的轴承没有任何区别，都是具有内圈、外圈和设置在内圈和外圈之间的滚动体组件，轴承所使用的主要材料是轴承钢，滚动体在相应滚道上是刚性接触，滚动噪声相对较大，且对机械波的传导性能比较好。而在本发明的实施例中，通过外钢圈、外圈和安装在外钢圈与外圈间的外橡胶层来替代外圈，外橡胶层的存在可以减轻机械波的传导，并且有利于降低滚动体滚动所产生的噪声。相比于其他类型的车轮降噪手段，基于本发明只相当于开发了一种非标轴承，个体相对并不大，整体也表现为轴承，可维护性比较好。

附图说明

图1为依据本发明的实施例中一种高铁车轮降噪圈的主视局剖结构示意图。

图2为一种部分内钢圈左视剖面结构示意图。

图中：1.外圈，2.滚动体，3.内圈，4.保持架，5.内垫板，6.外垫板，7.外钢圈，8.外橡胶层，9.内橡胶层，10.内钢圈，11.滚道，12.螺钉孔。

具体实施方式

参照说明书附图1所示的一种高铁车轮降噪圈，其整体上看起来是一种轴承结构，虽然增加了一些圈体结构，但在整体上具备轴承的特征，因此，轴承作为标准件，其具有确定的轴线，并且原理上要求内圈3与外圈1之间具有一定的同轴度。基于相应的轴线，实际是内圈3的轴线，轴承上具有确定的向心、离心这样的参考基准。

并且对于轴承，其宽度是指其轴向的最大长度。

在图1所示的结构中，基本架构是内圈3、外圈1以及介于内圈3和外圈1之间的滚动体组件。

其中，滚动体组件跟常规轴承一样，具有保持架4和为保持架4所定位的滚动体2，在本发明的实施例中，滚动体2与内圈3和外圈1都不直接产生接触，图1中进一步增加了四个圈体，从内至外依序是内钢圈10、内橡胶层9、外钢圈7、外橡胶层8，其中的内橡胶层9和外橡胶层8的主体也表现为圈体结构。

图1中，内圈3、内橡胶层9和内钢圈10组成内缓冲结构，记为内阻尼总成；外圈1、外钢圈7和外橡胶层8组成外缓冲总成，记为外阻尼总成。下面以其中一个为例进行说明，另一个结构与其大致相同，因此，下面针对外阻尼总成进行说明：

外阻尼总成主要包括三个部分，即前述的外圈1、外钢圈7和外橡胶层8，其中，外圈1可以与现有的外圈1一样。对于常规的外圈1，其通常只是一个具有内外柱面的规则圈体结构（外圈1的外廓两端通常具有倒圆），而在本发明的实施例，外圈1可以是规则的圈体结构，也可以在其内壁构造出定位槽，以用于外橡胶层8的轴向定位。相应地，外橡胶层8的外廓具有一个可以嵌入所述定位槽的脊状结构，利于外橡胶层8的可靠定位，防止其从外圈1脱出。

对于外钢圈7，该外钢圈7嵌套在外圈1内，两者之间留有装配空间，而外橡胶层8嵌套在该装配空间内。

由于需要为滚动体2提供滚道，关于滚道，需要说明的是，对于轴承，其一般需要在内圈3上构造滚道，在本发明的实施例中，由于存在弹性部件，滚道需要在内阻尼总成和外阻尼总成上同时构建，以避免滚动体组件脱出。这与轴承不同，轴承通常只在内圈3上构建滚道。

与外圈1相适应，内圈3上也可以设置用于外橡胶层8轴向定位的定位槽。

进而，关于滚道，其包括相应于滚动体组件向心侧的内滚道部分和相应于滚动体组件离心侧的外滚道部分，其中，外滚道部分构造在外阻尼总成上，内滚道部分构造在内阻尼总成上，两个滚道部分相似，下面以外滚道部分的构造为例进行说明。

外滚道部分可以只构造在外钢圈7上，也可以部分地构造在外钢圈7，部分地构造在外橡胶层8上。需要说明的是，滚动体2可以是滚珠也可以是辊子，但无论哪种，都存在着曲面外廓，滚道即便是由外钢圈7和外橡胶层8共同构造，位于外钢圈7上的滚道部分也宽于位于外橡胶层8上的部分。

如此一来，由于外橡胶层8的存在，一方面其对机械波的传递能力相比于轴承钢要弱得多，从而能够起到一定的机械波阻隔的作用，同时，由于其自身产生机械振动的能力很弱，从而有非常好的减振作用。

