FI101213B - Rautatieajoneuvoa varten tarkoitettu yhteen valettu pyörä - Google Patents

Description

! 101213

Rautatieajoneuvoa varten tarkoitettu yhteen valettu pyörä

Esillä olevan keksinnön kohteena on rautatieajoneuvoa, erityisesti suurella nopeudella kulkevaa pikajunaa 5 varten tarkoitettu yhteen valettu pyörä, joka käsittää vanteen varustettuna laipalla, joka ulkonee pyörän vierin-täpinnasta pyörän yhdellä sivulla, navan ja uumaosan, jolloin vanne ja napa on rajoitettu sivuttaisesti saman sä-teittäisen keskitason BB’ suhteen symmetrisillä tasopin-10 noilla, joka keskitaso on kohtisuora pyörän akselin AA' suhteen, ja jolloin uumaosa on asetettu epäkeskeisesti, ts. epäsymmetrisesti keskitason BB' suhteen.

Aikaisemmin tunnetaan sangen useita rautatiejoneu-voa varten tarkoitettuja pyöriä, jotka käsittävät navan, 15 vanteen ja pyörälevyn tai -uumaosan, joka varmistaa pyörän navan ja vanteen välisen liitännän. Kaikki tällaiset pyörät voidaan luokitella kahteen ryhmään: pyörät, joiden napa, vanne ja uumaosa on keskitetty pyörän akseliin nähden kohtisuoran yhteisen keskita-20 son suhteen, - pyörät, joiden napa, vanne ja uumaosa ovat asetettu j a epäkeskeisesti.

Ensimmäisen ryhmän tarjoamana etuna on se, että ne sallivat lyhyiden akselikaulojen käytön, jotka ovat vain : 25 hieman herkkiä väsymiselle kiertotaivutuksen alaisina, mutta joiden uumaosassa esiintyy huomattavia jännityksiä erityisesti jarrutuksen yhteydessä, jolloin tällaisten jännitysten johdosta näiden pyörien uumaosien on oltava suhteellisen paksuja ja siten myös raskaita.

30 Toisen ryhmän pyörissä esiintyy jarrutuksen yhtey dessä paljon vähäisempiä jännityksiä, mikä mahdollistaa uumaosan paksuuden vähentämisen ja siten myös pyörän keventämisen. Näiden pyörien yhteydessä on sen sijaan käytettävä pitkiä akselikauloja, jotka ovat herkempiä väsymi-35 selle kiertotaivutuksen alaisina kuin lyhyet akselikaulat.

2 101213

Kuitenkin erityisesti nopeudeltaan suurten pikajunien yhteydessä on suotavaa rajoittaa samalla kertaa maksimiarvoon jousittamattomat massat pyörien painon keventämiseksi tällä tavoin ja rajoittaa akselikaulojen väsymys-5 herkkyys mahdollisimman vähäiseksi kiertotaivutuksen suhteen.

Lisäksi rautatieajoneuvon pyörät, jotka on asennettu pareittain akselin päihin siten, että niiden vierintä-pinnat ovat raidevälin päässä toisistaan, kuumentuvat ajo-10 neuvon jarrutuksen yhteydessä, joka saattaa aiheuttaa pyöriin vääntyrnismuodonmuutoksen. Vääntymistä esiintyy pyörien vierintäpinnan sisäpuolella suhteessa pyörien akseliin nähden kohtisuoraan tasoon, yleensä tästä akselista ulospäin.

15 Tunnetuilla rautatieajoneuvojen pyörillä on yleensä keskimääräinen kestävyys vääntymistä vastaan.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota käyttöön painoltaan kevennetty pyörä, jolla on hyvä vään-tymlskestävyys ja jossa akselikaulan väsyminen kiertotai-20 vutuksen yhteydessä on rajoitettu.

Tähän tavoitteeseen päästään alussa mainittua tyyppiä olevalla rautatieajoneuvon pyörällä, jolle on keksinnön mukaan tunnusomaista, että aksiaalisessa poikkileikkauksessa uumaosan ja navan välinen liitosvyöhyke sekä ; 25 uumaosan emäkäyrän leikkauspiste vanteen sisäosan emäsuoran kanssa sijaitsee säteittäisen keskitason suhteen laipan vastakkaisella puolella, ja että uumaosan ja navan välinen liitosvyöhyke sekä uumaosan emäkäyrän leikkauspiste navan ulkopinnan kanssa sijaitsee säteittäisen 30 keskitason suhteen laipan (3) kanssa samalla puolella.

