JP2005262916A - Wheel for rolling stock - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両用車輪に関するものであり、特に車輪からの放射音を低減することが可能な鉄道車両用車輪に関するものである。 The present invention relates to a railway vehicle wheel, and more particularly to a railway vehicle wheel capable of reducing radiation noise from the wheel.
鉄道車両の走行時に発生する騒音は周辺環境にとって解決すべき最優先課題の一つであり、この騒音の一つに車輪の振動によって発生する騒音がある。
そして、この車輪の振動によって発生する騒音には、(a)直線区間走行時に発生するいわゆる転動音と、(b)曲線区間の通過時、車輪に加わる力の時間的変化によって発生するいわゆるきしり音がある。
Noise generated when a railway vehicle is traveling is one of the highest priority issues to be solved for the surrounding environment, and one of the noises is noise generated by wheel vibration.
The noise generated by the vibration of the wheels includes (a) a so-called rolling sound generated during traveling in a straight section, and (b) a so-called creak generated by temporal changes in the force applied to the wheel when passing through the curved section. There is sound.
このような車輪の振動によって発生する騒音を低減するため、従来から、(1)車輪のリム部内周面から板部にわたって弾性体と付加質量を組み合わせた防音材を取付けた防音車輪や、(2)車輪をタイヤ部と輪心部に分割し、その間に弾性体を介在させた弾性車輪が提案されている。
しかしながら、従来の防音車輪は、前記のきしり音を低減することはできるものの、転動音を低減することはできない。また、従来の弾性車輪は、前記の転動音やきしり音を低減することはできるものの、構造が複雑であり製造工数が増加する。 However, the conventional soundproof wheel can reduce the squeak noise but cannot reduce the rolling noise. Moreover, although the conventional elastic wheel can reduce the rolling noise and the squeak noise, the structure is complicated and the number of manufacturing steps increases.
本発明が解決しようとする問題点は、従来技術では、防音材を取付けることなく鉄道車両が走行時に車輪から発生する転動音及びきしり音の両者を効果的に抑制可能な鉄道車両用車輪はないという点である。 The problem to be solved by the present invention is that, in the prior art, a railway vehicle wheel that can effectively suppress both rolling noise and squeaking noise generated from the wheel during traveling of the railway vehicle without attaching a soundproof material. There is no point.
発明者らは、鉄道車両の走行時、車輪に起因して発生する騒音について種々検討した結果、車輪の中で厚みの薄い板部が振動することによって発生する騒音が大きな割合を占めることを見出した。 As a result of various studies on noise generated due to wheels during running of a railway vehicle, the inventors have found that noise generated by vibration of a thin plate portion in the wheels accounts for a large proportion. It was.
本発明に係る鉄道車両用車輪は、前記知見に基づいてなされたものであり、
走行時に鉄道車両が車輪から発生する騒音を、防音材を取付けることなく効果的に抑制するために、
ボス部、板部及びリム部からなる鉄道車両用車輪において、
前記板部に、剛性を部分的に高める構造を備えさせたことを最も主要な特徴としている。
The railway vehicle wheel according to the present invention is made based on the above knowledge,
In order to effectively suppress the noise generated from the wheels of the railway vehicle during traveling without installing soundproofing materials,
In the railway vehicle wheel consisting of the boss, plate and rim,
The main feature is that the plate portion is provided with a structure for partially increasing rigidity.
この本発明において、「部分的」には、車輪の円周方向及び半径方向の両方が含まれる。従って、半径方向に部分的であれば、円周方向には連続的であっても良く、反対に、円周方向に部分的であれば、半径方向には連続的であっても良い。 In this invention, “partial” includes both the circumferential direction and the radial direction of the wheel. Therefore, if it is partial in the radial direction, it may be continuous in the circumferential direction. Conversely, if it is partial in the circumferential direction, it may be continuous in the radial direction.
本発明において、前記板部の剛性を部分的に高める構造としては、前記板部の厚みを部分的に厚くすることが考えられる。そして、板部の厚みを厚くする場合には、その厚みを厚くする部分が円周方向に連続していることが望ましい。 In the present invention, as a structure for partially increasing the rigidity of the plate portion, it is conceivable to partially increase the thickness of the plate portion. And when making the thickness of a board part thick, it is desirable that the part which makes the thickness thick continues in the circumferential direction.
このような構成を採用することで、剛性を高めた部分により走行時における車輪板部の振動を抑制することができ、板部の振動によって発生する騒音を効果的に抑制できるようになる。 By adopting such a configuration, the vibration of the wheel plate portion during traveling can be suppressed by the portion with increased rigidity, and the noise generated by the vibration of the plate portion can be effectively suppressed.
