CN116419854A - 铁道车辆用车轮 - Google Patents

Abstract

车轮(100)包括轮毂部(10)、轮辋部(20)、以及板部(30)。轮辋部(20)包含踏面(21)和轮缘(22)。车轮(100)的轴向上的轮辋部(20)的中央(Cr)在轴向上被配置为比轴向上的轮毂部(10)的中央(Cb)更靠近轮缘(22)。板部(30)在车轮(100)的纵剖视图中具有直线状的板厚中心线(A)。将板厚中心线(A)与轴向所成角度记为α，将从轮辋部(20)的侧面(24)到板厚中心线(A)的外端(Aa)在轴向上的距离记为Pw，将轮辋部(20)在轴向上的长度记为Wr，将Pw/Wr记为L时，车轮(100)满足L≥0.0223α‑1.363。其中，角度α为90°以下。

Description

铁道车辆用车轮

技术领域

本公开涉及一种被用于铁道车辆的车轮。

背景技术

作为铁道车辆制动方式的一种，已知踏面制动。踏面制动是一种如下的制动方式，其通过将闸瓦压紧于铁道车辆车轮的踏面，从而在踏面与闸瓦之间产生摩擦力，利用该摩擦力制动铁道车辆。

在利用踏面制动对铁道车辆进行制动时，由于踏面与闸瓦之间产生摩擦热，所以车轮，特别是构成车轮外周部的轮辋部的温度会上升。由此，会发生轮辋部的热膨胀，并在轮辋部产生热应力。为了降低该热应力，过去有各种各样的车轮形状被提出。

例如，在专利文献1中，提出了一种车轮，其包括构成车轮外周部的轮辋部、构成车轮内周部的轮毂部、以及具有大体呈S状截面的板部。在专利文献1的车轮中，以降低板部及轮辋部的热应力为目的，将轮辋部相对于轮毂部的位移量及板部在轮辋部侧的位移量分别被设定在了规定值以上。轮辋部相对于轮毂部的位移量为从板部的曲线状的板厚中心线的轮辋部侧的端部垂下到车轮的轴心的垂线、与从板厚中心线的轮毂部侧的端部垂下到车轮的轴心的垂线之间的距离。板部在轮辋部侧的位移量为从板厚中心线的轮辋部侧的端部垂下到车轮的轴心的垂线、与从车轮的轴向上轮辋部的中央垂下到车轮轴心的垂线之间的距离。

例如，在专利文献2中，以降低轮辋部的热应力为目的，提出了板部具有弯曲的截面形状的车轮。在专利文献2的车轮中，板部具有被称为“钟形”的截面形状。该板部的曲线状板厚中心线的两端，相对于车轮的中央平面(垂直于车轮的轴心的平面)被配置在同一侧。另一方面，板厚中心线的中间点相对于车轮的中央平面被配置在与板厚中心线的两端相反的相反侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-119503号公报

专利文献2：日本特表2009-545484号公报

发明的内容

发明要解决的技术问题

可是，由于在制造时被实施了热处理等，通常，压缩残留应力会被赋予铁道车辆所使用的车轮的轮辋部。不过，在铁道车辆通过踏面制动而被制动时，如果在轮辋部产生较高的热应力而发生塑性变形，则轮辋部的压缩残留应力有时会转化为拉伸残留应力。即在铁道车辆的制动中，由于踏面与闸瓦之间的摩擦，导致轮辋部温度上升，轮辋部发生热膨胀，另一方面，因为在车轮内周侧温度上升小，所以轮辋部的热膨胀被阻碍，在轮辋部特别是产生车轮的圆周方向的压缩应力。该压缩应力如果超过屈服点，就会产生轮辋部的塑性变形，在轮辋部被冷却之后，压缩应力转化为拉伸应力，作为残留应力作用于轮辋部。在轮辋部产生了拉伸残留应力的状态下，如果踏面上产生裂纹，则认为产生的裂纹可能发展到车轮内部。因此，在铁道车辆的制动中使用踏面制动时，有必要降低因踏面制动导致在轮辋部产生的热应力，并抑制拉伸残留应力在轮辋部的产生。