Edullisesti uumaosan emäkäyrä käsittää taivutuspis-teen I, ja että tämän taivutuspisteen I asento saadaan yhtälöistä 35 1/L > 1/2, h/H < 1/2, 3 101213 jolloin 1 merkitsee taivutuspisteen I etäisyyttä navan ulkopinnasta, L merkitsee radiaalista etäisyyttä navan ulkopinnan ja vanteen sisäosan välillä, h taivutuspisteen 1 etäisyyttä aksiaalisessa suunnassa pyörän akselin AA' 5 suhteen kohtisuorassa tasossa uumaosan emäkäyrän ja van teen sisäosan leikkauspisteestä C, ja H aksiaalista etäisyyttä uumaosan emäkäyrän ja navan ulkopinnan leikkauspisteen D ja uumaosan emäkäyrän sekä vanteen sisäosan leikkauspisteen C välillä pyörän akselin AA' suhteen kohtisuo-10 rassa tasossa.

Uumaosan emäkäyrän käyryys määritetään sopivimmin yhtälöstä: y * yc + (x - M2 (li (2x + L) + x2 (αχ + β)) L3 r 15 jossa a ja β saadaan seuraavasta kahdesta yhtälöstä, jotka sisältävät kaksi tuntematonta tekijää: α 1 (10 l2 - 12 1 L + 3 L2) + β (6 l2 - 6 1 L + L2) = 3H 21 20 -(1--).

L2 L

h H

l3 a + l2 β =--— (21 + L) (L-l)2 L3 jolloin näissä yhtälöissä x edustaa emäkäyrän käyryyspis-:* 25 teen radiaalista etäisyyttä navan ulkopinnasta, y edustaa emäkäyrän käyryyspisteen algebrallista etäisyyttä pyörän akselin suunnassa vanteen ja navan keskitasosta, yc edustaa emäkäyrän ja vanteen sisäosan leikkauspisteen C algebrallista etäisyyttä edellä mainitusta tasosta, 30 1, L, h, H merkitsevät edellä mainittuja suureita.

Kuvio 1 esittää leikkauskuvantoa keksinnön mukaisesta pyörästä sen kiertoakselin kautta kulkevassa tasossa otettuna.

Yleensä numerolla 1 merkitty pyörä on kiertosymmet-35 rinen akselin AA' suhteen. Se käsittää vanteen 2, jonka a 101213 4 yksi osa ulkonee sen vierintäpinnan 6 yhdestä sivupinnasta muodostaen laipan 3, navan 4 ja uumaosan 5. Vannetta 2 rajoittavat sivusuunnassa kaksi pääasiassa tasaista tasoa 2a ja 2b. Napaa 4 rajoittavat myös sivusuunnassa kaksi 5 pääasiassa tasaista tasoa 4a ja 4b.

Pyörä voidaan ajatella tehdyksi akselin AA' suhteen kohtisuoran keskitason ympärille, jonka leikkaussuorana leikkaustason kanssa on suora BB'. Laippaa 3 ja vierintäpinnan 6 käyttöprofiilia lukuunottamatta suoran BB' kautta 10 kulkeva taso on symmetrinen sekä vanteen 2 että navan 4 osalta. Vanteen 2 pinnat 2a, 2b yhtäältä ja navan pinnat 4a, 4b toisaalta ovat yhdensuuntaisia ja sijaitsevat saman etäisyyden päässä tasosta BB'. Pyörän vanne ja napa ovat asetettuina keskeisellä tavalla.

15 Sen sijaan uumaosa 5 on tehty vääntyneenä kierto- pintana, jonka leikkauskäyränä aksiaalisen leikkaustason suhteen on emäkäyrä CD. Tämä emäkäyrä ei ole suoraviivainen ja se edustaa yleensä kuvion 1 mukaisen pyörän uuman meridiaaniosan keskikäyrää, joten sitä kutsutaan uumaosan 20 emäkäyräksi. Piste C edustaa uumaosan ja vanteen leikkauspistettä ja sijaitsee emäkäyrän ja akselilla AA' varustetun lieriömäisen pinnan muodostaman vanteen 2 sisäosan emäsuoran 2' leikkauskohdassa, pisteen C ollessa siirrettynä syrjään laipan 3 suhteen vastakkaisella sivulla suo-25 ran BB' kautta kulkevan keskitason suhteen. Piste D edustaa uumaosan ja navan välistä leikkauspistettä ja se sijaitsee emäkäyrän ja akselilla AA* varustetun lieriömäisen pinnan muodostaman navan 4 ulkopinnan emäsuoran 4' leikkauskohdassa, pisteen D ollessa siirrettynä syrjään laipan 30 3 puoleisella sivulla suoran BB' kautta kulkevan keski tason suhteen.