図4は本発明者らが行った実験の一例を示したもので、前記板部の振動に起因して発生する周波数に近い1500Hz(図4(a))と2500Hz(図4(b))近傍の固有振動数における、車輪外径が860mmの鉄道車両用車輪の面外方向の振動モードを示したものである。 FIG. 4 shows an example of an experiment conducted by the present inventors. 1500 Hz (FIG. 4 (a)) and 2500Hz (FIG. 4 (b)) close to the frequency generated due to the vibration of the plate portion. This shows a vibration mode in the out-of-plane direction of a railway vehicle wheel having a wheel outer diameter of 860 mm at a nearby natural frequency.
この図4では、紙面表側が車輪のフランジ面を示している。また、図4中に矢印で示した部分が各固有振動モードでの振動の節である。実験では、ボス部内周側では振動加速度を測定していないため、ボス外周側の位置から外側のみを図示している。
この図4より、車輪のリム部やボス部は面外方向に振動せず、前記リム部とボス部間に存在する板部のみが面外方向に振動していることが明らかである。図4中に丸印で示す様に特に板部の半径方向長さをLとした場合に、板部のボス部からL/3より外周側(リム部側)の位置における振動が大きく、この部分が振動の腹になっていることが判る。
In FIG. 4, the front side of the drawing shows the flange surface of the wheel. Moreover, the part shown by the arrow in FIG. 4 is a vibration node in each natural vibration mode. In the experiment, since vibration acceleration is not measured on the inner peripheral side of the boss part, only the outer side from the position on the outer peripheral side of the boss is shown.
From FIG. 4, it is clear that the rim portion and boss portion of the wheel do not vibrate in the out-of-plane direction, and only the plate portion existing between the rim portion and the boss portion vibrates in the out-of-plane direction. As shown by the circles in FIG. 4, especially when the length of the plate portion in the radial direction is L, the vibration at the position on the outer peripheral side (rim side) from the boss portion of the plate portion is larger than L / 3. It can be seen that the part is a vibration belly.
従って、前記の本発明に係る鉄道車両用車輪において、剛性を高める部分は特に制限されるものではないが、振動を効果的に抑制するためには、前記板部の剛性を部分的に高める部分が、前記振動モードの腹の部分、すなわち、前記板部の車輪半径方向の長さをLとした場合、前記ボス部からL/3より外周側に設けられていることが望ましいことが判る。 Therefore, in the railway vehicle wheel according to the present invention, the portion for increasing the rigidity is not particularly limited, but in order to effectively suppress the vibration, the portion for partially increasing the rigidity of the plate portion. However, when the length of the antinode of the vibration mode, that is, the length of the plate portion in the wheel radial direction is L, it can be seen that it is desirable to be provided on the outer peripheral side from L / 3 from the boss portion.
なお、上記図4の振動モードは以下のようにして求めたものである。
構造物の振動特性を評価する場合、加速度などの時間データを高速フーリエ変換(以下、「FFT」と略す。)分析することによりその周波数特性を把握する。構造物は、固有振動数(共振周波数ともいう。)で大きく振動するため、FFT分析すれば固有振動数の周波数でピークが見られる。
The vibration mode shown in FIG. 4 is obtained as follows.
When evaluating the vibration characteristics of a structure, the frequency characteristics are grasped by performing fast Fourier transform (hereinafter abbreviated as “FFT”) analysis of time data such as acceleration. Since the structure vibrates greatly at the natural frequency (also referred to as the resonance frequency), a peak can be seen at the frequency of the natural frequency by FFT analysis.
しかしながら、加振力自身も周波数特性を有しているため、加振力の周波数特性が変化すると振動の振幅が変化する。そこで、伝達関数と呼ばれる振動応答を加振力で除算することにより得られる一定加振力に対する振動応答を用いて振動特性を評価する。さらに、振動特性を評価する際に固有振動数だけでなく、その振動数でどの部分が振動しているかという振動の形態(以下「固有振動モード」)が問題となる。 However, since the excitation force itself has frequency characteristics, the amplitude of vibration changes when the frequency characteristics of the excitation force change. Therefore, the vibration characteristics are evaluated using the vibration response to a constant excitation force obtained by dividing the vibration response called a transfer function by the excitation force. Furthermore, when evaluating the vibration characteristics, not only the natural frequency but also the vibration mode (hereinafter, “natural vibration mode”) indicating which part vibrates at that frequency becomes a problem.