专利文献1及2中的车轮都具有弯曲形状的板部。由此板部对轮辋部的热膨胀的限制被缓和。因此，认为在专利文献1及2的车轮中，铁道车辆制动时在轮辋部产生的热应力被降低，拉伸残留应力也变得难以在轮辋部产生。但是，在使板部弯曲的情况下，也存在着车轮重量增加的问题。

本公开的课题在于，提供一种能够兼顾轻量化与抑制轮辋部中的拉伸残留应力产生的车轮。

用于解决技术问题的技术手段

本公开涉及的车轮被用于铁道车辆。车轮包括轮毂部、轮辋部、以及板部。轮毂部构成车轮的内周部。在轮毂部，插入铁道车辆的车轴。轮辋部构成车轮的外周部。轮辋部包含踏面和轮缘。踏面与铁道车辆所行驶的轨道的头顶面接触。轮缘在车轮半径方向上比踏面更向外侧突出。环状的板部连接轮毂部和轮辋部。轴向上的轮辋部的中央被配置为比轴向上的轮毂部的中央在轴向上更靠近轮缘。轴向为车轮的中心轴所延伸的方向。在车轮的纵剖视图中，板部具有直线状的板厚中心线。在将板厚中心线与轴向所成的角度记为α，将从轮辋部的轴向的两个侧面中与轮缘相反侧的侧面到板厚中心线的半径方向的外端在轴向上的距离记为Pw，将轮辋部在轴向上的长度记为Wr，将Pw/Wr记为L时，本公开所涉及的车轮满足以下式(1)。

L≥0.0223α-1.363…(1)

其中，角度α在90°以下。角度α被定义为：在板厚中心线与半径方向平行的情况下，为90°，在板厚中心线从90°的位置起以半径方向的内端为中心向轮缘的相反侧旋转从而相对于半径方向倾斜的情况下，小于90°。

发明效果

根据本公开，能够兼顾车轮轻量化与抑制轮辋部拉伸残留应力的产生。

附图说明

图1是实施方式的车轮的纵剖视图。

图2是示意性地表示具有S状截面的板部的车轮的图。

图3是针对板部位置相对于轮辋宽度的比率的值相等的实施例及比较例，示出板角度与轮辋残留应力之间关系的图表。

图4是针对板角度相等的实施例及比较例，示出板部位置相对于轮辋宽度的比率与轮辋残留应力之间关系的图表。

图5是夸张地例示在实施例中在制动中车轮产生的变形的图。

图6是夸张地例示在图5以外的其他实施例中在制动中车轮产生的变形的图。

图7是夸张地例示在比较例中在制动中车轮产生的变形的图。

图8是示出在板角度与板部位置相对于轮辋宽度比率的关系中，轮辋部的残留应力不会转化为拉伸的界限线的图。

具体实施方式

实施方式(第1构成)的车轮被用于铁道车辆。车轮包括轮毂部、轮辋部、以及板部。轮毂部构成车轮的内周部。在轮毂部，插入铁道车辆的车轴。轮辋部构成车轮的外周部。轮辋部包含踏面和轮缘。踏面与铁道车辆所行驶的轨道的头顶面接触。轮缘在车轮半径方向上比踏面更向外侧突出。环状的板部连接轮毂部和轮辋部。轴向上的轮辋部的中央被配置为比轴向上的轮毂部的中央在轴向上更靠近轮缘。轴向是指车轮的中心轴延伸的方向。在车轮的纵剖视图中，板部具有直线状的板厚中心线。在将板厚中心线与轴向所成的角度记为α，将从轮辋部的轴向的两个侧面中与轮缘相反侧的侧面到板厚中心线的半径方向的外端为止在轴向上的距离记为Pw，将轮辋部在轴向上的长度记为Wr，将Pw/Wr记为L时，第1构成的车轮满足以下式(1)。