Uumaosa 5, jonka taivutustaso 11' ei ole symmetrinen, on siten muodostettu epäkeskeisellä tavalla.

Tulokseksi saadaan siten pyörä, jonka vanne ja napa 35 on muodostettu keskeisellä ja uumaosa epäkeskeisellä tavalla.

s 101213

Kun napa ja vanne on muodostettu keskeisesti, on akselikaula, johon pyörä on asetettu, lyhyt ja siten taivutus jännitykset ovat rajoitettuja, jolloin myös tämän , pyörän akselikaulan väsyminen kiertotaivutuksen yhteydessä 5 on rajoitettu, joten pyörällä on hyvä käyttökestävyys.

Kun uumaosa on muodostettu epäkeskeisesti, sen jäähdytystä varten tarjoama pinta jarrutuksen aikana on suurempi kuin keskeisesti muodostetulla uumaosalla varustetussa pyörässä. Tämä suurempi pinta johtaa vähäisempään 10 kuumenemiseen ja pienempiin lämpöjännityksiin.

Lisäksi on havaittu, että kun uumaosa on epäkeskei-nen esillä olevan keksinnön mukaisella tavalla, jännitykset vähenevät huomattavasti liitosalueilla 7 ja 8 keskeisesti muodostetulla uumaosalla varustettuun pyörään tai 15 sellaiseen pyörään verrattuna, jonka uumaosa on käänteisesti ja symmetrisesti epäkeskeinen keksinnön mukaiseen sovellutukseen nähden eli joka on varustettu vanteen ja uumaosan liitosvyöhykkeellä laippasivulla ja uumaosan ja navan liitosvyöhykkeellä laipan suhteen vastakkaisella 20 sivulla, kuten simulaatiolaskelmat osoittavat. On siten mahdollista vähentää uumaosan paksuutta ja keventää pyörän painoa.

Keksinnön mukaisen pyörän yhteydessä käyrää emäkäy-rää voi edustaa vertailupiste (ox, oy), jossa o merkitsee 25 suoran BB' ja vanteen ulkopinnan muodostavan sylinterin emäsuoran 4' leikkauspistettä, x emäkäyrän pisteen radiaa-lista etäisyyttä pisteestä o, ja y tämän pisteen etäisyyttä pisteestä o vanteen emäkäyrää pitkin.

Tämä käyrä sisältää pisteessä D (X = 0) tangentin, 30 joka on ox:n suuntainen. Se sisältää myös abskissapistees-sä C, jossa Xc = L, ox:n suuntaisen tangentin.

Käyrä CD sisältää myös pisteiden D ja C välissä olevan taivutuspisteen I.

Kun: XD = 0 ja Y, ovat pisteen D koordinaatit 35 Xj = 1 ja Yj ovat pisteen I koordinaatit

Xc = L ja Yc ovat pisteen C koordinaatit 6 101213 vertailupisteessä (ox, oy), niin:

Yi - Yc - h

Yp - Yc - H.

5

On havaittu, että jännitysten vähentämiseksi pyörän uumaosassa erityisesti jarrutuksen aikana kohdistamalla jarrukenkä vanteeseen, on H:n oltava mahdollisimman suuri seuraavien epäyhtälöiden mukaisesti: 10 h/H < 1/2 1/L > 1/2 eli siis taivutuspisteen I on oltava siirrettynä hieman 15 vannetta 2 kohti ja toisaalta laipan 3 suhteen vastakkaista sivua päin.

Käyrää CD edustaa seuraava yhtälö: y - yc + (x - L)2 (H (2x + L) + x2 (αχ + β)) L3 20 jossa ft ja β saadaan seuraavasta kahdesta yhtälöstä, jotka sisältävät kaksi tuntematonta tekijää: ai (10 l2 - 12 1L + 3L2) + β (6 12-61 L + L2) = 3H 21 25 -(1--).

L2 L

h H

l3 a + l2 β ----(21 + L) ( L-l )2 L3 Näissä yhtälöissä esiintyvillä suureilla on edellä 30 selostettu merkitys.

Tyypiltään tällaisen käyrän uumaosan avulla saadaan tulokseksi ulkoläpimitaltaan 920 mm oleva pyörä, jonka 292 kg oleva paino on 86 kg pienempi kuin läpimitaltaan samanlaisella pyörällä, jonka vanne, napa ja uumaosa ovat 35 keskitetysti muodostettuja, ja joka kykenee kantamaan sa- 7 101213 man kuormituksen. Lisäksi vanteessa voimakkaiden jarrutusten yhteydessä todetut maksimijännitykset ovat huomattavasti pienempiä kuin aikaisemmin tunnetuissa pyörissä.