そこで、本発明者らは、図5に示したように車輪1を治具2に吊るし、踏面1bの上側をインパクトハンマ3で垂直方向に加振して対象構造物である車輪1の各部の振動加速度を加速度計4(図5(b)に黒塗りで示した円周方向に48点、半径方向に10点の合計480点)で測定し、加振点との間の伝達関数を夫々求め、この伝達関数を重ね合わせることにより固有振動モードを求める実験モーダル解析により上記の振動モードを実験的に求めた。なお、図5(a)中の1aはフランジを示す。
Therefore, the present inventors hang the
本発明に係る鉄道車両用車輪において、板部の剛性を高めるための構造は、板部の板厚を部分的に厚くするだけでなく、板部の半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造にしても良い。 In the railway vehicle wheel according to the present invention, the structure for increasing the rigidity of the plate portion not only partially increases the plate thickness, but also causes waves to be generated in the radial direction or circumferential direction of the plate portion. The structure may be different.
発明者等の実験では、この波打ち部は、他の板部と同じ厚みでも良いが、他の板部に比べて10〜20%程度厚みを厚くすることがより望ましいことが判明している。この波打ち構造を採用した場合には、仮に波打ち部の厚みを厚くした場合であっても、部分的に板部の厚みを厚くする場合よりも厚くする割合が小さくて済むので軽量化が図れる。 In the experiments by the inventors, it has been found that the corrugated portion may have the same thickness as other plate portions, but it is more desirable to make the thickness about 10 to 20% thicker than other plate portions. When this corrugated structure is adopted, even if the thickness of the corrugated portion is increased, the weight ratio can be reduced compared to the case where the thickness of the plate portion is partially increased, so that the weight can be reduced.
本発明では、走行時、板部の振動に起因して発生する騒音を効果的に低減することができるので、周辺環境や車室内環境の改善を図ることができる。そして、本発明において、半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造にすれば、車輪の軽量化も図れるようになる。 In the present invention, noise generated due to vibration of the plate portion during traveling can be effectively reduced, so that the surrounding environment and the vehicle interior environment can be improved. And in this invention, if it is set as the structure which waved in the radial direction or the circumferential direction, the weight reduction of a wheel will also be attained.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図1〜図3を用いて説明する。
図1及び図2は本発明の鉄道車両用車輪の第1の例を示す説明図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS.
1 and 2 are explanatory views showing a first example of a railway vehicle wheel according to the present invention.
図1及び図2において、11は例えば外径が860mmの本発明の鉄道車両用車輪であり、その中心側から外周側に向けてボス部12、板部13、リム部14で構成されている。そして、図1に示した本発明では、車輪11における板部13の、例えば前記リム部14に形成されたフランジ14aと反対側に、板部13の厚みを厚くした剛性増加部15を部分的に設けている。
1 and 2,
この剛性増加部15は、板部13の剛性を部分的に高めることができるものであればどのような位置に設けても良い。例えば図2(a)は、板部13の車輪半径方向の長さをLとした場合に、ボス部12から2L/3だけ外周側の位置に、車輪半径方向の長さwが30mmで、厚みが板部13の厚みと同じものを環状に設けたものである。
The
また、図2(b)は、ボス部12からL/3だけ外周側の位置に、車輪半径方向の長さwがL/3で、厚みが板部13の厚みと同じ剛性増加部15を、円周方向に90°の角度(θ2)を隔てて例えば3箇所(各30°:θ1)設けたものである。
Further, FIG. 2B shows a
また、図2(c)は、図2(b)と同じ車輪半径方向長さで同じ厚みの剛性増加部15を、円周方向に60°の角度(θ2)を隔てて4箇所(各30°:θ1)設けたものである。
2 (c) shows the
図3は本発明の鉄道車両用車輪の第2の例を示す説明図である。
この図3に示した第2の例では、前記剛性増加部15に代えて、板部13の、例えばボス部12からL/3だけ外周側の位置に、半径方向に車輪半径方向の長さがL/3だけ、板部13の厚みと同じ厚みの波打ち部13aを環状に形成したものを示している。
なお、図1及び図3中の14bは踏面を示す。
FIG. 3 is an explanatory view showing a second example of the railway vehicle wheel of the present invention.
In the second example shown in FIG. 3, instead of the
In addition, 14b in FIG.1 and FIG.3 shows a tread.