L≥0.0223α-1.363···(1)

其中，角度α为90°以下。角度α被定义为：在板厚中心线与半径方向平行的情况下，为90°，在板厚中心线从90°位置开始以半径方向的内端为中心向轮缘的相反侧旋转从而相对于半径方向倾斜的情况下，小于90°。

在第1构成的车轮中，板部的板厚中心线在车轮的纵剖视图中呈直线状，没有拐点。即，板部实质上不弯曲地连接轮毂部和轮辋部。由此，与板部弯曲的情况相比较，能够减轻板部的重量。从而，能够实现车轮轻量化。

在踏面制动的闸瓦被压紧于车轮的轮辋部的踏面而产生摩擦热时，轮辋部发生热膨胀。由于板部限制该轮辋部的热膨胀，所以在轮辋部产生热应力。一旦轮辋部的热应力过大，则在铁道车辆的制动中轮辋部发生塑性变形，轮辋部被冷却后可能产生车轮的圆周方向上的拉伸残留应力。另一方面，第1构成的车轮形成为缓和板部对轮辋部的限制的形状。更具体来说，第1构成的车轮中，以轮辋部的中央位于比轮毂部的中央更靠近轮缘的位置为前提，设定了各部的尺寸，以使得满足考虑了板部的板厚中心线相对于车轮的轴向的角度和板厚中心线相对于轮辋部的位置这两者的式(1)。由此，能够有效缓和板部对轮辋部的约束，容许制动时轮辋部的热膨胀。因此，能够降低轮辋部的热应力，能够抑制轮辋部的塑性变形。因此，能够在铁道车辆制动后轮辋部被冷却时，抑制轮辋部的残留应力转化为拉伸。

这样，根据第1构成的车轮，能够兼顾车轮的轻量化与轮辋部的拉伸残留应力产生的抑制。

如上所述，在第1构成的车轮中，板部的板厚中心线在车轮的纵剖视图中呈直线状，没有拐点。这种情况下，在板部很难产生应力集中。因此，能够降低铁道车辆制动时产生的板部的热应力。

根据第1构成，板部的板厚中心线相对于车轮的轴向的角度为90°以下。因此，板部不会随着朝向半径方向外侧而向轨道内侧倾斜。由此，相对于曲线通过时车轮在其轴向上从轨道受到的荷重，换言之即相对于车轮从轨道内侧受到的荷重(横压)，能够确保板部的刚性。因此，能够降低在板部产生的应力。

板厚中心线与轴向所成的角度α为87°以下为优选(第2构成)。

根据第2构成，板部的板厚中心线相对于车轮的轴向所成的角度为87°以下。这种情况下，板部会随着朝向半径方向外侧而向轨道外侧倾斜。因此，能够提高板部相对于横压的刚性，能够更进一步降低板部产生的应力。另外，由于为了确保板部相对于横压的刚性而增加板部板厚的必要性降低，所以能够使板部及车轮更加轻量化。

板部也可以具有随着朝向半径方向外侧而变小并在板厚中心线的外端的跟前达到最小的板厚(第3构成)。

以下，参照附图，对于本公开的实施方式进行说明。对于各图中同一或相当的结构用同一附图标记标注，不作重复说明。

图1是本实施方式所涉及的车轮100的纵剖视图。纵剖面是指，在包含中心轴X的平面上截断车轮100的截面。因为车轮100的纵剖面关于中心轴X对称，所以在图1中只展示了车轮100中的中心轴X的单侧。以下，车轮100的中心轴X的延伸方向称为轴向，车轮100的半径方向及圆周方向分别简称为半径方向及圆周方向。