相对而言，相比于传统的轴承，其外圈1直径相对较大，为此，为了保持高铁车轮降噪圈的使用可靠性，其宽度可以相对较大，其宽度选用相同规格的轴承宽度1.2~1.5倍。

涉及到使用可靠性，进一步地，外钢圈7与外圈1间尽可能采用固定连接，换言之，外阻尼总成整体上相当于外圈1，而内阻尼总成整体上相当于内圈3，在等效的外圈1和内圈3技术要求下，让内阻尼总成和外阻尼总成整体状态的保持相对稳定。

由于例如外橡胶层8，其主要是隔开滚动体2与外圈1，这种隔开是在外圈1径向的隔开，因此，基于外圈1的宽度，可以有相对较大的连接空间用于外圈1与外钢圈7之间的连接，另外，外圈1与外钢圈7之间的连接结构并不影响外橡胶层8的连续性，如图2所示，由于连接点可以在外钢圈7宽度方向的两边，外橡胶层8可以具有两个螺钉孔12间的部分，此外，螺钉孔12也可以包含外橡胶层8上的部分，即在外橡胶层8开有用于螺钉穿过的过孔。

进而，外钢圈7具有至少两处、且不多于四处用于与外圈1连接的外连接点，多个外连接点在外钢圈7周向均置，连接方向是从外钢圈7侧向外圈1侧连接，不影响外圈1的外观，相应地，螺钉孔12在外圈1上的部分为盲孔。

相应地，对于内圈3，其所对应的螺钉孔部分也是盲孔，加以对应的内连接点也采用从内钢圈10侧连接的连接结构。

进一步地，为了避免外橡胶层8被过量压缩，从而过早失效，在外连接点处形成有支撑在外钢圈7与外圈1间的外垫板6，外钢圈7通过外垫板6与外圈1刚性连接。

加以对应的，内圈1与内钢圈10间也采用类似的刚性连接结构。

由于主要用于刚性连接，而不需要外垫板6占据较大的缓冲空间，刚性连接的存在降低了一定的缓冲能力，但影响并不是非常明显。

关于结构配置，外钢圈7与外圈1的厚度相同，并小于外橡胶层8的厚度；尽管有这样的技术要求，但外橡胶层8不宜过厚，否则会影响整个高铁车轮降噪圈的可靠性，因此，外橡胶层8的厚度不大于外钢圈7厚度的1.2倍。

在优选的实施例中，外钢圈7和外圈1的厚度选择为3.5mm，而外橡胶层8的厚度为4mm。对于内圈3和内钢圈10的厚度也选择为3.5mm，内橡胶层9的厚度选择为4mm。

Claims (10)

1.一种高铁车轮降噪圈，包括内圈和外圈，以及设置在内圈和外圈之间的滚动体组件，其特征在于，还包括：

外钢圈，该外钢圈的内壁面具有第一外滚道部分，以用于滚动体组件上滚动体离心侧的部分或者全部支撑；

外橡胶层，该外橡胶层的内孔与外钢圈的外壁接合，外廓与外圈的内壁接合，从而与外钢圈及外圈形成外阻尼总成。

2.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，外钢圈与外圈间固定连接。

3.根据权利要求2所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，外钢圈具有至少两处、且不多于四处用于与外圈连接的外连接点，多个外连接点在外钢圈周向均置；

连接点配置为螺钉孔，外钢圈通过螺钉固定在外圈上。

4.根据权利要求3所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，在外橡胶层上还形成有第二外滚道部分，该第二外滚道部分与第一外滚道部分形成完整的外滚道；

相应地，用于外钢圈与外圈连接的位置分居于第一外滚道的两侧。

5.根据权利要求4所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，在外连接点处形成有支撑在外钢圈与外圈间的外垫板，外钢圈通过外垫板与外圈刚性连接。

6.根据权利要求1~5任一所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，还包括：

内钢圈，该内钢圈的外壁面具有第一内滚道部分，以用于滚动体组件在滚动体向心侧的部分或者全部支撑；

内橡胶层，该内橡胶层的内孔与内圈的外壁接合，外廓与内钢圈的内壁接合，从而与内钢圈及内圈形成内阻尼总成。

7.根据权利要求6所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，内钢圈具有至少两处、且不多于四处用于与内圈连接的内连接点，多个内连接点在内钢圈的周向均置；

连接点配置为螺钉孔，内钢圈通过螺钉固定在内圈上。

8.根据权利要求7所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，在内橡胶层上还形成有第二内滚道部分，该第二内滚道部分与第一内滚道部分形成完整的内滚道；

相应地，用于内钢圈与内圈连接的位置分居于第一内滚道的两侧；

在内连接点处形成有支撑在内钢圈与内圈间的内垫板，内钢圈通过内垫板与内圈刚性连接。

9.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，所述滚动体组件包括滚动体和保持架。

10.根据权利要求1所述的高铁车轮降噪圈，其特征在于，外钢圈与外圈的厚度相同，并小于外橡胶层的厚度；

外橡胶层的厚度不大于外钢圈厚度的1.2倍。