前記図2に示した鉄道車両用車輪11を、図5に示した治具2に吊るし、踏面をインパクトハンマ3で打撃したときの、板部の振動加速度の伝達関数を図6に示す。
図6は板部13に剛性増加部15や波打ち部13aを設けていない通常の車輪の場合の加速度応答比を1とした時の比で表している。
FIG. 6 shows a transfer function of the vibration acceleration of the plate portion when the
FIG. 6 shows a ratio when the acceleration response ratio is 1 in the case of a normal wheel in which the
図6(a)は板部の振動に起因して発生する周波数に近い1500Hz近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答、図6(b)は同じく2500Hz近傍の固有振動数での車輪の面外方向の加速度応答を示したものである。 FIG. 6A shows the acceleration response in the out-of-plane direction of the wheel at a natural frequency near 1500 Hz, which is close to the frequency generated due to the vibration of the plate portion, and FIG. 6B shows the natural frequency near 2500 Hz. The acceleration response in the out-of-plane direction of the wheel is shown.
この図6に示すように,本発明の構造を有する鉄道車両用車輪11は、通常の車輪よりも板部の振動加速度応答が小さく、振動を効果的に抑制できていることが明らかである。
As shown in FIG. 6, it is apparent that the
この図6より明らかなように、上記した構成の本発明の鉄道車両用車輪11では、走行時、厚みの薄い板部13の振動を効果的に抑制できるので、板部13の振動によって発生する騒音を効果的に抑制できるようになる。
As can be seen from FIG. 6, in the
上記の例は単なる一例であり、本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
例えば、板部13の振動を抑制する剛性増加部15は、第1の例のように車輪11の半径方向に1箇所に限らず、2箇所或いはそれ以上設けても良い。
The above example is merely an example, and the present invention is not limited to the above example, and it goes without saying that the embodiment may be appropriately changed within the scope of the technical idea described in each claim.
For example, the
また、上記の第1の例では車輪11における板部13のフランジ14aと反対側にのみ剛性増加部15を設けたものであるが、板部13のフランジ14a側、さらには、両側に剛性増加部15を設けても良い。
Further, in the first example, the
また、第2の例では、波打ち部13aを図2(a)のように環状に形成したものについて説明したが、図2(b)(c)のように波打ち部13aを部分的に形成したものでも良い。また、波打ち部13aの厚みを他の板部13の厚みよりも厚くしたものでも良い。
Further, in the second example, the description has been given of the case where the
以上の本発明は、騒音の低減対策に限らず、板部の剛性向上に伴う車輪全体の軽量化にも適用できる。 The present invention described above can be applied not only to noise reduction measures, but also to weight reduction of the entire wheel accompanying an increase in rigidity of the plate portion.
11 車輪
12 ボス部
13 板部
13a 波打ち部
14 リム部
15 剛性増加部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記板部に、剛性を部分的に高める構造を備えさせたことを特徴とする鉄道車両用車輪。 In the railway vehicle wheel consisting of the boss, plate and rim,
A railway vehicle wheel characterized in that the plate portion is provided with a structure for partially increasing rigidity.
前記板部の厚みを厚くすることにより行うものであることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用車輪。 The structure for increasing the rigidity of the plate portion is
The railway vehicle wheel according to claim 1, which is performed by increasing the thickness of the plate portion.
前記板部の半径方向或いは円周方向に波を打たせた構造であることを特徴とする請求項1に記載の鉄道車両用車輪。 The structure for increasing the rigidity of the plate portion is
The railway vehicle wheel according to claim 1, wherein a wave is struck in a radial direction or a circumferential direction of the plate portion.
The portion for increasing the rigidity of the plate portion is provided on the outer peripheral side of L / 3 from the boss portion, where L is the length in the wheel radial direction of the plate portion. A wheel for a railway vehicle according to any one of the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004074792A JP2005262916A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Wheel for rolling stock |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004074792A JP2005262916A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Wheel for rolling stock |
Publications (1)
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JP2005262916A true JP2005262916A (en) | 2005-09-29 |
Family
ID=35087934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2004074792A Pending JP2005262916A (en) | 2004-03-16 | 2004-03-16 | Wheel for rolling stock |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005262916A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015515405A (en) * | 2012-01-31 | 2015-05-28 | アムステッド、レイル、カンパニー、インコーポレイテッドAmsted Rail Company, Inc. | Cast steel railway wheels |
-
2004
- 2004-03-16 JP JP2004074792A patent/JP2005262916A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015515405A (en) * | 2012-01-31 | 2015-05-28 | アムステッド、レイル、カンパニー、インコーポレイテッドAmsted Rail Company, Inc. | Cast steel railway wheels |
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