参照图1，车轮100被用于铁道车辆。车轮100包括轮毂部10、轮辋部20、以及板部30。

轮毂部10构成车轮100的内周部。轮毂部10以中心轴X为轴心大致呈圆筒状。在轮毂部10中，插入铁道车辆的车轴(省略图示)。

轮辋部20构成车轮100的外周部。轮辋部20在半径方向上被配置在轮毂部10的外侧。轮辋部20包含踏面21和轮缘22。踏面21及轮缘22被设置在轮辋部20的外周面。

踏面21为半径方向上向外的面。踏面21与铁道车辆所行驶的轨道的头顶面接触。踏面21的直径典型地朝向轮缘22一侧明显逐渐变大。踏面21例如可以是圆锥踏面，也可以是圆弧踏面。

轮缘22被设置在轮辋部20中轴向的一端部。轮缘22在半径方向上比踏面21更向外侧突出。轮缘22在铁道车辆于轨道上行驶时，被置于左右轨道的内侧。以下，在车轮100的轴向上，配置轮缘22的一侧称为轮缘方向，其相反侧称为反轮缘方向。

轮辋部20还包含在轴向上的两个侧面23、24。侧面23是轮缘22侧的侧面，侧面24是与轮缘22相反侧的侧面。即，侧面23相对于侧面24被配置在轮缘方向。侧面24隔着踏面21和轮缘22，相对于侧面23被配置在反轮缘方向。

轮辋部20相对于轮毂部10被配置在轮缘方向。更详细来说，轴向上的轮辋部20的中央Cr被配置为比轴向上的轮毂部10的中央Cb在轴向上更靠近轮缘22。在铁道车辆行驶时，轮辋部20的中央Cr相对于轮毂部10的中央Cb被置于轨道宽度方向的内侧。

板部30为环状。板部30连接轮毂部10和轮辋部20。板部30的板厚，从整体上来看，比轮毂宽度Wb及轮辋宽度Wr各自要小。板部30的板厚在轮毂部10侧大，在轮辋部20侧小。轮毂宽度Wb为轴向上的轮毂部10的长度。轮辋宽度Wr为轴向上的轮辋部20的长度，为从轮辋部20的侧面23到侧面24在轴向上的最大距离。

板部30包含轴向的两个侧面31、32。侧面31是轮缘22侧的侧面，侧面32是与轮缘22相反侧的侧面。即，侧面31相对于侧面32被配置在轮缘方向。侧面32相对于侧面31被配置在反轮缘方向。车轮100的纵剖视图中，侧面31、32相对于半径方向倾斜为优选。侧面31、32分别经由连接部41、42与轮辋部20连接。侧面31、32分别经由连接部43、44与轮毂部10相连接。连接部41、42、43、44分别例如在车轮100的纵剖视图中实质性呈圆弧状。

本实施方式中，连接部41的板部30侧的端(起弧点)411、及连接部42的板部30侧的端(起弧点)421中，位于半径方向上更内侧的端定义为板部30的外周端。另外，连接部43的板部30侧的端(起弧点)431、及连接部44的板部30侧的端点(起弧点)441中，位于半径方向上更外侧的端定义为板部30的内周端。板部30的外周端也可以称为板部30相对于轮辋部20的连接根部。板部30的内周端也可以称为板部30相对于轮毂部10的连接根部。本实施方式中，连接部41的端411及连接部44的端441分别是板部30的外周端及内周端。

板部30的板厚朝向半径方向外侧变小，在外周端411的跟前达到最小。板部30在比外周端411靠半径方向的内侧且外周端411附近处具有最小板厚。板部30的板厚达到最小的位置与铁道车辆通过曲线时由于车轮100从轨道受到的弯曲负荷而在板部30内产生的弯曲应力最小的位置实质上一致。例如，可以在距外周端411向半径方向内侧5mm～30mm的位置处将板部30的板厚设为最小。