Keksinnön kohteena oleva pyörä on siis vähemmän 5 altis vääntymiselle kuin aikaisemmin tunnetut pyörät. Keksijät ovat havainneet, että mitä enemmän uumaosan ja vanteen välistä leikkauspistettä on siirretty ulospäin (so. laipan suhteen vastakkaiselle sivulle) ja mitä enemmän uumaosan ja navan leikkauspistettä D on siirretty sisään-10 päin (so. laippasivulle), sitä enemmän voi pyörä pitkäaikaisessa käytössä kuumentua ennen vääntymisilmiöiden esiintymistä.

Claims (5)

1. 8 101213
2. 1. Rautatieajoneuvoa, erityisesti suurella nopeudella kulkevaa pikajunaa varten tarkoitettu yhteen valettu 5 pyörä, joka käsittää vanteen (2) varustettuna laipalla (3), joka ulkonee pyörän vierintäpinnasta pyörän yhdellä sivulla, navan (4) ja uumaosan (5), jolloin vanne (2) ja napa (4) on rajoitettu sivuttaisesti saman säteittäisen keskitason BB' suhteen symmetrisillä tasopinnoilla, joka 10 keskitaso on kohtisuora pyörän akselin AA' suhteen, ja jolloin uumaosa (5) on asetettu epäkeskeisesti, ts. epäsymmetrisesti keskitason BB' suhteen, tunnettu siitä, että aksiaalisessa poikkileikkauksessa uumaosan (5) ja navan (2) välinen liitosvyöhyke sekä uumaosan (5) emä-15 käyrän leikkauspiste (C) vanteen (2) sisäosan emäsuoran (2') kanssa sijaitsevat säteittäisen keskitason suhteen laipan (3) vastakkaisella puolella, ja että uumaosan (5) ja navan (4) välinen liitosvyöhyke sekä uumaosan (5) emä-käyrän leikkauspiste (D) navan (4) ulkopinnan kanssa si-20 jaitsevat säteittäisen keskitason suhteen laipan (3) kanssa samalla puolella.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pyörä, tunnettu siitä, että uumaosan (5) emäkäyrä käsittää tai-vutuspisteen I, ja että tämän taivutuspisteen I asento ·' 25 saadaan yhtälöistä 1/L > 1/2, h/H < 1/2, jolloin 1 merkitsee taivutuspisteen I etäisyyttä navan (4) 30 ulkopinnasta, L merkitsee radiaalista etäisyyttä navan (4) ulkopinnan ja vanteen (2) sisäosan välillä, h taivutuspisteen I etäisyyttä aksiaalisessa suunnassa pyörän akselin AA' suhteen kohtisuorassa tasossa uumaosan (5) emäkäyrän ja vanteen (2) sisäosan leikkauspisteestä C, ja H aksiaa-35 lista etäisyyttä uumaosan (5) emäkäyrän ja navan (4) uiko- 9 101213 pinnan leikkauspisteen D ja uumaosan (5) emäkäyrän sekä vanteen sisäosan (2) leikkauspisteen C välillä pyörän akselin AA' suhteen kohtisuorassa tasossa.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen pyörä, t u n -5 n e t t u siitä, että uumaosan (5) emäkäyrän käyryys määritetään sopivimmin yhtälöstä: y - yc + (x - L)2 (H (2x + L) + x2 (αχ + β)) L3 10 jossa a ja 6 saadaan seuraavasta kahdesta yhtälöstä, jotka sisältävät kaksi tuntematonta tekijää: ai (10 l2 - 12 1 L + 3 L2) + β (6 l2 - 6 1 L + L2) - 3H 21 — (1--).
5. 15 L2 L h H l3 a + l2 β ----(21 + L) (L-l)2 L3 jolloin näissä yhtälöissä x edustaa emäkäyrän käyryyspis-20 teen radiaalista etäisyyttä navan (4) ulkopinnasta, y edustaa emäkäyrän käyryyspisteen algebrallista etäisyyttä pyörän akselin suunnassa vanteen (4) ja navan (2) keskitasosta, yc edustaa emäkäyrän ja vanteen (2) sisäosan leikkauspis-25 teen C algebrallista etäisyyttä keskitasosta BB' aksiaalisessa suunnassa. 10 101213