板部30具有板厚中心线A。板厚中心线A为在车轮100的纵剖视图中从轮毂部10向轮辋部20延伸的将板部30的板厚中央连接而形成的线。板厚中心线A通过侧面31、32的中间，从轮毂部10侧向轮辋部20侧延伸。板厚中心线A在车轮100的纵剖视图中呈直线状。这里所说的直线状，不只是完全的直线，是也包含例如曲率半径在1000mm以上的非常平缓的圆弧或折线的概念。即，只要板厚中心线A在车轮100的纵剖视图中能够识别为实质性的直线即可。由于板厚中心线A在车轮100的纵剖视图中呈直线状，所以板部30大体呈平板形状，实质上在轴向上不弯曲。

板厚中心线A具有半径方向的外端Aa和半径方向的内端Ab。外端Aa为通过板部30的外周端411并在轴向上延伸的直线与板厚中心线A相连接的点。板厚中心线A的内端Ab为通过板部30的内周端441并在轴向上延伸的直线与板厚中心线A相连接的点。

根据板厚中心线A的外端Aa在轴向的位置，决定板部30相对于轮辋部20的位置。本实施方式中，轮辋部20的两个侧面23、24中，将从反轮缘方向的侧面24到板厚中心线A的外端Aa在轴向上的距离定义为板部位置Pw。板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比值：L＝Pw/Wr越小，板部30的外周端411距离轮缘22越远，比率L越大，板部30的外周端411距离轮缘22越近。

板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比值：L＝Pw/Wr由与板厚中心线A的角度α的关系决定。规定板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L及板厚中心线A的角度α满足以下式(1)。

L≥0.0223α-1.363···(1)

板厚中心线A的角度α为车轮100的纵剖视图中板厚中心线A相对于轴向所成的角度。在板厚中心线A是非常平缓的曲线的情况下，角度α为板厚中心线A的中心(外端Aa与内端Ab的中点)处的切线相对于轴向所成的角度。在板厚中心线A是折线的情况下，角度α为构成板厚中心线A的线段中最长的一条线段相对于轴向所成的角度。关于角度α，在板厚中心线A与半径方向平行的情况下定义为90°。另外，在通过板厚中心线A从90°的位置起以内端Ab为中心向轮缘22的相反侧旋转，从而板厚中心线A相对于半径方向倾斜的情况下，角度α定义为小于90°。即，以角度α为90°的位置为基准，在板厚中心线A的外端Aa被配置为反轮缘方向的情况下，认定为角度α小于90°。

板厚中心线A的角度α设定为90°以下。也取决于车轮100所使用的踏面制动器的规格等，角度α优选为87°以下。角度α越小，板部30越向反轮缘方向倾斜，板部30对轮辋部20的限制越能被缓和，铁道车辆制动中的轮辋部20的变形越容易被容许。从车轮100的制造性观点等来看，优选角度α为75°以上。

另一方面，板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L越大，板部30相对于轮辋部20的根部越靠近轮缘22，板部30对轮辋部20的限制越被缓和，铁道车辆制动中轮辋部20的变形越容易被容许。从车轮100的制造性观点等来看，比率L被设定在0.3以上、0.7以下的范围为优选。

[效果]

本实施方式涉及的车轮100中，为了缓和板部30对轮辋部20的限制，对板厚中心线A的角度α和板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L这二者进行合适的设定。具体来说，本实施方式中，以轮辋部20的中央Cr相较于轮毂部10的中央Cb位于更靠近轮缘22的位置，并且，板部30及其板厚中心线A在车轮100的纵剖视图中为直线状为前提，为了满足所述式(1)的关系，对板厚中心线A的角度α及板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L进行设定。由此，在轮辋部20的中央Cr相较于轮毂部10的中央Cb位于更靠近轮缘22的位置，并且，板部30及其板厚中心线A为直线状的车轮100中，能够有效降低板部30对轮辋部20的限制程度。因此，在踏面制动器的闸瓦被压紧于轮辋部20的踏面21而产生摩擦热时，轮辋部20的热膨胀变得难以被阻碍。因此，在铁道车辆制动中使用踏面制动器时，能够降低因该踏面制动器产生的轮辋部20的热应力，能够抑制轮辋部20的塑性变形。其结果是，在轮辋部20被冷却后，能够抑制轮辋部20的残留应力转化为拉伸。

在本实施方式所涉及的车轮100中，板部30的板厚中心线A在车轮100的纵剖视图中为直线状，没有拐点。即，板部30实质性不弯曲地连接轮毂部10和轮辋部20。因此，与板部30弯曲时相比较，能够降低板部30的重量。因此，能够实现车轮100的轻量化。

另外，由于板厚中心线A为直线状，板部30实质性不弯曲，从而在利用踏面制动器进行的铁道车辆的制动中，能够缓和在板部30中的应力集中。因此，能够降低铁道车辆制动时产生的板部30的热应力。

例如，在板部30随着朝向半径方向外侧而向轮缘方向(轨道内侧)倾斜的情况下，对于在曲线通过时车轮100在其轴向上从轨道受到的荷重，即相对于车轮100被轨道向轮缘方向挤压的荷重(横压)，板部30的刚性变低。与之不同，在本实施方式中，由于板厚中心线A的角度α被设定为90°以下，所以实质上，板部30不会随着朝向半径方向外侧而向轮缘方向倾斜。因此，能够确保板部30对于横压的刚性。因此，能够降低板部30中产生的应力。

在本实施方式所涉及的车轮100中，板厚中心线A的角度α，优选为87°以下。这时，板部30会随着朝向半径方向外侧而向反轮缘方向(轨道外侧)倾斜。由此，能够提高板部30相对于横压的刚性，能够进一步降低板部30中产生的应力。

在车轮100的纵剖视图中，在板部30的侧面31、32相对于车轮100的半径方向平行的情况下(相对于车轮100的中心轴X垂直的情况下)，轮辋部20更容易被板部30限制。因此，板部30的侧面31、32相对于车轮100的半径方向倾斜为优选。侧面31、32也可以分别例如以随着接近轮辋部20而朝向反轮缘方向(轨道外侧)的方式，相对于半径方向倾斜。通过使侧面31、32相对于半径方向倾斜，能够进一步缓和板部30对轮辋部20的限制。

在本实施方式中，板部30的板厚朝向半径方向的外侧变小，在板厚中心线A的外端Aa的跟前处达到最小。更详细来说，在板部30中，使由于通过曲线时从轨道受到的弯曲负荷而产生的弯曲应力最小的位置，与板厚最小的位置大体一致。通过这种方式，能够防止板部30的疲劳破坏，并使车轮100的耐久性提高。

以上，是对于本公开所涉及的实施方式的说明，但本公开不只限定于所述的实施方式，只要不脱离其主旨可以进行各种变化。

【实施例】

以下，根据实施例对本公开进行更详细的说明。但是，本公开不被以下的实施例所限定。

为了研究能够抑制轮辋部中产生拉伸残留应力的车轮形状，实施了基于有限元法的数值解析(FEM解析)。在FEM解析中，制作出与所述实施方式所涉及的车轮100(图1)具有相同形状的解析模型，使直线状的板厚中心线A的角度(板角度)α、及板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率：L＝Pw/Wr变化，进行了轮辋部的残留应力的评价。另外，对于具有S字状截面的板部的车轮的解析模型，也进行了轮辋部的残留应力的评价。图2是示意性地表示具有S状截面的板部的车轮的图。参数α及L的条件如表1所示。

【表1】

	板角度α()	L＝板位置Pw(mm)/轮辋宽度Wr(mm)
			实施例1	80	0.448
实施例2	87	0.580
			实施例3	90	0.680
比较例1	85	0.448
			比较例2	90	0.448
比较例3	90	0.560
			比较例4	S状截面	0.648

FEM解析使用通用软件(ABAQUS Vet.6.12，达索系统公司制)进行。在解析中，为了模拟由踏面制动器进行的铁道车辆的制动，向车轮踏面中与踏面制动器的闸瓦接触的区域提供热流束。制动时间设为1200秒，车轮的内周部设为完全限制。

通过FEM解析得到的轮辋部的残留应力(轮辋残留应力)如表2所示。在表2中，轮辋残留应力表示制动及冷却后的轮辋部最大圆周方向应力。若轮辋残留应力为负值，则轮辋部的残留应力在制动后依然为压缩，若轮辋残留应力为正值，则表明轮辋部的残留应力在制动后转化为拉伸。

【表2】

	轮辋残留应力(MPa)
		实施例1	-12
实施例2	-3
		实施例3	-16
比较例1	31
		比较例2	61
比较例3	30
		比较例4	-14

如表2所示，在实施例1～3中，轮辋残留应力均为负值。即，在实施例1～3中，由于制动中轮辋部的热应力被降低，所以轮辋部的残留应力在制动后也能够保持为压缩状态。另一方面，在比较例1～3中，轮辋残留应力变为正值。即，在比较例1～3当中，是轮辋部的残留应力在制动后转化为拉伸的结果。在比较例4中，虽然轮辋残留应力为负值，但是由于板部是弯曲的，所以相比于板部不弯曲的实施例1～3及比较例1～3，车轮的重量增加了。因此，在实施例1～3中，不会使车轮的重量增加，就能够抑制轮辋部中拉伸残留应力的产生。

以下，将对板角度α、及板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L对轮辋部的残留应力产生的影响进行研究。

图3是针对板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L相等的实施例1、比较例1、及比较例2，示出板角度α与轮辋残留应力之间关系的图表。如图3所示，可以得知板角度α越大，轮辋残留应力的值就越大。因此，可以说，板角度α变小时，在铁道车辆制动后轮辋部的残留应力转化为拉伸的可能性变低。

图4是针对板角度α相等的实施例3、比较例2、及比较例3，示出板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L与轮辋残留应力之间关系的图表。如图4所示，可以得知板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L越大，轮辋残留应力的值就越小。因此，可以说，比率L变大时，在铁道车辆制动后轮辋部的残留应力转化为拉伸的可能性变低。

这样，板角度α越小，轮辋部的残留应力越降低，板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L越大，轮辋部的残留应力越降低。其理由参照图5～图7进行说明。图5～图7是分别在实施例1、实施例2、及比较例2中，夸张地例示制动中在车轮上产生的变形的图。

在板角度α小至80°的实施例1中，如图5所示，向踏面21提供热流束时，轮辋部20向轮缘方向大幅移动。即，在实施例1中，由于板角度α较小，所以板部30对于轮辋部20的轮缘方向的移动的限制变小，能够容许轮辋部20的热膨胀。因此，在实施例1中，制动中在轮辋部20中产生的热应力被降低，轮辋部20的残留应力在制动后依然保持压缩状态。

在板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L为0.580的相对较大的实施例2中，如图6所示，向踏面21提供热流束时，轮辋部20向轮缘方向旋转。即，实施例2中，由于确保了比率L，所以板部30对于轮辋部20的轮缘方向的旋转的限制变小，能够容许轮辋部20的热膨胀。因此，在实施例2中，制动中在轮辋部20中产生的热应力被降低，轮辋部20的残留应力在制动后依然保持压缩状态。

与此不同，在比较例2中，板角度α为大于实施例1的90°，板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L为小于实施例2的0.448，如图7所示，轮辋部20几乎没有发生移动和旋转。在比较例2中，板部30对于轮辋部20的移动及旋转的限制较大，在向踏面21提供热流束时，轮辋部20的热膨胀被阻碍。因此，在比较例2中，制动中在轮辋部20中产生的热应力变大，轮辋部20的残留应力在制动后转化为拉伸。

这样，板角度α及板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L这二者关系到因踏面制动器的制动而产生的轮辋部的残留应力的拉伸转化。因此，求出了在使用踏面制动器对铁道车辆进行制动时能够防止轮辋部的残留应力转化为拉伸的、板角度α与比率L之间的关系。在板角度α与比率L的关系中，轮辋部的残留应力不会转化为拉伸的界限线如图8所示。

图8中的标绘点是通过进行与上述同样的FEM解析而得到的结果，表示在板角度α＝78°、80°、85°、87°、90°且轮辋残留应力为0时的比率L＝板部位置Pw/轮辋宽度Wr。图8中的直线是将这些标绘点进行最小二乘近似而得到的，表示为L＝0.0223α-1.363。在比该直线靠上侧的区域中，轮辋残留应力为压缩。因此，所谓能够实质性防止轮辋部的残留应力变为拉伸的情形是指，板角度α及比率L满足以下式(1)的情形。其中，板角度α设为90°以下。以下式(1)仅适用于轮辋部的中央被配置得比轮毂部的中央更靠近轮缘，且板部及其板厚中心线呈直线状的车轮。

L≥0.0223α-1.363···(1)

对于各实施例及各比较例，确认了是否满足所述式(1)。如表3所示，轮辋残留应力为负值的实施例1～3满足所述式(1)。另一方面，轮辋残留应力为正值的比较例1及2不满足所述式(1)。因此，在轮辋部的中央被配置得比轮毂部的中央更靠近轮缘，且板部及其板厚中心线呈直线状的车轮中，板角度α与板部位置Pw相对于轮辋宽度Wr的比率L被设定为满足所述式(1)时，可以说能够抑制轮辋部中的拉伸残留应力的产生。

【表3】

	α(°)	L＝Pw/Wr	0.0223α-1.363	L≥0.0223α-1.363
					实施例1	80	0.448	0.421	是
实施例2	87	0.580	0.577	是
					实施例3	90	0.680	0.644	是
比较例1	85	0.448	0.533	否
					比较例2	90	0.448	0.644	否
比较例3	90	0.560	0.644	否

附图标记说明

100：车轮

10：轮毂部

20：轮辋部

21：踏面

22：轮缘

30：板部

A：板厚中心线

Claims (3)

1.一种铁道车辆使用的车轮，包括：

轮毂部，其构成所述车轮的内周部，供所述铁道车辆的车轴插入；

轮辋部，其构成所述车轮的外周部，包含与所述铁道车辆所行驶的轨道的头顶面接触的踏面、和在所述车轮半径方向上比所述踏面更向外侧突出的轮缘；以及，

环状的板部，其连接所述轮毂部和所述轮辋部，

在所述车轮的中心轴延伸的方向即轴向上的所述轮辋部的中央被配置为比所述轴向上的所述轮毂部的中央在所述轴向上更靠近所述轮缘，

所述板部在所述车轮的纵剖视图中具有直线状的板厚中心线，

将所述板厚中心线与所述轴向所成的角度记为α，所述角度被定义为：在所述板厚中心线在与所述半径方向平行的情况下，为90°，在所述板厚中心线从90°的位置起以所述半径方向的内端为中心向所述轮缘的相反侧旋转而相对于所述半径方向倾斜的情况下，小于90°，

将从所述轮辋部的所述轴向上的两侧面中的、与所述轮缘相反侧的侧面到所述板厚中心线的所述半径方向上的外端为止的在所述轴向上的距离记为Pw，将所述轮辋部在所述轴向上的长度记为Wr，将Pw/Wr记为L时，满足以下式(1)，

L≥0.0223α-1.363…(1)

其中，所述角度α为90°以下。

2.如权利要求1所述的车轮，其中，

所述角度α为87°以下。

3.如权利要求1或2所述的车轮，其中，

所述板部具有随着朝向所述半径方向外侧而变小并在所述板厚中心线的所述外端的跟前达到最小的板厚。

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